点成技术| 微流控：微流控压力驱动流动控制解析

点成微流控压力驱动流动控制解析

什么是微流控压力驱动流动控制？

提到微流控，由于历史原因注射泵仍然是微流控中主流系统。但最近研究人员转向了微流控压力驱动流动控制系统，因为它们在微流控实验中具有独特的性能。

在本应用说明中，您将了解：

l 压力驱动流动控制是如何工作的

l 各种技术的优缺点

l 如何根据实验要求在注射泵和压力驱动流量控制器之间做出选择

应用

压力驱动流控微流控技术广泛应用于需要精确控制尺寸、形状、生成速率、混合等参数的场景。值得注意的和泡沫制备领域尤其需要精准调控微流控气泡 / 液滴的生成过程，以获得稳定的乳液或泡沫体系。

· 液滴生成

· 微流控气泡生成

· 微流控海藻酸钠珠子生成

· 微流控乳液稳定性研究

· 微流控真菌封装

压力驱动流控微流控技术在生物医学领域亦具有重要应用价值 —— 该技术可精确调节作用于微流控器件内细胞、细菌或其他生命系统的力学参数。

如何执行超精确且响应迅速的压力驱动流量控制？

设置图：压力驱动流量控制微流体系统

压力驱动流量控制器是替代注射泵的智能方案，可实现亚秒级响应的无脉冲流体输送。其工作原理是通过密封液罐内的气体输入压力，将液体从储液罐精确推送至微流控器件。

压力驱动流量控制原理

压力控制器对含样本的容器（如 Eppendorf 管、Falcon 管或试剂瓶）进行加压，使液体平稳且几乎瞬时地注入微流控芯片。

如图所示，储液器加压后气体作用于液面，驱动流体从出口流出。通过控制容器的输入气压即可精准调控流出液量。依托压电压力调节技术，Elveflow系统可在40毫秒内完成流量调节，稳定性达0.005%。压力驱动流控的显著优势在于能够处理数百毫升级流体量，从而将系统转化为高性能注射泵。

通过将压力控制器与流量传感器耦合，可实现超精密响应的压力驱动流控。在Elveflow 软件中设定目标流速值后，压力控制器通过可定制的PID反馈回路自动调节气压，精确达成设定值。

压力控制器

优点 / 缺点

注射泵

· 能够快速设置流体实验

· 在长期实验中，可以知道每次注射的液体量

· 能够产生数百巴的最大压力

压力控制泵

· 响应时间快（可达40毫秒）

· 高稳定性和无脉冲流动。

· 可以处理几升的液体体积。

· 可以在死端通道中控制流体。

· 当与流量计配合使用时，可以同时控制流量和压力。

技术评论

· 系统响应时间取决于流体阻力和系统顺应性，流体阻力越高、管路弹性越大、响应延迟越显著。

· 如果没有流量计，用户无法获知瞬态期的真实流量值，存在动态过程监测缺失风险

· 传统注射泵的流体处理量受限于注射器容积，且步进电机驱动的柱塞运动易产生周期性流量脉动

· 通道堵塞（如尘埃颗粒）时系统压力无限制上升，可能导致器件损毁——需配置压力传感器实时监测

· 注射泵无法实现死端通道（如集成阀门）的流体控制，而压力驱动系统通过动态气压调节可突破此限制

· 多输入流路切换时，压力失衡易引发反流，需结合阀门组件构建压力平衡系统

性能：响应时间与稳定性

注射泵的核心优势在于操作简便，但其显著缺陷是：①设定新流速时响应迟缓；②步进电机驱动导致周期性流量脉动。

这种动态响应能力的缺失，成为注射泵在众多微流控场景中的主要技术瓶颈 —— 尤其是基于液滴的微流控应用。

现代微流控压力控制器通过集成流量计与反馈回路，可同时实现压力与流量的精准控制。当研究人员需要：①高流量响应速度（亚秒级动态调节）；②高流量稳定性（0.005% 精度）；③死端通道（如集成阀门）流体操控；④大样本量（数百毫升级）处理时，点成&Elveflow压力控制器成为适配方案。

结论

注射器泵凭借操作便捷的优势长期应用于流体控制领域，但其性能存在固有局限 —— 当面对复杂系统（如多通道微流控芯片）或需要精密调控（如单细胞操控场景）时，其响应时间迟缓和流量脉动问题（步进电机固有特性）将显著影响实验精度，这在微流控领域尤为常见。

点成&Elveflow压力驱动流控技术专为微流控应用开发，以三大核心优势契合用户需求：
✓ 动态响应：亚秒级流量调节（40ms 响应），远超注射器泵的秒级延迟
✓ 稳定输出：0.005% 流量稳定性，消除步进电机引发的周期性脉动
✓ 精准操控：支持死端通道（如集成阀门）流体控制，突破注射器泵的结构限制

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