微流控系統(tǒng)里的響應(yīng)性
響應(yīng)性(Responsiveness)通常指功能單元或系統(tǒng)在給定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)的特定能力。微流控系統(tǒng)里的響應(yīng)性可定義為:系統(tǒng)流體管路中的壓力或流量達(dá)到需求值所花的時(shí)間,可通過以下三個(gè)“時(shí)間”來描述微流控系統(tǒng)的響應(yīng)性:
1.響應(yīng)時(shí)間(Response time)
2.上升時(shí)間(Rising time)
3.穩(wěn)定時(shí)間(Settling time)
響應(yīng)時(shí)間(Response time)
微流控系統(tǒng)中,響應(yīng)時(shí)間是指從發(fā)送指令開始,至流體開始發(fā)生“動(dòng)作”所持續(xù)的時(shí)間。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間越短越好,在如泵、閥等硬件組件中,其電氣或機(jī)械響應(yīng)時(shí)間應(yīng)足夠的短,以盡可能的降低系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。
上升時(shí)間(Rising time)
在微流控中,上升時(shí)間是指系統(tǒng)將流量從設(shè)定值的10%調(diào)至90%(有時(shí)為95%)所需的時(shí)間,它反映了系統(tǒng)調(diào)節(jié)其流量的快慢程度。有的系統(tǒng)可能具有很出色的響應(yīng)時(shí)間和上升時(shí)間,但直到壓力或流量穩(wěn)定之間,其波動(dòng)較大,如:高流阻的注射泵,控制算法不完善的壓力泵。
穩(wěn)定時(shí)間(Settling time)
在微流控系統(tǒng)中,穩(wěn)定時(shí)間通常定義為:系統(tǒng)管路流量達(dá)到需求值并保持在±5%的誤差范圍內(nèi)所需的時(shí)間,它反映了系統(tǒng)將流量穩(wěn)定在設(shè)定值附近的快慢程度,穩(wěn)定時(shí)間包括響應(yīng)時(shí)間、上升時(shí)間和將值穩(wěn)定在誤差范圍內(nèi)的時(shí)間三個(gè)部分。
響應(yīng)性越好的微流控系統(tǒng),越能保證實(shí)驗(yàn)精度,節(jié)省時(shí)間和試劑。微流體泵類產(chǎn)品中,F(xiàn)luigent壓力泵與其他技術(shù)的泵相比,具有更加良好的響應(yīng)性,特別適合與如液滴之類的對流量有高精度要求的應(yīng)用。下圖展示了一種高精度注射泵和Fluigent壓力泵的響應(yīng)性對比。
如何改善微流控系統(tǒng)中的響應(yīng)性
在不更換硬件設(shè)備的前提下,微流控系統(tǒng)的響應(yīng)性主要受響應(yīng)時(shí)間的影響,而響應(yīng)時(shí)間會(huì)受流阻與管路收縮(管路收縮將增大流阻,尤其在使用帶有彈性的PDMS芯片時(shí))的影響而導(dǎo)致響應(yīng)延遲??梢赃@樣理解:系統(tǒng)在響應(yīng)之前,需要將“能量”積累至一定值,如果流阻越大,所需積累“能量”的時(shí)間就越長,響應(yīng)時(shí)間也就越長。
因此,要改善系統(tǒng)響應(yīng)性,好的策略就是使用非常短且剛性毛細(xì)管;在使用壓力泵時(shí),使用體積較小的儲(chǔ)液池,可減少被壓縮空氣的體積,也能在一定程度上提高系統(tǒng)的響應(yīng)性。