微流控蛋白芯片（一款压电微泵在微流体芯片上的应用）

微流控蛋白芯片（一款压电微泵在微流体芯片上的应用）开环控制（Open-loop Control）：在这种情况下，压力表，流量计，甚至任何阀门都可以省略，液体分配的速度直接由施加到泵上的功率控制，如图4 所示。图3 using disc pump for pressure driven flow图2 Disc Pump实现异常快速的响应和精确控制【压力驱动流的工作流程】封闭储液器的顶部空间被加压，驱动流体通过出口汲取管。基本配置如图3 所示。在需要可逆流动的情况下可以使用可选阀门，在需要精确、闭环控制流量的情况下可以使用流量计。

本期介绍一种商业化的压电微泵，Disc Pump是一种通过超声波声共振运行的高性能压电微型泵。由于其操作机制，Disc Pump可以以无与伦比的精度进行控制，同时在几毫秒内响应满量程设定点的变化。紧凑的外形意味着它可以紧密集成到产品中，提高便携性。所有这些都有助于在微流体应用中实现无与伦比的实时控制性能。

图1 Disc Pump的示意图

【压力驱动流的基础知识】

马达的离散步进动作和驱动注射泵中注射器的驱动机构中的机械游隙会造成液体流动的不稳定性。这些流量波动会对微流体过程产生负面影响，例如降低液滴生成过程的一致性或下游精细测量的灵敏度。因此，注射泵需要“反向间隙补偿“算法来补偿驱动系统中的机械间隙，这些需要根据系统要求进行调整。即使是设计用于最小化脉动的精密设计的注射泵，也只能在狭窄的流速范围内进行。相比之下，压力驱动流(PDF) 可以提供真正的无脉动流，从而在实验中实现更高的控制精度和均匀性。此外，PDF 的响应时间比注射泵快几个数量级，从而简化了微流体过程并使新的流量控制机制成为可能。

图2 Disc Pump实现异常快速的响应和精确控制

【压力驱动流的工作流程】

封闭储液器的顶部空间被加压，驱动流体通过出口汲取管。基本配置如图3 所示。在需要可逆流动的情况下可以使用可选阀门，在需要精确、闭环控制流量的情况下可以使用流量计。

图3 using disc pump for pressure driven flow

开环控制（Open-loop Control）：在这种情况下，压力表，流量计，甚至任何阀门都可以省略，液体分配的速度直接由施加到泵上的功率控制，如图4 所示。

由于泵的性能可能与部件、温度和老化有关，因此需要某种形式的定期校准。可以通过以下方式进行校准：1.以已知功率和已知持续时间驱动泵；2.测量分配的样品的体积或质量；3.调整功率或持续时间以输送目标体积或质量。

基于压力的控制：通过控制泵输出的压力，可以避免由于部件之间的变化和温度的变化而引起的流量变化。在这种情况下，泵在带有压力传感器的闭合控制回路中运行，以提供准确的液体流速，如图6 所示。

图6 Disc Pump实现流体的压力控制

TTP Ventus 标准评估套件随附的驱动PCB 包括一个压力传感器，该板可配置为在闭环中操作泵以实现特定目标压力。驱动器PCB 还可以通过模拟输入或通过串行连接发送的命令进行控制，使用户能够实施自己的控制方案。

闭环流量控制（Closed-Loop Flow-Rate Control）：Disc Pump 可以与流量传感器结合使用；如图7 所示，以紧凑的外形提供精确的流量控制，非常适合从即时诊断到基于液滴的数字PCR 的微流控产品。

图8 显示了一个系统，该系统包括一个Disc Pump和一个Sensirion / LPG10流量传感器，它们组合在一起以提供对液体流量的闭环控制。

【液滴的生成】

图9 两个压力驱动的流动系统可以组合以产生油包水液滴

液滴或数字微流体是POC 设备中一种新兴的液体处理技术，因为它可以单独控制液滴。在PCR 设备中，液滴微流体可以展示许多关键优势，包括绝对定量、低试剂消耗、快速加热/冷却、更短的STAT 和便携性。用于酶促测定的液滴可以将分子和反应限制在小体积（微升到纳升），从而减少混合和洗涤步骤的数量。传统上，液滴是使用庞大的压力驱动或注射泵驱动的流动系统形成的。这限制了扩展到POC 格式的能力。Disc pump圆盘泵通过其紧凑的尺寸、无限的可调比和安静的运行改变了POC 的这一切。下面的图10显示了用于创建液滴的两个Disc pump。

图10 构建液滴生成的两个Disc pump系统

图11 输送不同液滴直径和输送速率的能力突出了系统的稳定性和可控性

【产品的展望】

Disc Pump可以用一个手掌大小的、包含微型泵和电子设备的独立模块替换大型台式设备（例如现有压力驱动流量系统所需的泵、调节器和阀门，这些设备通常重达几公斤），合计重量不到50克。与其他针对微流体的微型泵系统相比，这带来了优势，包括超平滑的液体流动、快速响应时间和宽动态范围。