微流控流量控制系统之微量注射泵

微流控芯片

微量注射泵在微流控领域是最经常使用的一种流量控制系统，微流注射泵的参考图片如下图所示。微量注射泵可分为两类：经典注射泵—价格便宜但是会产生流量振荡；无脉动的微流控微量注射泵—价格偏贵但是可以提供更高的流量稳定性。本文中，仅关注无脉动的微量注射泵。如果您决定使用常规或经典的注射泵，本文提供的信息将会对您有所帮助，但是请时刻记住一个事实是：在低流速下，您实验中的液体流动会不太稳定即会产生流动振荡。

微量注射泵的主要优势是易于使用。无脉冲注射泵的主要弱点是响应性（时间响应的快慢），因为它取决于微流控的实验设置。微流控芯片内的流量变化需要几秒到几个小时后才能达到稳定的流速即液体的流量变化会持续数秒到几个小时。这种响应性的弊端也是微量注射泵在数个应用领域如微液滴的制备内应用的主要限制因素。

不过，从2013年和2014年之后，可以采用新的解决方案来解决这些问题如使用更加精密的电动马达（马达的电机步进非常小，达到微米或者纳米的步长。），增加注射泵微机械部件接触的精密度，注射泵机械部件的生产质量，实验装置的流阻，实验用导管和芯片的弹性与高流阻特性等。

微量注射泵的优缺点如下：

优点：

（1）允许快速设置微流控实验装置；

（2）新型无脉冲的注射泵产生的流动稳定性低于1%；

（3）注射液体量对于长时间的实验来讲是可知的；

（4）微量注射泵产生的最大压力在几百个bar左右；

（5）器件内的平均流量不会因器件流阻的实际变化而发生变化（注射泵因高压而发生停止运动除外）。

缺点：

（1）流量的响应时间在几秒到几小时内变化，这依赖于流体的阻力。响应时间的快慢可通过使用特定的微流体导管来进行调节；

（2）没有流量计，在暂态过程（几秒到几个小时）中，用户不知道实际的液体流量；

（3）如果器件的流阻增加（如因通道堵塞或灰尘产生），微量注射泵产生的压力会无限制的增加。产生的压力增加到一定程度便会反过来损坏器件；

（4）微量注射泵无法实现死端通道（类似集成微流控阀）内流体的流量控制；

（5）注射泵驱动的液体体积总量是有限制的，而不是无限的；

（6）如果需要知道流体系统内部的压力，那么需要压力传感器；

（7）即使是使用无脉冲的微量注射泵，也需要根据具体的实验条件来仔细的选择注射器的大小，以此来避免注射泵的步进电机造成的液体流量的周期性脉动；

（8）流量的脉冲振荡效应可以通过使用一致性的微流体导管来进行降低。

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