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

上海自動化儀表四近日，大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉軍山研究員和吳夢希教授團(tuán)隊在微流控芯

片技術(shù)領(lǐng)域的研究成果，以封面文章形式發(fā)表于國際知名期刊《芯片實(shí)驗室》(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程中的氣泡殘留問題，

提供了一種無空隙的解決方案。

　　上海自動化儀表四微流控技術(shù)能夠在微米尺度上實(shí)現(xiàn)液體自動化操控，在高通量生物化學(xué)分

析、即時檢測等領(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，此類結(jié)構(gòu)

在液體填充過程中易產(chǎn)生殘留氣泡，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至導(dǎo)致檢測失敗。

　　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題，限制了其實(shí)際應(yīng)用。

　　針對上述挑戰(zhàn)，劉軍山和吳夢希團(tuán)隊通過理論分析、數(shù)值模擬和高速攝像實(shí)驗，系統(tǒng)研究了液

體填充盲孔微腔室過程中的氣液兩相流動行為。研究團(tuán)隊構(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)對這一轉(zhuǎn)換過程的促進(jìn)作用。

　　基于上述機(jī)理，上海自動化儀表三團(tuán)隊提出了收縮式微流道設(shè)計思想，通過優(yōu)化微流道幾何

形狀增強(qiáng)文丘里效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對盲孔微腔室的無空隙液體填充。實(shí)驗數(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)可將液體填充時間縮短60.57%，流體速度穩(wěn)定性提高66.78%，無空隙液體

填充的成功率達(dá)到99.17%。

　　上海自動化儀表三該研究成果為微流控芯片的設(shè)計與制造提供了一種簡單且穩(wěn)定的液體填充

方法，無需復(fù)雜的表面處理或額外施加外力，有望推動微流控技術(shù)在生物化學(xué)分析和即時檢測等領(lǐng)

域的進(jìn)一步應(yīng)用。