對于大多數(shù)微流體應(yīng)用而言，控制流速至關(guān)重要。將宏實(shí)驗(yàn)縮減為微米級可以提高其靈敏度和分辨率，但也更容易受到外部因素的影響。流速是要控制的關(guān)鍵參數(shù)之一。注射泵，蠕動(dòng)泵或壓力驅(qū)動(dòng)泵是最常用的系統(tǒng)，可在微流體規(guī)模上輸送流量并提供對流體的最佳控制。

1.蠕動(dòng)泵

蠕動(dòng)泵輸送脈動(dòng)流量。所使用的流體管是柔性的，并且盤繞在泵轉(zhuǎn)子上。泵轉(zhuǎn)子上的滾子通過定期壓縮管道來移動(dòng)流體。用戶設(shè)置流速或rpm，該流速或轉(zhuǎn)速對應(yīng)于儀器傳遞的脈動(dòng)流量的平均值。脈動(dòng)的幅度和頻率取決于流體管的內(nèi)徑，輥?zhàn)拥臄?shù)量及其轉(zhuǎn)速。這種儀器的流量范圍從2μL / min到大于10L / min。

蠕動(dòng)泵廣泛用于再循環(huán)以及分配大容量。

圖1：蠕動(dòng)泵

蠕動(dòng)泵優(yōu)點(diǎn)：

價(jià)格：這種流體輸送方法相對便宜。

易于使用：蠕動(dòng)泵易于使用和連接。

高流量范圍：對于大流量，高流量以及流體再循環(huán)，這是一個(gè)很好的選擇。

可逆：它可以在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上工作。該優(yōu)點(diǎn)允許流體的再循環(huán)，這對于某些生物學(xué)應(yīng)用可能是有用的。

吞吐量：根據(jù)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，最多可以并行灌注24個(gè)樣品。 

密封：滾子在轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)作用導(dǎo)致整個(gè)管的密封壓力發(fā)生位移，從而最大程度地減少了泄漏或回流。

蠕動(dòng)泵缺點(diǎn)：

脈動(dòng)流量：蠕動(dòng)泵輸送的流量由于管路壓縮而脈動(dòng)（如圖1所示）。這不適用于流速必須恒定的大多數(shù)微流體應(yīng)用。例如，某些細(xì)胞可能對剪切應(yīng)力高度敏感，這種急性搏動(dòng)可以激活炎癥反應(yīng)。

沒有可用的復(fù)雜流量曲線：由于流量多變，因此無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的流量模式，例如斜坡，脈沖或正弦波。

無壓力控制：  蠕動(dòng)泵上唯一可訪問且可設(shè)置的參數(shù)是儀器輸送的平均流量。無法控制施加到流體上的壓力，這對于需要控制細(xì)胞壓力的微生物學(xué)研究可能是個(gè)問題。

響應(yīng)時(shí)間：由于脈動(dòng)的流動(dòng)，很難確定該設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間。

2.注射泵

注射泵廣泛用于微流體（生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域）和微流體應(yīng)用。一旦在注射器中注入了所關(guān)注的液體，就將其置于基于運(yùn)動(dòng)活塞的注射器泵上，該活塞由電動(dòng)機(jī)推動(dòng)（或拉動(dòng)）（圖3）。電機(jī)的螺桿旋轉(zhuǎn)作用在注射器活塞上的力對應(yīng)于流速。市場上存在各種質(zhì)量和價(jià)格，其流速范圍為0.012 nL / min至300 mL / min。

注射泵優(yōu)點(diǎn)：

穩(wěn)定性：注射泵旨在提供穩(wěn)定，恒定的流量。根據(jù)注射泵的質(zhì)量，可以減少由電動(dòng)機(jī)和螺桿驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)引起的振蕩。

