使用MUX分配阀在微流体器件内执行快速的样品或介质切换

更加详细的内容介绍，请查看如下链接：http://blog.sina.com.cn/fangdzxx

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PFAS(全氟和多氟烷基物质)是一种广泛应用于工业生产中的人造化合物，其耐高温，防污防滑的特性使得它在不粘炊具，食品快餐盒，消防泡沫，防污织物和家具中被广泛应用。因极难在环境中降解，具有长距离迁移及生物累积性的特点，使得PFAS一旦进入人体，就会一直留在人体之中。PFAS类物质的累积会引起诸多人类健康问题，如癌症、内分泌紊乱和不孕症等。因此，对他们的监测至关重要。

最近CEM北美实验室用EDGE加压流体萃取系统分别对随机购买的黄瓜、纸杯蛋糕及微波食品进行PFAS的提取，同时以土壤为样本进行低中高浓度的PFAS加标实验。

为确保实验不受PFAS干扰，已对EDGE系统中可能存在PFAS的材料进行了全面替换，并在测试过程中，避免使用可能含有PFAS的耗材及检测设备。

实验方法

依据FDA 21CFR 177.1550 方法，对黄瓜、纸杯蛋糕、卷饼面包皮进行测试。

EDGE优势

•自动化程度高

•提取过程完成净化

•操作简单

•方法设置灵活

•不含PFAS（P/N906725）

实验结果

Cucumber黄瓜

Snack Cake 杯子蛋糕

Turnover 卷饼面包皮

Soil土壤

EDGE对低、中、高浓度加标的土壤样品的提取，单样品提取时间小于10分钟，并可获得理想回收率及RSD值，同时，在黄瓜、纸杯蛋糕、微波食品中均检出PFAS物质。

欲了解更多文章、仪器相关信息，请与我们联系，联系电话：010-65528800，邮箱：sales@pynnco.com。

PFAS(全氟和多氟烷基物质)是一种广泛应用于工业生产中的人造化合物，其耐高温、防污、防滑的特性使得它在不粘炊具，食品快餐盒，消防泡沫，防污织物和家具中被广泛应用。因极难在环境中降解，具有长距离迁移及生物累积性的特点，使得 PFAS 一旦进入人体，就会一直留在人体之中。PFAS 类物质的累积会引起诸多人类健康问题，如癌症、内分泌紊乱和不孕症等。因此，对他们的监测至关重要。 

最近 CEM 北美实验室用 EDGE 加压流体萃取系统分别对随机购买的黄瓜、纸杯蛋糕及微波食品进行 PFAS 的提取，同时以土壤为样本进行低中高浓度的 PFAS 加标实验。为确保实验不受 PFAS 干扰，已对 EDGE 系统中可能存在 PFAS 的材料进行了全面替换，并在测试过程中，避免使用可能含有 PFAS 的耗材及检测设备。

EDGE 对低、中、高浓度加标的土壤样品的提取，单样品提取时间小于 10 分钟，并可获得理想回收率及 RSD 值。同时，在黄瓜、纸杯蛋糕、微波食品中均检出 PFAS 物质。

用户友好型智能操作软件ESI包括一个非常适合OB1压力和流量控制器的PID算法。
Bronkhorst流量传感器（BFS）以非常高的精度测量将使您能够非常快速地控制通过微流体芯片的液体流量。

Bronkhorst流量传感器
适用于微流体应用的可调范围：
1、从[1.67μL/min; 83μL/min]到[1.67μL/min; 3.3mL/min]
2、市场上的Z佳精度：量程范围内的任何地方都具有0.2%的精度，优异的可重复性。
3、低内部体积：13μL
4、适用于多种气体和液体
5、高速测量
6、直接的质量流量测量，与流体特性无关。

实验装置
对于此实验装置，需要用到以下Elveflow设备：
1、Elveflow压力&流量控制器OB1
2、Bronkhorst Coriolis流量传感器
3、用于实验装置连接用的微流体导管
4、微流体配件和连接器

组件构成
OB1微流体控制器

Bronkhorst流量传感器

样品储液池

微流控导管和适配器

使用Elveflow智能软件ESI逐步进行流体流量控制

确保所有的电缆和导管都与Elveflow仪器连接良好。在开始实验之前，需要进行漏气测试并去除实验系统内的任何气泡。

选择合适的配件是迈向实验成功的diyi步，如果您对配件不熟悉，可以咨询我们。

流量传感器对振动和运动扰动非常敏感，因此，建议您尽可能的经常将其固定在稳定的桌面上或是某个物体的表面上。如果您需要测量气体流速，请参阅datasheet中有关传感器位置的具体建议。

