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为什么注射泵在微流体实验中具有较低的响应性?

发布时间:2019-03-14 17:08:02    查看次数:64

关于微流体中注射泵的响应性的介绍

由于注射泵易于使用并且能够快速设置微流体实验,因此,注射泵广泛应用于微流体的研究。微流体中注射泵的两个主要缺点是设定新流速时的响应时间慢,以及由于电机步进引起的流动振荡。在这里,我们将重点了解为什么注射泵在微流体中的响应性低,并通过各种方法来解决这一问题。
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自2013年以来,已出现若干商业解决方案来部分克服这些问题。但是,为了避免出现不希望的假象和不可再现性,理解在微流体中处理注射泵时涉及的物理现象是很重要的。(此外,在选择流量控制仪器之前,请务必确保您首选的商业联系人完全了解您的科学实验。有关在微流体中使用注射泵时出现流动振荡的类似教程,请查看链接:http://blog.sina.com.cn/s/blog_517655970102xx6s.html)

当使用微流体系统内的注射泵改变流速时,达到所需流速的95%所需的稳定时间可以从百分之一毫秒到几个小时,其主要原因是微流体通常处理高流体电容(流体系统的弹性,导管的顺应性)和小的流速。


如何应对依赖于实验装置的响应性?
当注射泵的马达推动注射器的活塞时,流体系统中将会增加压力。为了在芯片内达到所需的液体流速,物理规则要求您必须将芯片入口的压力设置为正确的值。达到所需流速所需的压力随着芯片的流体阻力线性增加,并且随着固定的流速线性增加。
在一个完美的世界中,一切都是不可变形的,这种压力的增加应该立即达到(比如您设定的声速)。但是,流体系统由于它们随压力变形而具有顺应性(就像连接到电子设备中的电流源的RC滤波器一样)。当系统变形时,它会减慢压力增加,从而减慢微流体芯片中正确流速的稳定速度。
因此,流量稳定时间随着以下方式线性增加:
-流体阻力(即压力)
-系统的流体电容
用电子学理论的方法做类比,电流源(注射泵)将花费时间以所需电压(压力)对电容充电,然后受到系统电阻的限制。


稳定时间或多或少的与流速无关,但是在低流速下,可能会出现另一个假象:如果注射器体积太大而且电机的精度太低,注射器电机在一段时间内将不会移动。

在低流速下发生的另一个常见问题是如果活塞和电机之间的机械接触不完美,那么电机通常会因为干摩擦而不会起始推动任何东西或导致抖动。
为什么注射泵在微流体实验中具有较低的响应性?


如何加快微流控芯片内的流量变化?

气泡:
为什么注射泵在微流体实验中具有较低的响应性?

气泡和微流体气泡是微流体学家最大的敌人之一。您的微流体系统或注射器中存在的气泡将充当大电容,并将显著增加您系统的响应时间,这是微流体中一个非常常见的问题—如果您想在使用注射泵时获得可重现且可利用的科学结果,请始终注意避免气泡。您可以在本教程中找到有关如何避免微流体设备中的气泡的更多信息。
如果您需要一个气泡捕捉套件来清除导管中的气泡,请查看此链接:http://blog.sina.com.cn/s/blog_517655970102xxup.html。


灰尘或活细胞:

为什么注射泵在微流体实验中具有较低的响应性?

如果在实验过程中,灰尘或细胞沉淀或塞住您的微通道,那么流体阻力将会增加,从而导致响应时间也会增加。这种情况经常发生在微流体芯片上的细胞生物学应用中。在最糟糕的情况下,如果流体阻力变得太高,您将遇到第二个问题:微流体装置中的压力将会急剧增加,急剧增大的压力可能会导致微流体芯片或注射器泄露和损坏。避免这种情况的一种方法是过滤样品并在处理微流体中的细胞时要加倍小心。如果您正在处理细胞,您也可以使用带有注射泵的流量计,这样您就可以自动或手动检查通道是否有堵塞。或者,它仍然是一个大问题,您最终可以停止使用注射泵并使用微流体压力控制器来克服这个问题。


导管和注射器的弹性

为什么注射泵在微流体实验中具有较低的响应性?

通过使用玻璃注射器,PEEK,PTFE或玻璃毛细管代替Tygon软性导管来降低流体顺应性将提高流量控制的响应性。不幸的是,它还会增加液体流量的振荡性,这是注射泵的第二个缺点。


微流体芯片的弹性

为什么注射泵在微流体实验中具有较低的响应性?

在某些情况下,使用玻璃芯片降低流体顺应性也会提高流量控制的响应性。不幸的是,它同样会增加液体流量的振荡,这是注射泵的第二个缺点。


电机和注射器活塞之间接触的机械顺应性

为什么注射泵在微流体实验中具有较低的响应性?

使用高精度微流体注射泵应该可以帮助您部分克服这个问题,当然,始终拧紧注射器是非常重要的。


注射器的体积和马达步进的精度

为什么注射泵在微流体实验中具有较低的响应性?

如前所述,最重要的是要始终考虑流速,注射器体积和最小步进运动之间的充分性。在这里,使用高精度的微流体注射泵会有所帮助。
如果您想提高微流体注射泵的响应性,您也可以查看我们的注射泵快速响应套件。我们的注射泵快速响应套件的组件可以轻松添加到您的实验装置中,以便快速有效地稳定流体的流速。


其他替代方案可以解决对注射泵的响应问题

为什么注射泵在微流体实验中具有较低的响应性?

除了先前描述的基本优化之外,还存在不同的商业解决方案以克服在微流体中使用注射泵的响应性问题。所有这些解决方案都有优点和缺点,没有一个是完美的。选择实验仪器之前,请务必仔细查看数据表(特别是标注型号的地方),并在选择实验仪器之前检查与您交流的人员是否真正理解您的实验。



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