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如何使用壓力控制器進(jìn)行超精確和響應(yīng)的流量控制？

由于微流控剛開始出現(xiàn)時(shí)采用注射泵以及注射泵易于尋找、使用等方面的歷史原因，使得注射泵是微流體實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中Z常用的系統(tǒng)。然而，由于壓力控制獨(dú)特的性能可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，很多研究人員開始轉(zhuǎn)向壓力控制系統(tǒng)。

本文中，我們將解釋壓力驅(qū)動的流量控制如何工作，不同驅(qū)動控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)以及如何根據(jù)您的要求在注射泵和壓力控制之間進(jìn)行選擇。

組件列表
（1）微流體OB1 MK3流量控制器

（2）樣品儲液池

（3）液體流量傳感器

實(shí)驗(yàn)裝置連接圖：將您的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為強(qiáng)大的注射泵
壓力驅(qū)動的流量控制是取代注射泵的明智選擇，它允許在毫秒響應(yīng)時(shí)間內(nèi)無脈沖流動，包括在樣品儲液池內(nèi)使用氣體輸入壓力，以便將液體從儲液池流到您的微流體實(shí)驗(yàn)裝置。

流量控制原理
壓力控制器對儲液池如Eppendorf，F(xiàn)alcon或含有樣品的瓶子等施加壓力，然后，將液體平穩(wěn)且準(zhǔn)瞬間注入到微流體芯片中。

圖3：樣品儲液池被加壓，氣體推動液體表面，流體將流過出口。因此，控制儲液池的輸入氣體的壓力將能夠控制流出儲液池的液體。由于采用壓電技術(shù)的壓電壓力調(diào)節(jié)，Elveflow系統(tǒng)能夠在40   ms內(nèi)調(diào)節(jié)液體流量，穩(wěn)定性為0.005%。壓力驅(qū)動流量控制的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于能夠處理數(shù)百mL的流體體積。因此，您可以將您的系統(tǒng)變成一個(gè)強(qiáng)大的注射泵。

通過將我們的壓力控制器與流量傳感器相結(jié)合，您可以實(shí)現(xiàn)超精確和快速響應(yīng)的流量控制。您可以在Elveflow軟件中設(shè)定液體流量值，并且由于可定制的PID反饋回路，壓力控制器將自動調(diào)節(jié)壓力以便達(dá)到所設(shè)定的液體流量值。

優(yōu)點(diǎn)/弱點(diǎn)

性能：注射泵 VS 壓力控制
注射器泵的主要優(yōu)點(diǎn)是它們非常易于使用，并且微流體實(shí)驗(yàn)中使用注射泵的兩個(gè)主要缺點(diǎn)是在設(shè)置新的液體流速時(shí)，由于電機(jī)步進(jìn)而導(dǎo)致的流動振蕩的響應(yīng)時(shí)間較慢。芯片內(nèi)部的流量變化可能需要幾秒到幾小時(shí)（請參見：為什么注射泵在微流體實(shí)驗(yàn)中具有較低的響應(yīng)？博文），這種反應(yīng)性的缺乏是注射泵對于許多應(yīng)用的主要限制之一。

現(xiàn)代微流體壓力控制器還可以通過將流量計(jì)與反饋回路集成來控制壓力和流量。因?yàn)楫?dāng)微流體研究人員需要高流量響應(yīng)性，高流動穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，以及當(dāng)他們使用死端通道或需要大量的樣品時(shí)，他們主要使用壓力控制器。

響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性

結(jié)論
如前所述，每個(gè)系統(tǒng)都有其缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。注射泵方便，并且已經(jīng)使用了很長時(shí)間。然而，當(dāng)設(shè)置復(fù)雜或需要精細(xì)控制時(shí)，性能受到限制（響應(yīng)時(shí)間，振動等等），這在微流體實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常碰到這種情況。

壓力控制越來越多地被使用，因?yàn)樗菫槲⒘黧w開發(fā)的，它完全滿足用戶的期望（響應(yīng)性、穩(wěn)定性、可重復(fù)性等等）。壓力控制技術(shù)幾乎涵蓋了所有的微流體應(yīng)用（97%以上），并開始進(jìn)入其它相關(guān)領(lǐng)域，如生物學(xué)和化學(xué)。同時(shí)，配套壓力控制器的可選配件如切換閥MUX、傳感器等非常廣泛，可以針對實(shí)驗(yàn)的需求而加以選擇，同時(shí)這些選配件的價(jià)格下降使得其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。

Elveflow同時(shí)提供壓力控制器OB1、液體流量傳感器MFS和BFS、液體壓力傳感器MPS及微流體切換閥等，希望廣大的研究人員憑借這些優(yōu)異的微流控儀器取得豐富的研究成果。

微流體學(xué)的Z終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)所謂的芯片實(shí)驗(yàn)室，即將通常在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的所有實(shí)驗(yàn)活動都整合到一個(gè)微流體芯片上操作。在過去的幾年中，微流控朝著這個(gè)方向邁出了巨大的步伐：微流控設(shè)備廣泛的應(yīng)用于從物理到生物醫(yī)學(xué)的許多應(yīng)用領(lǐng)域。此外，單個(gè)微流控芯片上植入多種功能不僅在便攜性和成本上具有明顯的優(yōu)勢，而且小型化還可以研究細(xì)胞量級的生化現(xiàn)象。

