[发明专利]一种用于微流通道的除气泡装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微流通道的除气泡装置及其应用。

背景技术

细胞生物学微纳分析体系是近年来发展起来的新一代细胞培养和分析体系，是细胞粘附、分化、增殖行为以及细胞间相互作用研究的重要平台，为研究细胞的结构和功能以及细胞间相互作用提供前所未有的技术优势。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种具有极好透明性、低细胞毒性、透气性的聚合物，以PDMS和玻片为基材的微流控芯片已经被广泛应用于细胞微纳分析，比如，干细胞的分化、神经细胞神经肽的分泌、单细胞钙释放及抑制等。

然而，在微流芯片培养细胞面临许多问题，包括细菌污染、液体渗漏、管道堵塞以及气泡的聚集等。大多数的问题可以通过仔细操作以及材料的筛选等方法加以减少或避免，然而，气泡的聚集却是微流控体系中经常发生且极难避免的一个问题。气泡通常发生在导管和微流孔道对接时或是在微流芯片在培养箱和显微镜之间转换时产生。此外，微流管道小尺度下液体的表面张力较大以及微流孔道内外的压力差等因素也经常导致溶解在液体中的气体逸出而形成气泡。气泡不但可以引起微流管道里的层流紊乱，而且具有很强的细胞毒性。气液界面的巨大张力差可以破坏细胞膜结构、严重影响细胞的功能，并且常常把粘附在管道基底的细胞彻底冲走，从而引起实验失败。因此，气泡问题已经成为长期阻碍细胞生物学微纳分析的一大障碍。

目前，国外已经有人关注这个问题并且提出了一些解决方案，例如超声法、疏水膜除气法以及半透膜过滤法等，可以在一定程度上去除微流管道中的气泡，但同时也会带来细胞毒性，因此不适合于细胞生物学研究。Kang等(Lab on a Chip，2008，8，176-178)利用正压将气泡通过PDMS从微流管道排出，但是该方法的缺点是需要中断正在进行的实验，并且细胞需要直接暴露在高压下，有潜在的细胞毒性。Skelley等(Lab on a Chip，2008，8，1733-1737)设计的装置是将气泡捕获和排除的单元整合在一起，在不影响液流的情况下将气泡通过PDMS膜排出。然而，该设计的缺点是需要外接抽真空设备，并且排除气泡的速度比较慢，容易引起气泡在通道内的聚集。Sung等(Biomed.Microdevices，2009，11，731-738)最近发明了一种装置，由上下两层PDMS模块组成，上面的模块可以过滤和捕获小于一定尺寸的气泡，而下面的模块可以通过正常无气泡的液流，他们的装置可以允许细胞在无气泡状态下培养4天左右。然而，该装置的正常运行仍然需要短时间的实验中断和利用外接的抽真空设备除气，会对细胞和实验结果产生潜在的影响。

因此，到目前为止，还没有一种简单、有效、稳定的除气泡装置可用来解决微流管道的气泡问题。

发明内容

本发明的目的在于，克服目前微流控系统除气泡方法的缺点，如去除气泡速度慢、需中断液流以及装置制作和实验操作复杂等缺点，提供一种简单、高效、经济、适用和稳定的除气泡装置，解决长期困扰微流控细胞培养和分析实验的实际问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。本发明提供了一种用于微流通道的除气泡装置，其包括：位于微流通道液体入口处的腔体，用于缓冲液体和捕捉气泡；和与腔体上部开口相连的气泡引流旁路，用于排除腔体捕捉的气泡。

优选地，所述气泡引流旁路包括：两个旁路管和一条旁路通道，其中两个旁路管分别位于旁路通道的两端，一个旁路管用于连接旁路通道与腔体，另一个旁路管用于排除气泡。

优选地，所述连接旁路通道与腔体的旁路管为拱形，可以避免气泡直接进入旁路通道，并且起到破碎气泡的作用；更优选地，所述旁路管的直径为0.5～1.0毫米。

优选地，所述用于排除气泡的旁路管不与旁路通道连接的一端末端由滤膜封闭；优选地，所述滤膜的孔径为0.2微米；更优选地，所述旁路管的直径为0.5～1.0毫米。

优选地，所述微流通道液体入口处位于腔体的最下部。

优选地，所述腔体侧壁中部连接有液体输入管，所述微流通道末端连接有液体输出管；更优选地，所述液体输入管和液体输出管的直径为0.5～1.0毫米，优选为0.5毫米。

优选地，所述腔体为圆柱形，一方面有利于流体运动，并且更容易加工，直径为3～5毫米，高为3～5毫米。

优选地，所述微流通道的宽度为0.1～1毫米，高度为0.1～0.5毫米，长度为10～20毫米；更优选地，所述微流通道的截面为长方形或正方形。

优选地，所述旁路通道的尺寸与微流通道相同，若有液体从连接腔体和旁路通道的旁路管溢出时，可以有效地平衡液流压力，继续维持旁路的工作。