點(diǎn)成微流控壓力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)控制解析

什么是微流控壓力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)控制？

提到微流控，由于歷史原因注射泵仍然是微流控中主流系統(tǒng)。但最近研究人員轉(zhuǎn)向了微流控壓力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)控制系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈冊(cè)谖⒘骺貙?shí)驗(yàn)中具有獨(dú)特的性能。

在本應(yīng)用說(shuō)明中，您將了解：

l 壓力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)控制是如何工作的

l 各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

l 如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求在注射泵和壓力驅(qū)動(dòng)流量控制器之間做出選擇

應(yīng)用

壓力驅(qū)動(dòng)流控微流控技術(shù)廣泛應(yīng)用于需要精確控制尺寸、形狀、生成速率、混合等參數(shù)的場(chǎng)景。值得注意的和泡沫制備領(lǐng)域尤其需要精準(zhǔn)調(diào)控微流控氣泡 / 液滴的生成過(guò)程，以獲得穩(wěn)定的乳液或泡沫體系。

· 液滴生成

· 微流控氣泡生成

· 微流控海藻酸鈉珠子生成

· 微流控乳液穩(wěn)定性研究

· 微流控真菌封裝

壓力驅(qū)動(dòng)流控微流控技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域亦具有重要應(yīng)用價(jià)值 —— 該技術(shù)可精確調(diào)節(jié)作用于微流控器件內(nèi)細(xì)胞、細(xì)菌或其他生命系統(tǒng)的力學(xué)參數(shù)。

如何執(zhí)行超精確且響應(yīng)迅速的壓力驅(qū)動(dòng)流量控制？

設(shè)置圖：壓力驅(qū)動(dòng)流量控制微流體系統(tǒng)

壓力驅(qū)動(dòng)流量控制器是替代注射泵的智能方案，可實(shí)現(xiàn)亞秒級(jí)響應(yīng)的無(wú)脈沖流體輸送。其工作原理是通過(guò)密封液罐內(nèi)的氣體輸入壓力，將液體從儲(chǔ)液罐精確推送至微流控器件。

壓力驅(qū)動(dòng)流量控制原理

壓力控制器對(duì)含樣本的容器（如 Eppendorf 管、Falcon 管或試劑瓶）進(jìn)行加壓，使液體平穩(wěn)且?guī)缀跛矔r(shí)地注入微流控芯片。

如圖所示，儲(chǔ)液器加壓后氣體作用于液面，驅(qū)動(dòng)流體從出口流出。通過(guò)控制容器的輸入氣壓即可精準(zhǔn)調(diào)控流出液量。依托壓電壓力調(diào)節(jié)技術(shù)，Elveflow系統(tǒng)可在40毫秒內(nèi)完成流量調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性達(dá)0.005%。壓力驅(qū)動(dòng)流控的顯著優(yōu)勢(shì)在于能夠處理數(shù)百毫升級(jí)流體量，從而將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為高性能注射泵。

通過(guò)將壓力控制器與流量傳感器耦合，可實(shí)現(xiàn)超精密響應(yīng)的壓力驅(qū)動(dòng)流控。在Elveflow 軟件中設(shè)定目標(biāo)流速值后，壓力控制器通過(guò)可定制的PID反饋回路自動(dòng)調(diào)節(jié)氣壓，精確達(dá)成設(shè)定值。

壓力控制器

優(yōu)點(diǎn) / 缺點(diǎn)

注射泵

· 能夠快速設(shè)置流體實(shí)驗(yàn)

· 在長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)中，可以知道每次注射的液體量

· 能夠產(chǎn)生數(shù)百巴的最大壓力

壓力控制泵

· 響應(yīng)時(shí)間快（可達(dá)40毫秒）

· 高穩(wěn)定性和無(wú)脈沖流動(dòng)。

· 可以處理幾升的液體體積。

· 可以在死端通道中控制流體。

· 當(dāng)與流量計(jì)配合使用時(shí)，可以同時(shí)控制流量和壓力。

技術(shù)評(píng)論

· 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間取決于流體阻力和系統(tǒng)順應(yīng)性，流體阻力越高、管路彈性越大、響應(yīng)延遲越顯著。

· 如果沒(méi)有流量計(jì)，用戶無(wú)法獲知瞬態(tài)期的真實(shí)流量值，存在動(dòng)態(tài)過(guò)程監(jiān)測(cè)缺失風(fēng)險(xiǎn)

· 傳統(tǒng)注射泵的流體處理量受限于注射器容積，且步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的柱塞運(yùn)動(dòng)易產(chǎn)生周期性流量脈動(dòng)

· 通道堵塞（如塵埃顆粒）時(shí)系統(tǒng)壓力無(wú)限制上升，可能導(dǎo)致器件損毀——需配置壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

· 注射泵無(wú)法實(shí)現(xiàn)死端通道（如集成閥門(mén)）的流體控制，而壓力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)氣壓調(diào)節(jié)可突破此限制

· 多輸入流路切換時(shí)，壓力失衡易引發(fā)反流，需結(jié)合閥門(mén)組件構(gòu)建壓力平衡系統(tǒng)

性能：響應(yīng)時(shí)間與穩(wěn)定性

注射泵的核心優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)便，但其顯著缺陷是：①設(shè)定新流速時(shí)響應(yīng)遲緩；②步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致周期性流量脈動(dòng)。

這種動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的缺失，成為注射泵在眾多微流控場(chǎng)景中的主要技術(shù)瓶頸 —— 尤其是基于液滴的微流控應(yīng)用。

現(xiàn)代微流控壓力控制器通過(guò)集成流量計(jì)與反饋回路，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓力與流量的精準(zhǔn)控制。當(dāng)研究人員需要：①高流量響應(yīng)速度（亞秒級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)）；②高流量穩(wěn)定性（0.005% 精度）；③死端通道（如集成閥門(mén)）流體操控；④大樣本量（數(shù)百毫升級(jí)）處理時(shí)，點(diǎn)成&Elveflow壓力控制器成為適配方案。

結(jié)論

注射器泵憑借操作便捷的優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)期應(yīng)用于流體控制領(lǐng)域，但其性能存在固有局限 —— 當(dāng)面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)（如多通道微流控芯片）或需要精密調(diào)控（如單細(xì)胞操控場(chǎng)景）時(shí)，其響應(yīng)時(shí)間遲緩和流量脈動(dòng)問(wèn)題（步進(jìn)電機(jī)固有特性）將顯著影響實(shí)驗(yàn)精度，這在微流控領(lǐng)域尤為常見(jiàn)。

點(diǎn)成&Elveflow壓力驅(qū)動(dòng)流控技術(shù)專為微流控應(yīng)用開(kāi)發(fā)，以三大核心優(yōu)勢(shì)契合用戶需求：
? 動(dòng)態(tài)響應(yīng)：亞秒級(jí)流量調(diào)節(jié)（40ms 響應(yīng)），遠(yuǎn)超注射器泵的秒級(jí)延遲
? 穩(wěn)定輸出：0.005% 流量穩(wěn)定性，消除步進(jìn)電機(jī)引發(fā)的周期性脈動(dòng)
? 精準(zhǔn)操控：支持死端通道（如集成閥門(mén)）流體控制，突破注射器泵的結(jié)構(gòu)限制

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