微流控的這些優(yōu)良的特性激發(fā)了研究人員對微流控技術(shù)在細(xì)胞培養(yǎng)相關(guān)研究中的廣泛興趣。實(shí)際上，使用微流控芯片既可以培養(yǎng)樣品，又可以在同一平臺上進(jìn)行所需要的實(shí)驗(yàn)觀察。然而，微流控芯片中的細(xì)胞培養(yǎng)具有很大的挑戰(zhàn)性。實(shí)際上，細(xì)胞培養(yǎng)Z重要的問題之一是通過微流控芯片將細(xì)胞從外部撕裂，從而無法直接監(jiān)視其微環(huán)境。在這方面，探測培養(yǎng)室內(nèi)部Z重要的參數(shù)之一是pH值。實(shí)際上，細(xì)胞會影響其周圍環(huán)境，例如在呼吸過程中會產(chǎn)生二氧化碳和/或乳酸，從而酸化培養(yǎng)室的微環(huán)境。由于典型的微流控培養(yǎng)室中所含的液體量極低（約1μL左右），因此，這些自然過程的影響會變得更加重要。

因此，能夠動態(tài)地測量甚至是控制微流體裝置內(nèi)的pH值是微流體應(yīng)用的關(guān)鍵主題。在以下部分中，將會簡要介紹微流體器件中實(shí)現(xiàn)pH監(jiān)控的幾種方法。此外，補(bǔ)充說明中，還介紹了集成在微流體器件中的用于pH測量的固態(tài)傳感器的基本原理。

微流控中的光學(xué)pH監(jiān)控
當(dāng)前大多數(shù)細(xì)胞培養(yǎng)基都包含簡單的pH指示劑例如酚紅，這些化合物分子的特征在于其能夠根據(jù)周圍環(huán)境的pH值改變顏色。因此，該特性允許進(jìn)行簡單但粗略地監(jiān)測中等pH值。然而，為了能夠通過光學(xué)方法進(jìn)行pH的定量測量，需要具有相當(dāng)長的吸收光的路徑，這對于微流體器件而言顯然是不可能的。

Magnusson等（2013）開發(fā)了一種技術(shù)，該技術(shù)可以克服光吸收路徑長的問題，在成像區(qū)域中實(shí)現(xiàn)非吸收性部件，從而可以進(jìn)行定量和精確的pH測量。該技術(shù)的前提條件是需要在使用非吸收性液體進(jìn)行任何測量之前對光源進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)。這種技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是僅僅需要標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備例如透射光顯微鏡和帶有CCD傳感器的數(shù)碼相機(jī)，這在大多數(shù)生物醫(yī)學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室中都可以找到。以下部分介紹了該技術(shù)的基本工作原理。

圖 1

如圖1所示，從微流體器件發(fā)出的光被光學(xué)顯微鏡中的物鏡收集，然后被選定的帶通濾波片綠光，然后通過旋轉(zhuǎn)鏡將光線輸送到相機(jī)的CCD傳感器上。當(dāng)添加吸收介質(zhì)如包含酚紅的溶液時(shí)，到達(dá)相機(jī)的光強(qiáng)度將具有以下形式：

其中，λi是酚紅的兩個(gè)吸收波長（酸和堿性形式），∝i是相應(yīng)的吸收系數(shù)，ρ是酚紅的濃度，d是微流體器件的厚度。為了確定兩個(gè)吸收系數(shù)之間的比率，在不使用酚紅介質(zhì)的情況下執(zhí)行校準(zhǔn)測量，以便忽略對它的依賴性。因此，我們有：

為了避免時(shí)間變化，在成像幀中不僅捕獲培養(yǎng)室圖像，還捕獲芯片附近的空白區(qū)域，與校準(zhǔn)測量值相比，該空白區(qū)域不應(yīng)該顯示吸收。因此，該區(qū)域中的相對強(qiáng)度提供了比率即在校準(zhǔn)（t0）和測量（t1）之間的時(shí)間內(nèi)光源強(qiáng)度的變化。對兩個(gè)酚紅的吸收波長重復(fù)該過程，然后將兩個(gè)獲得的值相除，得出：

先前表達(dá)式的自然對數(shù)給出了酚紅的兩個(gè)吸收系數(shù)之間的比率。該比率使用以下表達(dá)式給出細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境的pH值：

需要注意的是，pH值還取決于其他因素，例如溫度和所用的特定細(xì)胞培養(yǎng)基。采用的設(shè)備是帶有12個(gè)培養(yǎng)室和內(nèi)置閥的PDMS微流體芯片，用于沖洗和培養(yǎng)基供應(yīng)，其設(shè)計(jì)由Gomez-Sjober等人（2007）開發(fā)。為了捕捉不同波長的圖像，使用了一些寬度為10nm的商業(yè)帶通濾波片（以430nm和560nm為ZX，以匹配酚紅吸收峰）。該系統(tǒng)是自動化的，可以通過MATLAB軟件進(jìn)行操作。

