1 微流體技術(shù)的核心驅(qū)動(dòng)：壓電陶瓷元件

　　微流體系統(tǒng)中，壓電陶瓷元件因其極高的靈敏度和可 靠的操作能力，被稱為系統(tǒng)的“核心驅(qū)動(dòng)”。壓電陶瓷的獨(dú) 特之處在于其對(duì)機(jī)械應(yīng)力和電場(chǎng)極其靈敏的響應(yīng)能力，即所 謂的“壓電效應(yīng)”：當(dāng)受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)，壓電陶瓷會(huì)產(chǎn)生電 荷，而當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，它則會(huì)發(fā)生可控的形變。這一效應(yīng)在 微流體系統(tǒng)中被巧妙利用，尤其適用于微米尺度下的高精度 液體操控，如單細(xì)胞分選、體外診斷及藥物輸送等應(yīng)用。

　　在微流體操作中，壓電陶瓷元件因其體積小、功耗低和 響應(yīng)速度快而顯得尤為適合，尤其適用于在空間有限的設(shè)備 內(nèi)完成高效液體處理的需求。它們不僅能夠快速響應(yīng)指令， 還能精確控制液體流量，為微流體系統(tǒng)的多樣化應(yīng)用提供了 關(guān)鍵技術(shù)支撐。

　　PI Ceramic是用于微流體應(yīng)用的壓電技術(shù)方面的合作伙 伴，業(yè)務(wù)范圍包括：細(xì)胞或顆粒分選、3D打印、微陣列點(diǎn) 樣、體外診斷設(shè)備中的樣本制備(如細(xì)胞裂解)、網(wǎng)孔霧化 器、微型泵。

　　2 壓電陶瓷元件在微流體系統(tǒng)中的作用

　　(1)實(shí)現(xiàn)快速、高效的樣本制備，用于自動(dòng)化分析的 超聲輔助細(xì)胞裂解和提取。

　　(2)在網(wǎng)孔霧化器中有效生成氣溶膠，壓電陶瓷元件 產(chǎn)生的振動(dòng)可實(shí)現(xiàn)呼吸道疾病物的超精細(xì)霧化。

　　(3) 為體外診斷提供更快的分析， 支持液體處理應(yīng) 用，例如使用微流體壓電陶瓷設(shè)備產(chǎn)生高精度液滴的醫(yī)療點(diǎn) /芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。

　　體外診斷等醫(yī)療流程中的流體處理要求極為苛刻：需要 計(jì)量或必須以高精度移動(dòng)具有不同特性的極少量流體。所采 用的技術(shù)必須能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)沖擊計(jì)量和完美液滴的生成，同時(shí) 考慮到介質(zhì)的粘度和表面張力以及計(jì)量速度。為避免污染樣 本，通常以非接觸方式執(zhí)行液體處理任務(wù)。壓電驅(qū)動(dòng)式微流體設(shè)備可用于分配和控制毫升至皮升級(jí)的小體積液體。

　　(4)分選與移動(dòng)細(xì)胞，用于可靠細(xì)胞分選的壓電陶瓷 元件。

　　細(xì)胞分選是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的一道關(guān)鍵流程，在醫(yī)療技術(shù)、生 物技術(shù)和研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。細(xì)胞分選是根據(jù)細(xì)胞的 大小、形狀和事先用熒光染料標(biāo)記的情況詳細(xì)研究特定細(xì)胞 類型及其復(fù)雜功能的一種工具。所謂的流式細(xì)胞儀通常與下 游分選功能相結(jié)合，用于連續(xù)分析微流體通道中的細(xì)胞。這 項(xiàng)技術(shù)可以從血液或組織樣本等異質(zhì)細(xì)胞群中選擇性富集特 定類型的細(xì)胞。壓電陶瓷元件是這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的核心，它采 用了兩種可行的方法：

　?、倮脡弘姰a(chǎn)生的壓力脈沖分選細(xì)胞

　　壓電陶瓷-彎曲型促動(dòng)器或堆疊型促動(dòng)器可利用壓電產(chǎn)生 的高動(dòng)態(tài)壓力脈沖對(duì)細(xì)胞和顆粒進(jìn)行分選。例如，彎曲薄膜可 將這些脈沖傳送到芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)通道內(nèi)的液體上，從而控制 顆粒的單獨(dú)流動(dòng)方向。采用>>堆疊型壓電促動(dòng)器的系統(tǒng)能夠?qū)? 現(xiàn)非常高的分選率。這些促動(dòng)器按壓薄膜，以觸發(fā)流體動(dòng)力分 選脈沖。此類促動(dòng)器陣列可實(shí)現(xiàn)多通道的復(fù)雜分選模式。

