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　　1 微流體技術的核心驅動：壓電陶瓷元件

　　微流體系統中，壓電陶瓷元件因其極高的靈敏度和可 靠的操作能力，被稱為系統的“核心驅動”。壓電陶瓷的獨 特之處在于其對機械應力和電場極其靈敏的響應能力，即所 謂的“壓電效應”：當受到機械應力時，壓電陶瓷會產生電 荷，而當施加電場時，它則會發生可控的形變。這一效應在 微流體系統中被巧妙利用，尤其適用于微米尺度下的高精度 液體操控，如單細胞分選、體外診斷及藥物輸送等應用。

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

　　PI Ceramic是用于微流體應用的壓電技術方面的合作伙 伴，業務范圍包括：細胞或顆粒分選、3D打印、微陣列點 樣、體外診斷設備中的樣本制備(如細胞裂解)、網孔霧化 器、微型泵。

　　2 壓電陶瓷元件在微流體系統中的作用

　　(1)實現快速、高效的樣本制備，用于自動化分析的 超聲輔助細胞裂解和提取。

　　(2)在網孔霧化器中有效生成氣溶膠，壓電陶瓷元件 產生的振動可實現呼吸道疾病物的超精細霧化。

　　(3) 為體外診斷提供更快的分析， 支持液體處理應 用，例如使用微流體壓電陶瓷設備產生高精度液滴的醫療點 /芯片實驗室系統。

　　體外診斷等醫療流程中的流體處理要求極為苛刻：需要 計量或必須以高精度移動具有不同特性的極少量流體。所采 用的技術必須能夠實現無沖擊計量和完美液滴的生成，同時 考慮到介質的粘度和表面張力以及計量速度。為避免污染樣 本，通常以非接觸方式執行液體處理任務。壓電驅動式微流體設備可用于分配和控制毫升至皮升級的小體積液體。

　　(4)分選與移動細胞，用于可靠細胞分選的壓電陶瓷 元件。

　　細胞分選是現代醫學的一道關鍵流程，在醫療技術、生 物技術和研究領域有著廣泛的應用。細胞分選是根據細胞的 大小、形狀和事先用熒光染料標記的情況詳細研究特定細胞 類型及其復雜功能的一種工具。所謂的流式細胞儀通常與下 游分選功能相結合，用于連續分析微流體通道中的細胞。這 項技術可以從血液或組織樣本等異質細胞群中選擇性富集特 定類型的細胞。壓電陶瓷元件是這項創新技術的核心，它采 用了兩種可行的方法：

　　①利用壓電產生的壓力脈沖分選細胞

　　壓電陶瓷-彎曲型促動器或堆疊型促動器可利用壓電產生 的高動態壓力脈沖對細胞和顆粒進行分選。例如，彎曲薄膜可 將這些脈沖傳送到芯片實驗室系統通道內的液體上，從而控制 顆粒的單獨流動方向。采用>>堆疊型壓電促動器的系統能夠實 現非常高的分選率。這些促動器按壓薄膜，以觸發流體動力分 選脈沖。此類促動器陣列可實現多通道的復雜分選模式。

　　②利用聲波分選細胞

　　例如，可以根據細胞的不同物理特性(如大小或密度)， 利用聲駐波對其進行無接觸聲電泳分選。這些聲波由壓電換能 器產生，可使細胞對壓力變化做出不同的反應，從而實現連續 的微流體分選功能。所謂的聲鑷利用聲波以受控方式移動聲壓 波節，從而精確控制顆粒或細胞的位置和移動。這些技術主要 用于在不直接接觸的情況下精密移動單個微小物體。

　　(5)實現無縫的樣本制備，用于自動IVD工作流程的超 聲輔助細胞裂解術。

　　用于體外診斷(IVD)的醫療器械已成為現代實驗室實 踐不可或缺的一部分。適合液體處理應用的超聲換能器在數 十千赫茲的范圍內產生強大的振動。由于其能耗相對較低， 因此特別適用于固定式醫療器械和移動式醫療點解決方案，同時還可以支持其他醫療應用。

　　(6)準確地泵送超微小的液體體積，支持液體處理應 用，例如使用微流體壓電陶瓷設備產生高精度液滴的醫療點 /芯片實驗室系統。

　　體外診斷等醫療流程中的流體處理要求極為苛刻：需 要計量或必須以高精度移動具有不同特性的極少量流體。所 采用技術必須能夠實現無沖擊計量和完美液滴的生成，同時 考慮到介質的粘度和表面張力以及計量速度。為避免污染樣 本，通常以非接觸方式執行液體處理任務。壓電驅動式微流 體設備用于分配和控制毫升至皮升級的小體積液體。

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

　　隨著醫療技術的進步，人們對醫療器械、植入物、假 體和組件的要求也日益提高。幾何形狀和結構變得越來越復 雜，因此需要更快速、更精密的制造，例如個性化植入物。

　　一些3D打印工藝可以受益于壓電技術。在醫療技術領 域，這包括材料噴涂成型和粘合劑噴射成形。由于壓電陶瓷 促動器的高速度使其非常適合產生極其精確的液滴，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生液滴的過程，例如在3D 打印系統中。各種壓電陶瓷元件或促動器向打印頭中的微流 體通道施加力脈沖，以使極細的液滴(尺寸在微升范圍內) 無接觸地落在承印材料上。

　　3 壓電陶瓷的技術優勢

　　(1)精確控制與高靈敏度

　　壓電陶瓷元件能夠在微米級甚至納米級別進行精確控 制，提供在微流體操作中的高靈敏度。無論是微量液體的注 入還是混合、分配，壓電陶瓷元件都能實現極高的穩定性與 精度，支持復雜的實驗需求。

　　(2)響應速度快，適合實時監測

　　其微秒級的響應時間可實現實時監測，這意味著在液體 傳輸過程中，能夠迅速調整參數，提高數據的準確性，為醫 療診斷提供可靠數據支持。

　　(3)小型化、低能耗設計

　　由于功耗低且結構緊湊，壓電陶瓷適用于便攜式和小型 化設備，這些特點尤其適合在體外診斷設備或藥物輸送系統 中，在有限的空間內提供持久的能量支持。

　　(4)高可靠性與長壽命

　　壓電陶瓷材料的耐用性使得其能夠在復雜環境中長時間 工作，降低了設備維護成本。同時，其材料屬性決定了元件 的高耐用性，能夠在長時間運行下保持穩定性能。

　　(5)靈活應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，利用壓電陶瓷實現的微型噴 射器可以在不干擾流體路徑的情況下進行精確操作。

　　4 為何選擇PI Ceramic作為微流體解決方案的 合作伙伴?

　　PI Ceramic開發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、設計或更高精度的 微流體應用。PI Ceramic將以深厚的壓電技術專業知識，從 研發到生產和深加工，全程為用戶提供令人信服的專業支持。