圖 2

圖2給出了使用此技術(shù)進(jìn)行pH測量的可靠性和可重復(fù)性的一些結(jié)果。測量偏差的主要來源是由于沖洗不完全、沖洗不徹底和化學(xué)痕跡而導(dǎo)致的腔室之間的波動。此外，PDMS對苯酚分子的吸收會引起時(shí)間上的連續(xù)偏差，該偏差可以通過在pH測量中引入時(shí)間函數(shù)偏差來進(jìn)行解決。

總之，通過使用標(biāo)準(zhǔn)生命科學(xué)儀器進(jìn)行簡單的設(shè)置，該方法可提供可靠且精確的pH測量值（對于pH≈7-8，Z大靈敏度＜0.005）。此外，它利用了nL量級的少量培養(yǎng)基，因此，與傳統(tǒng)的pH控制方法相比，降低了昂貴的成本。此測量方法的主要缺點(diǎn)是由于腔室的沖洗不徹底以及微流體器件對吸收介質(zhì)的吸收，pH值出現(xiàn)了意想不到的偏差。

使用混合EIS傳感器/微流體器件進(jìn)行pH測量
Lin（2013）等開發(fā)了一種能夠同時(shí)監(jiān)測pH和葡萄糖水平的微流體裝置。圖3示意圖顯示了組成芯片的各個(gè)層。從底部開始，有一個(gè)電解質(zhì)-絕緣體-半導(dǎo)體（EIS）傳感器粘接到帶有內(nèi)置鋁電極的玻璃基板上，以便傳導(dǎo)來自EIS傳感器底部的傳感器信號。然后，將兩個(gè)PDMS層用于樣品的流體處理。特別是，一層承載微流體通道，而另一層PDMS則內(nèi)置六個(gè)氣動泵，用于流量調(diào)節(jié)和樣品加載。重要的是這些泵也可以充當(dāng)閥門的功能：實(shí)際上，自動壓縮空氣流會將PDMS層偏轉(zhuǎn)到通道上，從而調(diào)節(jié)或阻塞下面的樣品流。Z后，在器件的底部，玻璃基板上有一個(gè)Ag/AgCl薄膜參比電極，可為pH測量提供參比電位。

圖 3

下面簡要介紹監(jiān)測pH值的工作原理。EIS傳感器的平帶電壓由以下表達(dá)式定義：

其中，Eref是參考電極電勢，Xsol是溶液的表面偶極電勢，Φsi是硅功函數(shù)，q是電荷，Qss是硅表面每單位面積的表面態(tài)密度，Qox是每單位面積的固定氧化物電荷，Cox是每單位面積的柵極絕緣體電容，ψ是表面電勢。在前面的表達(dá)式中，唯yi的自由參數(shù)是表面電勢，因此，EIS傳感器的平帶電勢的變化僅由表面電勢的變化決定，從而也就是由周圍環(huán)境pH的變化確定。

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的性能，已將四種具有已知pH值（4.03、6.70、7.40和9.57）的溶液注入腔室內(nèi)。

圖 4

圖4是Lin等（2013）人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所達(dá)到的高線性度（0.9996）表示可以在不同樣品加載之間對腔室進(jìn)行有效沖洗。此外，該系統(tǒng)能夠使用非常少量的試劑（約102μL）進(jìn)行操作。所有測量都是自動進(jìn)行的，從而避免了與手工操作引起的污染有關(guān)的任何問題。

使用基于反饋的微流體系統(tǒng)調(diào)節(jié)pH值
本部分提出了另一種能夠監(jiān)測pH值的微流體器件。該器件由Welch和Christen（2014）開發(fā)，利用PDMS芯片進(jìn)行管理，該芯片可以管理液體以及用于測量pH值的離子選擇場效應(yīng)晶體管（ISFET）。該器件的主要功能是不僅可以進(jìn)行pH探測，還可以自動調(diào)節(jié)液位。實(shí)際上，在PDMS芯片（圖5）中，有兩個(gè)具有堿性（pH+）和酸性（pH-）溶液的儲液池。這些儲液池的輸出由兩個(gè)閥門控制，這兩個(gè)閥門調(diào)節(jié)流出的流量以及后面的混合，從而可以主動控制暴露于ISFET傳感器的混合溶液的pH值。

圖 5

如上所述，該器件是通過常規(guī)的PDMS軟光刻技術(shù)加工而成的。聚合物結(jié)構(gòu)位于形成微通道基礎(chǔ)的硅基底上。其向位于pH傳感器所在的反應(yīng)室中的酸和堿性溶液在反應(yīng)室之前在兩個(gè)微通道的結(jié)合處混合。第三個(gè)無閥輸入通道用于為傳感器校準(zhǔn)目的提供標(biāo)準(zhǔn)pH緩沖液。相同的硅基板支撐著由兩個(gè)電極組成的ISFET：一個(gè)用于參考，另一個(gè)用于感應(yīng)。軟件根據(jù)傳感器的讀數(shù)控制閥門。為了計(jì)算輸出信號以管理pH值，使用了比例微分（PD）反饋控制算法。已經(jīng)證明該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)控制芯片內(nèi)部反應(yīng)室中溶液的pH值。這是通過在0.14pH值的增加和減少方向上進(jìn)行反饋控制的步進(jìn)實(shí)現(xiàn)的。Z后，該系統(tǒng)能夠在操作員Z初輸入后的20秒內(nèi)穩(wěn)定達(dá)到pH設(shè)定值。

