日本理研開發(fā)出超薄玻璃板的微流體芯片內(nèi)電動(dòng)泵

       日本理化學(xué)研究所（簡稱“理研”）2014年5月27日宣布，利用超薄玻璃板的柔軟性，成功在玻璃制微流體芯片內(nèi)嵌入了玻璃電動(dòng)泵。以前在微流體芯片中嵌入電泵時(shí)，實(shí)現(xiàn)電泵功能的部分必須采用柔軟的樹脂材料。而此次利用玻璃材料成功嵌入了電泵功能，因此就能使用以前因容易與樹脂發(fā)生反應(yīng)而不能使用的甲醇、丙酮等有機(jī)溶媒作為試樣或試劑。

　　微流體芯片是在數(shù)cm見方的樹脂及玻璃基板上，形成了寬度和深度為1mm以下的流路，其用途是在微流路中注入試樣，使試樣發(fā)生反應(yīng)，或是觀察試樣的變化。優(yōu)點(diǎn)是能夠在很小的空間內(nèi)進(jìn)行化學(xué)及生物化學(xué)處理。

　　微泵的作用是控制微流體芯片內(nèi)的試樣，有使用外置微泵的，也有使用嵌入芯片內(nèi)部的內(nèi)置微泵的，不過，與外置型相比，內(nèi)置型具有能實(shí)現(xiàn)小型化并可細(xì)致控制試樣的優(yōu)點(diǎn)。

　　此次理研開發(fā)的玻璃制內(nèi)置微泵的工作原理如下（圖1）。首先在想要控制流動(dòng)的流路（主流）之外，另外設(shè)置一個(gè)從主流分出來的環(huán)狀流路（支流）。在支流的4處配置直徑3mm、深50μm的圓柱形凹部。在每個(gè)凹部的底部都設(shè)置支流的入口和出口，使所有凹部在支流中呈連通狀態(tài)。在這4個(gè)凹部的上方覆蓋超薄玻璃板，使凹部形成封閉的空間（腔體）。將初期狀態(tài)設(shè)定為用微針從上方按住所有腔體、施加壓力的狀態(tài)。由腔體和微針構(gòu)成的部分就形成了“泵部”。想要在支流形成流動(dòng)時(shí)，從一邊開始依次松開微針（圖2）。這樣一來，由此產(chǎn)生的支流流動(dòng)就會(huì)與主流匯合，將主流中的試樣推向想要讓其流動(dòng)的方向。

　　微針使用由電腦控制的致動(dòng)器高速驅(qū)動(dòng)（圖3）。因此，為了緩和微針對(duì)超薄玻璃板造成的沖擊，在二者之間夾入了柔軟的PDMS（聚二甲基硅氧烷）片材。流量依賴于致動(dòng)器的性能。在實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)了最大為每分鐘0.80μL、達(dá)到實(shí)用水平的流量。