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受聚合物微流控系統(tǒng)啟發(fā)的新型流量計

使用聚合物制造微流控系統(tǒng)是一個正在研究的研究領(lǐng)域,因為它在醫(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)已越來越多地用于各種應(yīng)用。為了測量這種小樣品的液體流速,需要非常精確的傳感器,稱為微流控傳感器”。

通常,為此目的使用精密注射泵和科里奧利質(zhì)量流量計。這些傳感器的一個問題是它們占用大量空間、價格昂貴且操作復(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?;谖C電系統(tǒng) (MEMS) 的傳感器。它們是理想的,因為它們成本較低、精度高和便攜性。

MEMS可分為兩種類型;熱或非熱。熱流量傳感器使用熱交換強度來計算流速。這種方法可確保出色的測量靈敏度和準(zhǔn)確度,以及低輸出信號漂移。

存在其他非熱流量傳感器,例如流量檢測,基于微波諧振器的整個電導(dǎo)差異和電子檢測液滴產(chǎn)生頻率的數(shù)字化體積分配系統(tǒng)。前一種類型由于其測量精度高,在市場上仍然更容易買到。

由于使用了最少量的樣本,這種類型的傳感器也引起了人們的關(guān)注,因為它是一種有用的設(shè)備,可用于執(zhí)行分組、相互作用以及檢測各種材料和顆粒等活動。 

DNA檢測、藥物遞送以及其他針對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服務(wù)都使用了這項技術(shù)。

微通道——流量計內(nèi)直徑小于一毫米的液壓通道——壁在切線和法線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,在彎曲的懸臂梁中,以一定角度向壁面增加應(yīng)力,使懸臂梁沿流動方向移動并彎曲。

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,以測量微通道中的液體流速。根據(jù)結(jié)果,垂直于流動的表面越大,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檢測流速范圍為100 μl/min至1000 μl/min,靈敏度小于0.130 μm/(μl/min)。

結(jié)果還表明,對于精確測量,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。

盡管該主題的利基市場很小,但該研究一直在嘗試開發(fā)一種合適的微流控流量計。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),建議的流量計具有合理的價格和簡單的制造程序。

其他好處包括良好的靈敏度和基于不同流體流動的可預(yù)測的懸臂彎曲。在精密度和重現(xiàn)性方面,結(jié)果令人滿意,錯誤率低于 2%。

該團(tuán)隊的調(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)的流量計傳感器,以準(zhǔn)確測量小體積。  

這種技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)并不完全經(jīng)濟(jì),因此,對于商業(yè)化方面,應(yīng)該使用更合適的檢測技術(shù),例如電容或電阻方法。

未來使用微流控芯片縮小組合物制備裝置的進(jìn)步可能會在臨床環(huán)境中實現(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