通過基于水凝膠的微流控芯片主動調(diào)節(jié)pH值
水凝膠是生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中越來越重要的一類材料。水凝膠能夠在聚合物鏈之間捕獲水分子的聚合物基質(zhì)。此功能使他們無需任何外部電源即可更改其形態(tài)。此外，此類材料具有高度的生物相容性和耐用性，因此，在文件科學(xué)家的應(yīng)用中非常具有優(yōu)勢。特別地，前述的由環(huán)境參數(shù)的變化觸發(fā)的形狀和尺寸變化的能力可以使它們成為旨在控制pH的良好材料。Atwe等（2014年）利用此功能設(shè)計(jì)了一種微流體器件，該器件使用水凝膠作為微閥來根據(jù)其pH值控制流量。pH敏感的水凝膠具有酸性或堿性基團(tuán)，可以通過使它們流過特定pH的介質(zhì)來觸發(fā)電離。這種電離導(dǎo)致抗衡離子從周圍區(qū)域流入凝膠，Z終導(dǎo)致水分子流均衡凝膠邊界兩側(cè)之間的滲透壓。因此，為了維持該壓力梯度，水凝膠根據(jù)pH的變化而發(fā)生膨脹。水凝膠的這種pH依賴性擴(kuò)展是在微流體通道中創(chuàng)建微閥的基本原理。實(shí)際上，在Atwe的器件中，水凝膠切片已包含在PDMS芯片內(nèi)部的微通道網(wǎng)絡(luò)中，因此，流路可以根據(jù)流動介質(zhì)的pH值自動變窄或自行擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)pH值相關(guān)的流量調(diào)節(jié)。

圖 6

圖6顯示了該過程的示意圖：中等pH值會使水凝膠收縮，從而使微通道的直徑從Db減小到Da（Db＜Da）。圖7顯示了在各種pH下，由于離子的吸收，孔尺寸發(fā)生的變化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Z大變化發(fā)生在pH=3時(shí)，其中孔從平均直徑20μm穿過到平均值3μm。因此，可以推斷出當(dāng)流動介質(zhì)處于pH=3時(shí)，泵的效率Z大。

圖7

補(bǔ)充說明
pH的概念源于Lavoisier和Arrhenius，他們在18世紀(jì)以更科學(xué)的方式研究了這種化學(xué)特性。確實(shí)，在他們之前，“酸”和“堿”之間的分類被認(rèn)為是可觀察或感知到的諸如口味之類的特性。Arrhenius首先提出了pH值與給定物質(zhì)中的電荷載體有關(guān)的假設(shè)。特別是，他推斷氫離子在酸性物質(zhì)中攜帶電流，而在堿性物質(zhì)中以離子形式運(yùn)動。

到目前為止，pH的正式定義為：

其中，公式中的系數(shù)是水合氫離子在摩爾尺度上的活度。此外，在電解質(zhì)溶液中，使?jié)舛忍荻扰c電梯度相關(guān)的公式為Nerst方程：

其中，E是電解質(zhì)的電勢，E^-是標(biāo)準(zhǔn)電勢，R是通用氣體常數(shù)，T是溫度（以開爾文為單位），z是反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移的電子摩爾數(shù)，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，Q_r是反應(yīng)商。該方程式是用于pH測量的固態(tài)傳感器（例如離子選擇場效應(yīng)晶體管（ISFET））實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)（圖8）。實(shí)際上，對于這些電位離子傳感器，即其電勢作為離子濃度的函數(shù)進(jìn)行測量的傳感器，Nerst方程規(guī)定電極電勢是該傳感器侵入其中的電解質(zhì)溶液中離子活度的直接對數(shù)函數(shù)。實(shí)際上，對于ISFET的平帶電壓，得出的公式為：

其中，除φ_0外，所有項(xiàng)都是常數(shù)。因此，ISFET電勢與表面電勢的直接相關(guān)性使得ISFET對電解質(zhì)pH敏感。ISFET類似于金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET），實(shí)際上可以用相同的等效電路對其進(jìn)行等價(jià)（圖9，c）。