易于使用：直觀的用戶界面使其非常易于使用。

準(zhǔn)確性：使用正確的注射器體積（2mL）和類型（玻璃）并使用高質(zhì)量的注射器泵，可以將容量降至納升以下。

吞吐量：對于某些型號，一個(gè)推桿可以并行灌注多達(dá)10個(gè)樣品。

注射泵缺點(diǎn)：

體積限制：注射器泵受注射器體積的限制。

沒有壓力控制：沒有控制施加在流體上的壓力，這會給生物應(yīng)用帶來麻煩。高壓會在細(xì)胞上引起機(jī)械應(yīng)力。

溶液均勻性：   注射泵不是將溶液中的細(xì)胞混合的最佳工具。由于注射器不移動(dòng)，懸浮液中的細(xì)胞會沉淀。

3.壓力驅(qū)動(dòng)泵（壓力控制器）

壓力控制器通過向密封的儲液罐施加壓力來控制流量。液體表面上方的空氣所施加的壓力將液體通過微流體管從儲罐中推出。壓力或流速均可通過此設(shè)備控制。可以通過在流體管線中添加流量計(jì)來記錄流速。流量計(jì)可以通過調(diào)節(jié)壓力的反饋回路來設(shè)置流量。

壓力驅(qū)動(dòng)泵優(yōu)點(diǎn)：

反應(yīng)性：壓力控制器具有非?？斓捻憫?yīng)時(shí)間。

壓力控制：壓力控制器是唯一可用于測量和控制施加到系統(tǒng)的壓力的設(shè)備。這與生理?xiàng)l件（即血壓，眼壓等）更加一致。此外，使用壓力控制器和流量計(jì)是唯一可以訪問微流體回路電阻的組合。在微流體回路中，流速和壓降之間的關(guān)系如下：（ΔP= Q * R）控制壓力并記錄流速可以測量系統(tǒng)的電阻。

流量曲線范圍：由于基于壓力的流量控制器的響應(yīng)時(shí)間長，因此可以生成復(fù)雜的流量模式。這對于重現(xiàn)復(fù)雜的流動(dòng)模式（例如主動(dòng)脈壓）很有用。

穩(wěn)定性：由于氣壓控制器的出色調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)從納升/分鐘到毫升/分鐘的高穩(wěn)定性流速。例如，可以忠實(shí)地再現(xiàn)毛細(xì)血管中的層流。穩(wěn)定的流動(dòng)對于維持對切應(yīng)力高度敏感的內(nèi)皮細(xì)胞的生理表型至關(guān)重要。

多功能系統(tǒng)：將壓力控制器與流量傳感器耦合，可以在實(shí)驗(yàn)過程中監(jiān)控流量和壓力?？梢栽O(shè)置流速或壓力，并且可以記錄相應(yīng)的壓力或流速變化的結(jié)果。這對于評估實(shí)驗(yàn)過程中流體系統(tǒng)的阻力變化特別有用。壓力和流速與線性方程相關(guān)：P = Q x R（P：壓力，Q流速，系統(tǒng)的R阻力）。維持恒定流速所需的壓力調(diào)節(jié)與阻力的變化直接相關(guān)。

氣體成分：壓力控制器可與任何壓縮空氣源連接。因此，用戶可以選擇對液體加壓的氣體的成分。這對于通常用5％CO2緩沖細(xì)胞培養(yǎng)基的細(xì)胞生物學(xué)家特別有用。

儲液器：   壓力控制器與從毫升到升大小的各種儲液罐兼容。與注射泵相比，這是一個(gè)主要優(yōu)勢。

流體功能的組合： 壓力控制器可以輕松地與開關(guān)閥接口，以組合流體功能（進(jìn)樣，采樣，再循環(huán)）和全自動(dòng)方案。

壓力驅(qū)動(dòng)泵缺點(diǎn)：

納米體積進(jìn)樣：由于流量傳感器的測量誤差，該技術(shù)并不是最有效的進(jìn)樣量小于1μL的樣品。

流量傳感器：要控制或監(jiān)視流量，應(yīng)在微流體回路中添加流量傳感器。需要額外的連接，以增加流路的總內(nèi)部容積。

壓力源： 使用壓力控制器需要壓縮空氣源。

4.每種類型的微流控進(jìn)樣泵優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)

原英文鏈接：

https://www.fluigent.com/microfluidic-expertise/what-is-microfluidic/system-comparison-for-microfluidic-applications/