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微流控系统里的响应性

微流控系统里的响应性

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响应性(Responsiveness)通常指功能单元或系统在给定时间内完成指定任务的特定能力。微流控系统里的响应性可定义为:系统流体管路中的压力或流量达到需求值所花的时间,可通过以下三个“时间”来描述微流控系统的响应性:

1.响应时间(Response time

2.上升时间(Rising time

3.稳定时间(Settling time

 

响应时间(Response time)

微流控系统中,响应时间是指从发送指令开始,至流体开始发生“动作”所持续的时间。系统响应时间越短越好,在如泵、阀等硬件组件中,其电气或机械响应时间应足够的短,以尽可能的降低系统响应时间。

上升时间(Rising time)

 

在微流控中,上升时间是指系统将流量从设定值的10%调至90%(有时为95%)所需的时间,它反映了系统调节其流量的快慢程度。有的系统可能具有很出色的响应时间和上升时间,但直到压力或流量稳定之间,其波动较大,如:高流阻的注射泵,控制算法不完善的压力泵。

 

稳定时间(Settling time)

 

在微流控系统中,稳定时间通常定义为:系统管路流量达到需求值并保持在±5%的误差范围内所需的时间,它反映了系统将流量稳定在设定值附近的快慢程度,稳定时间包括响应时间、上升时间和将值稳定在误差范围内的时间三个部分。

 

响应性越好的微流控系统,越能保证实验精度,节省时间和试剂。微流体泵类产品中,Fluigent压力泵与其他技术的泵相比,具有更加良好的响应性,特别适合与如液滴之类的对流量有高精度要求的应用。下图展示了一种高精度注射泵和Fluigent压力泵的响应性对比。

 

 

如何改善微流控系统中的响应性

在不更换硬件设备的前提下,微流控系统的响应性主要受响应时间的影响,而响应时间会受流阻与管路收缩(管路收缩将增大流阻,尤其在使用带有弹性的PDMS芯片时)的影响而导致响应延迟。可以这样理解:系统在响应之前,需要将“能量”积累至一定值,如果流阻越大,所需积累“能量”的时间就越长,响应时间也就越长。

因此,要改善系统响应性,最好的策略就是使用非常短且刚性毛细管;在使用压力泵时,使用体积较小的储液池,可减少被压缩空气的体积,也能在一定程度上提高系统的响应性。

 

 

 

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