在微流控領域，有時經常需要使用外力把所需要的液體推進微流控芯片內，這些外力可由外部的微流控驅動泵或者微流控流量控制系統(tǒng)提供。

目前主要使用4種類型的流量控制系統(tǒng)：

1、蠕動泵和循環(huán)泵

2、微量注射泵

3、壓力控制器

4、帶有流量開關矩陣閥的壓力控制器

針對具體的微流控應用需求，每一種流量控制系統(tǒng)都有其自身的優(yōu)勢和劣勢。

1、蠕動泵和循環(huán)泵

當研究人員需要使實驗樣品在微流控芯片或微流控器件內部進行連續(xù)循環(huán)流動時，蠕動泵和循環(huán)泵便可以實現(xiàn)這種實驗需求。蠕動泵的圖片請見下圖。由于這兩種類型的驅動泵不能實現(xiàn)精確的流量控制，所以，這兩類泵在微流控研究中使用的越來越少了。當需要對液體實現(xiàn)高精度的循環(huán)流動控制時，可以使用具有壓力控制器或者微量注射泵的循環(huán)實驗裝置。

微流控蠕動泵

此外，由于使用現(xiàn)代的PID或者bang-bang反饋控制技術，結合自家對微流控領域應用需求的精密調教，某些蠕動泵也可以達到較高的流量控制精度和快速的時間響應

蠕動泵和循環(huán)泵的優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：

（1）易于安裝；

（2）實驗的液體量不受限制；

（3）可注入相同的樣品。

缺點：

（1）流量有較強的脈沖波動，較大的震動和噪聲；

（2）導管老化會造成可靠性降低。

2、微量注射泵

微量注射泵在微流控領域是最經常使用的一種流量控制系統(tǒng)，微流注射泵的參考圖片如下圖所示。微量注射泵可分為兩類：經典注射泵—價格便宜但是會產生流量振蕩；無脈動的微流控微量注射泵—價格偏貴但是可以提供更高的流量穩(wěn)定性。如果您決定使用常規(guī)或經典的注射泵，請時刻記住一個事實是：在低流速下，您實驗中的液體流動會不太穩(wěn)定即會產生流動振蕩。

汶顥微流控微量注射泵

微量注射泵的主要優(yōu)勢是易于使用。無脈沖注射泵的主要弱點是響應性（時間響應的快慢），因為它取決于微流控的實驗設置。微流控芯片內的流量變化需要幾秒到幾個小時后才能達到穩(wěn)定的流速即液體的流量變化會持續(xù)數(shù)秒到幾個小時。這種響應性的弊端也是微量注射泵在數(shù)個應用領域如微液滴的制備內應用的主要限制因素。

不過，從2013年和2014年之后，可以采用新的解決方案來解決這些問題如使用更加精密的電動馬達（馬達的電機步進非常小，達到微米或者納米的步長。），增加注射泵微機械部件接觸的精密度，注射泵機械部件的生產質量，實驗裝置的流阻，實驗用導管和芯片的彈性與高流阻特性等。