圖 8

兩者之間的宏觀差異是MOSFET的金屬柵極（圖9，a）被參比電極的金屬（圖9，b）代替。參比電極只是金屬線和水溶液之間的接觸點(diǎn)，用于確定該溶液的電勢。實(shí)際上，參比電極例如由AgCl線（具有不溶性AgCl涂層的銀）在KCl溶液中以恒定濃度組成。根據(jù)能斯特方程式，電化學(xué)耦合的形成產(chǎn)生恒定的電勢。參比電極的內(nèi)部溶液與必須通過勢壘（所謂的熔塊）測量電位的溶液接觸。請注意，對于這種類型的電位傳感器，必須使感測材料（膜）導(dǎo)電，因?yàn)闇y量電路必須“閉合”。換句話說，參比電極以穩(wěn)定的方式將穿透氧化物的電場耦合到“電子世界”。如果氧化物的外表面與與氧化物接觸的離子溶液處于平衡狀態(tài)，則產(chǎn)生的界面電位將調(diào)節(jié)電場，因此，在“離子世界”和“電子世界”之間提供了wan美而穩(wěn)定的接觸。

圖 9

此外，在ISFETS的情況下，柵極電壓是參考電極上的電壓，通常為零（接地參考電極），但是閾值電壓包含在一側(cè)反映液體和柵極氧化物之間界面的項(xiàng)，并且液體和參比電極在另一側(cè)。因此，設(shè)計(jì)具有Z大靈敏度和選擇性的pH敏感ISFET需要對氧化物-電解質(zhì)界面進(jìn)行詳細(xì)研究，以便能夠選擇Z佳氧化物，而氧化物并不是MOSFET所用的二氧化硅。

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微流體的流體輸送需要引起特別的注意。PneuWave泵是一款高性能的氣壓泵，具有流量傳感和可追溯性。而且，這一切都是電動的！

 微流體輸送泵的新時(shí)代

內(nèi)部壓縮機(jī)對流體容器加壓，導(dǎo)致流體從容器內(nèi)流出。內(nèi)部流量傳感器測量通路上的流體流量。壓力和流量數(shù)據(jù)由板載微處理器監(jiān)控，微處理器在需要時(shí)會自動對壓力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

PneuWave氣壓泵對流體容器加壓，容器的體積范圍可以從幾個(gè)μL到大于1 L，容器采用安靜、集成的微型壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)加壓。一旦容器加壓，容器內(nèi)的流體流入管道。在線流量傳感器測量實(shí)際的流量。當(dāng)在流量控制模式下操作時(shí)，流量傳感器和壓縮機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)都與微處理器連續(xù)通信?；诹髁總鞲衅髯x數(shù)，微處理器向壓縮機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送命令，允許以nL分辨率進(jìn)行高度精確的流量控制。通過這種方式，可以實(shí)現(xiàn)可編程的流動剖面?；蛘撸?/span>PneuWave氣壓泵可以在壓力控制模式下工作，其中壓縮機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置在用戶定義的值，并且不再進(jìn)行基于流量傳感器讀數(shù)的任何調(diào)節(jié)。在流量控制模式和壓力控制模式下記錄流量和壓力。

包含在PneuWave氣壓泵中：

l  集成內(nèi)部流量傳感器

l  集成內(nèi)部壓力傳感器

l  集成內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

l  集成內(nèi)部板載微處理器

l  超過用戶定義的Z大壓力時(shí)安全關(guān)閉

l  可選使用外部氣源供應(yīng)

l  Falcon導(dǎo)管的壓力帽

l  PC軟件

l  LabVIEW VI

l  前面板顯示控制

l  可在板上存儲多個(gè)校準(zhǔn)

PneuWave氣壓泵的可選件：

l  各種壓力帽

l  壓力室

l  導(dǎo)管/適配器/聯(lián)合接頭

l  帶集成驅(qū)動電子設(shè)備的液體隔離閥

l  用于模擬輸出，觸發(fā)和報(bào)警的I/O模塊

l  用于生成不同液體校準(zhǔn)的軟件

主要特點(diǎn)

l  內(nèi)置一個(gè)安靜的壓縮機(jī) – 全電動！無需外部壓縮機(jī)！

l  精確、準(zhǔn)確的流體流量控制

l  納升分辨率

l  基于氣動模式，帶集成流量傳感器的閉環(huán)

l  無脈沖流動

l  響應(yīng)時(shí)間快，穩(wěn)定性好

l  無限制的流體儲液池容積

l  通過用戶友好的控制軟件實(shí)現(xiàn)可編程的流體輸送

l  可以通過前顯示器或PC軟件（獨(dú)立和LabVIEW）進(jìn)行操作

l  可配置1到8個(gè)通道

l  獨(dú)立控制或與PC同步

l  可以在流速或壓力控制模式下運(yùn)行

l  可以存儲多個(gè)校準(zhǔn)，以便對不同液體進(jìn)行精確的流速控制

l  低死體積的流體路徑

l  兼容多種化學(xué)品

l  高性能

l  非常適用于微流體應(yīng)用

l  可選的擴(kuò)展I/O功能

流量規(guī)格參數(shù)

想要更多了解微流控氣壓泵PneuWave的詳細(xì)詳細(xì)，請查看鏈接：http://m.sdczts.cn/zt10926/product_294731.html

