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大連理工大學團隊在微流控芯片液體填充技術方面取得重要進展
2025年10月17日 15:00:58
來源：化工儀器網 作者：宋池 點擊量：4154
大連理工大學研究團隊在《芯片實驗室》發表封面文章，提出一種采用收縮式微流道實現離心微流控芯片中盲孔微腔室無空隙液體填充的新方法。該設計通過文丘里效應促使氣液兩相流型轉變，有效避免氣泡殘留，為微流控芯片設計提供了創新解決方案。
近日，大連理工大學機械工程學院劉軍山研究員和吳夢希教授團隊在微流控芯片技術領域的研究成果，以封面文章形式發表于國際知名期刊《芯片實驗室》(Lab on a Chip)。該研究題為“Analysis of and methods for void-free liquid filling of blind microchambers in centrifugal microfluidics”，為解決微流控芯片盲孔微腔室液體填充過程中的氣泡殘留問題，提供了一種高效、無空隙的解決方案。
微流控技術能夠在微米尺度上實現液體自動化操控，在高通量生物化學分析、即時檢測等領域具有廣泛應用前景。盲孔微腔室作為一種僅有一個通道與外界連接的結構，因其良好的隔絕性、結構緊湊及易于高通量制造等優點，在微流控芯片中應用廣泛。然而，此類結構在液體填充過程中易產生殘留氣泡，影響檢測結果的準確性，甚至導致檢測失敗。
目前常用的解決方案包括預充高溶解度氣體、真空處理或多層結構設計等，但這些方法普遍存在操作復雜、材料要求高或成本較高等問題，限制了其實際應用。
針對上述挑戰，劉軍山和吳夢希團隊通過理論分析、數值模擬和高速攝像實驗，系統研究了液體填充盲孔微腔室過程中的氣液兩相流動行為。研究團隊構建了氣液兩相流模型，揭示了液體由含氣泡的泰勒流向氣液分層環形流的轉變機制，并闡明了文丘里效應對這一轉換過程的促進作用。
基于上述機理，團隊提出了收縮式微流道設計思想，通過優化微流道幾何形狀增強文丘里效應，實現了對盲孔微腔室的高效、無空隙液體填充。實驗數據顯示，與傳統等寬通道相比，收縮式微流道結構可將液體填充時間縮短60.57%，流體速度穩定性提高66.78%，無空隙液體填充的成功率達到99.17%。
該研究成果為微流控芯片的設計與制造提供了一種簡單、高效且穩定的液體填充方法，無需復雜的表面處理或額外施加外力，有望推動微流控技術在生物化學分析和即時檢測等領域的進一步應用。
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