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如何选择合适的微流体驱动泵(一)

如何选择合适的微流体驱动泵(一)

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微流控系统中,流体驱动泵作为流体的动力源,显得至关重要。针对不同的应用,该如何进行驱动泵的选择,既能满足应用需求,又能拥有较高的性价比?针对此问题,我们制作了两期推文,以作参考。01期(本期)介绍主流流体驱动泵及其工作原理,02期结合应用实例,对比各种流体驱动泵的优缺点,并给出如何选择驱动泵的建议。

目前,主流的微流体驱动泵可分为:压力泵、机械驱动泵以及其它驱动泵。

 

压力泵

 

压力泵工作原理为:通过给装有样品的密闭储液池施加外压(泵入如CO2N2等非腐蚀性气体),利用密封储液池出入口之间的压差,将样品泵至微流控芯片。

压力泵具有以下特点:

1.流量响应由气源响应所决定,响应时间短(可达40ms)。

2.控制过程不涉及机械部件,可保证流体控制的持续性和稳定性。

3.可集成流量传感器,实现流量的反馈控制,以达到更高的准确度。

因此,在对流体控制有高响应、高精度和高稳定性(如液滴制备)的情况下,压力泵是一个非常不错的选择。

 

机械驱动泵

机械驱动泵主要分为注射泵和蠕动泵。

注射泵

 

注射泵的工作原理为:采用电机推动(或拉动)注射器里的运动活塞以实现流体驱动,其驱动过程中,电机运动的每一步之间存在时间停顿,因此,在驱动微流体时会产生“振荡”现象。

 

注射泵工作时,其流量等于注射器横截面乘以运动活塞的线速度,通过改变更换注射器或调节活塞的线速度,可实现流量大小的切换。如上所提到,注射泵可控流量体积受注射器容量xian制。

 

蠕动泵

蠕动泵的工作原理基于柔性管路的压缩和松弛,通过旋转蠕动轮,交替压缩和松弛柔性管路,实现流体的循环吸入与推动。

 

 

 

蠕动泵工作时,柔性管路的压缩会造成较大脉冲,实验精度不高,为使流量精度达到百分之5,需要每天校准蠕动泵,但对于高流量、有流体循环要求并对流量准确度要求不高的应用(如细胞培养),蠕动泵是一个很好的选择,而且成本较低。

 

其它驱动泵

电渗泵

电渗泵工作原理为:在多孔介质之间施加电压(可达几千伏),带动液体内的带电离子流动,从而产生流量。

电渗泵的优点在于其控制可实现编程控制,响应迅速,具有很高的灵敏度,但信号易受通道情况、液体性质、电场强度等因素影响,稳定性较差,而且只适用于电介质溶液,应用局限性较大。

 

 集成微型泵

       目前存在的几种集成微泵大多基于蠕动原理,采用PDMS(聚二甲基硅氧烷,Polydimethylsiloxane,)柔性膜制成。流量范围较低,通常在10100uL/min

 

其主要优势是有可能将流体控制下降到Pl级别,但其微系统的集成需要复杂的微加工步骤,针对不同应用,需要进行特定的结构设计。