利用微流控技術(shù)在微流控芯片通道內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)的細(xì)胞培養(yǎng)對很多生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的工作人員來講是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)和機(jī)會，通過該技術(shù)可以大規(guī)模的降低實(shí)驗(yàn)耗材消耗，提高實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化效率，模擬實(shí)際生物環(huán)境下的細(xì)胞生長行為等。在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中，活細(xì)胞成像的細(xì)胞培養(yǎng)都具有較大的應(yīng)用前途，那么現(xiàn)在有沒有一款或一套合適的儀器來做細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)呢？答案是有的，Elveflow微流控灌注套裝（Perfusion Pack）結(jié)合ALine公司的Microslides便可以完成細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

Elveflow微流控OB1壓力控制器的詳細(xì)介紹：Elveflow微流控壓力泵/壓力控制器OB1（四通道）簡要介紹

更加詳細(xì)的內(nèi)容介紹，請查看如下鏈接：http://blog.sina.com.cn/fangdzxx

也可以隨時(shí)關(guān)注我們的微信公眾號：信號測量與微流控系統(tǒng)

在本文中，我們解釋了現(xiàn)有的3D打印技術(shù)，3D打印的變化和局限性。本文介紹的3D打印技術(shù) 基于相同的加法過程系統(tǒng)，每個(gè)對象通過信息系統(tǒng)切成薄片然后再逐層構(gòu)建。

微流控3D打印機(jī)的類型

微流體3D打印機(jī)：科學(xué)應(yīng)用
3D打印是一種古老的工廠工藝，是增材制造的一種傾斜。隨著效率的提高，3D打印在許多不同的領(lǐng)域中找到了應(yīng)用，例如微流控技術(shù)。3D打印技術(shù)允許使用多種材料以廉價(jià)的成本開發(fā)出任何一次性物品。3D打印的準(zhǔn)確性已經(jīng)非常高了，足可以創(chuàng)建微流體系統(tǒng)，并且現(xiàn)今的市場上已經(jīng)存在這種3D打印機(jī)。

微流體3D打印機(jī)：選擇性激光熔化（SLM）
這里，激光束在整個(gè)打印方案中移動并加熱粉末狀材料，直到材料的熔點(diǎn)，粉末變成固化的結(jié)構(gòu)。一旦完成該步驟，輥?zhàn)泳蜁⒎勰┓旁谝严蛳乱苿右粚痈叨鹊墓ぜ戏?，然后再次開始激光燒結(jié)過程。
選擇性激光熔化更多地用于金屬成分。

微流體3D打印機(jī)：選擇性激光燒結(jié)（SLS）
選擇性激光燒結(jié)就像SLM一樣，但有一個(gè)區(qū)別：激光束不會在材料的熔點(diǎn)加熱，它會在材料熔點(diǎn)之前停止加熱，并在粉狀材料的晶粒之間產(chǎn)生內(nèi)聚力，因此，熱量會重新組合粉末材料之間的晶粒并產(chǎn)生內(nèi)聚力。
選擇性激光燒結(jié)更多地應(yīng)用于熱塑性組合物。

微流體3D打印機(jī)：熔融沉積建模（FDM）
熔融沉積建模是世界上常用的3D打印過程，簡單GX。它適用于許多應(yīng)用領(lǐng)域。熔融沉積建模的原理是放下加熱的塑料，將加熱框架放在平坦的表面上（對應(yīng)于X和Y的移動），然后逐片向上移動（在Z軸上移動）。所有這些移動都描述了該空間的3軸即笛卡爾空間。

微流體3D打印機(jī)：立體光刻設(shè)備（SLA）
立體光刻設(shè)備具有與選擇性激光熔化和選擇性激光燒結(jié)相同的過程，激光束以曝光參數(shù)加熱樹脂，并使樹脂聚合。物體再次移動一層的高度，然后機(jī)器根據(jù)物體的切片投影一個(gè)新方案。產(chǎn)品受紫外線輻射以使其固化。

由于我們正在開發(fā)FDM 3D打印機(jī)，因此，本文的以下部分將僅涉及FDM技術(shù)。

微流體3D打印機(jī)：熔融沉積模型打印機(jī)的材料種類繁多
與您在市場上找到的各種絲狀材料（ABS、PLA、POM、尼龍等）相比，樹脂的多樣性受到限制。材料的類型有很多種：可生物降解、食品接觸證明、耐腐蝕等，每種材料都有其自身的特征和功能。每種材料都常見的一件事是它們在冷卻時(shí)會翹曲，某些材料如ABS如果冷卻得太快則會發(fā)生高翹曲，而PLA則很少出現(xiàn)這樣的問題。翹曲特性取決于材料工廠的每種材料成分和建議。

微流體3D打印機(jī)：3D打印機(jī)移動的不同系統(tǒng)和不同精度
對于FDM方法，我們必須將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為平移運(yùn)動，為此，有2種的解決方案：

（1）帶輪和皮帶系統(tǒng)提供了一種廉價(jià)的解決方案，盡管分辨率降低了精度，但仍可以進(jìn)行高速打印。

（2）螺絲系統(tǒng)：高精度的絲杠和螺母系統(tǒng) – 但是，定位時(shí)會產(chǎn)生間隙，因此會降低一點(diǎn)精度。
 

（3）滾珠絲杠系統(tǒng)具有更高的精度，但大大降低了打印速度，但是與其他具有極小的反沖（50μm以下）系統(tǒng)相比，其精度更高，這種系統(tǒng)對于微流體和微系統(tǒng)的加工會更有吸引力。
 

