利用雙向推拉注射泵進行微流控實驗研究：技術方案與應用實踐

一、雙向推拉注射泵核心特性與微流控適配優勢

（一）核心技術特性

（二）微流控實驗適配優勢

1. 突破單向傳輸局限：無需手動切換管路即可實現流體反向流動，解決微流控芯片通道堵塞（反向沖洗）、細胞動態灌注（營養循環）等核心需求，操作效率提升 10 倍以上；

2. 多相流精準協同：雙通道獨立控制推 - 拉流速，可實現兩種流體 1:1000 內任意比例混合，避免微流控多相流界面偏移，混合均勻性 RSD≤0.8%；

3. 低擾動流體傳輸：采用脈沖消除技術與細分步進電機（最小步長 0.039μm），流體輸出平穩無脈動，減少對敏感樣品（如細胞、生物大分子）的機械損傷；

4. 復雜程序自定義：支持 15 段以上雙向流量編程，可設置梯度流速、循環周期、延時觸發等參數，適配微流控動態反應（如濃度梯度生成、周期性流體刺激）。

二、微流控實驗典型應用場景與技術方案

（一）微流控芯片細胞灌注培養（3D 類器官 / 貼壁細胞）

1. 應用痛點

2. 技術方案

• 設備選型：雙通道雙向推拉注射泵（如貝塔 RSP02-C），適配 5mL 塑料注射器（培養液）與 1mL 玻璃注射器（緩沖液）；

• 參數設置：采用 “往復循環模式"，推速 100μL/min、拉速 100μL/min，循環周期 5 分鐘，通道壓力上限設定 2kPa（避免芯片破裂）；

• 系統集成：通過 PEEK 管路連接微流控芯片培養腔，注射器出口加裝微型過濾器（0.22μm），防止顆粒污染通道；

3. 實驗效果

（二）膜式微流控低溫保護劑（CPAs）添加 / 去除

1. 應用痛點

2. 技術方案

• 設備選型：雙通道雙向推拉注射泵（如蘭格 LSP02-1B），搭配膜式微流控芯片（三明治結構，內置微孔濾膜）；

• 參數設置：

• CPA 添加：上通道（CPAs 溶液）推速 5μL/min，下通道（細胞懸液）拉速 5μL/min，通過跨膜傳質實現濃度平穩上升；

• CPA 去除：上通道（置換液）推速 8μL/min，下通道（含 CPAs 細胞液）拉速 8μL/min，梯度降低滲透壓；

3. 實驗效果

（三）微流控液滴生成與多相反應控制

1. 應用痛點

2. 技術方案

• 設備選型：四通道雙向推拉注射泵（如 ExiGo 微流體泵），支持 iPad/PC 遠程控制，響應時間低至 50ms；

• 參數設置：

• 連續相（油相）：通道 A 推速 10μL/min；

• 分散相（水相試劑）：通道 B 推速 2μL/min，通過 “同步推 - 拉" 模式維持流速比 5:1；

• 反應調控：需終止反應時，通道 C 推速 3μL/min 注入淬滅劑，通道 B 同步抽吸（拉速 2μL/min）停止分散相供應；

3. 實驗效果

（四）微流控核酸檢測與數字 PCR 芯片供液

1. 應用痛點

2. 技術方案

• 設備選型：單通道雙向推拉注射泵（如貝塔 RSP02-B），適配 10μL 玻璃微量注射器；

• 參數設置：采用 “低速推注 + 反向回吸" 模式，推速 0.5μL/min（避免湍流產生氣泡），每填充 1 個芯片單元后回吸 0.1μL（消除管路死體積）；

• 操作要點：提前用 PCR 反應液潤洗管路與注射器，排盡氣泡，通過軟件編程實現 384 孔微腔精準分液；

3. 實驗效果

三、微流控實驗系統集成與參數優化

（一）系統集成關鍵步驟

1. 管路與芯片適配：

• 選用內徑 0.1-0.5mm 的 PTFE 或 PEEK 管路（低吸附、耐腐蝕），減少流體滯留與樣品損失；

• 采用魯爾接頭或微型 barb 接頭連接注射器與芯片，確保密封性能，避免微流泄漏；

2. 氣泡排除流程：

• 注射器吸液后垂直放置，輕彈管壁排出氣泡；

• 啟動 “脈沖推注" 模式（小流量反復推 - 拉 3 次），清除管路與芯片通道內殘留氣泡；

3. 雙向校準操作：

• 采用稱重法校準雙向流量：設定推 / 拉流速 1μL/min，收集 10min 流體，稱重后計算實際流量，偏差超 ±0.5% 時通過設備校準功能修正；

• 多通道協同校準時，需保證各通道流速比例誤差≤±0.3%，避免微流場失衡。

（二）不同場景參數優化指南

四、操作注意事項與故障排查

（一）核心操作規范

1. 注射器安裝時需確保推桿與驅動模塊緊密貼合，避免空程導致流量誤差；雙向模式切換前需排空管路內殘留流體，防止樣品交叉污染；

2. 長時間微流控實驗（>8h）需啟用 “掉電記憶" 功能，并定期檢查管路密封性，避免流體蒸發或泄漏影響實驗；

3. 處理生物樣品（細胞、核酸）時，注射器與管路需經 75% 乙醇消毒，實驗后用超純水反向沖洗 3 次，晾干備用。

（二）常見故障排查

五、應用拓展與未來趨勢