1 微流体技术的核心驱动：压电陶瓷元件

　　微流体系统中，压电陶瓷元件因其极高的灵敏度和可 靠的操作能力，被称为系统的“核心驱动”。压电陶瓷的独 特之处在于其对机械应力和电场极其灵敏的响应能力，即所 谓的“压电效应”：当受到机械应力时，压电陶瓷会产生电 荷，而当施加电场时，它则会发生可控的形变。这一效应在 微流体系统中被巧妙利用，尤其适用于微米尺度下的高精度 液体操控，如单细胞分选、体外诊断及药物输送等应用。

　　在微流体操作中，压电陶瓷元件因其体积小、功耗低和 响应速度快而显得尤为适合，尤其适用于在空间有限的设备 内完成高效液体处理的需求。它们不仅能够快速响应指令， 还能精确控制液体流量，为微流体系统的多样化应用提供了 关键技术支撑。

　　PI Ceramic是用于微流体应用的压电技术方面的合作伙 伴，业务范围包括：细胞或颗粒分选、3D打印、微阵列点 样、体外诊断设备中的样本制备(如细胞裂解)、网孔雾化 器、微型泵。

　　2 压电陶瓷元件在微流体系统中的作用

　　(1)实现快速、高效的样本制备，用于自动化分析的 超声辅助细胞裂解和提取。

　　(2)在网孔雾化器中有效生成气溶胶，压电陶瓷元件 产生的振动可实现呼吸道疾病物的超精细雾化。

　　(3) 为体外诊断提供更快的分析， 支持液体处理应 用，例如使用微流体压电陶瓷设备产生高精度液滴的医疗点 /芯片实验室系统。

　　体外诊断等医疗流程中的流体处理要求极为苛刻：需要 计量或必须以高精度移动具有不同特性的极少量流体。所采 用的技术必须能够实现无冲击计量和完美液滴的生成，同时 考虑到介质的粘度和表面张力以及计量速度。为避免污染样 本，通常以非接触方式执行液体处理任务。压电驱动式微流体设备可用于分配和控制毫升至皮升级的小体积液体。

　　(4)分选与移动细胞，用于可靠细胞分选的压电陶瓷 元件。

　　细胞分选是现代医学的一道关键流程，在医疗技术、生 物技术和研究领域有着广泛的应用。细胞分选是根据细胞的 大小、形状和事先用荧光染料标记的情况详细研究特定细胞 类型及其复杂功能的一种工具。所谓的流式细胞仪通常与下 游分选功能相结合，用于连续分析微流体通道中的细胞。这 项技术可以从血液或组织样本等异质细胞群中选择性富集特 定类型的细胞。压电陶瓷元件是这项创新技术的核心，它采 用了两种可行的方法：

　　①利用压电产生的压力脉冲分选细胞

　　压电陶瓷-弯曲型促动器或堆叠型促动器可利用压电产生 的高动态压力脉冲对细胞和颗粒进行分选。例如，弯曲薄膜可 将这些脉冲传送到芯片实验室系统通道内的液体上，从而控制 颗粒的单独流动方向。采用>>堆叠型压电促动器的系统能够实 现非常高的分选率。这些促动器按压薄膜，以触发流体动力分 选脉冲。此类促动器阵列可实现多通道的复杂分选模式。

　　②利用声波分选细胞

　　例如，可以根据细胞的不同物理特性(如大小或密度)， 利用声驻波对其进行无接触声电泳分选。这些声波由压电换能 器产生，可使细胞对压力变化做出不同的反应，从而实现连续 的微流体分选功能。所谓的声镊利用声波以受控方式移动声压 波节，从而精确控制颗粒或细胞的位置和移动。这些技术主要 用于在不直接接触的情况下精密移动单个微小物体。

　　(5)实现无缝的样本制备，用于自动IVD工作流程的超 声辅助细胞裂解术。

　　用于体外诊断(IVD)的医疗器械已成为现代实验室实 践不可或缺的一部分。适合液体处理应用的超声换能器在数 十千赫兹的范围内产生强大的振动。由于其能耗相对较低， 因此特别适用于固定式医疗器械和移动式医疗点解决方案，同时还可以支持其他医疗应用。

　　(6)准确地泵送超微小的液体体积，支持液体处理应 用，例如使用微流体压电陶瓷设备产生高精度液滴的医疗点 /芯片实验室系统。

　　体外诊断等医疗流程中的流体处理要求极为苛刻：需 要计量或必须以高精度移动具有不同特性的极少量流体。所 采用技术必须能够实现无冲击计量和完美液滴的生成，同时 考虑到介质的粘度和表面张力以及计量速度。为避免污染样 本，通常以非接触方式执行液体处理任务。压电驱动式微流 体设备用于分配和控制毫升至皮升级的小体积液体。

　　(7)打印定制化医疗植入物和组织，借助压电技术， 可以提高医疗3D打印的速度和精度。

　　随着医疗技术的进步，人们对医疗器械、植入物、假 体和组件的要求也日益提高。几何形状和结构变得越来越复 杂，因此需要更快速、更精密的制造，例如个性化植入物。

　　一些3D打印工艺可以受益于压电技术。在医疗技术领 域，这包括材料喷涂成型和粘合剂喷射成形。由于压电陶瓷 促动器的高速度使其非常适合产生极其精确的液滴，因此在 这两种工艺中都是首选。

　　此处的喷射是指在打印头中产生液滴的过程，例如在3D 打印系统中。各种压电陶瓷元件或促动器向打印头中的微流 体通道施加力脉冲，以使极细的液滴(尺寸在微升范围内) 无接触地落在承印材料上。

　　3 压电陶瓷的技术优势

　　(1)精确控制与高灵敏度

　　压电陶瓷元件能够在微米级甚至纳米级别进行精确控 制，提供在微流体操作中的高灵敏度。无论是微量液体的注 入还是混合、分配，压电陶瓷元件都能实现极高的稳定性与 精度，支持复杂的实验需求。

　　(2)响应速度快，适合实时监测

　　其微秒级的响应时间可实现实时监测，这意味着在液体 传输过程中，能够迅速调整参数，提高数据的准确性，为医 疗诊断提供可靠数据支持。

　　(3)小型化、低能耗设计

　　由于功耗低且结构紧凑，压电陶瓷适用于便携式和小型 化设备，这些特点尤其适合在体外诊断设备或药物输送系统 中，在有限的空间内提供持久的能量支持。

　　(4)高可靠性与长寿命

　　压电陶瓷材料的耐用性使得其能够在复杂环境中长时间 工作，降低了设备维护成本。同时，其材料属性决定了元件 的高耐用性，能够在长时间运行下保持稳定性能。

　　(5)灵活应用于多种微流体操作

　　压电陶瓷元件的多功能性使其可用于多种微流体操作， 如混合、分选、注入等。例如，利用压电陶瓷实现的微型喷 射器可以在不干扰流体路径的情况下进行精确操作。

　　4 为何选择PI Ceramic作为微流体解决方案的 合作伙伴?

　　PI Ceramic开发和制造定制的压电陶瓷材料和压电陶瓷 元件，用于丰富多元的几何形状、尺寸、设计或更高精度的 微流体应用。PI Ceramic将以深厚的压电技术专业知识，从 研发到生产和深加工，全程为用户提供令人信服的专业支持。