微流体的流量控制系统是任何微流体设备开发和运行中非常重要的组成部分。它允许精确操作和输送少量液体,从而在药物研究、芯片实验室系统、即时诊断等方面实现广泛的应用。最广泛使用的微流体流量控制系统有压力泵、注射泵和蠕动泵。                                                                                                                                                            压力泵(Pressure-driven pumps)

在压力泵中,流体输送是通过调节压力来控制的。通常,目标流体位于密封的储液器中,被其上方的空气加压并被输送到微流体通道。将样品注入微流控芯片之前,可在储液器内搅拌样品并防止其沉淀,易实现温控,且可以使用高达数升的大样本量。压力驱动的响应时间很短,约为几十毫秒,并且非常适合泵送高粘度流体。不过压力泵的主要缺点是它们需要一个流量控制单元,这增加了系统的成本。

注射泵(Syringe pumps)

注射泵是微流控中最常见的流体输送系统。注射泵通过步进电机以固定速率推动注射器的柱塞。它的最大优点是易于使用,无需专业复杂的操作。与压力泵相反,注射泵通过改变流量而不是压力来调节流量,不需要流量计来控制流量。在大多数注射泵中,都有一个内置的注射器类型和体积库,选择要使用的注射器,然后,泵自动计算注射器的表面积以及应推动注射器以提供所需流速的速度。注射泵支持从单个注射器到多通道注射器,允许一次输送多种试剂。如果使用可编程注射泵,用户还可以可以超越简单的输液和抽取操作,创建由简单到复杂的流量曲线组成的定制泵送方法。不过,注射泵的响应时间可能很慢。此外,溶液的分配量受到注射器尺寸的限制,不适合长期实验。

蠕动泵(Peristaltic pumps)

蠕动泵是一种多功能、高效且可靠的泵。通过使用泵头内的软管,向内部液体施加压力,使其被挤压通过管道长度并控制其速度。这使得蠕动泵非常适合分配、计量和传输少量液体等应用。蠕动泵也是长期实验的理想解决方案,因为它们可以连续循环流体,而且泵送机构和被泵送的介质之间没有任何接触,消除了与任何介质接触的污染风险。不过蠕动泵也存在一些缺点:如流量剧烈波动、产生明显的振动和噪音、管道必须偶尔更换、通常不如注射泵和压力控制器准确,此外,它们不可编程,无法创建复杂的流曲线。

选择最佳的微流体流量控制技术时,需要考虑所需的流量范围、设置或更改流速的精度、响应速度、耐用性和稳定性以及成本等因素。