點成微流控壓力驅動流動控制解析

什么是微流控壓力驅動流動控制？

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。但最近研究人員轉向了微流控壓力驅動流動控制系統，因為它們在微流控實驗中具有獨特的性能。

在本應用說明中，您將了解：

l 壓力驅動流動控制是如何工作的

l 各種技術的優缺點

l 如何根據實驗要求在注射泵和壓力驅動流量控制器之間做出選擇

應用

壓力驅動流控微流控技術廣泛應用于需要精確控制尺寸、形狀、生成速率、混合等參數的場景。值得注意的和泡沫制備領域尤其需要精準調控微流控氣泡 / 液滴的生成過程，以獲得穩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

· 微流控乳液穩定性研究

· 微流控真菌封裝

壓力驅動流控微流控技術在生物醫學領域亦具有重要應用價值 —— 該技術可精確調節作用于微流控器件內細胞、細菌或其他生命系統的力學參數。

如何執行超精確且響應迅速的壓力驅動流量控制？

設置圖：壓力驅動流量控制微流體系統

壓力驅動流量控制器是替代注射泵的智能方案，可實現亞秒級響應的無脈沖流體輸送。其工作原理是通過密封液罐內的氣體輸入壓力，將液體從儲液罐精確推送至微流控器件。

壓力驅動流量控制原理

壓力控制器對含樣本的容器（如 Eppendorf 管、Falcon 管或試劑瓶）進行加壓，使液體平穩且幾乎瞬時地注入微流控芯片。

如圖所示，儲液器加壓后氣體作用于液面，驅動流體從出口流出。通過控制容器的輸入氣壓即可精準調控流出液量。依托壓電壓力調節技術，Elveflow系統可在40毫秒內完成流量調節，穩定性達0.005%。壓力驅動流控的顯著優勢在于能夠處理數百毫升級流體量，從而將系統轉化為高性能注射泵。

通過將壓力控制器與流量傳感器耦合，可實現超精密響應的壓力驅動流控。在Elveflow 軟件中設定目標流速值后，壓力控制器通過可定制的PID反饋回路自動調節氣壓，精確達成設定值。

壓力控制器

優點 / 缺點

注射泵

· 能夠快速設置流體實驗

· 在長期實驗中，可以知道每次注射的液體量

· 能夠產生數百巴的最大壓力

壓力控制泵

· 響應時間快（可達40毫秒）

· 高穩定性和無脈沖流動。

· 可以處理幾升的液體體積。

· 可以在死端通道中控制流體。

· 當與流量計配合使用時，可以同時控制流量和壓力。

技術評論

· 系統響應時間取決于流體阻力和系統順應性，流體阻力越高、管路彈性越大、響應延遲越顯著。

· 如果沒有流量計，用戶無法獲知瞬態期的真實流量值，存在動態過程監測缺失風險

· 傳統注射泵的流體處理量受限于注射器容積，且步進電機驅動的柱塞運動易產生周期性流量脈動

· 通道堵塞（如塵埃顆粒）時系統壓力無限制上升，可能導致器件損毀——需配置壓力傳感器實時監測

· 注射泵無法實現死端通道（如集成閥門）的流體控制，而壓力驅動系統通過動態氣壓調節可突破此限制

· 多輸入流路切換時，壓力失衡易引發反流，需結合閥門組件構建壓力平衡系統

性能：響應時間與穩定性

注射泵的核心優勢在于操作簡便，但其顯著缺陷是：①設定新流速時響應遲緩；②步進電機驅動導致周期性流量脈動。

這種動態響應能力的缺失，成為注射泵在眾多微流控場景中的主要技術瓶頸 —— 尤其是基于液滴的微流控應用。

現代微流控壓力控制器通過集成流量計與反饋回路，可同時實現壓力與流量的精準控制。當研究人員需要：①高流量響應速度（亞秒級動態調節）；②高流量穩定性（0.005% 精度）；③死端通道（如集成閥門）流體操控；④大樣本量（數百毫升級）處理時，點成&Elveflow壓力控制器成為適配方案。

結論

注射器泵憑借操作便捷的優勢長期應用于流體控制領域，但其性能存在固有局限 —— 當面對復雜系統（如多通道微流控芯片）或需要精密調控（如單細胞操控場景）時，其響應時間遲緩和流量脈動問題（步進電機固有特性）將顯著影響實驗精度，這在微流控領域尤為常見。

點成&Elveflow壓力驅動流控技術專為微流控應用開發，以三大核心優勢契合用戶需求：
? 動態響應：亞秒級流量調節（40ms 響應），遠超注射器泵的秒級延遲
? 穩定輸出：0.005% 流量穩定性，消除步進電機引發的周期性脈動
? 精準操控：支持死端通道（如集成閥門）流體控制，突破注射器泵的結構限制

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