如何选择正确的微流控系统
| 经济型压力 控制器 | 中端型压力 控制器 | 高端型压力 控制器（Fluigent） | |
| 准确度 | 中等 | 良好 | 优秀 |
| 稳定性 | 差到中等 | 中等 | 优秀 |
| 响应时间与 减压 | + | ++ | +++ |
| 传感器校准 | 不可用 | 不可用 | 可用 |
| PID/算法 性能 | 否（仅限模拟输入/输出） | 良好 | 优秀 |
| 即用型 | 否（需数据采集） | 否 | 是 |
| 流量传感器集成 | 不可用 | 不可用 | 可用 |
| 流速调节 | 否 | 否 | 是，通过 Fluigent算法 |
| 微流控阀门 集成与自动化 | 否 | 否 | 是 |
| 无噪声 | 否 | 是 | 是 |
| 价格 | 低 | 中等 | 中等至高 |
| 与微流控 应用兼容 | 低 | 中等 | 高 |
| 典型应用 | 恒定压力供应： 震动阀，半导体 | 细胞培养与基础 液滴微流控 | 液滴微流控、细胞培养（OOAC）、 高级荧光显微镜学、 微流控光谱学 |
表1：微流控应用中的压力控制器比较
微流控技术在生命科学、化学和食品等领域的学术研究中得到了广泛应用，并逐渐在分析设备和生物反应器行业越来越受欢迎，因为该技术提供全新的分析水平，并带来了诸多好处，包括更可靠的结果以及减少试剂消耗。
目前流行的规模化应用包括用于细胞生物学、精细灌注和器官芯片研究的微流控技术，或用于生物封装（数字PCR、类器官）的液滴微流控技术。
工业流体控制的优势
在微流控领域，流量控制对于获得可靠结果至关重要。市场上有多种技术可供选择，包括注射泵、蠕动泵和压力控制器。
与注射泵相比，压力控制通常提供更高的性能和可靠性，因此是微流控领域的首选技术。然而，市场上所有可用的压力控制器并不相同，其中一些不适合微流控。
每种类型都有其自身的特性和功能，满足不同的预算限制和研究要求。根据用户需求，有的用户会优先考虑更高的性能和可靠性，这通常意味着更高的成本，而另一些用户则会在预算有限的情况下，选择性能有所降低的设备。
在众多的压力控制器和调节器中，哪一种是最适合微流控的压力控制器？
有哪些不同的压力控制器？
我们确定了市场上3种不同类型的压力控制器供用户选择，并从成本效益和质量方面对它们进行了比较。
- 经济型压力控制器是最基本、最实惠的选择，与中端和高端选项相比，其性能通常较低。
- 中端型压力控制器在价格和性能之间提供一种平衡。与经济型压力控制器相比，性能有所提升，但仍然发现
- 高端型压力控制器，顾名思义，兼具最高水平的准确度和稳定性。这些设备专为精度和可靠性极为重要的应用而设计，通常用于微流控领域中。这里使用的压力控制器是Fluigent Flow EZ和F-OEM
首先，我们在性能（准确性、稳定性、响应时间）方面比较了这 3 种压力控制器，接下来重点关注可用性和集成能力。我们最后讨论了每种设备能够实现的应用。
根据性能选择压力控制器
选择压力控制器时，常见做法是比较产品技术文档（如产品数据表或用户手册）上列出的规格。有几个重要参数需要考虑，如产品准确度、重复性或响应时间。
虽然这是筛选明显不符合规格产品的好方法，但过程复杂，因为一些生产商根据构成压力控制器的传感器或阀门给出规格，而其他生产商则倾向于提供基于实际测试的数据。
除了规格之外，压力控制器的总体性能还取决于其调节算法。事实上，基本的压力控制器仅提供基于电压的模拟通信，而有些高级控制器可以提供PID控制器，支持提供实时反馈回路并根据压力传感器反馈调整压力。这最终会影响压力稳定性、准确度、响应时间和压力转换。
我们在这里根据准确度、响应时间和压力转换经济型、中端型和高端型压力控制器（压力范围为0至1 bar）进行微流控压力控制器比较。
探讨您的压力控制器的精确度和稳定性
准确度是选择压力控制器时要考虑的关键因素。压力控制器的高准确度可确保达到所需的压力设定值。此外，压力稳定性是选择压力控制器时要考虑的一个关键因素，因为许多应用都依赖于稳定的加压过程。
我们通过设定750 mbar的压力，使用外部校准压力传感器进行测量，并保持设定的750 mbar压力超过10小时，来执行准确度和稳定性分析。
