驱动时间和流量是最重要的要求

　　自1990年代开发出第一批商业用品POCT自仪器以来，微流控技术以其卓越的优势受到越来越多的厂家的青睐，特别是在诊断领域的应用得到了迅速的发展。

　　微流量控制是流体力学的一个分支。这是一个利用基本控制方程来研究流体流动的物理过程。这是一门微米流体科学。微流量控制系统降低了实验的复杂性和规模，为诊断仪器的发展提供了强大的工具。

　　目前，微流控技术已成为现代体外诊断行业的首选。一次性芯片耗材通常需要以简单的方式集成复杂的功能，并且需要尽可能小的体积。因此，高精度微流控制箱的形式经常被使用，这给开发人员带来了一些挑战。提高微流控制箱开发早期项目成功率的一些考虑因素。

　　设计要求

　　检测仪器的开发需要充分了解所使用的试剂及其性质，如粘度、化学兼容性和所需的体积。了解试剂是如何进入微流控制芯片也很重要。如果它们被预先加载到芯片中，还是使用气泡包装？包装类型将影响试剂与其他试剂的储存、有效性和相互作用。在一些微流控制设备中，冷冻干燥试剂是避免复杂液体处理的首选。

　　试剂的流体性质可以确定液体储存区域和通道中流体的运动模式。建议在分析方案中创建一个详细的过程列表，如试剂的数量、体积、流体性质、挥发性、材料相容性、生物相容性和成分等。同时，根据要求确定驱动方法，包括正压、真空、静电、超声波、毛细管或流体泵，如隔膜泵、活塞泵、薄膜泵，甚至蠕动泵。

　　驱动时间和流量是最重要的要求。考虑到微流控制过程是实验室工作流程的一个小型化版本，在预定体积下对每个过程进行适当的定时是非常重要的。有一些检测过程，包括每个单元操作的目标分析过程，如引入样品、混合、测量、培养、预过滤、分离、分拣、组合和清步骤。建议列出所有单元操作，以及相应的试剂、体积、工艺、时间、流量和其他特定参数。

　　将这些考虑因素纳入设计要求，将指导工程师制定微流控芯片的概念，在确定可制造性和成本的同时，有效地实施检测方案。

　　概念化

　　初步设计概念可以在明确要求的情况下起草。如果设计需要外部部件，如泵、阀门、过滤器、管道、端口、接口等。，必须考虑其与芯片材料的兼容性以及集成到芯片中的可行性。在大多数情况下，外部部件驱动微流控制箱的整体尺寸和性能。

　　初始芯片设计的其他关键要素是芯片内部的单元操作，包括样品进出、试剂储存、混合、测量、材料过滤、分析检测等。样品入口和出口对于用户界面设计非常重要。样品的引入和收集决定了芯片的处理“可用性和人为因素”。操作人员发现微流控芯片耗材设计不流控芯片耗材，或者在某些情况下甚至会有各种风险。

　　芯片设计要素：

　　微流控制芯片中的试剂混合-这包括将生物样品与其他试剂混合（即溶解、标记、重组、稀释和合并）。芯片中的混合技术可以通过多种方式进行，如振动、磁性混合、涡流、声压施加、材料转移或气缸中的其他混合技术。

　　样品测量-这是微流控制箱中最困难的功能之一。由于微流控制通道处理亚微升体积的流体，因此流体测量的准确性非常重要。测量是一个巨大的挑战，需要准确的测量。测量通常分为被动测量和主动测量。被动测量使用预定的通道和存储器体积来分配所需的试剂。传感器用于监测主动测量中分配的数量。

　　材料选择-准备芯片聚合物需要在可加工性、生物相容性、可制造性和成本方面进行测试。必须考虑聚合物的性能，如温度性能、键合、稳定性和光学特性。最终的选择取决于分析化学和生物相容性。最终产品的产量和总成本可以通过制造来确定。

　　分析物检测-这是正确的POCT特别需要设备和台式设备。在某些设计中，光学透镜可以集成到芯片中，以便于成像或电子数据收集。

　　在概念芯片盒设计期间和之后，应考虑如何组装微流控制盒。在小批量生产中，这可能包括激光切割、压花和微铣削。这些方法可以通过粘合剂或其他粘合技术组装。为了简化装配过程，请务必尽快了解装配过程。芯片组件的步骤包括零件制造、清洁和外部组件集成、堆叠和质量控制测试。

　　装配夹具和固定装置。在芯片概念化和详细设计过程中，装配夹具和固定装置是关键考虑因素。它们取决于每层的尺寸公差，并直接影响多层芯片配置的公差叠加。早期考虑这些因素有助于避免早期原型中的装配问题陷阱，同时有助于简化芯片盒的设计，并在可能的情况下使用更大的通道。

　　质量控制测试。应始终控制箱的设计应始终进行质量控制检查，以确保性能的可靠性和可重复性。这包括在规定的公差范围内检查尺寸，以及压力衰减试验和流体试验。

　　装配试运行。在生产单位之前，装配工作流的试运行提供了调试和排除装配过程中的潜在风险，同时通过改变提高装配效率。

　　在芯片盒的详细设计过程中，设计者必须非常了解要使用的制造工艺，并对工艺进行测试和迭代，以建立一套能够保证制造工艺质量的规则。

　　在系统化的过程中，芯片盒设计的迭代可以更快地进行原型设计。初步测试可以反馈优化芯片设计，提供更详细的设计参数。

　　质量检验和测试

　　微流量控制箱通常是一次性的。在原型阶段的早期设定良好的质量控制目标有助于确保原型的可靠性和可重复性，从而提高生产效率。监控与芯片盒设计相关的质量问题的方法如下：

　　●详细的功能质量检查。详细检查芯片的特性，如尺寸、表面光洁度、清洁度和外部部件的集成。初步检查可用于筛选生产过程中质量控制检查的关键特性。

　　●组件的潜在故障模式。在芯片盒原型设计的早期阶段，对装配故障模式进行分析，确保芯片盒装配成功，避免因粘接和外部组件集成不当而导致的泄漏问题。

　　●检查关键部件和通道轮廓。根据详细的检验结果和设计规范，确定关键特性，并作为质量控制过程的一部分进行检验。使用轮廓仪检查通道轮廓，以确保表面粗糙度和通道深度在标准范围内，因为它们会影响芯片中的流体流动参数。

　　●压力衰减试验。压降试验是微流控箱成功密封设定的基准。

　　●流体流动试验。为了评估芯片的性能，在流体流动试验中使用染色试剂。使用有色水有助于目视观察试验芯片盒，并能有效评估产品的机械性能。

　　微流控芯片的开发是一个复杂的过程。使用巧妙的方法来促进开发过程有助于降低微流控芯片开发的风险，从而提高产品的成功率。

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