微流體中的氣泡導(dǎo)論

氣泡是微流體中最常見的問題之一。由于管子和通道的微米尺寸，氣泡可能很難消除，并且對您的實(shí)驗(yàn)非常不利。本綜述將詳細(xì)介紹氣泡產(chǎn)生的原因、產(chǎn)生的問題，并提出從您的微流控系統(tǒng)中消除氣泡的各種解決方案。

微流控裝置內(nèi)氣泡的起源

微流控通道內(nèi)的氣泡可以有幾種不同的來源。找出是什么導(dǎo)致你的微流控芯片充滿氣泡是消除它們的第一步。

實(shí)驗(yàn)開始：當(dāng)流量控制器裝置設(shè)置好后，可能需要一段時間才能使您的微流控裝置完全充滿水。在這段時間里，大量的空氣會進(jìn)入你的設(shè)備。根據(jù)您的設(shè)置和芯片配置，在設(shè)置完全充滿水后，一些殘留的氣泡可能會存活下來。

流體切換：在實(shí)驗(yàn)過程中更換注入的液體時，可能會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。如果更換儲液器內(nèi)的液體，可能需要一些時間來消除引入微流控裝置的空氣。

多孔性材料：多孔性材料，如PDMS，可以在微流控芯片內(nèi)誘導(dǎo)氣泡，特別是在長期實(shí)驗(yàn)中。

泄漏問題：如果一個或多個接頭泄漏，在微流控實(shí)驗(yàn)過程中可能會出現(xiàn)氣泡。

溶解氣體：在實(shí)驗(yàn)過程中使用的液體中以氣體形式存在的氣體會導(dǎo)致氣泡的形成。當(dāng)液體在實(shí)驗(yàn)過程中被加熱時，情況尤其如此。

微流控裝置內(nèi)氣泡引起的問題

微流控實(shí)驗(yàn)中由氣泡引起的問題可以分為兩大類。第一個涉及流動修改，第二個涉及氣泡可能與實(shí)驗(yàn)本身產(chǎn)生的所有有害相互作用。

流動改型：

流動不穩(wěn)定性：氣泡的存在、在流體裝置中運(yùn)動或膨脹/收縮，都可能導(dǎo)致重要的流量不穩(wěn)定。

順應(yīng)性增加：當(dāng)氣泡被困在您的流體設(shè)置中的某個位置時，達(dá)到壓力平衡所需的時間可能會增加。事實(shí)上，當(dāng)施加壓力變化時，氣泡會通過膨脹或收縮吸收一些壓力開關(guān)。當(dāng)需要良好的流體反應(yīng)性時，這種影響可能特別有害。

電阻率增加：當(dāng)一個人被困在微流體通道內(nèi)時，它將通過減小通道的直徑來充當(dāng)額外的流體阻力。這可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的問題，特別是在使用應(yīng)用固定流量的注射泵時。然后，微流控芯片內(nèi)部的壓力將顯著增加。

實(shí)驗(yàn)的相互作用

氣泡和實(shí)驗(yàn)之間的相互作用可能在許多方面都是有害的。以下是一些最常見的問題。

細(xì)胞培養(yǎng)損傷：氣泡會產(chǎn)生界面張力，對細(xì)胞施加壓力，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

界面聚集：氣泡和液體之間的界面是粒子或蛋白質(zhì)可能聚集的區(qū)域，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中的偽影。

壁功能化破壞：當(dāng)穿過微流控通道時，它們會破壞先前所做的化學(xué)嫁接。

故障排除：如何去除微流體中的氣泡

沒有萬能的解決方案可以保證實(shí)驗(yàn)沒有泡沫。
可以使用氣泡檢測器來監(jiān)視氣泡的發(fā)生。
這里列出了一些可以極大地改進(jìn)您的實(shí)驗(yàn)的技巧。這些措施分為兩類：預(yù)防措施和糾正措施。

預(yù)防措施

微流控芯片設(shè)計：防止氣泡的形成從芯片的設(shè)計開始。例如，避免芯片設(shè)計中的尖銳角度將降低微流

控通道內(nèi)附著氣泡的風(fēng)險。

配件：避免該問題的首要措施之一是確保配件沒有泄漏。為了獲得無泄漏設(shè)置，使用特氟龍膠帶是非常有用的。

液體脫氣：如果可能，在實(shí)驗(yàn)前對液體進(jìn)行脫氣有助于減少氣泡的形成，特別是在實(shí)驗(yàn)過程中對液體進(jìn)行加熱的情況下。

注射循環(huán)：使用注射循環(huán)可以幫助您克服添加新液體時氣泡進(jìn)入系統(tǒng)的問題。當(dāng)使用進(jìn)樣循環(huán)時，毛細(xì)管中填滿您想要注入的樣本，一些液體(如緩沖液)推動樣本?？梢允褂脗鹘y(tǒng)的高效液相色譜進(jìn)樣回路或閥矩陣來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

糾正措施

增加壓力：增加流體通道內(nèi)的壓力有助于將氣泡從管道和通道壁上分離出來。這種解決方案并不總是合適的，特別是在處理細(xì)胞或脆弱的微流控芯片時。

壓力脈沖：施加壓力脈沖是分離氣泡的一個非常好的方法。當(dāng)使用壓力控制器時，應(yīng)用正方形壓力信號通常效果很好。

氣泡溶解：對于那些很難分離的氣泡，另一種解決方案是溶解它們。通過在微流控芯片的每個入口處施加一定時間的壓力，可以迫使氣泡溶解到液體中。

軟表面活性劑：為了幫助分離氣泡，可以通過流體路徑?jīng)_洗含有軟表面活性劑(如SBS)的緩沖液。

除泡/除氣系統(tǒng)：可以在微流控裝置中使用微流控套裝的氣泡捕集器來消除微流控芯片內(nèi)部的氣泡。在科學(xué)文獻(xiàn)中也有一些氣泡捕捉器的例子，這些氣泡捕捉器可以被微細(xì)加工并添加到流體裝置中。