在细胞培养或器官培养中了在微流控芯片内模拟生物体内环境,除了温度、湿度和酸碱度等条件之外,还需要模拟生物体内如血液循环之类的流体流动,尽可能的为细胞提供与在生物体内一致的培养环境,同时,在流体循环过程中,也方便收集细胞产物。此外,在做一些微流体的过滤实验时,也需要进行流体循环,如使用全血过滤膜滤除全血中的红细胞时,通过流体循环使全血多次穿过全血过滤膜,可提高红细胞滤除率。
微流体循环中,需保证流体在微流控芯片中的流向一直保持不变,一般来讲,实现微流体循环的常见方案有以下3种:
1.利用循环模组实现微流体循环。
2.利用两向六位阀(l-switch)实现微流体循环。
3.利用*结合阀门控制实现微流体循环。
利用循环模组实现微流体循环
系统连接示意图如上图所示。图中,两个flow ez压力泵分别驱动储液池a和储液池b中的流体,流体被泵出后(单次只泵出储液池a或b中的流体),依次经过2位换向阀和循环模组,通过2位换向阀和循环模组内部的流路切换,可保证流体永远从循环模组a口流出,依次经过微流控芯片与流量传感器,从而保证流体在微流控芯片中以同一方向流动,之后流体再从循环模组b口流入,经过2位换向阀,后流至储液池a或b中。
此系统进行流体循环时,流体流向在“储液池a-微流控芯片-储液池b”和“储液池b-微流控芯片-储液池a”两种状态下切换。
利用两向六位阀(l-switch)实现微流体循环
此系统组成部件包括:mfcs多通道压力泵,两向六位阀(l-switch),流量传感器,微流控芯片和a 、b两个储液池。其连接方式如下图所示。
此系统进行微流体循环时,会在位置1和位置2两种状态下进行切换。
位置1:mfcs压力泵将a储液池中的流体泵出,依次经过l-switch的port 3和port 2、流量传感器、微流控芯片,然后再经过l-switch的port4、port5和port6、port1,后再流至b储液池中。
位置2:压力泵将b储液池中的流体泵出,依次经过l-switch的port1和port2、流量传感器、微流控芯片,再经过l-switch的port4和port3,后流至储液池a中。
此系统中,通过调节压力泵驱动流体的方向与时间,结合阀门控制,实现了流体循环,同时也保证了流体在微流控芯片中以同一方向流动。
利用*结合阀门控制实现微流体循环
此系统示意图如下图。图中,*与一个6位换向阀相连,6位换向阀的两个阀口分别与一块微流控芯片和一个储液池相连,微流控芯片和储液池相连。
此系统工作原理为:首先,*通过6位换向阀与储液池相连,*将储液池中的流体吸至注射器中,之后,通过阀门切换,*通过6位换向阀与微流控芯片相连,*将流体泵至微流控芯片中,后于储液池中收集,依次往复,从而实现流体循环。上图中的状态为:*正往微流控芯片中泵入样本。
此系统进行微流体循环时,流量控制精确,使用单个储液池便可实现流体循环。另外,当把6位换向阀的其余阀口使用起来,可实现5种流体于同一芯片中的循环进样,不过,其缺点在于,在使用*“吸推”操作时,会存在一定的的时间间隔和交叉污染。