注射泵和微流體
注射泵在微流體系統(tǒng)中的流體注射方面是一個(gè)很好的工具。在醫(yī)療領(lǐng)域廣泛使用，用于長(zhǎng)期、持續(xù)注射藥物，這個(gè)工具已經(jīng)自然轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w注射研究。它現(xiàn)在是微流體研究中最常用的儀器。
注射泵的工作原理
如其名稱(chēng)所示，注射泵的主要部件是注射器。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，這種工具已被廣泛用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)。盡管如此，注射器本身涉及手動(dòng)的活塞運(yùn)動(dòng)，其不適合于其內(nèi)部物體的受控輸送。因此，發(fā)明了注射泵以糾正這個(gè)問(wèn)題。它包含一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)源，它控制著活塞的驅(qū)動(dòng)速度。汶顥微流體壓力注射泵中可以找到適用于微流體工作的不同型號(hào)的實(shí)驗(yàn)室注射泵。
如果注射器的直徑已知，則儀器按照以下公式將其線(xiàn)速度調(diào)整為所需流量：
Q = vS（其中Q是流量，v是活塞的速度，S是其截面。）
注射泵的技術(shù)特性概述
注射泵的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于用戶(hù)可以通過(guò)改變注射器的直徑來(lái)輕松調(diào)整儀器的工作范圍。小的注射器直徑能夠在低流量下更好地控制。相反，較大的直徑使得體積較大，但在低流量下性能降低。注射泵的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是能夠輕松知道流量。
市場(chǎng)上充滿(mǎn)了提供基本性能并且適用于廣泛應(yīng)用的基本儀器。一些公司如哈佛儀器公司，Cellix等公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了由微流體專(zhuān)家批準(zhǔn)的高性能微流體注射泵。
像其他注射系統(tǒng)一樣，注射泵可以主要表征是響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性。注射泵的響應(yīng)時(shí)間不僅取決于其力學(xué)性能，而且更重要的還取決于實(shí)驗(yàn)裝置的流體阻力和流體順暢性。芯片通道的彈性和高流體阻力是注射器在大多數(shù)微流體系統(tǒng)中獲得穩(wěn)定流速的重要參數(shù)。
當(dāng)改變流量時(shí)，活塞推動(dòng)注射器，流體系統(tǒng)中的壓力增加并使其變形而不是使液體運(yùn)動(dòng)。根據(jù)系統(tǒng)的流體阻力和彈性，響應(yīng)時(shí)間可以從具有低阻力的剛性流體系統(tǒng)中的百分之一毫秒變化到具有非常高流體阻力的柔性流體系統(tǒng)的幾小時(shí)。
為了獲得注射泵的最佳響應(yīng)性，必須避免流體系統(tǒng)中的彈性，并且應(yīng)盡量減少芯片的流體阻力。盡管如此，也可以使用附加工具提高注射泵的響應(yīng)速度。
在處理微流體和注射泵以獲得對(duì)實(shí)驗(yàn)條件下流速的響應(yīng)性至關(guān)重要，因?yàn)槲⒘黧w裝置中實(shí)際流速的不確定性是實(shí)驗(yàn)失敗的主要原因之一。
注射泵的流量穩(wěn)定性取決于其電機(jī)的最小運(yùn)動(dòng)。由于活塞的位移和注射量是相關(guān)的，所以這個(gè)最小的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致最小的注射量。因此，看起來(lái)像振蕩或脈沖的離散現(xiàn)象由于電機(jī)步進(jìn)而以低流速出現(xiàn)。 請(qǐng)注意，最小注射量與注射器直徑成正比。這就是為什么較小的注射器直徑改善了低流量時(shí)流動(dòng)的穩(wěn)定性的原因。
但是，使用較小的注射器會(huì)限制您可以達(dá)到的流量范圍，并且當(dāng)預(yù)期穩(wěn)定性達(dá)到0.1μL/ min的數(shù)量級(jí)時(shí)，注射器的質(zhì)量就會(huì)變得非常重要。同時(shí)請(qǐng)記住，系統(tǒng)中的彈性可以實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的流速并增強(qiáng)其穩(wěn)定性，但會(huì)降低響應(yīng)速度。使用附加工具也可以提高注射泵的穩(wěn)定性。
總而言之，注射泵的性能取決于其發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和其運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械精度。該工具通常提供可靠的性能。我們已經(jīng)看到，在低流量下會(huì)發(fā)生一些不穩(wěn)定性。這可以通過(guò)增加系統(tǒng)的RC常數(shù)來(lái)提高，例如通過(guò)增加系統(tǒng)的彈性，但這會(huì)降低流速的響應(yīng)性。在處理注射泵和微流體時(shí)，用戶(hù)必須在穩(wěn)定性和響應(yīng)性之間找到適當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)。