5 Gründe für die Wahl von OEM-Druckreglern anstelle von OEM-Spritzenpumpen für mikrofluidische Anwendungen

Druckkontrolle für verbesserte Stabilität und Einschwingzeit   

Eine stabile und präzise Durchflussrate mit einer schnellen Einschwingzeit ist häufig eine Voraussetzung für mikrofluidische und millifluidische Anwendungen wie Tröpfchenmikrofluidik, Wirkstoffscreening, Zellanalyse oder dynamische Zellkultur für Zellbiologie und Mikroskopie.   

In einem System, das mikrofluidische Tröpfchen erzeugt, ist in der Regel eine schnelle Einschwingzeit (definiert als die Zeit, die das Ausgangssignal benötigt, um einen bestimmten Prozentsatz – z. B. 95 % – einer momentanen Druckänderung zu erreichen) erforderlich, um die angestrebte Durchflussrate und die damit verbundene erforderliche Tröpfchengröße zu erreichen. Dadurch kann die Übergangsphase, in der die erzeugten Tröpfchen (die teure Reagenzien oder Zellen enthalten können) nicht verwendet werden können, minimiert werden. Auf diese Weise werden der Abfall und die Kosten des mikrofluidischen Protokolls reduziert. Eine stabile Durchflussrate wiederum gewährleistet eine homogene Tröpfchengröße und damit die langfristige Zuverlässigkeit Ihres Protokolls. 

A. Einschwingzeit: Wie hoch ist die tatsächliche Durchflussmenge in Ihrem System?real flow rate in your system? 

OEM-Spritzenpumpe und Einschwingzeit   

Industrielle Spritzenpumpen bestehen aus einer einfachen linearen Bewegungsquelle, die von einem Schrittmotor angetrieben wird, der die Geschwindigkeit steuert, mit der der Kolben angetrieben wird. Die Durchflussmenge ergibt sich direkt aus der Kolbengeschwindigkeit und dem Kolbenquerschnitt. Die Einschwingzeit hängt nicht nur von der Mechanik der Spritzenpumpe ab, sondern auch vom Strömungswiderstand des mikrofluidischen Systems. Bei der Einführung oder Änderung des geordneten Durchflusses erhöht sich der Innendruck im Fluidiksystem und verformt es, anstatt die Flüssigkeit zu fördern.   

Je nach Strömungswiderstand und Elastizität des Systems variiert die Einschwingzeit zwischen einer Hundertstel Millisekunde und mehreren Minuten. Bei der Implementierung einer Durchflussrate auf der Spritzenpumpe für industrielle Anwendungen wird der gewünschte Wert der Durchflussrate angezeigt, doch es gibt weder Informationen über die tatsächliche Durchflussrate noch über die erforderliche Zeit, um diese zu erreichen. Das Fehlen von Informationen über die tatsächliche Flussrate des mikrofluidischen Geräts ist eine der Hauptursachen für das Scheitern von Experimenten und Protokollen.   

Schnellste Reaktionszeit mit OEM-Druckregler  

Druckregler ermöglichen die Druckbeaufschlagung des Behälters oder Tanks, der Ihre Flüssigkeiten enthält. Bei der Verwendung eines Druckreglers wird der Druck fast sofort auf das Reservoir ausgeübt.  Die in Fluigent-Instrumenten verwendeten Ventile haben in der Regel eine Reaktionszeit von weniger als 30 Millisekunden, was unter den in Spritzenpumpen verwendeten Motoren liegt. Reaktive Systeme wie das F-OEM und seine FASTAB-Technologie haben schnelle Einschwingzeiten. Das folgende Diagramm zeigt die Reaktionszeiten eines Fluigent F-OEM-Druckreglers mit einer Standard-Spritzenpumpe. Der angestrebte Druck wird    

Der Solldruck wird in den meisten Fluidiksystemen in Sekundenschnelle erreicht (hängt hauptsächlich von der Druckquelle und der damit verbundenen Gasdurchflussrate sowie von den zu beaufschlagenden Pneumatikvolumina ab).    

