便携式微泵在微流控芯片上的应用(2)
在自然界中，液体的蒸发可以产生液体输送的驱动力。例如，根吸收水和营养物，克服重力运送到顶部叶片。模仿这一自然过程，Manz等[17]早在2002已通过使用风扇增加蒸发速率而研发了蒸发驱动泵。然而，在过去的20年，蒸发驱动泵没有被成功应用[18,19]，原因在：ⅰ）水蒸发速率很小，导致流体流速小而不稳定；ii）流体输送仅能持续数分钟。
因此，我们提出了一种新的、基于聚氯乙烯（PVC）管内溶剂扩散效应的便携式微泵。由于PVC管壁的高渗透性，一端封闭的PVC管内的溶剂可以快速蒸发到外界，使管内的压力小于外界大气压，从而在开口端产生负压。通过添加缓冲室，微泵可以在很长的时间段内稳定的提供负压；通过改变扩散管的长度，可以对微泵的输出压力进行灵活调节。与现有的被动泵相比，我们所发明的扩散泵具有以下优点：1）无能源消耗；2）可多次使用，重复性好；3）输送流体速度快，稳定，且流速可控；4）高便携性和低成本；和5）操作简单且易于微芯片偶联。上述优点确保该微泵可被用于微流控芯片的各个领域，如层流，液滴操纵，及现场及时诊断等。
2. 实验部分
2.1 药品和仪器
十吹冰烷和碳酸二甲酯是从J＆K科技有限公司（北京，中国）购买。矿物油是从Acros Organics获得。Span 80，苏丹红Ⅳ和三氯十八烷基硅烷是从TCI发展有限公司（上海，中国）获得的。二氯甲烷，正己烷，甲苯和乙酸乙酯从喜龙化学技术有限公司购买。亚甲蓝来自上海化学试剂有限公司（上海，中国）。SYLGARD 184 PDMS低聚物和固化剂来自道康宁（米德兰，MI）。SU-8 (3035)光刻胶是从MicroChem购买。
聚四氟乙烯(PTFE)管（内径为1.6 mm或0.25 mm）和PTFE的三端口连接器是从大连依利特分析仪器有限公司（辽宁，中国）购买。PVC管是聚乙烯R-3603管（内径为1/32英寸），是从广州Saitop仪器有限公司（广东，中国）获得的。PP注射器来自江苏正康医疗器械有限公司（江苏，中国）。缓存室由两个PP注射器制作。
大注射泵L0107-3A从保定兰格恒流泵有限公司（河北，中国）购买。DP 2000的数字压力表从上海宏宇环境保护单位（上海，中国）获得。倒置显微镜(Olympus IX71)来自奥林巴斯（东京，日本）。图1C使用iPhone 4S拍摄。连接管是PTFE管，直径为1.6 mm。扩散管（扩散管）的直径为0.8 mm。首先，我们固定扩散管长度在40 cm，用乙酸乙酯(EA)填充泵。用密封塞密封扩散管末端后，我们观察连接管中流动的情况并记录EA流动4 cm所用的时间。泵的体积流速可由以下方程计算：
Q是泵的体积流速，d是导管的内径，L为4 cm，T是我们记录的时间。
扩散管通过使用相同长度的扩散管，分别将正己烷、二氯甲烷、甲苯和碳酸二甲酯填满在泵中并且测量时间。在此之后，以EA为扩射溶剂，改变将扩散管扩散管长度从20 cm依次增加到40 cm，60 cm和80 cm，计算相应管长的体积流速。
2.2 压力测量
我们采用一个三通构造了一个简单的流体输送系统。一端连接数字压力计，另一端采用90 cm长的管与水溶液连接。剩下的一端与扩散泵连接。连接管是聚四氟乙烯管，直径为1.6 mm。当扩散泵被乙酸乙酯填满时,我们立即将它插入到系统。然后,我们开始测量系统中的压力。间隔1 min记录1次压力，共47 min。
在同一系统中，我们使用注射器泵来代替扩散泵。注射泵的体积流速设定为20 μL/min，测量压力同上。由于同一系统，在压力比较时，水的重力影响可以忽视。
2.3 层流的形成
微流控芯片采用标准软光刻方法制作。在本节中，扩散管的长度为50 cm。将扩散泵用EA填充，然后接入微流控芯片。在泵的吸力下，去离子水和0.1％(wt)的亚甲基蓝溶液从入口流入微通道，形成了和预先设计的层流图案。流形宽度的理论值为微通道宽度的三分之一，实际值是用图像测量软件(Image J)来测量。