微流体进样设备：如何选择正确的微流体泵？

对于大多数微流体应用而言，控制流速至关重要。将宏实验缩减为微米级可以提高其灵敏度和分辨率，但也更容易受到外部因素的影响。流速是要控制的关键参数之一。注射泵，蠕动泵或压力驱动泵是最常用的系统，可在微流体规模上输送流量并提供对流体的最佳控制。

1.蠕动泵

蠕动泵输送脉动流量。所使用的流体管是柔性的，并且盘绕在泵转子上。泵转子上的滚子通过定期压缩管道来移动流体。用户设置流速或rpm，该流速或转速对应于仪器传递的脉动流量的平均值。脉动的幅度和频率取决于流体管的内径，辊子的数量及其转速。这种仪器的流量范围从2µL / min到大于10L / min。

蠕动泵广泛用于再循环以及分配大容量。

图1：蠕动泵

蠕动泵优点：

价格：这种流体输送方法相对便宜。

易于使用：蠕动泵易于使用和连接。

高流量范围：对于大流量，高流量以及流体再循环，这是一个很好的选择。

可逆：它可以在两个旋转方向上工作。该优点允许流体的再循环，这对于某些生物学应用可能是有用的。

吞吐量：根据转子设计，最多可以并行灌注24个样品。 

密封：滚子在转子上的旋转作用导致整个管的密封压力发生位移，从而最大程度地减少了泄漏或回流。

蠕动泵缺点：

脉动流量：蠕动泵输送的流量由于管路压缩而脉动（如图1所示）。这不适用于流速必须恒定的大多数微流体应用。例如，某些细胞可能对剪切应力高度敏感，这种急性搏动可以激活炎症反应。

没有可用的复杂流量曲线：由于流量多变，因此无法实现复杂的流量模式，例如斜坡，脉冲或正弦波。

无压力控制：  蠕动泵上唯一可访问且可设置的参数是仪器输送的平均流量。无法控制施加到流体上的压力，这对于需要控制细胞压力的微生物学研究可能是个问题。

响应时间：由于脉动的流动，很难确定该设备的响应时间。

2.注射泵

注射泵广泛用于微流体（生物医学领域）和微流体应用。一旦在注射器中注入了所关注的液体，就将其置于基于运动活塞的注射器泵上，该活塞由电动机推动（或拉动）（图3）。电机的螺杆旋转作用在注射器活塞上的力对应于流速。市场上存在各种质量和价格，其流速范围为0.012 nL / min至300 mL / min。

注射泵优点：

稳定性：注射泵旨在提供稳定，恒定的流量。根据注射泵的质量，可以减少由电动机和螺杆驱动器的旋转引起的振荡。

易于使用：直观的用户界面使其非常易于使用。

准确性：使用正确的注射器体积（2mL）和类型（玻璃）并使用高质量的注射器泵，可以将容量降至纳升以下。

吞吐量：对于某些型号，一个推杆可以并行灌注多达10个样品。

注射泵缺点：

体积限制：注射器泵受注射器体积的限制。

没有压力控制：没有控制施加在流体上的压力，这会给生物应用带来麻烦。高压会在细胞上引起机械应力。

溶液均匀性：   注射泵不是将溶液中的细胞混合的最佳工具。由于注射器不移动，悬浮液中的细胞会沉淀。

3.压力驱动泵（压力控制器）

压力控制器通过向密封的储液罐施加压力来控制流量。液体表面上方的空气所施加的压力将液体通过微流体管从储罐中推出。压力或流速均可通过此设备控制。可以通过在流体管线中添加流量计来记录流速。流量计可以通过调节压力的反馈回路来设置流量。

压力驱动泵优点：

反应性：压力控制器具有非常快的响应时间。

压力控制：压力控制器是唯一可用于测量和控制施加到系统的压力的设备。这与生理条件（即血压，眼压等）更加一致。此外，使用压力控制器和流量计是唯一可以访问微流体回路电阻的组合。在微流体回路中，流速和压降之间的关系如下：（ΔP= Q * R）控制压力并记录流速可以测量系统的电阻。

流量曲线范围：由于基于压力的流量控制器的响应时间长，因此可以生成复杂的流量模式。这对于重现复杂的流动模式（例如主动脉压）很有用。

稳定性：由于气压控制器的出色调节，可以实现从纳升/分钟到毫升/分钟的高稳定性流速。例如，可以忠实地再现毛细血管中的层流。稳定的流动对于维持对切应力高度敏感的内皮细胞的生理表型至关重要。

多功能系统：将压力控制器与流量传感器耦合，可以在实验过程中监控流量和压力。可以设置流速或压力，并且可以记录相应的压力或流速变化的结果。这对于评估实验过程中流体系统的阻力变化特别有用。压力和流速与线性方程相关：P = Q x R（P：压力，Q流速，系统的R阻力）。维持恒定流速所需的压力调节与阻力的变化直接相关。

气体成分：压力控制器可与任何压缩空气源连接。因此，用户可以选择对液体加压的气体的成分。这对于通常用5％CO2缓冲细胞培养基的细胞生物学家特别有用。

储液器：   压力控制器与从毫升到升大小的各种储液罐兼容。与注射泵相比，这是一个主要优势。

流体功能的组合： 压力控制器可以轻松地与开关阀接口，以组合流体功能（进样，采样，再循环）和全自动方案。

压力驱动泵缺点：

纳米体积进样：由于流量传感器的测量误差，该技术并不是最有效的进样量小于1µL的样品。

流量传感器：要控制或监视流量，应在微流体回路中添加流量传感器。需要额外的连接，以增加流路的总内部容积。

压力源： 使用压力控制器需要压缩空气源。

4.每种类型的微流控进样泵优点/缺点

原英文链接：

https://www.fluigent.com/microfluidic-expertise/what-is-microfluidic/system-comparison-for-microfluidic-applications/