如何選擇合適的微流體驅(qū)動泵(一)
微流控系統(tǒng)中,流體驅(qū)動泵作為流體的動力源,,顯得至關(guān)重要,。針對不同的應用,該如何進行驅(qū)動泵的選擇,,既能滿足應用需求,,又能擁有較高的性價比,?針對此問題,,我們制作了兩期推文,以作參考,。一期(本期)介紹主流流體驅(qū)動泵及其工作原理,,第二期結(jié)合應用實例,對比各種流體驅(qū)動泵的優(yōu)缺點,,并給出如何選擇驅(qū)動泵的建議,。
目前,主流的微流體驅(qū)動泵可分為:壓力泵,、機械驅(qū)動泵以及其它驅(qū)動泵,。
壓力泵
壓力泵工作原理為:通過給裝有樣品的密閉儲液池施加外壓(泵入如CO2、N2等非腐蝕性氣體),,利用密封儲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:
1.流量響應由氣源響應所決定,,響應時間短(可達40ms),。
2.控制過程不涉及機械部件,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,,實現(xiàn)流量的反饋控制,以達到更高的精確度,。
因此,,在對流體控制有高響應、高精度和高穩(wěn)定性(如液滴制備)的情況下,,壓力泵是一個非常不錯的選擇,。
機械驅(qū)動
機械驅(qū)動泵主要分為注射泵和蠕動泵。
注射泵
注射泵的工作原理為:采用電機推動(或拉動)注射器里的運動活塞以實現(xiàn)流體驅(qū)動,,其驅(qū)動過程中,,電機運動的每一步之間存在時間停頓,因此,,在驅(qū)動微流體時會產(chǎn)生“振蕩”現(xiàn)象,。
注射泵工作時,其流量等于注射器橫截面乘以運動活塞的線速度,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,。
蠕動泵
蠕動泵的工作原理基于柔性管路的壓縮和松弛,,通過旋轉(zhuǎn)蠕動輪,交替壓縮和松弛柔性管路,,實現(xiàn)流體的循環(huán)吸入與推動,。
蠕動泵工作時,柔性管路的壓縮會造成較大脈沖,,實驗精度不高,,為使流量精度達到5%,需要每天校準蠕動泵,,但對于高流量,、有流體循環(huán)要求并對流量精確度要求不高的應用(如細胞培養(yǎng)),蠕動泵是一個很好的選擇,,而且成本較低,。
其它驅(qū)動泵
電滲泵
電滲泵工作原理為:在多孔介質(zhì)之間施加電壓(可達幾千伏),帶動液體內(nèi)的帶電離子流動,,從而產(chǎn)生流量,。
電滲泵的優(yōu)點在于其控制可實現(xiàn)編程控制,響應迅速,,具有很高的靈敏度,,但電信號易受通道情況、液體性質(zhì),、電場強度等因素影響,,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)勢是有可能將流體控制下降到Pl級別,但其微系統(tǒng)的集成需要復雜的微加工步驟,,針對不同應用,,需要進行特定的結(jié)構(gòu)設計。