如何去除微流控實(shí)驗(yàn)通路上的氣泡？

        在做微流控實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，通常會(huì)有氣泡存在于微流控的通道中，這些氣泡有時(shí)候會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的精確度和穩(wěn)定性，因此，在做某些實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們需要在氣泡進(jìn)入到微流控芯片通道內(nèi)部之前將其過(guò)濾掉。

       如果要想排除掉微流控通路上的氣泡，那么我們需要先了解下，氣泡是從哪里引入的。微流控通道內(nèi)的氣泡來(lái)源主要有如下幾個(gè)方面：

（1）開(kāi)始向芯片通道內(nèi)注入液體

       當(dāng)開(kāi)始做微流控實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要啟動(dòng)微流控裝置，把所需要的實(shí)驗(yàn)液體注入到芯片的通道內(nèi)，在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)有大量的空氣注入到微流控系統(tǒng)的通道內(nèi)部。即使將實(shí)驗(yàn)用的液體注入到芯片通道內(nèi)直至滿通道后，仍可能會(huì)有部分氣泡存在。

（2）微流控切換閥或流體開(kāi)關(guān)

        在復(fù)雜的微流控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)用到微流控切換范或流體開(kāi)關(guān)，這些閥或開(kāi)關(guān)在進(jìn)行工作時(shí)，也會(huì)引入部分氣泡。

（3）微流控系統(tǒng)中的某部分有泄露

       如果微流控系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)適配件或者其他連接的地方有漏氣，那么漏氣的地方也會(huì)向微流控系統(tǒng)中引入氣泡。

（4）PDMS芯片

       PDMS芯片是一個(gè)多孔材料加工出來(lái)的芯片，如果是長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)，那么PDMS芯片的微通道內(nèi)也會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生部分氣泡。

（5）氣體溶解

       在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)用的液體會(huì)溶解部分氣體如氧氣、二氧化碳等，這些溶解的氣體會(huì)導(dǎo)致氣泡的形成。尤其是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果實(shí)驗(yàn)液體進(jìn)行加熱，那么在芯片的通道內(nèi)就會(huì)有氣泡產(chǎn)生。

     從以上可以看到，有多個(gè)地方會(huì)引入氣泡，那么這些引入的氣泡對(duì)微流控實(shí)驗(yàn)有哪些影響呢？

（1）影響流體流動(dòng)的穩(wěn)定性。微流控系統(tǒng)中的氣泡在微流控系統(tǒng)中會(huì)發(fā)生移動(dòng)或擴(kuò)張/收縮等狀態(tài)，這會(huì)導(dǎo)致微流體通路上的液體流量不穩(wěn)定。

（2）影響微流體通路上的壓力變化。當(dāng)微流體通路上的氣泡被卡在通道的某一個(gè)位置時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)達(dá)到壓力平衡所需要的時(shí)間增長(zhǎng)。當(dāng)我們需要微流體有良好的反應(yīng)時(shí)，這種現(xiàn)象對(duì)微流控實(shí)驗(yàn)是不利的。

（3）影響微流控系統(tǒng)的流阻。微流體通道內(nèi)氣泡的存在，會(huì)間接的導(dǎo)致微流體通道的寬度變窄，從而導(dǎo)致流阻的增加。當(dāng)使用注射泵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，因氣泡存在而導(dǎo)致的流阻增加將會(huì)導(dǎo)致微流控芯片內(nèi)部的壓力顯著增加。

（4）影響細(xì)胞的培養(yǎng)。氣泡邊界的界面張力會(huì)對(duì)細(xì)胞施加壓力，甚至?xí)?dǎo)致細(xì)胞死亡。

（5）影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。氣泡和液體之間相交的界面處有可能會(huì)聚集粒子或蛋白質(zhì)，這些在用顯微鏡觀察時(shí)，會(huì)導(dǎo)致偽影或不真實(shí)的影響，從而會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。

（6）影響微流體芯片通道內(nèi)表面的性質(zhì)。當(dāng)微流體通道內(nèi)存在大量的氣泡時(shí)，還可能會(huì)損害芯片通道內(nèi)表面的修飾性質(zhì)。

       既然微流體系統(tǒng)中的氣泡對(duì)微流控實(shí)驗(yàn)有這么多不利的地方，那么我們?cè)趯?shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，該怎么去除氣泡呢？首先，如果我們無(wú)法通過(guò)常規(guī)的辦法來(lái)檢查微流體系統(tǒng)中是否存在氣泡，那么我們可以使用氣泡檢測(cè)器來(lái)監(jiān)測(cè)微流體系統(tǒng)。

Elveflow 氣泡檢測(cè)裝置和實(shí)驗(yàn)連接圖

        當(dāng)判斷出微流體系統(tǒng)中存在氣泡時(shí)，可以通過(guò)如下幾個(gè)方式來(lái)去除氣泡。

（1）增加壓力

        增大微流體通路上的壓力可把通道壁和管道壁上的氣泡分離掉，不過(guò)單純的一味增加壓力，有時(shí)候也不一定會(huì)有效果。特別的是當(dāng)微流控芯片比較脆弱或者做微流控細(xì)胞實(shí)驗(yàn)時(shí)，一味的增加壓力會(huì)損壞實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（2）不同驅(qū)動(dòng)形式的壓力波形或脈沖

        使用OB1壓力控制器時(shí)，可以使用方波波形、三角波波形等形式的驅(qū)動(dòng)壓力脈沖，如下圖所示的脈沖波形，這些壓力脈沖可以有效的分離氣泡。

（3）溶解氣泡

         對(duì)于不太容易分離的氣泡，可不用分離而是直接溶解掉。通過(guò)在微流體芯片的入口處施加一定的壓力和作用時(shí)間，將氣泡強(qiáng)制性的溶解到溶液中。

          如下視頻展示了通過(guò)增加壓力的辦法來(lái)溶解微流體芯片入口處的氣泡。

（4）使用表面活性劑

        有時(shí)候，為了促進(jìn)氣泡的分離，還可以向微流體溶液內(nèi)加入含有表面活性劑的緩沖液，由此來(lái)加速管道壁和通道壁上氣泡的分離。

（5）脫氣泡裝置

        在微流控系統(tǒng)中添加除泡裝置，以除去流向微流控芯片內(nèi)液體中的氣泡。比如如下的Elveflow除氣泡裝置。

Elveflow微流控去泡器的視頻介紹鏈接如下：