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大连理工大学团队在微流控芯片液体填充技术方面取得重要进展
2025年10月17日 15:00:58
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：5142
大连理工大学研究团队在《芯片实验室》发表封面文章，提出一种采用收缩式微流道实现离心微流控芯片中盲孔微腔室无空隙液体填充的新方法。该设计通过文丘里效应促使气液两相流型转变，有效避免气泡残留，为微流控芯片设计提供了创新解决方案。
近日，大连理工大学机械工程学院刘军山研究员和吴梦希教授团队在微流控芯片技术领域的研究成果，以封面文章形式发表于国际知名期刊《芯片实验室》(Lab on a Chip)。该研究题为“Analysis of and methods for void-free liquid filling of blind microchambers in centrifugal microfluidics”，为解决微流控芯片盲孔微腔室液体填充过程中的气泡残留问题，提供了一种高效、无空隙的解决方案。
微流控技术能够在微米尺度上实现液体自动化操控，在高通量生物化学分析、即时检测等领域具有广泛应用前景。盲孔微腔室作为一种仅有一个通道与外界连接的结构，因其良好的隔绝性、结构紧凑及易于高通量制造等优点，在微流控芯片中应用广泛。然而，此类结构在液体填充过程中易产生残留气泡，影响检测结果的准确性，甚至导致检测失败。
目前常用的解决方案包括预充高溶解度气体、真空处理或多层结构设计等，但这些方法普遍存在操作复杂、材料要求高或成本较高等问题，限制了其实际应用。
针对上述挑战，刘军山和吴梦希团队通过理论分析、数值模拟和高速摄像实验，系统研究了液体填充盲孔微腔室过程中的气液两相流动行为。研究团队构建了气液两相流模型，揭示了液体由含气泡的泰勒流向气液分层环形流的转变机制，并阐明了文丘里效应对这一转换过程的促进作用。
基于上述机理，团队提出了收缩式微流道设计思想，通过优化微流道几何形状增强文丘里效应，实现了对盲孔微腔室的高效、无空隙液体填充。实验数据显示，与传统等宽通道相比，收缩式微流道结构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%。
该研究成果为微流控芯片的设计与制造提供了一种简单、高效且稳定的液体填充方法，无需复杂的表面处理或额外施加外力，有望推动微流控技术在生物化学分析和即时检测等领域的进一步应用。
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