8）三角形PID调节示例，其中三角形图形在50-200μL/min之间，周期为10s。流体流速显示在上图图表的右侧刻度上。

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微流体通道中的快速介质切换通常是执行广泛的生物医学和化学微流体测定的一个必需技术，例如体外活细胞分析、颗粒洗涤等等。基于此项需求，Elveflow提出了两种不同的微流体仪器配置，以便实现超快速流量的变化。

配置A：Elveflow OB1压力泵/压力控制器 + MUX流量切换阀（flow switch valve）
配置B：Elveflow OB1压力泵/压力控制器

在本文中，测量、分析和比较了这两种配置的介质变化速度（medium change speed），以便帮助客户找到Z佳的配置来执行他们的实验中的特定分析。

实验

其次，使用“ImageJ”软件分析每个视频并切成一堆图像（每0.003秒一个图像）。Z后，通过每个堆栈监测强度的变化，并计算了固定位置的平均强度，给出了每种配置的不同结果。

实验结果和解释

a) 配置A: Elveflow OB1 + MUX

- Switch each 4 seconds: Average time= 0.2897
- Switch each 8 seconds: Average time= 0.2933
- Switch each 12 seconds: Average time = 0.2833s
- Switch each 16 seconds: Average time = 0.3007s
- Switch each 24 seconds: Average time = 0.2793s

b) 配置B: Elveflow OB1

– Switch each 4 seconds: Average time = 0.3337s
- Switch each 8 seconds: Average time = 0.6893s
- Switch each 12 seconds: Average time = 1.0927s
- Switch each 16 seconds: Average time = 1.5757s
- Switch each 24 seconds: Average time = 2.4970s

结果显示配置A（OB1+MUX）可以执行比配置B（OB1）更快的介质切换。即使当三个测试介质中的每一个之间的开关频率时间变得更长时，这种观察仍然是正确的：配置A显示恒定的平均时间，而配置B显示与开关频率时间成正比的增量（参见下图）。

有一种替代的方法可以用来执行具有这种配置的介质切换，其允许减少平均切换时间：当在主通道的边缘上允许其他两种介质的少量残余层流时，我们可以避免任何回流。因此，介质（medium）不需要额外的时间通过开关（switch）切换来返回。

结论
由于每个测定或实验都不相同，Z佳配置将取决于其目标和条件。以下SWOT分析有助于确定哪种配置更适合哪一种情况。

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微流控技术在近年来被广泛的应用于化学、化工、材料、生命科学等应用领域，同时在分子诊断市场也出现了巨大的应用。本次网络课堂介绍了微流体隐形眼镜在眼科诊断中的应用。首先介绍了眼泪流体的组份；其次，介绍了隐形眼镜的结构和微流控加工方法，介绍了压力驱动模拟隐形眼镜的测试结果；然后，介绍了基于手机的微型相机分析一滴眼泪的流体分析结果。

微流体流量控制：OB1压力控制器具有更快、更稳定的微流体流量控制器的优势。结合流量传感器，它还可以执行超精确的流量控制并监控注入到芯片中的液体量。您可以在Elveflow软件中输入所需要的流量值，由于可定制的PID反馈回路，压力控制器将会自动的调节压力以便达到所需要的流量值。本博文旨在说明如何轻松的执行此流量控制操作。

流量控制算法

PID类型（PID type）：首先将其设置为basic类型，实际上，在大多数情况下，它是非常有效地。
“Z大流量值（Max flow rate）”：仅在仅使用传感器范围的一小部分时才更改此参数。否则，不需要做任何改动。默认值为0，表示您正在使用整个范围。
“P”参数：如果出现不稳定问题即从ESI软件上看到流动曲线有波动，请减小此值。
“I”参数：增大该值可以加快系统的响应速度，但是会在不稳定性到达时逐渐停止。

此时，也不用担心，按下自动调节按钮（auto-tune button），软件将会评估您的设置并为您调整“P”和“I”参数。所以首先，不要做任何改动并按下它，然后，您可以根据需要再进行调整。

实验装置
对于此实验装置，需要用到以下Elveflow设备：
1、Elveflow压力&流量控制器OB1
2、BFS或MFS
3、用于实验装置连接用的微流体导管
4、微流体配件和连接器

