受聚合物微流控系統(tǒng)啟發(fā)的新型流量計(jì)
使用聚合物制造微流控系統(tǒng)是一個(gè)正在研究的研究領(lǐng)域,因?yàn)樗卺t(yī)學(xué)和工程應(yīng)用中都有應(yīng)用。
微流控是研究幾何限制在微小尺度上的液體的行為、精確命令和控制,其中表面力大于體積力。使用這種技術(shù),可以對(duì)少量樣品進(jìn)行科學(xué)分析,非常經(jīng)濟(jì)。
微流控技術(shù)已越來(lái)越多地用于各種應(yīng)用。為了測(cè)量這種小樣品的液體流速,需要非常精確的傳感器,稱(chēng)為“微流控傳感器”。
通常,為此目的使用精密注射泵和科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。這些傳感器的一個(gè)問(wèn)題是它們占用大量空間、價(jià)格昂貴且操作復(fù)雜。
為了使微流控傳感器小型化,科學(xué)家們提出了一種替代方案。基于微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 的傳感器。它們是理想的,因?yàn)樗鼈兂杀据^低、精度高和便攜性。
MEMS可分為兩種類(lèi)型;熱或非熱。熱流量傳感器使用熱交換強(qiáng)度來(lái)計(jì)算流速。這種方法可確保出色的測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度,以及低輸出信號(hào)漂移。
存在其他非熱流量傳感器,例如流量檢測(cè),基于微波諧振器的整個(gè)電導(dǎo)差異和電子檢測(cè)液滴產(chǎn)生頻率的數(shù)字化體積分配系統(tǒng)。前一種類(lèi)型由于其測(cè)量精度高,在市場(chǎng)上仍然更容易買(mǎi)到。
由于使用了最少量的樣本,這種類(lèi)型的傳感器也引起了人們的關(guān)注,因?yàn)樗且环N有用的設(shè)備,可用于執(zhí)行分組、相互作用以及檢測(cè)各種材料和顆粒等活動(dòng)。
DNA檢測(cè)、藥物遞送以及其他針對(duì)SARS-CoV-2、皰疹、艾滋病毒和甲型、乙型和丙型肝炎等疾病的快速檢測(cè)服務(wù)都使用了這項(xiàng)技術(shù)。
微通道——流量計(jì)內(nèi)直徑小于一毫米的液壓通道——壁在切線(xiàn)和法線(xiàn)方向上都受到流體的壓力。微通道內(nèi)速度壓力(法向應(yīng)力)和(剪切應(yīng)力)的變化會(huì)導(dǎo)致這種應(yīng)力。
流體產(chǎn)生的張力與水平懸臂中的壁相切。同時(shí),在彎曲的懸臂梁中,以一定角度向壁面增加應(yīng)力,使懸臂梁沿流動(dòng)方向移動(dòng)并彎曲。
Mohammadamini等人(2022) 使用新形成的懸浮聚合物微流控裝置進(jìn)行了研究,以測(cè)量微通道中的液體流速。根據(jù)結(jié)果,垂直于流動(dòng)的表面越大,進(jìn)入懸臂的流體就越多,迫使它彎曲得更多。所構(gòu)建的聚合物懸浮流量計(jì)檢測(cè)流速范圍為100 μl/min至1000 μl/min,靈敏度小于0.130 μm/(μl/min)。
結(jié)果還表明,對(duì)于精確測(cè)量,彎曲懸臂結(jié)構(gòu)優(yōu)于平面懸臂結(jié)構(gòu)。因此,懸臂幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)于直流量計(jì)。
盡管該主題的利基市場(chǎng)很小,但該研究一直在嘗試開(kāi)發(fā)一種合適的微流控流量計(jì)。由于其基本結(jié)構(gòu)僅由兩片聚合物薄片組成,并且其制造所需的二氧化碳激光雕刻技術(shù),建議的流量計(jì)具有合理的價(jià)格和簡(jiǎn)單的制造程序。
其他好處包括良好的靈敏度和基于不同流體流動(dòng)的可預(yù)測(cè)的懸臂彎曲。在精密度和重現(xiàn)性方面,結(jié)果令人滿(mǎn)意,錯(cuò)誤率低于 2%。
該團(tuán)隊(duì)的調(diào)查建立在先前公認(rèn)的微技術(shù)基礎(chǔ)之上,并試圖找到一種改進(jìn)的流量計(jì)傳感器,以準(zhǔn)確測(cè)量小體積。
這種技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)并不完全經(jīng)濟(jì),因此,對(duì)于商業(yè)化方面,應(yīng)該使用更合適的檢測(cè)技術(shù),例如電容或電阻方法。
未來(lái)使用微流控芯片縮小組合物制備裝置的進(jìn)步可能會(huì)在臨床環(huán)境中實(shí)現(xiàn)納米藥物產(chǎn)品的按需制造,從而允許根據(jù)患者數(shù)據(jù)高效制造和管理可定制的藥物配方。
它還有望在制藥技術(shù)和未來(lái)的醫(yī)療應(yīng)用中發(fā)揮重要作用,包括藥物生產(chǎn)和管理,以及智能分析。
標(biāo)簽:   微流控 微流控芯片 流量計(jì)