Abbildung 1: Reaktionszeit zwischen druckbasierten Durchflussreglern 

B. Unerreichte Stabilität durch fein abgestimmten Druck   

Die Flussstabilität einer Spritzenpumpe ergibt sich aus dem minimalen mechanischen Schritt, den der Motor macht. Da der Schritt des Kolbens mit dem injizierten Volumen korreliert ist, führt diese minimale Bewegung zu einem minimalen injizierten Volumen. Der Schrittmotor erzeugt bei niedrigen Flussraten Impulse oder Schwingungen, die mit der Technologie zusammenhängen und nicht auf externe Parameter zurückzuführen sind. Folglich können die meisten Spritzenpumpen auf dem Markt eine Stabilität von weniger als 0,35 % nicht erreichen, was bereits für High-End-Spritzenpumpen gilt. Da Spritzenkörper geringere Durchmesser aufweisen, sind geringere Volumina möglich. Das hat eine Auswirkung auf die erreichbaren Flussraten. 

Wenn ein Reservoir oder ein Tank mit Hilfe eines Druckreglers unter Druck gesetzt wird, wird die Probe gleichmäßig in Ihr mikrofluidisches System injiziert. Bei dieser Technologie kommen in der Regel Magnetventile zum Einsatz, die eine sehr feine Einstellung des Drucks ermöglichen. Da es keine mechanischen Teile gibt, die mit den Flüssigkeiten in Berührung kommen, können Druckregler pulslose Flüsse erzeugen, die selbst mit der genauesten Spritzenpumpe nicht erreicht werden können. Mit den Druckreglern von Fluigent wird eine Druckstabilität von < 0,1 % CV erreicht. Dies ermöglicht ein neues Maß an Stabilität, das für neue Anwendungen erforderlich ist. 

Abbildung 2: Druckstabilität druckbasierter Durchflussregler 

C. Höhere Genauigkeit des Flüssigkeitsdurchflusses und bessere Regelungsmöglichkeiten mit einem Durchflusssensor: druckgesteuerte Durchflussregelung  

Inline-Durchflusssensoren für schnelle, genaue Durchflussüberwachung und -regelung 

Möchte man die Durchflussmenge direkt messen, kann ein Flüssigkeitsdurchflusssensor in das System eingebaut werden. Durchflusssensoren sind außerdem nützlich, um das ordnungsgemäße Funktionieren eines Fluidikprotokolls zu gewährleisten, indem sie die Überwachung des Durchflusses/Volumens oder die Erkennung und Vermeidung von Protokollfehlern ermöglichen. Durchflusssensoren ergänzen Druckregler, da sie es ermöglichen, ein System mit „Rückkopplungsschleife“ zu entwickeln, das die Durchflussmenge über den Druck regelt, wenn ein Algorithmus implementiert ist. Fluigent bietet dank seines patentierten „selbstlernenden“ Algorithmus eine druckbasierte Durchflussregelung, die es ermöglicht, die Durchflussrate während eines laufenden Experiments anzupassen, um das abgegebene Probenvolumen und/oder die Durchflussrate der Probe zu steuern. Die unten stehende Grafik vergleicht die Stabilität der Flussrate zwischen der druckbasierten Flusskontrolle von Fluigent und einer Standard-OEM-Spritzenpumpe. Mit unserem Regelungsalgorithmus in Verbindung mit einem Durchflusssensor wird eine Stabilität der Durchflussrate von < 5 % erreicht, während mit einer Spritzenpumpe eine Stabilität von ~ 10 % beobachtet wird.  

Abbildung 3: Vergleich zwischen einer OEM-Spritzenpumpe (grau) & einem druckbasierten Durchflussregler (blau)   

Benötigen Sie eine leistungsstarke druckgesteuerte Durchflussregelung, ohne einen Durchflusssensor in der Fluidikleitung zu haben? 

Mit der Zunahme biologischer Anwendungen, die Mikrofluidik nutzen, steigt der Bedarf an einer vollständig sterilen Einweg-Umgebung in der Fluidikleitung stark an. Fluigent ist das einzige Unternehmen, das einen nicht-invasiven Durchflusssensor speziell für fluidische Anwendungen anbietet. 

Die von Fluigent angebotene OEM-Standardlösung für die druckbasierte Durchflussregelung, bestehend aus einem hochpräzisen Druckregler (Fluigent PX oder F-OEM) und einem nicht-invasiven Durchflusssensor, ermöglicht eine hervorragende Durchflussregelung ohne fluidische Pfadelemente oder fluidische Kalibrierung. Der NIFS ermöglicht eine berührungslose Live-Durchflussüberwachung und -regelung.  

Mit diesem einzigartigen System ist Fluigent anderen Anbietern von mikrofluidischen, druckgesteuerten Durchflusssteuerungen sowie Anbietern von industriellen Spritzenpumpen einen Schritt voraus.   

Abbildung 4: Spritzenpumpensystem vs. druckbasiertes Durchflussregelungssystem von Fluigent