微流控芯片亮相流精确稳定输送解决方案：HNPM微量进液泵

摘要

德国彗诺HNPM微量进液泵成熟应用于微流控芯片中控制两相流的稳定输送。

本文涉及到的芯片微通道尺寸：直径：300×260μm，长度：3.4 m。优化后的芯片系统和 装置可用于化学或发酵工艺的自动连续分析和合成。这些芯片装置具有便携性强和消耗低的特点，在一些领域的实际应用中已经逐渐取代了常规技术方法。 其中一个使用连续两相流的应用是PCR微流控芯片系统。聚合酶链式反应（PCR）是一项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芯片内，反应液连续不断流动，从而提高热传导效率，因此必须非常精确计量和稳定输送载液和样品液。德国彗诺HNPM微量进液泵与体积流量控制器搭配使用，在芯片内部高效实现几微升每分钟或每小时的高要求计量任务。HNPM微量进液泵具有高精度、低脉动、连续输送、使用寿命长等特点。通过将紧凑型微泵整合到功能模块中，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。

过滤器、微量进液泵和流量计功能模块

HNPM微量进液泵属于正排量泵，其内部转子和外部转子绕着略微偏心的轴进行转动。偏心安装的转子组形成由多个密封泵腔组成的系统(图A)，这些泵腔容积在输入侧增加，同时在输出侧减少。同时连接多个泵腔的肾形入口和出口之间就会产生均匀而低脉动的恒流。下图C是整合了过滤器(过滤网孔径是7 微米)的多歧管微量泵 mzr-2521的CAD图。结合输送液体具体类型，我们提供多款合适的微量泵型号。例如低压系列mzr-2521/mzr-2921(与流体接触的材料:不锈钢/碳化钨)或模块系列mzr-2542/mzr-2942(与流体接触的材料:陶瓷、合金C22、PEEK、碳化钨)。

体积流量受控的两相流

下图 A 展示了PCR芯片如何以两相流方式填充载液和样品流。

开始时芯片只填充载液，体积流量为 4 uL/min。

下图B的图表描述了两种液体在体积流量计的控制下，体积流量随时间变化的变化趋势，以及随着PCR 芯片填充量的增加而增加的电机转数。

使用LabView控制液体流量

控制载液流量在4 uL/min，控制样品液流量在1 uL/min(A)。

这样，PCR芯片上的体积流量为5.7 uL/min(B)。

样品液滴之间的距离保持不变。使用 LabView 控制液体流量。

在芯片进行连续PCR实验装置

图A展示了在芯片上进行连续PCR的实验装置。

芯片下方放置一个受加热模块控制的珀尔帖(Peltier)加热元件。芯片上有三个温控区，反应液通过HNPM彗诺微量进液泵精确注入管道并在管道内稳定流动，体积流量计控制液体流量。

图B是通过PCR芯片上的摄像头拍摄图片。样品滴大小相等，载液产生的空间略有不同。

图C是芯片上连续PCR产生的PCR产物的琼脂糖凝胶图像。左侧是2号线和3号线不同流量的样品以及4号线和5号线中不同载液的样品，右侧是在常规PCR仪器中扩增的参考样品作为 PCR过程的阳性对照。

摘要和结论

通过两个德国彗诺微量进液泵和体积流量计在微通道中稳定输送双相流，通过Labview程序控制液体的体积流量。该系统用于通过PCR进行连续核酸扩增，这是一种用于长期监测发酵过程的方法。

由于样本量小、处理时间短，因此能更加密切监测复杂且昂贵的生物和医药产品的生产过程。通过将与生物反应器紧密接触的样品采集装置与合适的离线样品处理装置和分析仪器相结合，即使是复杂的分析问题也能迎刃而解。