用于芯片实验室两相流的小型微量齿轮泵,精准定量低脉冲输送是关键 (内附PCR装置解决方案)

        小型微量齿轮泵在微通道内能精准定量控制两相流的产生(微通道直径为300*260微米;长度为3.4米),完善的系统能自动化连续分析和合成化学或发酵工艺。

  两相流的其中一个重要应用是连续聚合酶链反应(PCR)。在疫苗生产过程中,随着时间的推移,DNA的增加有助于监测发酵过程,从而优化生产工艺和产品质量。

  为了能产生稳定的两相流,精确定量输送载液和样品液十分关键。通过小型微量齿轮泵与体积流量控制器配套使用,能有效实现每分钟或每小时输送几微升的苛刻计量输送工作。

  德国HNPM微量齿轮泵具有高性能、高精度、低脉动和流量连续等优势,是上述应用的最佳解决方案。通过将它集成到功能模块中,保证了芯片实验室(Lab-on-a-Chip)或微全分析系统的应用实现微型化和自动化。

  过滤装置、微型齿轮泵和体积流量计的设备介绍

  微型齿轮泵

  微型齿轮泵属于正排量泵,它由一个内转子和一个绕偏置轴转动的外转子组成。两个转子在任何时候都处于联锁状态,共同形成一个由几个腔室组成的系统(见图A)。随着转子绕其偏置轴转动,泵体的吸入侧腔室空间增多,同时在泵的排出侧减少,因此能低脉动小流量精准输送液体。


       输送系统

  将德国HNPM小型微量齿轮泵mzr-2521集成到带有过滤装置(滤网孔径为7微米)的歧管中,cad模型图如图C。集成装置(C)与止回阀和体积流量计(B)紧凑结合,来产生两相流。

    

       根据输送液体具体成分,可以选用低压系列的mzr -2521或mzr-2921的微量泵(这两款泵与流体接触的材料是不锈钢或碳化钨),或者选用模块系列mzr-2542或 mzr-2942微量泵(这两款泵与流体接触的材料是陶瓷合金C22,PEEK,碳化钨)。

  用于控制两相流的体积流量计

  下图A展示了PCR芯片如何在两相流中填充载体和样品液。在只有载体液的芯片开始工作,体积流量为4μl/ min,样品液的输送流量为1μL/ min。

  图B的图形可知,两种流体体积流量随时间变化的变化趋势,这是体积流量计进行控制的。随着PCR芯片的填充量增加,电机转速也随之增加。

 

      流量计控制载液的体积流量为4微升/分钟,样品液的流量为1微升/分钟(A)。这使PCR芯片上的体积流量为5.7微升/分钟(B)。考虑到样品液滴之间的距离,使用LabView对体积流量进行恒定控制。

 

  芯片上两相流进行连续PCR

  图中A是在芯片上进行连续PCR的装置。由加热系统控制的Peltier加热元件放在芯片下面,并创建了三个温度区,体积流量计控制在温度区上的样品流量。通过PCR芯片上方的摄像机的拍摄图像(图B)可见,样品液滴大小一致,载液体积变化不大。

  C部分是芯片上连续PCR生成的琼脂糖凝胶图像。左侧的第2和第3条线是不同体积流量的样品液;第4和第5条线是不同体积流量的载体液。 右侧显示为PCR过程的阳性对照,是在常规PCR装置中扩增的参考样品。

 

  总结

  两个德国彗诺HNPM小型微量齿轮泵与体积流量计配套使用,在微通道中产生稳定的两相流,体积流量计通过LabView创建程序来控制液体流量。该系统可用于通过PCR进行连续DNA扩增,PCR是一种随时间变化来监测发酵过程的方法。该方法具有样本量小且处理时间短等优势,因此可以更加紧密有效监视复杂且昂贵的生物制品和药品生产工艺。

  如果需要解决更复杂的分析问题,可以将与生物反应器紧密接触的样品收集设备与合适的离线样品处理设备和分析仪器结合使用。