您可以根據(jù)Z后產(chǎn)品所需的質(zhì)量選擇合適的系統(tǒng)。一些打印機(jī)結(jié)合了用于X和Y軸的螺栓皮帶和用于Z軸的滾珠絲杠。

微流體3D打印機(jī)：熱頭端和熱床（專為FDM打印機(jī)）
熱頭很重要，這是3D打印機(jī)的重要組件。熱頭是在合適的熔融溫度下加熱塑料，然后再沉積。擠出機(jī)的選擇是提高機(jī)器效率的關(guān)鍵。同樣，也有2種擠出機(jī)系統(tǒng)：一種是帶有螺紋噴嘴和水龍頭散熱器，另一種是帶孔噴嘴和散熱器的系統(tǒng)。后面一個(gè)系統(tǒng)會更有效地防止泄露。

如果材料加熱過多，那么將會得到粘稠的材料，其會泄露并擠壓擠出機(jī)。如果材料加熱不足，則長絲狀材料將無法通過噴嘴。

熱珠可較大程度地減少熱端和環(huán)境之間的溫度差，因此，它可以防止加熱的材料獲得過高的冷卻速率并自行回縮以產(chǎn)生稱為翹曲的現(xiàn)象。加熱塑料可使其保持在不會變形的溫度范圍內(nèi)。

微流體3D打印機(jī)：軟件 – 3D打印機(jī)的計(jì)算機(jī)界面
微流體3D打印機(jī)軟件通常分為兩部分：diyi部分允許您將對象放置在板上并選擇不同的參數(shù)如高度、填充、速度、圖形界面等；第二部分“hide”是切片機(jī)，該部分會對在您選擇的不同參數(shù)的任何切片高度上進(jìn)行切割，切片器將會創(chuàng)建100個(gè)切片。在每個(gè)切片中，它將分析“圖像”并分解為坐標(biāo)以及X軸和Y軸，因此，這是我們通過告訴電機(jī)將位置從另一個(gè)位置移動來創(chuàng)建移動的方式。這些指示在名為“gcode”的文件中列出，這也是您文件的擴(kuò)展名，例如：

G1 : Telling the printer to move                   F: for feedrate in mm/min

提高3D打印機(jī)精度的機(jī)械元件：步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是逐段地旋轉(zhuǎn)的，例如1.8°/step的電動機(jī)需要200步（step）才能旋轉(zhuǎn)200×1.8°=360°，角度越小，獲得的精度就越高。電機(jī)還必須與系統(tǒng)耦合才能實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動，并與步進(jìn)驅(qū)動器耦合。這個(gè)全局系統(tǒng)將定義移動給定距離所需要的步驟。但是，每步的度數(shù)越小，您的全局系統(tǒng)將越精確：如果需要80步長移動1mm，那么1步長移動1/80=0.125mm或12.5μm，而如果需要320步長移動1毫米，通過相同的計(jì)算，則1步長移動3.13μm，這種精度是微流體系統(tǒng)必需的。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器：提高精度的電子元件

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器通過內(nèi)插電動機(jī)的當(dāng)前功能并將其分段，從而提供虛擬步長和電子精度。這些虛擬步長乘以系統(tǒng)的機(jī)械步長，但是虛擬步長越高，扭矩越低。因此，需要在虛擬步長和扭矩之間做一個(gè)折衷。步進(jìn)驅(qū)動器也可以控制電機(jī)的噪音。

風(fēng)扇：對獲得更好的3D打印效果很重要

通常，一是通過冷卻擠出機(jī)的散熱器主體，以防止溫度過高；二是在需要時(shí)冷卻部分（像橋接結(jié)構(gòu)一樣，建議使用高冷卻的方式）。

用戶操作的3D打印機(jī)界面

打印機(jī)界面可以使機(jī)器運(yùn)行、自動化控制且易于使用。配備SD插槽后，您可以使用簡單操作的界面運(yùn)行任何已加載的程序，甚至可以在需要時(shí)調(diào)整某些參數(shù)。

電子電容傳感器

這種電容式傳感器可以做有趣的事，首先，它為diyi層提供了良好的擠出機(jī)高度，并允許測試平坦表面的不同點(diǎn)且創(chuàng)建表面的虛擬法線向量，并將每個(gè)點(diǎn)乘以該法線以便在移動和定位時(shí)獲得更好的精度！

在微流控實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，壓力驅(qū)動進(jìn)樣的壓力泵/壓力控制器因采用傳感器測量方式而具有較高的壓力分辨率和快速響應(yīng)性，這些壓力控制器由于外形體積小，故無法把操作按鈕直接做在物理外殼上，而是采用電腦端的軟件操作控制模式。也就是說在PC端安裝操作軟件，然后通過USB線連接壓力控制器和PC來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，由此便可通過PC端的操作軟件實(shí)現(xiàn)壓力控制器物理端的控制。

