由于不同流體的物理靜態(tài)特性各有差異，即便同種流體介質(zhì)在不同環(huán)境條件下的物理動態(tài)特性也略有不同，這些不確定因素(變量)會增加設計工程師對流體實施按需控制的難度。特別是在醫(yī)療診斷設備和科學分析儀器的特殊場合，如：低壓力條件下的大流量，要求對流體控制的“高精度”并滿足醫(yī)療儀器的一些專業(yè)應用需要，系統(tǒng)設計工程師應該努力“平衡”各種撲朔迷離的變量以達成全系統(tǒng)性能的開發(fā)目標。本文根據(jù)體外診斷設備(簡稱“診斷”)和科學分析儀器(簡稱“分析”)的系統(tǒng)普遍性，淺顯得探討一些流體控制技術(shù)和工程化解決方案。
一、液體處理技術(shù)和自動化解決方案
液體處理在診斷和分析中也稱為“加樣準備(Sampling Prepearation)”、“分析前處理”等，其實質(zhì)就是對待測液體(人體體液，如血清標本、尿液)進行定量吸樣、分配，完成稀釋或混合動作。
迄今為止，液體處理技術(shù)原理不外乎以下三種：液體置換、主動置換以及氣體置換，三種原理針對不同應用場合的需求各有千秋。其中，后兩種技術(shù)由于涉及專利、技術(shù)工藝等因素，在自動化產(chǎn)品上僅為極少數(shù)廠家所掌握使用;而“液體置換”作為最早出現(xiàn)的液體處理自動化技術(shù)被廣泛應用并延用至今。
眾所周知，微量注射器泵正是基于液體置換原理的典范設計。它是由以下關(guān)鍵部分組成：微量注射器;切變閥以及集成驅(qū)動、控制、通訊協(xié)議的步進電機。其可直接應用于所有需要自動樣本前處理功能的診斷、分析設備上。
顯然在實際應用中，上述微量注射器泵是無法獨立完成對液體的稀釋、分配工作的，因此還需要另一個關(guān)鍵部件——吸樣/加樣針(或探針)。將其通過管路連接至微量注射器泵上切變閥的某一功能端口，才能組成如下圖所示的“單通道全自動液體處理器”，再輔以合理的“關(guān)聯(lián)方法學協(xié)議”軟件就能打造出分析、診斷實驗室用的專業(yè)稀釋/分配器。在全自動液體處理技術(shù)中，前端加樣針是關(guān)鍵部分，因為加樣針的末端針形除必須要滿足實際應用需求外，如穿刺功能、液面探測功能(LLD)，還要考慮對加樣精度的影響以及是否會產(chǎn)生“掛珠”等現(xiàn)象。
但是，在某些高反應靈敏度診斷方法學應用中(如：反應靈敏度在10-9以上的化學發(fā)光免疫分析法)，盡管鋼針也已經(jīng)過一些特殊處理(如：特氟龍涂層)，但在反復清洗使用一段時間后還是會產(chǎn)生“攜帶污染 ”、“交叉污染 ”以及“稀釋效應 ”而導致診斷結(jié)果出現(xiàn)假陽性\假陰性等誤判，甚至批次試驗全部失效。因此，在歐盟IVDD 97(體外診斷設備指令)和美國臨床體外診斷指南中都指出應當采用一次性Tip頭(吸頭)。這樣，需要對直接接觸液體的部分(即，前端鋼針)進行改進，將前端部分改造成可自動裝卸一次性Tip頭的機械結(jié)構(gòu)，并需要內(nèi)嵌高速(響應速度《3ms)、極低內(nèi)容積量、“零”死腔量的微型電磁介質(zhì)隔離閥。隨著診斷方法學的不斷革新，加樣量從“微升”級跳躍到“納升”級，如何滿足這么高的精度要求?我們可考慮通過在前端結(jié)構(gòu)上內(nèi)嵌微型流體傳感器并輔以外周閉環(huán)控制電路來實現(xiàn)。
