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大連理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)在微流控芯片液體填充技術(shù)方面取得重要進(jìn)展

2025年10月17日 15:00:58 來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：3839

大連理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《芯片實(shí)驗(yàn)室》發(fā)表封面文章，提出一種采用收縮式微流道實(shí)現(xiàn)離心微流控芯片中盲孔微腔室無(wú)空隙液體填充的新方法。該設(shè)計(jì)通過(guò)文丘里效應(yīng)促使氣液兩相流型轉(zhuǎn)變，有效避免氣泡殘留，為微流控芯片設(shè)計(jì)提供了創(chuàng)新解決方案。

　　近日，大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉軍山研究員和吳夢(mèng)希教授團(tuán)隊(duì)在微流控芯片技術(shù)領(lǐng)域的研究成果，以封面文章形式發(fā)表于國(guó)際知名期刊《芯片實(shí)驗(yàn)室》(Lab on a Chip)。該研究題為“Analysis of and methods for void-free liquid filling of blind microchambers in centrifugal microfluidics”，為解決微流控芯片盲孔微腔室液體填充過(guò)程中的氣泡殘留問(wèn)題，提供了一種高效、無(wú)空隙的解決方案。
 

 

　　微流控技術(shù)能夠在微米尺度上實(shí)現(xiàn)液體自動(dòng)化操控，在高通量生物化學(xué)分析、即時(shí)檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。盲孔微腔室作為一種僅有一個(gè)通道與外界連接的結(jié)構(gòu)，因其良好的隔絕性、結(jié)構(gòu)緊湊及易于高通量制造等優(yōu)點(diǎn)，在微流控芯片中應(yīng)用廣泛。然而，此類(lèi)結(jié)構(gòu)在液體填充過(guò)程中易產(chǎn)生殘留氣泡，影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至導(dǎo)致檢測(cè)失敗。
 
　　目前常用的解決方案包括預(yù)充高溶解度氣體、真空處理或多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，但這些方法普遍存在操作復(fù)雜、材料要求高或成本較高等問(wèn)題，限制了其實(shí)際應(yīng)用。
 
　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，劉軍山和吳夢(mèng)希團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬和高速攝像實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)研究了液體填充盲孔微腔室過(guò)程中的氣液兩相流動(dòng)行為。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了氣液兩相流模型，揭示了液體由含氣泡的泰勒流向氣液分層環(huán)形流的轉(zhuǎn)變機(jī)制，并闡明了文丘里效應(yīng)對(duì)這一轉(zhuǎn)換過(guò)程的促進(jìn)作用。
 
　　基于上述機(jī)理，團(tuán)隊(duì)提出了收縮式微流道設(shè)計(jì)思想，通過(guò)優(yōu)化微流道幾何形狀增強(qiáng)文丘里效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)盲孔微腔室的高效、無(wú)空隙液體填充。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，與傳統(tǒng)等寬通道相比，收縮式微流道結(jié)構(gòu)可將液體填充時(shí)間縮短60.57%，流體速度穩(wěn)定性提高66.78%，無(wú)空隙液體填充的成功率達(dá)到99.17%。
 
　　該研究成果為微流控芯片的設(shè)計(jì)與制造提供了一種簡(jiǎn)單、高效且穩(wěn)定的液體填充方法，無(wú)需復(fù)雜的表面處理或額外施加外力，有望推動(dòng)微流控技術(shù)在生物化學(xué)分析和即時(shí)檢測(cè)等領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。
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