微量注射泵的優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：

（1）允許快速設置微流控實驗裝置；

（2）新型無脈沖的注射泵產生的流動穩(wěn)定性低于1%；

（3）注射液體量對于長時間的實驗來講是可知的；

（4）微量注射泵產生的最大壓力在幾百個bar左右；

（5）器件內的平均流量不會因器件流阻的實際變化而發(fā)生變化（注射泵因高壓而發(fā)生停止運動除外）。

缺點：

（1）流量的響應時間在幾秒到幾小時內變化，這依賴于流體的阻力。響應時間的快慢可通過使用特定的微流體導管來進行調節(jié)；

（2）沒有流量計，在暫態(tài)過程（幾秒到幾個小時）中，用戶不知道實際的液體流量；

（3）如果器件的流阻增加（如因通道堵塞或灰塵產生），微量注射泵產生的壓力會無限制的增加。產生的壓力增加到一定程度便會反過來損壞器件；

（4）微量注射泵無法實現(xiàn)死端通道（類似集成微流控閥）內流體的流量控制；

（5）注射泵驅動的液體體積總量是有限制的，而不是無限的；

（6）如果需要知道流體系統(tǒng)內部的壓力，那么需要壓力傳感器；

（7）即使是使用無脈沖的微量注射泵，也需要根據具體的實驗條件來仔細的選擇注射器的大小，以此來避免注射泵的步進電機造成的液體流量的周期性脈動；

（8）流量的脈沖振蕩效應可以通過使用一致性的微流體導管來進行降低。

3、帶有流量計的壓力控制器

壓力控制器是一種壓力驅動的流量控制系統(tǒng)，它會對液體儲存罐或儲液池內的液體樣品施加壓力。對液體施加壓力后，樣品就會平滑的注入到您的微流控芯片內。當微流控研究人員需要快速的響應性和較高的穩(wěn)定性時，研究人員主要使用壓力控制器，因為壓力控制器可以在微流控芯片的通道內在80 ms的快速響應時間內建立無脈沖的液體流動。使用壓力驅動液體的流動，壓力變化會在流體裝置內無延遲的進行傳播，從而導致快速的流量切換。此外，由于沒有涉及到運動的機械部件，不論您的液體流速是多少，壓力驅動的流量都會保持平滑且不會有脈沖的波動?，F(xiàn)代微流體壓力控制器也可以允許您同時控制壓力和液體的流速（通過集成具有反饋環(huán)路的流量計）。當微流控研究人員需要較高的流量響應性，較高的流量穩(wěn)定性和較高的流量精度以及處理芯片的死端/封閉通道或者需要較大的樣品體積時，他們此時主要使用的就是壓力控制器。

壓力控制器的優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：

（1）壓力源允許無脈沖的流量流動；

（2）驅動液體的體積量可達到幾升的液體量；

（3）響應時間可達到80 ms；

（4）允許死端或者封閉通道內的液體控制；

（5）當使用流量計時，允許同時控制液體的流量和壓力。

缺點：

（1）最高壓力的限制，目前壓力控制器的最高輸出壓力可達到8 bars；

（2）當壓力不平衡時，尤其是在多個輸入口進行流量切換時，壓力控制器可能會產生倒流（可使用開關閥門來解決這種倒流現(xiàn)象）。

4、帶有流量開關矩陣閥的壓力控制器

對于一些微流控應用，研究人員使用耦合流量開關矩陣閥的壓力控制器。當研究人員需要快速的流量切換且沒有倒流（避免樣品污染或者瞬時停止流動）時，他們主要使用流量開關矩陣閥。當需要高精度的流速控制時，研究人員也可以使用震動閥或集成PDMS蠕動泵。因為當保持實驗裝置的成本在合理的范圍內時，它們有能力在微流控芯片的通道內實現(xiàn)即時的停止流動，和/或者同時在多個芯片通道內控制液體的流動。

帶有流量開關矩陣閥的壓力控制器的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：

（1）當控制較多數(shù)量的微流體通道時，成本會更低；

（2）當結合高精度的壓力控制器使用時，流量控制的精度會更高；

（3）有能力控制死端或者封閉通道內的壓力；

（4）有能力實現(xiàn)微流體器件內部的液體的瞬時停止流動；

（5）有能力實現(xiàn)快速樣品的切換而不會產生任何的倒流；

（6）有能力控制和監(jiān)視液體的流速和壓力（當結合使用具有流速反饋環(huán)路的壓力控制器時）。

缺點：

（1）當涉及少量的微流體通道時，每個通道的價格會比較昂貴；

（2）實驗裝置的復雜性：切換閥門需要液體流動源或流速源。

流量閥是主動元件，它允許流體通道內液體流動的打開、關閉和方向調節(jié)。流量切換閥最好配合壓力控制器使用，因為關閉連接到正在工作的注射泵的通道會導致壓力的無限增加，壓力的增加會損壞流體系統(tǒng)。

為什么不推薦單獨的壓力控制器用于快速和干凈樣品的切換？

壓力控制器允許微流控芯片內快速的樣品切換（80 ms），但是需要在全部的輸入通道入口達到完美的壓力平衡，以此來避免倒流和樣品污染。實現(xiàn)干凈和快速流量調節(jié)的唯一方式是使用具有流量切換閥的壓力控制器。切換閥需要放置在液體儲液池和微流控芯片之間的通路上。由于液體是不可壓縮的，壓力將會即時的把液體推入到芯片內，液體流量的變化也會與閥門打開的反應時間（25 ms或者更低）有關。此外，由于微流控芯片和流量切換閥之間的導管充滿液體（液體是不可壓縮的），它避免了輸入毛細管之間的倒流和污染。

為什么使用切換閥來實現(xiàn)微流控芯片內液體流動的即時停止？

當使用壓力控制器時，液體罐或者儲液池內的流體靜壓力的變化會使達到壓力平衡變得非常困難。同步流量切換閥的使用（例如微流體多路復用器）使您可以同時連接所有的微流體通道。由于液體是不可壓縮的，切換閥使您可以得到實時的液體流動停止而不會發(fā)生任何殘余的流動。

不同類型的微流控流量控制系統(tǒng)的性能圖表

藍色較淡的表示匹配性較差，藍色較重的表示匹配的很好