如何選擇微流體導(dǎo)管?
Tips: 汶顥提供微流控導(dǎo)管接頭(如:PEEK/PTFE/PE/石英毛細(xì)管、不銹鋼/PEEK各種類型接頭及堵頭等)。
在選擇微流體管路時(shí)必須考慮幾個(gè)參數(shù)。根據(jù)您的應(yīng)用,為您的微流控實(shí)驗(yàn)選擇合適的管道可以大大提高流量控制設(shè)置的效率和科學(xué)結(jié)果的質(zhì)量。在與微流體研究人員討論時(shí),似乎大多數(shù)人沒有花時(shí)間為他們的特定應(yīng)用正確選擇最佳的管道和配件。出于這個(gè)原因,我們決定創(chuàng)建本教程,以幫助研究人員在為其實(shí)驗(yàn)選擇正確的微流體管道時(shí)節(jié)省寶貴的時(shí)間。
微流體導(dǎo)管中的死體積
管道或連接器中的高死體積可能有四個(gè)缺點(diǎn):
1 由于管內(nèi)液體速度呈拋物線分布,完全更換液體的時(shí)間可能比您想象的要長(zhǎng),管內(nèi)液體的完全更換需要通過一定量的液體,管的體積。傳輸時(shí)間可近似如下: t = V /φ 其中V是管死體積,φ是流量。在這種情況下,將1體積的管子轉(zhuǎn)移,但出口處液體的組成仍然具有?30%的先前液體的剩余量。轉(zhuǎn)移時(shí)間(和液體量)必須乘以系數(shù)6,以消除先前的液體> 95%。
2流體沿管道的高轉(zhuǎn)移時(shí)間: 在實(shí)驗(yàn)開始時(shí),更換管道中的液體的時(shí)間或填充管道的時(shí)間。
3如果試管必須裝滿昂貴或稀有的樣品,則需要消耗大量樣品。死體積可以計(jì)算如下:V = L *π*ID?/ 4其中ID是內(nèi)徑,L是管的長(zhǎng)度。
4如果管子在操作過程中移動(dòng),或者由于流體慣性停止流動(dòng),管子的內(nèi)部容積可能因其變形而發(fā)生變化。對(duì)于低流量應(yīng)用,這些體積變化會(huì)導(dǎo)致微流體芯片中出現(xiàn)意外的流動(dòng)或振蕩。這些問題很大程度上取決于設(shè)置的配置,并且難以預(yù)測(cè),但總的來說,為了限制這些效應(yīng),對(duì)于低流量應(yīng)用,必須避免使用大型管道。
微流體導(dǎo)管的流暢性
對(duì)于非常低的流量應(yīng)用,壓力會(huì)使管變形,導(dǎo)致其內(nèi)部容積發(fā)生變化。這種體積變化通常導(dǎo)致使用死端管路時(shí)壓力平衡下降。由內(nèi)部壓力引起的管的變形可以使用以下關(guān)系粗略地近似:dV / V = 2P / E(對(duì)于厚壁管)或dV / V = P * R /(E * t)(對(duì)于薄壁管),其中P是壓力變化值,E是管材的楊氏模量,R是管半徑,t是管的厚度(常用管的值在下面給出)。為了限制管子的順應(yīng)效應(yīng),小管子和剛管是首選,可以使用注射泵流量穩(wěn)定器微流控套件但有時(shí)軟管的高柔順性也可以以復(fù)雜的方式用于使用注射泵時(shí)經(jīng)常觀察到的 注射泵流量穩(wěn)定器微流體套件。
微流體管道中的壓力下降
對(duì)于薄毛細(xì)管,與微流控芯片中的壓降相比,沿著管的壓降可以變得不可忽略和/或占優(yōu)勢(shì)。由管的流體阻力引起的這種壓降可以通過使用Poiseuille low來近似如下:dP =8Lη.Q/ pi.R ^ 4。其中L是管長(zhǎng),Q是管中的流速,η是流體的粘度。典型數(shù)字在下表中給出。 流體阻力通常用于微流體裝置中,以消除由液滴產(chǎn)生造成的流速不穩(wěn)定性和壓力變化,或使低流阻設(shè)置在低流速下工作。
標(biāo)準(zhǔn)微流控導(dǎo)管的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
5/32管 | 1/16管材 | 1/32管道 | 1/16毛細(xì)管 | |
導(dǎo)管套件 | § Luer Lock 7/32管件套件 | § 1/16 TYGON油管套件 § 1/16 PTFE TEFLON管件套件 | § 1/32 PTFE管材套件 | |
外徑 尺寸(mm) | 5/32(4) | 1/16(1.6) | 1/32(0.8) | 1/16(1.6) |
內(nèi)徑 尺寸(mm) | 1/8(3.2) | 500微米 | 300微米 | 65μm |
死體積 (1) | 450μL | 20μL | 7μL | 0.33μL |
壓強(qiáng) (2) | 0.12Pa /(μL/ min) | 65Pa /(μL/ min) | 500Pa /(μL/ min) | 17000Pa /(μL/ min) |
合規(guī)因素 (3) | 18%/ MPa(8.1μL) | 11%/ MPa(220 nL) | 0.4%/ MPa(2.8nL) | 0.05%/ MPa(16μL) |
最大 | 2.5bar | > 10bar* | > 100bar* | > 100bar* |
油管類型 | Tygon R3603 | Tygon S54HL或PTFE | PTFE | PEEK |
優(yōu)點(diǎn) | § 兼容各種直徑。 § 使用方便。 § | § 易于處理。 § 適用于大多數(shù) | § 合規(guī)性很低。 § 耐高壓。 | § 合規(guī)性很低。 § 耐高壓。 |
缺點(diǎn) | § 軟管(低流量高順應(yīng)性)。 § 高死體積。 § 如果管道移動(dòng),則容量變化很大。 § 中等壓力。 | § 高流體阻力。 | § 套圈是強(qiáng)制性的。 § 高流體阻力。 | § 套圈是強(qiáng)制性的。 § 高流體阻力。 |
典型 | § 大流量連接 (壓力控制器 - 儲(chǔ)液器連接), § 流體轉(zhuǎn)移。 | § 流體運(yùn)輸。 § 注射泵流量穩(wěn)定器微流控套件 § 注射泵流量穩(wěn)定器微流控套件 | § 液滴。 § 分離科學(xué)。 | § 分離科學(xué)。 § 微流體流動(dòng)阻力。 |
(1)對(duì)于10cm長(zhǎng)度的管,(2)對(duì)于10cm長(zhǎng)度的管,給定每μL/ min的水流速,(3)對(duì)于10cm的管的體積變化和1bar的壓力變化,*取決于連接類型。