微流控专题 | 点成微流控压力驱动流动控制解析

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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使用最广泛的系统。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：

• 压力驱动流动控制是如何工作的
  
• 各种技术的优缺点
  
• 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。
为了进一步了解这些工作，您可以查看以下注释和相关文章：
· 控液滴生成
https://www.elveflow.com/microfluidic-applications/microfluidic-droplets-on-demand/
· 微流控气泡生成
https://www.elveflow.com/microfluidic-applications/setup-droplet-and-digital-microfluidics/microbubble-generation/
· 微流控海藻酸钠珠子生成
https://www.elveflow.com/microfluidic-applications/setup-droplet-and-digital-microfluidics/how-to-monodisperse-alginate-droplets-beads-production-microfluidics/
· 微流控乳液稳定性研究
https://www.elveflow.com/microfluidic-reviews/general-microfluidics/double-emulsion-droplets-in-microfluidic-chips/
· 微流控真菌封装
https://www.elveflow.com/microfluidic-applications/setup-droplet-and-digital-microfluidics/how-to-perform-single-spore-encapsulation/
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。
有关动态细胞培养的更多信息，请参考以下应用说明：
· 如何为微流控芯片中培养的细胞染色？
https://www.elveflow.com/microfluidic-applications/microfluidic-cell-culture/how-to-stain-cells-cultured-in-a-microfluidic-chip/
· 如何自动化微流控芯片中的细胞播种以进行动态细胞培养？
https://www.elveflow.com/microfluidic-applications/microfluidic-cell-culture/automated-cell-seeding/
· 微流控灌流在动态细胞培养中的简易指南
https://www.elveflow.com/microfluidic-applications/microfluidic-cell-culture/microfluidic-perfusion-for-dynamic-cell-culture/
· 微流控细胞培养中的单向培养基循环
https://www.elveflow.com/microfluidic-applications/microfluidic-cell-culture/medium-recirculation-for-dynamic-cell-culture/
如何执行超精确且响应迅速的压力驱动流量控制？

点成OB1 MK3+流量控制传感器


Falcon储液器


点成微流控流量传感器


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压力控制器成为首选方案。欲了解微流控系统响应时间（40ms级）与稳定性（0.005%偏差）的量化技术指标，详见《微流控流体控制动力学白皮书》。（https://www.elveflow.com/microfluidic-reviews/stability-of-microfluidic-flow-control-instrument/）
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，以三大核心优势完美契合用户需求： ✓ 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，彻底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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