组件列表
OB1微流体控制器

样品储液池

微流控导管和适配器

即插即用Elveflow智能界面

当您想要使用auto-tune功能时，首先要做的diyi件事就是准备好您的实验系统：检查系统连接是否完整，阀门是否处于适当的配置状态及系统是否准备就绪。

实验系统处于稳定状态也很重要，首先让一些液体循环进入到实验系统以避免出现没有液体的过渡状态，这些过渡装填可能会产生错误的系统校正。

Tips：为了获得Z佳的调节，请将流量传感器直接放在样品储液池的后面。

然后，启动Elveflow智能界面并按照以下步骤进行操作：

添加您的OB1压力控制器和传感器，并将传感器连接到正在使用的OB1通道上。

Warning：必须打开通道才能使调整过程正常工作。调整过程将执行突发压力以表征系统。

性能
案例1：使用auto-tune功能来调节流量
这种情况是典型的微流体应用调节情况，非常适合我们的流量调节。所有调节参数均使用“auto-tune”功能来进行计算。“auto-tune”功能调节快速（上升时间为0.2s），有时候会有一点点过冲但是具有良好的稳定性。



案例2：非常快速开关的流量调节
此示例显示了在60μL/min和10μL/min之间以1s时间段进行非常快速的切换。在这种情况下，用户需要手动调节auto-tune给出的参数，以便为这些非常快速的转换提供稳定的系统。

微流体流量控制：OB1压力控制器具有更快、更稳定的微流体流量控制器的优势。结合流量传感器，它还可以执行超精确的流量控制并监控注入到芯片中的液体量。您可以在Elveflow软件中输入所需要的流量值，由于可定制的PID反馈回路，压力控制器将会自动的调节压力以便达到所需要的流量值。本文旨在说明如何轻松的执行此流量控制操作。

流量控制算法

PID类型（PID type）：首先将其设置为basic类型，实际上，在大多数情况下，它是非常有效地。
“Z大流量值（Max flow rate）”：仅在仅使用传感器范围的一小部分时才更改此参数。否则，不需要做任何改动。默认值为0，表示您正在使用整个范围。
“P”参数：如果出现不稳定问题即从ESI软件上看到流动曲线有波动，请减小此值。
“I”参数：增大该值可以加快系统的响应速度，但是会在不稳定性到达时逐渐停止。

此时，也不用担心，按下自动调节按钮（auto-tune button），软件将会评估您的设置并为您调整“P”和“I”参数。所以首先，不要做任何改动并按下它，然后，您可以根据需要再进行调整。

实验装置
对于此实验装置，需要用到以下Elveflow设备：
1、Elveflow压力&流量控制器OB1
2、BFS或MFS
3、用于实验装置连接用的微流体导管
4、微流体配件和连接器

组件列表
OB1微流体控制器

样品储液池

微流控导管和适配器

即插即用Elveflow智能界面

当您想要使用auto-tune功能时，首先要做的diyi件事就是准备好您的实验系统：检查系统连接是否完整，阀门是否处于适当的配置状态及系统是否准备就绪。

实验系统处于稳定状态也很重要，首先让一些液体循环进入到实验系统以避免出现没有液体的过渡状态，这些过渡装填可能会产生错误的系统校正。

Tips：为了获得Z佳的调节，请将流量传感器直接放在样品储液池的后面。

然后，启动Elveflow智能界面并按照以下步骤进行操作：

添加您的OB1压力控制器和传感器，并将传感器连接到正在使用的OB1通道上。

Warning：必须打开通道才能使调整过程正常工作。调整过程将执行突发压力以表征系统。

性能
案例1：使用auto-tune功能来调节流量
这种情况是典型的微流体应用调节情况，非常适合我们的流量调节。所有调节参数均使用“auto-tune”功能来进行计算。“auto-tune”功能调节快速（上升时间为0.2s），有时候会有一点点过冲但是具有良好的稳定性。



案例2：非常快速开关的流量调节
此示例显示了在60μL/min和10μL/min之间以1s时间段进行非常快速的切换。在这种情况下，用户需要手动调节auto-tune给出的参数，以便为这些非常快速的转换提供稳定的系统。