Elveflow微流控產(chǎn)品的智能界面控制軟件ESI（Elveflow Smart Interface）可通過幾次點(diǎn)擊來直觀的控制微流控儀器。由于采用了調(diào)度程序（scheduler），ESI可以方便的執(zhí)行微流控實(shí)驗(yàn)的基本控制和復(fù)雜任務(wù)控制。

ESI微流控軟件可以輕松實(shí)現(xiàn)許多應(yīng)用比如連續(xù)流流體的產(chǎn)生、體積計(jì)量、動態(tài)流動剖面的生成、光流體控制等等。

ESI微流控軟件的特色和優(yōu)勢

1、易于流量控制

ESI微流控軟件流量控制直觀界面允許用戶友好的控制Elveflow的全部儀器。結(jié)合微流體流量傳感器，其會成為用戶友好的強(qiáng)大的流量控制器。

使用預(yù)定義模式可創(chuàng)建、監(jiān)控和修改實(shí)時(shí)復(fù)雜的壓力和流速曲線如正弦、方波、三角波、斜波或鋸齒...或者是導(dǎo)入您的自定義曲線。

2、保存儀器配置

創(chuàng)建儀器實(shí)驗(yàn)參數(shù)配置并保存和調(diào)用這些配置。使用儀器參數(shù)配置可以從一種儀器狀態(tài)切換到另一種儀器狀態(tài)。

播放/暫停按鈕允許用戶編輯不同的通道，同時(shí)保持控制器的當(dāng)前狀態(tài)并同時(shí)考慮修改。

3、自動化您的實(shí)驗(yàn)

Scheduler提供了一種用戶友好的方式來自動執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)。

您可以創(chuàng)建或編輯儀器參數(shù)配置，控制實(shí)驗(yàn)時(shí)間，設(shè)置儀器觸發(fā)。使用循環(huán)（for）和條件（if）語句來構(gòu)建復(fù)雜的任務(wù)。

可以以.txt格式加載序列。

4、使用傳感器來表征您的實(shí)驗(yàn)

ESI微流控軟件可以表征您的實(shí)驗(yàn)（流量、壓力、電平...）。MSR（Microfluidic Sensor Reader）或OB1可以讀取傳感器的輸出。

您還可以使用我們的自定義傳感器選項(xiàng)從任何傳感器獲取信息。

這些傳感工具可以用來控制我們的壓力控制器。

ESI微流控軟件：一種旨在一次控制所有儀器的軟件

該軟件可通過同一接口控制多達(dá)16臺儀器。結(jié)合我們的National Instrument DAQ，其可以實(shí)現(xiàn)儀器之間的wan美同步。

ESI微流控軟件提供了直觀的界面，增強(qiáng)了從一臺儀器到另一臺儀器的導(dǎo)航。幾分鐘內(nèi)熟悉該軟件后，便可以利用我們強(qiáng)大的硬件。

Elveflow還提供了標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)套件SDK，使用C++，Python，MATLAB或LabVIEW代碼可以控制我們的儀器。SDK套件中提供了文檔和示例程序。

使用閥來控制微流體通路
使用我們的閥系統(tǒng)和ESI微流控軟件只需點(diǎn)擊幾下便可輕松的控制微流體通路。

為此，Elveflow開發(fā)了一個(gè)適合我們幾個(gè)閥門的直接操作界面。

通過界面上的配置，您只需單擊一次便可從一種閥門配置切換到另一種閥門配置。

可視化和保存數(shù)據(jù)—100Hz采集

以用戶定義的時(shí)間間隔來記錄任何數(shù)據(jù)，Z高可達(dá)100Hz。所記錄的數(shù)據(jù)是存儲文件，可以在您選擇的應(yīng)用中保存和分析。

數(shù)據(jù)可以被連續(xù)保存以優(yōu)化計(jì)算機(jī)的活動內(nèi)存以便進(jìn)行長期實(shí)驗(yàn)。

使用圖表顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（壓力，流量...）

控制注射體積
精密壓力調(diào)節(jié)器，流量傳感器和ESI微流控軟件（通過集成模塊）的組合可實(shí)現(xiàn)精確的液體流量注入。

軟件開發(fā)套件SDK

我們的軟件包允許開發(fā)人員將Elveflow系統(tǒng)集成到他們自己的程序中。這些庫可以快速輕松地將我們的儀器集成到您的實(shí)驗(yàn)程序中。

我們提供了以下庫（包含文檔和示例代碼）：

ESI微流控軟件性能

為了優(yōu)化USB的使用并提供高性能數(shù)據(jù)采集，我們的合作伙伴National Instruments創(chuàng)建了NI信號流技術(shù)。信號流（Signal Streaming）結(jié)合了三種創(chuàng)新的硬件和軟件級設(shè)計(jì)元素，可通過USB實(shí)現(xiàn)持續(xù)的高速和雙向數(shù)據(jù)流。

同步 - 觸發(fā)

使用TTL連接器觸發(fā)和同步Elveflow系統(tǒng)和您實(shí)驗(yàn)室中使用的任何其他儀器（顯微鏡或任何電子儀器...）。

適用于Windows系統(tǒng)

Elveflow微流控智能界面軟件 ESI視頻介紹