通过这种方法，我们能够了解设备在连续运行条件下的表现，并检测任何仅在长时间运行期间才会显现的漂移或稳定性问题。
图1：使用经济型、中端型和高端型压力控制器进行准确度和稳定性比较
图1显示了经济型、中端型和高端型压力控制器的压力准确度和稳定性。从平均值可以看出，经济型和中端型压力控制器相比于750 mbar的目标值，准确度偏差超过2 mbar。这可能与两种产品均不具备实时校准功能有关，导致与目标值相比发生偏移，最终产生噪声（见图2）。
高端系统增强长期稳定性和准确度
使用高端压力控制器，平均值为749.81 mbar，偏差为+/- 0.082 mbar。高端压力控制器是最准确的设备，与目标值相比偏差小于0.2 mbar，使其成为准确度最高的产品。
我们可以在此分析的另一个参数是稳定性。我们观察到，使用经济型系统时，实验开始压力即达到 750 mbar，但不到一小时就可以观察到施加的压力发生了变化，约30分钟后变为749 mbar，几小时后变为748 mbar。我们观察到中端压力控制器也有相似的压力漂移现象，但变化幅度更小（从747.5降至747 mbar）。
使用高端压力控制器时，约749.8 mbar的压力可保持稳定超过8小时，没有显示任何漂移。此外，我们观察到长期稳定性和准确度得到提高，因为它始终保持在所需的压力范围内，并且具有值得称赞的稳定性。
响应时间：您希望以多快的速度调节压力？
响应时间是选择压力控制器时要考虑的另一个重要因素。一个性能良好的压力控制器将能够快速应对压力变化并保持稳定。
由于微流控系统中过程的精确性和细致性，压力控制器的响应时间是微流控中的一个关键因素。具有快速和准确响应时间的压力控制器可确保设定值或外部条件发生变化时，系统能够快速适应并保持所需压力，将超调或振荡降至最低。这对于维护实验或过程的完整性至关重要，因为压力调整的延迟或不准确可能会导致数据受损、流体控制无效，并可能损坏敏感的微流控组件。
我们在这里进行2次响应时间测试：压力增加（400 mbar -> 500 mbar）和压力减少（500 mbar -> 400 mbar）。
我们将响应时间定义为系统达到目标值的98%所需的时间，并且能够在目标值的2%容差范围内保持稳定。请注意，我们无法在经济型压力控制器上执行此测试，因为该控制器仅通过模拟I/O进行控制，并且不包含PID控制器。
图3：使用中端压力控制器和高端压力控制器的响应时间
| 响应时间 400至500 mbar | 响应时间 500至400 mbar | |
| 中端压力控制器 | 0.8 s | 0.7 s |
| 高端压力控制器 | 0.8 s | 0.1 s |
表2：微流控应用中的压力控制器比较
高端流体控制器响应时间更快
图3显示了使用中端压力控制器和高端控制器的加压和减压性能。当使用中端压力控制器进行加压时，我们观察到达到目标值98%的时间为0.8秒，而使用高端压力控制器的时间也是0.8秒。对于减压，我们观察到达到目标值98%的时间为0.7秒，而使用高端压力控制器的时间则为0.1秒。
这表明中端压力控制器和高端压力控制器在100 mbar压力过渡时的增压响应时间相似，而对于减压，高端压力控制器的响应时间大约快10倍。
此外，使用中端压力控制器，我们可以在达到稳定阶段后观察到轻微的压力振荡和超调现象，这也主要源于调节算法性能。
此外，当需要停止流体方案时，减压时间将取决于所使用的压力控制器。图4显示了使用中端和高端压力控制器从500 mbar到400 mbar的减压时间。我们可以观察到使用中端和高端压力控制器分别需要0.7秒和0.1秒。
图 4：使用中端压力控制器和高端压力控制器的响应时间
减压时间对微流控方案有很大影响，因为在减压期间，即使实验已经结束，液体仍然会继续注入。减压期间注入的珍贵液体被浪费，最终会增加实验成本。根据所使用的系统和相关的流体阻力，减压时间可能超过几十秒！
平滑性决定优劣：产品算法和PID是影响性能的关键
正如上文所述，产品规格并不能说明一切。PID和算法也会对性能产生影响。图5显示了中端压力控制器从较高压力过渡期间的压力曲率。当过渡到100 mbar时，我们可以观察到一些抖动，而使用高端压力控制器则不会观察到这种情况（图5）。