● 简单的压力和真空控制

   通过手动的旋钮操作直接实现精确的压力控制

● 稳定的流量控制

   结合流量传感器，实现长时间的可控的流体灌注。

● 直观的用户界面

   手动操作或电脑端软件操作来控制压力和流量

● 便携、紧凑和独立

   微型工作台尺寸，内置压力源，无需任何外置压力源。

● 提供2个版本的Cobalt压力泵

   压力量程为0到2bar的Cobalt和压力量程为-700到1000mbar的Cobalt-Dual。

主要特点

优质的压力和真空控制

   Cobalt自动微流体压力泵有2个版本可供选择。与流量传感器结合使用时，两个版本都允许进行气体或流量控制。

● 0到2000mbar量程的正压控制

● -700到1000mbar量程的正压力和真空控制

Cobalt技术提高了微流体仪器的良好性能，使其更加易于使用。Cobalt自动微流体压力泵是基于OB1 MK4控制器而设计，使用基于压电技术的压力调节。

与注射泵或蠕动泵相比而具有的独特性能

与微流体注射泵或蠕动泵相比，Elveflow Cobalt自动微流体泵具有卓越的流体驱动性能。由于其不使用机械部件来产生压力，因此，Cobalt产生高精度的气体压力来平稳的驱动液体流动。

当Cobalt压力泵与MFS流量传感器结合使用时，其可实现强大的液体流量控制：

● 0-5mL/min流量范围内的高稳定性（water test）：3.5nL/min（MFS2）到1μL/min（MFS5）

● 0-5mL/min流量范围内的高准确度（water test）：20nL/min（MFS2）到10μL/min（MFS5）

自动和独立的仪器：无需外置气源和真空泵供气

Cobalt自动微流体压力泵是您实验台上的理想设备。它内置了压力源（和真空源），因此，不需要外部空气压缩机或实验室内气瓶或真空泵的气体供气。同时，其设计最大限度地减少了振动和噪音。

嵌入式用户界面

无需外部软件即可完全控制Cobalt的直观硬件，任何用户都可以通过手动操作来实现液体流量的压力驱动和流量控制。

一个基本示例：微流体芯片灌注

应用领域

Cobalt压力泵是优质的微流体控制仪器，具有广泛的应用领域：

●  片上实验室开发

●  基准测试或表征（芯片、传感器、过滤器等）

●  机械生物学（细胞限制、组织工程等）

●  细胞灌注

微流体控制系统OB1 MK3
The pressures, and thereby the flows, were controlled through a microfluidic control system (Elveflow OB1, MK3, Elveflow®, France), and droplet formation was monitored by using an inverted microscope (Axiovert 200 MAT, Carl Zeiss B.V., The Netherlands), which was connected to a high-speed camera (FASTCAM SA-Z, Photron Limited, Japan).

Sten ten Klooster, Claire Berton-Carabin, Karin Schroën, Design insights for upscaling spontaneous microfluidic emulsification devices based on behavior of the Upscaled Partitioned EDGE device, Food Research International, 2023, 164: 112365. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.112365.

微流体乳化技术有可能以一种微妙的方式产生具有控制液滴大小的能力。为了支持这一点，我们提供了基于分区EDGE (UPE)器件性能的升级指南，使用菜籽油作为待分散相，乳清蛋白作为乳化剂。UPE5x1器件(11000个5 × 1µm的液滴形成单位(DFUs))以0.3 mL/h的速度产生3.5µm的液滴(CV 3.2%);UPE10x2 (8000 DFUs为10 × 2µm)在0.5 mL/h下产生7µm液滴(CV 3.2%)，在更高的压力下，在4 mL/h下产生32µm液滴(CV 3 - 4%)。与文献中报道的其他设备(例如，Microchannel, Tsukuba和Millipede, Harvard)相比，这些液滴的生产率相对较高。

基于这些结果和文献中的其他结果，我们得出结论:(1)选择连续相通道尺寸时，需要允许液滴逐渐填充该通道，而不会显著降低液滴形成单元上的压力;(2)分散相供给通道设计应创造较宽的稳定液滴形成的压力范围;(3)通过对所用原料的选择，可以获得较高的生产率;低粘度分散相和增加界面张力而不会负面影响器件润湿性的乳化剂是优选的(例如，乳清蛋白优于Tween 20)。

近年来，微流控技术越来越多的应用于快速诊断的免疫分析方面。目前，用于免疫诊断的技术有抗体间的分子相互作用SPR检测、光学生物检测方法、电化学生物检测方法、力学生物检测方法，这些通常是通过基于荧光的或电化学技术完成的，其费时又费力。

本次网络课堂主要介绍了结合微流控技术的磁学生物免疫检测方法。使用不同浓度的纳米颗粒以及不同结构的微流体芯片通道，然后使用混频磁检测技术，对于20 nm核芯大小的MNP，LOD为15 ng / µL，样品体积为14 µL，对于20 nm核芯大小的MNP，可以直接检测出来的ZDLOD浓度为15 ng / µL，这相当于一滴血的体积量。同时，样品消耗量少、检测速度快且设备外形体积小，易于携带。