[發(fā)明專利]一種用于微流通道的除氣泡裝置

有效

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• 申請日: 2010-08-18
• 公開（公告）號: CN102373153A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣興宇;鄭文富;張偉;王卓
• 申請（專利權(quán)）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/00;G01N33/53
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 劉丹妮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于微流通道的除氣泡裝置及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

細胞生物學微納分析體系是近年來發(fā)展起來的新一代細胞培養(yǎng)和分析體系，是細胞粘附、分化、增殖行為以及細胞間相互作用研究的重要平臺，為研究細胞的結(jié)構(gòu)和功能以及細胞間相互作用提供前所未有的技術(shù)優(yōu)勢。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一種具有極好透明性、低細胞毒性、透氣性的聚合物，以PDMS和玻片為基材的微流控芯片已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于細胞微納分析，比如，干細胞的分化、神經(jīng)細胞神經(jīng)肽的分泌、單細胞鈣釋放及抑制等。

然而，在微流芯片培養(yǎng)細胞面臨許多問題，包括細菌污染、液體滲漏、管道堵塞以及氣泡的聚集等。大多數(shù)的問題可以通過仔細操作以及材料的篩選等方法加以減少或避免，然而，氣泡的聚集卻是微流控體系中經(jīng)常發(fā)生且極難避免的一個問題。氣泡通常發(fā)生在導管和微流孔道對接時或是在微流芯片在培養(yǎng)箱和顯微鏡之間轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生。此外，微流管道小尺度下液體的表面張力較大以及微流孔道內(nèi)外的壓力差等因素也經(jīng)常導致溶解在液體中的氣體逸出而形成氣泡。氣泡不但可以引起微流管道里的層流紊亂，而且具有很強的細胞毒性。氣液界面的巨大張力差可以破壞細胞膜結(jié)構(gòu)、嚴重影響細胞的功能，并且常常把粘附在管道基底的細胞徹底沖走，從而引起實驗失敗。因此，氣泡問題已經(jīng)成為長期阻礙細胞生物學微納分析的一大障礙。

目前，國外已經(jīng)有人關(guān)注這個問題并且提出了一些解決方案，例如超聲法、疏水膜除氣法以及半透膜過濾法等，可以在一定程度上去除微流管道中的氣泡，但同時也會帶來細胞毒性，因此不適合于細胞生物學研究。Kang等(Lab?on?a?Chip，2008，8，176-178)利用正壓將氣泡通過PDMS從微流管道排出，但是該方法的缺點是需要中斷正在進行的實驗，并且細胞需要直接暴露在高壓下，有潛在的細胞毒性。Skelley等(Lab?on?a?Chip，2008，8，1733-1737)設(shè)計的裝置是將氣泡捕獲和排除的單元整合在一起，在不影響液流的情況下將氣泡通過PDMS膜排出。然而，該設(shè)計的缺點是需要外接抽真空設(shè)備，并且排除氣泡的速度比較慢，容易引起氣泡在通道內(nèi)的聚集。Sung等(Biomed.Microdevices，2009，11，731-738)最近發(fā)明了一種裝置，由上下兩層PDMS模塊組成，上面的模塊可以過濾和捕獲小于一定尺寸的氣泡，而下面的模塊可以通過正常無氣泡的液流，他們的裝置可以允許細胞在無氣泡狀態(tài)下培養(yǎng)4天左右。然而，該裝置的正常運行仍然需要短時間的實驗中斷和利用外接的抽真空設(shè)備除氣，會對細胞和實驗結(jié)果產(chǎn)生潛在的影響。

因此，到目前為止，還沒有一種簡單、有效、穩(wěn)定的除氣泡裝置可用來解決微流管道的氣泡問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，克服目前微流控系統(tǒng)除氣泡方法的缺點，如去除氣泡速度慢、需中斷液流以及裝置制作和實驗操作復雜等缺點，提供一種簡單、高效、經(jīng)濟、適用和穩(wěn)定的除氣泡裝置，解決長期困擾微流控細胞培養(yǎng)和分析實驗的實際問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明提供了一種用于微流通道的除氣泡裝置，其包括：位于微流通道液體入口處的腔體，用于緩沖液體和捕捉氣泡；和與腔體上部開口相連的氣泡引流旁路，用于排除腔體捕捉的氣泡。

優(yōu)選地，所述氣泡引流旁路包括：兩個旁路管和一條旁路通道，其中兩個旁路管分別位于旁路通道的兩端，一個旁路管用于連接旁路通道與腔體，另一個旁路管用于排除氣泡。

優(yōu)選地，所述連接旁路通道與腔體的旁路管為拱形，可以避免氣泡直接進入旁路通道，并且起到破碎氣泡的作用；更優(yōu)選地，所述旁路管的直徑為0.5～1.0毫米。

優(yōu)選地，所述用于排除氣泡的旁路管不與旁路通道連接的一端末端由濾膜封閉；優(yōu)選地，所述濾膜的孔徑為0.2微米；更優(yōu)選地，所述旁路管的直徑為0.5～1.0毫米。

優(yōu)選地，所述微流通道液體入口處位于腔體的最下部。

優(yōu)選地，所述腔體側(cè)壁中部連接有液體輸入管，所述微流通道末端連接有液體輸出管；更優(yōu)選地，所述液體輸入管和液體輸出管的直徑為0.5～1.0毫米，優(yōu)選為0.5毫米。

優(yōu)選地，所述腔體為圓柱形，一方面有利于流體運動，并且更容易加工，直徑為3～5毫米，高為3～5毫米。

優(yōu)選地，所述微流通道的寬度為0.1～1毫米，高度為0.1～0.5毫米，長度為10～20毫米；更優(yōu)選地，所述微流通道的截面為長方形或正方形。

優(yōu)選地，所述旁路通道的尺寸與微流通道相同，若有液體從連接腔體和旁路通道的旁路管溢出時，可以有效地平衡液流壓力，繼續(xù)維持旁路的工作。