В таких областях, как микрофлюидика, жидкостная хроматография, инструменты IVD и разработка лекарств, выбор материалов для жидкостных компонентов напрямую влияет на точность оборудования, срок службы и стабильность системы.
В прошлом металлические материалы, такие как нержавеющая сталь 316L и титановые сплавы, широко использовались в прецизионных жидкостных компонентах. Однако в приложениях, связанных с каналами микронного масштаба, средами высокой чистоты, коррозионными реагентами и биологическими испытаниями, металлические материалы могут столкнуться с такими проблемами, как заусенцы, коррозия, выщелачивание ионов металлов и адсорбция образцов.
Следовательно, конструкционные пластики, такие как PEEK, PTFE, PFA и PEI, все чаще становятся предпочтительными материалами для микрофлюидных компонентов.
Каковы преимущества инженерных пластиков в индустрии микрофлюидики?
I. Почему не металл? «Четыре проблемы» микрофлюидных каналов
Корпуса клапанов из PEEK и металлические корпуса клапанов
Размеры каналов в микрофлюидных системах обычно очень малы, а это означает, что даже незначительные дефекты поверхности материала увеличиваются. Для жидкостных компонентов материал должен быть не только «функциональным», но и оставаться стабильным в течение длительного времени.
01
Заусенцы и чистота:
Микропоры и поперечные отверстия склонны к образованию заусенцев, что может повлиять на стабильность потока и чистоту системы.
02
Химическая коррозия и выщелачивание ионов металлов:
В средах с высокой концентрацией солей, сильных кислот или оснований или органических растворителей металлы могут подвергаться коррозии и загрязнять образец.
03
Такие приложения, как биосовместимость
IVD и медико-биологические науки требуют низкой адсорбции, стерилизации и стабильного контакта.
04
Сложные конструкции и необходимость облегчения конструкции
— микроотверстия, узкие щели и тонкостенные конструкции — предъявляют повышенные требования к эффективности производства и сборки.
II. Анализ свойств четырех основных технических пластиков
Микрофлюидные системы имеют чрезвычайно малые размеры каналов, и такие факторы, как поверхности материала, соединения каналов и остатки механической обработки, могут влиять на стабильность жидкости.
ПЭК
Устойчивость к высоким температурам | Высокая прочность | Сопротивление давлению. Подходит для корпусов клапанов высокого давления, головок насосов, хроматографических фитингов и прецизионных микрофлюидных компонентов.
ПТФЭ
Устойчивость к коррозии | Низкое трение | Антипригарное | Низкая адсорбция: подходит для трубопроводов низкого давления, прокладок, диафрагм и коррозионностойких футеровок.
ПФА
Устойчивость к коррозии | Высокая чистота | Полупрозрачный | Стабильность размеров. Подходит для химических трубопроводов высокой чистоты, полупроводниковых проточных каналов и биоаналитических инструментов.
ПЭИ
Термостойкий | Высокая жесткость | Литые под давлением | Экономичность. Подходит для светильников, подложек, корпусов и гнезд для чипов.
III. Ключевые соображения по выбору трех типов основных компонентов
Клапаны, головки насосов и соединители трубок — это три типа компонентов, которые наиболее вероятно влияют на стабильность микрофлюидных систем. При выборе этих компонентов необходимо обращать внимание на внутренние заусенцы, коррозионную стойкость, стабильность размеров, низкий уровень выщелачивания и низкую адсорбцию.
IV. Руководство по быстрому выбору
| Материал | Температурная устойчивость | Химическая стойкость | Механическая прочность | Прозрачность | Расходы |
| ПЭК | Высокая 260 ℃ | Отличная устойчивость к большинству органических растворителей. | Чрезвычайно высокий | Непрозрачный | Высокий |
| ПТФЭ | Высокая 260 ℃ | Практически не подвержен коррозии | Относительно низкий | Непрозрачный | Середина |
| ПФА | Высокая 260 ℃ | Практически не подвержен коррозии | Умеренный | полупрозрачный | Высокий |
| ПЭИ | Средне-высокая 180 ℃ | Умеренный | Высокий | Янтарного цвета, полупрозрачный | Середина |
V. Больше, чем просто материалы — речь идет о мастерстве
01 Проектирование процессов
02 Прецизионная обработка
03 Удаление заусенцев и очистка
04 Проверка и валидация
Высокоточные компоненты требуют особого внимания к: оценке структурного процесса, параметрам точной обработки, удалению заусенцев с внутренних каналов потока, очистке и микроскопическому контролю.
Плохая обработка: видимые заусенцы и остатки в отверстии отверстия.
Хорошая обработка: более чистое отверстие отверстия и более равномерный контур.
IV. Заключение
В микрофлюидных приложениях не существует единственного «лучшего» материала; скорее, есть материалы, которые лучше подходят для конкретных условий эксплуатации. PEEK превосходит общие характеристики, PTFE/PFA — по коррозионной стойкости и высокой чистоте, а PEI — по структурной целостности и экономической эффективности. Выбор правильного материала должен сочетаться с соответствующими методами обработки, чтобы обеспечить долгосрочную и стабильную работу системы.