在压力控制器之间的比较分析中，我们观察到性能上存在明显差异，特别是在准确度和稳定性方面。经济型压力控制器表现出更明显的波动，并且需要更长的时间才能达到平衡状态。此外，与对应产品相比，该控制器稳定在一个不太精确的压力范围内。
另一方面，高端型产品表现出明显更平滑和更稳定的过渡轮廓。不仅高效快速地达到稳定状态，还与所需的准确度水平紧密对齐。
这种在不同条件下保持一致压力控制的卓越性能，凸显了该高端产品的先进工程和设计。
这些特性在微流控应用中尤其重要，其中精确的压力控制对于保持结果的完整性和准确性至关重要。
微流控技术需要专业知识进行集成
上市时间：您的压力控制器是否可以随时使用且易于集成？
当使用简单的压力控制器时，它们通常不配备即用型软件和高级功能。对于低成本和中端型号，需要模数通信转换器来进行正确的数据采集和解释。
这一额外步骤需要考虑额外的内部开发和上市时间。我们在下面介绍基于即用型功能的微流控压力控制器比较：
- 经济型压力控制器：需要开发一个额外的DAQ设备来控制系统。不需要模数转换器意味着设计更加先进和集成，更符合现代数字接口和标准。
- 中端型压力控制器：虽然不需要额外的DAQ（所有内部电子设备都集成到设备中），但需要开发自定义软件接口来开始测量。
- 高端压力控制器：即用型软件，提供高级专用软件开发套件（SDK），支持多种语言（Python、C++、C#）
掌握微流控环境：用于流速控制、阀门管理和自动化的压力控制器
流量控制和压力控制有什么区别？
微流控中的许多过程需要精确监控并调节流速，以及集成阀门以自动化复杂的工作流程，从而确保重复性和可靠性。
高效的流速监控有助于精确的体积注射，而阀门自动化对于样品制备、复用或清洁过程等任务至关重要。
浏览我们的文章，深入了解流控阀自动化遇到的挑战以及我们的F-OEM流量控制平台所提供的优势。
与传统的压力控制器相比，经过集成和控制微流控流量传感器和阀门来实现先进的调节能力需要电子、机械和微流控方面的专业知识。
所有微流控组件之间的同步对于实现无缝自动化至关重要。对于传统的压力控制器，集成应该由微流控专家完成，这可能导致过程成本高、耗时长且依赖资源，并可能会影响上市时间并损害最终系统的可靠性。
我们的高端微流控压力控制器通过与内部微流控流量传感器和阀门无缝连接而脱颖而出。控制这些组件需要无需额外开发，通过专用软件和SDK即可提供简化的解决方案，在不牺牲上市时间的情况下提高效率和可靠性。
- 经济型压力控制器：需要开发
- 中端型压力控制器：需要开发
- 高端压力控制器：可直接与Fluigent流量传感器和阀门一起使用
上述压力控制器可实现哪些典型应用？
如上所示，每个压力控制器都有独特的性能，根据参数的不同，性能从差/中等到优秀不等。微流控应用通常需要高水平的流控性能。因此，这里讨论的所有压力控制器并不涵盖微流控领域的所有应用。
- 经济型压力控制器：经济型压力控制器在准确度或稳定性方面表现一般或较差。此外，PID不可用。这使得该产品仅适用于不需要高度稳定压力，且不需要在短时间内（几秒钟）快速调节压力的应用场景。该控制器适用于流速高于每分钟一百毫升的低精度分析设备。典型应用包括气相色谱和半导体工艺。在微流控中，它可用于注入压力以打开/关闭阀门，例如在震动阀过程中。
- 中端型压力控制器：中端型压力控制器在准确度或稳定性方面表现中等或出色。提供基本的PID控制，可用于要求不高的微流控应用。该控制器可用于微流控细胞灌注和培养，以及某些需要保持稳定生产并且不经常改变流速的液滴微流控过程。然而，不适合复杂的微流控方案，或者需要使用极少量样品试剂的过程。
- 高端压力控制器：Fluigent的高端压力控制器专为满足所有微流控应用要求而开发。因此，总体性能非常出色，包括出色的准确度、稳定性和响应时间。该压力控制器采用的专利调节算法支持在任何微流控方案期间精细调节压力，并且默认集成流量传感器和阀门，从而执行复杂的微流控方案。应用范围广泛，包括用于数字PCR和封装的液滴微流控、用于细胞生物学中的器官芯片和细胞培养、细胞分选和流式细胞术以及需要在自动化所有复用方案的同时节约珍贵样品试剂的高级荧光显微技术。