
德国彗诺HNPM微量进液泵已成熟应用于微流控芯片系统,可实现两相流的精确稳定输送。本文涉及的芯片微通道尺寸为直径300×260 μm、长度3.4 m。优化后的芯片系统具有便携性强、样品消耗低等特点,可用于化学或发酵工艺的自动连续分析与合成,并在部分领域逐步替代常规技术方法。其中,连续两相流的一个典型应用是PCR微流控芯片系统。PCR是常规体外核酸分子检验技术,在疫苗生产过程中,核酸扩增有助于监测发酵过程,从而优化生产和产品质量。
在流动型PCR芯片中,反应液需要连续流动以提高热传导效率,因此载液和样品液都必须被精确计量并稳定输送。HNPM微量进液泵与体积流量控制器搭配使用,可在芯片内部完成几微升每分钟或每小时的高要求计量任务。该泵具有高精度、低脉动、连续输送和使用寿命长等特点。通过将紧凑型微泵整合到功能模块中,可保证反应液体在微流控芯片内部实现精确注入和稳定流动。
HNPM微量进液泵属于正排量泵,其内部转子和外部转子绕略微偏心的轴转动。偏心安装的转子组形成多个密封泵腔,这些泵腔容积在入口侧增大、在出口侧减小。连接多个泵腔的肾形入口和出口之间可产生均匀而低脉动的恒流。根据不同输送液体,可提供多种型号,例如低压系列mzr-2521/mzr-2921,接液材料为不锈钢/碳化钨;或模块系列mzr-2542/mzr-2942,接液材料可选陶瓷、合金C22、PEEK、碳化钨。图中所示多歧管微量泵mzr-2521还集成了孔径7微米的过滤器。
在体积流量受控的两相流应用中,PCR芯片先以4 μL/min的流量填充载液,再在体积流量计控制下分别控制载液和样品液流量。样品液流量设定为1 μL/min时,芯片总体积流量约为5.7 μL/min,样品液滴之间距离保持稳定,系统通过LabView程序实现流量控制。
在连续PCR实验装置中,芯片下方放置由加热模块控制的珀尔帖加热元件,芯片上设有三个温控区。反应液经HNPM微量进液泵精确注入并在管道内稳定流动,体积流量计同步控制流量。实验结果显示,样品滴大小一致,琼脂糖凝胶图像中不同流量和载液条件下的PCR产物均可获得有效扩增,并与常规PCR仪器的阳性对照结果相符。
通过两台HNPM微量进液泵与体积流量计配合,并在LabView控制下,可在微通道中实现双相流稳定输送。该系统用于连续核酸扩增,能够以较小样本量和较短处理时间密切监测生物和医药产品的生产过程。将样品采集装置与离线样品处理及分析仪器结合,有助于解决复杂的分析问题。
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