如何選擇合適的微流體驅(qū)動(dòng)泵(一)
瀏覽次數(shù):2812 發(fā)布日期:2020-5-11
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微流控系統(tǒng)中,流體驅(qū)動(dòng)泵作為流體的動(dòng)力源,顯得至關(guān)重要。針對(duì)不同的應(yīng)用,該如何進(jìn)行驅(qū)動(dòng)泵的選擇,既能滿足應(yīng)用需求,又能擁有較高的性價(jià)比?針對(duì)此問題,我們制作了兩期推文,以作參考。第一期(本期)介紹主流流體驅(qū)動(dòng)泵及其工作原理,第二期結(jié)合應(yīng)用實(shí)例,對(duì)比各種流體驅(qū)動(dòng)泵的優(yōu)缺點(diǎn),并給出如何選擇驅(qū)動(dòng)泵的建議。
目前,主流的微流體驅(qū)動(dòng)泵可分為:壓力泵、機(jī)械驅(qū)動(dòng)泵以及其它驅(qū)動(dòng)泵。
壓力泵
壓力泵工作原理為:通過給裝有樣品的密閉儲(chǔ)液池施加外壓(泵入如CO2、N2等非腐蝕性氣體),利用密封儲(chǔ)液池出入口之間的壓差,將樣品泵至微流控芯片。
壓力泵具有以下特點(diǎn):
1.流量響應(yīng)由氣源響應(yīng)所決定,響應(yīng)時(shí)間短(可達(dá)40ms)。
2.控制過程不涉及機(jī)械部件,可保證流體控制的持續(xù)性和穩(wěn)定性。
3.可集成流量傳感器,實(shí)現(xiàn)流量的反饋控制,以達(dá)到更高的精確度。
因此,在對(duì)流體控制有高響應(yīng)、高精度和高穩(wěn)定性(如液滴制備)的情況下,壓力泵是一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇。
機(jī)械驅(qū)動(dòng)
機(jī)械驅(qū)動(dòng)泵主要分為注射泵和蠕動(dòng)泵。
注射泵
注射泵的工作原理為:采用電機(jī)推動(dòng)(或拉動(dòng))注射器里的運(yùn)動(dòng)活塞以實(shí)現(xiàn)流體驅(qū)動(dòng),其驅(qū)動(dòng)過程中,電機(jī)運(yùn)動(dòng)的每一步之間存在時(shí)間停頓,因此,在驅(qū)動(dòng)微流體時(shí)會(huì)產(chǎn)生“振蕩”現(xiàn)象。
注射泵工作時(shí),其流量等于注射器橫截面乘以運(yùn)動(dòng)活塞的線速度,通過改變更換注射器或調(diào)節(jié)活塞的線速度,可實(shí)現(xiàn)流量大小的切換。如上所提到,注射泵可控流量體積受注射器容量限制。
蠕動(dòng)泵
蠕動(dòng)泵的工作原理基于柔性管路的壓縮和松弛,通過旋轉(zhuǎn)蠕動(dòng)輪,交替壓縮和松弛柔性管路,實(shí)現(xiàn)流體的循環(huán)吸入與推動(dòng)。
蠕動(dòng)泵工作時(shí),柔性管路的壓縮會(huì)造成較大脈沖,實(shí)驗(yàn)精度不高,為使流量精度達(dá)到5%,需要每天校準(zhǔn)蠕動(dòng)泵,但對(duì)于高流量、有流體循環(huán)要求并對(duì)流量精確度要求不高的應(yīng)用(如細(xì)胞培養(yǎng)),蠕動(dòng)泵是一個(gè)很好的選擇,而且成本較低。
其它驅(qū)動(dòng)泵
電滲泵
電滲泵工作原理為:在多孔介質(zhì)之間施加電壓(最高可達(dá)幾千伏),帶動(dòng)液體內(nèi)的帶電離子流動(dòng),從而產(chǎn)生流量。
電滲泵的優(yōu)點(diǎn)在于其控制可實(shí)現(xiàn)編程控制,響應(yīng)迅速,具有很高的靈敏度,但電信號(hào)易受通道情況、液體性質(zhì)、電場(chǎng)強(qiáng)度等因素影響,穩(wěn)定性較差,而且只適用于電介質(zhì)溶液,應(yīng)用局限性較大。
集成微型泵
目前存在的幾種集成微泵大多基于蠕動(dòng)原理,采用PDMS(聚二甲基硅氧烷,Polydimethylsiloxane,)柔性膜制成。流量范圍較低,通常在10至100uL/min。
其主要優(yōu)勢(shì)是有可能將流體控制下降到Pl級(jí)別,但其微系統(tǒng)的集成需要復(fù)雜的微加工步驟,針對(duì)不同應(yīng)用,需要進(jìn)行特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。