　?、诶寐暡ǚ诌x細(xì)胞

　　例如，可以根據(jù)細(xì)胞的不同物理特性(如大小或密度)， 利用聲駐波對(duì)其進(jìn)行無(wú)接觸聲電泳分選。這些聲波由壓電換能 器產(chǎn)生，可使細(xì)胞對(duì)壓力變化做出不同的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù) 的微流體分選功能。所謂的聲鑷?yán)寐暡ㄒ允芸胤绞揭苿?dòng)聲壓 波節(jié)，從而精確控制顆?；蚣?xì)胞的位置和移動(dòng)。這些技術(shù)主要 用于在不直接接觸的情況下精密移動(dòng)單個(gè)微小物體。

　　(5)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的樣本制備，用于自動(dòng)IVD工作流程的超 聲輔助細(xì)胞裂解術(shù)。

　　用于體外診斷(IVD)的醫(yī)療器械已成為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室實(shí) 踐不可或缺的一部分。適合液體處理應(yīng)用的超聲換能器在數(shù) 十千赫茲的范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大的振動(dòng)。由于其能耗相對(duì)較低， 因此特別適用于固定式醫(yī)療器械和移動(dòng)式醫(yī)療點(diǎn)解決方案，同時(shí)還可以支持其他醫(yī)療應(yīng)用。

　　(6)準(zhǔn)確地泵送超微小的液體體積，支持液體處理應(yīng) 用，例如使用微流體壓電陶瓷設(shè)備產(chǎn)生高精度液滴的醫(yī)療點(diǎn) /芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。

　　體外診斷等醫(yī)療流程中的流體處理要求極為苛刻：需 要計(jì)量或必須以高精度移動(dòng)具有不同特性的極少量流體。所 采用技術(shù)必須能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)沖擊計(jì)量和完美液滴的生成，同時(shí) 考慮到介質(zhì)的粘度和表面張力以及計(jì)量速度。為避免污染樣 本，通常以非接觸方式執(zhí)行液體處理任務(wù)。壓電驅(qū)動(dòng)式微流 體設(shè)備用于分配和控制毫升至皮升級(jí)的小體積液體。

　　(7)打印定制化醫(yī)療植入物和組織，借助壓電技術(shù)， 可以提高醫(yī)療3D打印的速度和精度。

　　隨著醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)醫(yī)療器械、植入物、假 體和組件的要求也日益提高。幾何形狀和結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù) 雜，因此需要更快速、更精密的制造，例如個(gè)性化植入物。

　　一些3D打印工藝可以受益于壓電技術(shù)。在醫(yī)療技術(shù)領(lǐng) 域，這包括材料噴涂成型和粘合劑噴射成形。由于壓電陶瓷 促動(dòng)器的高速度使其非常適合產(chǎn)生極其精確的液滴，因此在 這兩種工藝中都是首選。

　　此處的噴射是指在打印頭中產(chǎn)生液滴的過(guò)程，例如在3D 打印系統(tǒng)中。各種壓電陶瓷元件或促動(dòng)器向打印頭中的微流 體通道施加力脈沖，以使極細(xì)的液滴(尺寸在微升范圍內(nèi)) 無(wú)接觸地落在承印材料上。

　　3 壓電陶瓷的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　(1)精確控制與高靈敏度

　　壓電陶瓷元件能夠在微米級(jí)甚至納米級(jí)別進(jìn)行精確控 制，提供在微流體操作中的高靈敏度。無(wú)論是微量液體的注 入還是混合、分配，壓電陶瓷元件都能實(shí)現(xiàn)極高的穩(wěn)定性與 精度，支持復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)需求。

　　(2)響應(yīng)速度快，適合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

　　其微秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這意味著在液體 傳輸過(guò)程中，能夠迅速調(diào)整參數(shù)，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為醫(yī) 療診斷提供可靠數(shù)據(jù)支持。

　　(3)小型化、低能耗設(shè)計(jì)

　　由于功耗低且結(jié)構(gòu)緊湊，壓電陶瓷適用于便攜式和小型 化設(shè)備，這些特點(diǎn)尤其適合在體外診斷設(shè)備或藥物輸送系統(tǒng) 中，在有限的空間內(nèi)提供持久的能量支持。

　　(4)高可靠性與長(zhǎng)壽命

　　壓電陶瓷材料的耐用性使得其能夠在復(fù)雜環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間 工作，降低了設(shè)備維護(hù)成本。同時(shí)，其材料屬性決定了元件 的高耐用性，能夠在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下保持穩(wěn)定性能。

　　(5)靈活應(yīng)用于多種微流體操作

　　壓電陶瓷元件的多功能性使其可用于多種微流體操作， 如混合、分選、注入等。例如，利用壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)的微型噴 射器可以在不干擾流體路徑的情況下進(jìn)行精確操作。

　　4 為何選擇PI Ceramic作為微流體解決方案的 合作伙伴?

　　PI Ceramic開(kāi)發(fā)和制造定制的壓電陶瓷材料和壓電陶瓷 元件，用于豐富多元的幾何形狀、尺寸、設(shè)計(jì)或更高精度的 微流體應(yīng)用。PI Ceramic將以深厚的壓電技術(shù)專業(yè)知識(shí)，從 研發(fā)到生產(chǎn)和深加工，全程為用戶提供令人信服的專業(yè)支持。