科学家提出简单、高效的微盲孔液体填充方法

近日，大连理工大学研究员刘军山和教授吴梦希团队发布关于微流控芯片的最新成果。他们通过开展微流控理论与技术研究，提出了一种简单、高效、稳定的微盲孔液体填充方法。相关成果以封面文章发表在《芯片实验室》。

微流控技术能够实现微米尺度的液体自动化操控，在高通量生物化学分析、即时检测等领域展现出巨大潜力。盲孔微腔室，即仅有一个通道与外界连接的微腔室，具有隔绝性好、结构紧凑、易于大面积高通量制造等优势，在微流控芯片中应用广泛。然而，盲孔微腔室在液体填充过程中易出现残留气泡的问题，导致结果准确性下降，甚至无法完成检测过程。目前应用的方案包括预充高溶解度气体、通过真空或使用多层结构促进气泡排出等，均存在操作复杂、材料限制或成本高昂等问题，难以满足实际应用需求。

本工作中，研究团队通过理论分析、数值模拟和高速摄像实验，构建了液体填充盲孔微腔室过程中的气液两相流模型，揭示了气液两相流由含气泡泰勒流到气液分层环形流的转变过程，阐明了文丘里效应对泰勒流-环形流转换的促进作用机制。在此基础上，团队提出了收缩式微流道的设计思想，阐明了微流道几何形状对文丘里效应的影响规律，实现了对盲孔微腔室的高效、无空隙液体填充。实验表明，与传统等宽通道相比，收缩式微流道结构通过利用文丘里效应，可将液体填充时间缩短60.57%，流体速度稳定性提高66.78%，无空隙液体填充的成功率达到99.17%。

该成果将为微流控芯片的设计制造提供有益的指导。

相关论文信息：https://doi.org/10.1039/D5LC00323G