本应用说明介绍了如何使用 uProcess 注射泵、阀门和压力传感器设置微流体压力驱动流量控制器。
简介
uProcess SPS01 是一款正排量注射泵，利用步进电机提供排量。这款经济实惠且结构紧凑的泵可提供精确的流量输送；然而，产生的流量具有脉动性，这不适用于许多应用。压力驱动流量通常用于需要高度稳定且无脉动流量的应用。本应用说明介绍了如何使用 uProcess 设备和软件组装压力驱动流量控制器。
实验装置
图 1 展示了用于制作流量控制器的装置。两个 SPS01 注射泵和一个 AV202（四通）阀用于实现连续流动。这些组件可以用单个 SPS01 注射泵和一个 AV201（三通）阀替换，但注射器重新填充时，稳定的流动会被中断。
图 1. uProcess 流控制器设置。
AV202 阀的下游是压力容器，该容器由一个 BBRES-1ML 储液器和一个 uPS01 压力传感器组成。储液器部分填充试剂，留有气隙，并用 O 形圈盖密封。储液器顶部的气隙可抑制脉动，从而实现无脉冲流动。uPS01 压力传感器旋入储液器盖上的端口。储液器底部的端口用于毛细管的入口和出口。
储液器下游的 AV201（三通）阀用于在初始加压期间停止流动。一段 1 米长的毛细管可用于模拟微流控芯片或其他设备的背压。
本应用使用了流量传感器 (Sensirion LG16-0430D) 来验证是否达到了所需的流速，但这并非本应用的必需品。
表 1 列出了本装置中使用的产品。
|
LabSmith P/N* |
描述 |
数量 |
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uPB-5 |
uProcess 电路板 |
1 |
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EIB200 |
电子接口板 |
1 |
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4VM02 |
阀门歧管 |
1 |
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AV202-C360 |
三位四通自动阀 |
1 |
|
AV201-C360 |
三位三通自动阀 |
1 |
|
4AM01 |
压力传感器歧管 |
1 |
|
uPS-800-360 |
量程为0 - 800 kPa的压力传感器 |
1 |
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SPS01-080 |
注射泵（容量100 μl） |
2 |
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BBRES-1ML-C360 |
带盖和O型圈的电路板储液器，容量1.1 ml |
1 |
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BBRES-5ML-C360 |
电路板储液器，容量5 ml |
1 |
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C360-100 |
连接毛细管与注射泵、储液器和芯片端口的单件接头 |
12 |
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C360-101 |
用于插入未使用端口的单件插头 |
4 |
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BB-Tools |
电路板硬件和安装工具 |
1 |
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CAP-150P |
PEEK管。外径360 μm，内径150 μm（1米） |
1 - 2 |
* 列出的所有组件均有 1/32” 和 1/16” 版本
确定正确的压力
实验硬件设置完成后，即可计算或通过实验轻松确定达到所需流速所需的压力，如本应用所示。
两个注射泵按设定程序交替以所需流速流动（一个泵流动，另一个泵填充），直至达到稳定的压力。根据实验条件，这可能需要最多 30 分钟。
图 2 显示了设定流速为 20 ul/min 时产生的下游流速和储液罐压力。压力和流速逐渐增加，直至达到稳定压力，在本例中为 42 kPa。流速传感器的数据验证了稳定流速与设定流速 20 ul/min 相对应。
图 2. 储液罐内压力与输出流量对比。本应用所需的流速为 20 µl/min。
注意：试剂、毛细管长度和温度等实验变化都会改变压力/流速关系。
压力驱动流量编程
确定所需压力后，即可使用 uProcess 中的迟滞功能创建具有恒定流量的压力驱动流量控制器。迟滞功能可将压力保持在设定范围内。如果压力低于调节范围，uProcess 将调节至较高压力 (pmax)，并让压力下降至较低压力 (pmin)。参见图 3 的直观说明。
图 4 中的图表显示了使用压力调节的压力和流速的日志。
图 4. 压力驱动流过程中的压力和流速
图 5 显示了本应用中 SPS01 直接流动与压力驱动流动的流量曲线。压力驱动方法消除了直接（正排量）方法中观察到的脉动。
图 5. 压力调节流速比注射泵直接流速更稳定
苏州长显