En esta nota de aplicación, comparamos la precisión y la estabilidad del caudal a caudales bajos de dos controladores de microbombas diseñados por Bartels Mikrotechnik GmbH: elmp-Lowdriveryel mp-Highdriver. Montados en la mp-Multiboard (placa de control principal) y conectados a una microbomba Bartels, estos controladores de bomba ofrecen diversas formas de ajustar la señal eléctrica que se aplica a la bomba.
Introducción al entorno Bartels: tLos dispositivos mp-Lowdriver y mp-Highdriver se pueden conectar fácilmente a la placa mp-Multiboard.
El mp-Multiboard es una interfaz completa con un microcontrolador Arduino que permite conectar y controlar microbombas mp6, válvulas activas, sensores de caudal SLF3S de Sensirion y sensores de presión desde el mismo software.
Las microbombas Bartels se basan en tecnología piezoeléctrica, y la señal eléctrica de entrada influye en el rendimiento de la bomba. Por ello, se han desarrollado tres controladores de bomba: el mp-Lowdriver, el mp-Highdriver y el mp-Highdriver4. A diferencia del mp-Lowdriver y del mp-Highdriver, el mp-Highdriver4 permite controlar cuatro bombas al mismo tiempo, mientras que los otros dos solo permiten controlar una bomba cada vez. Nos centraremos en el mp-Lowdriver y el mp-Highdriver, ya que el mp-Highdriver4 tiene las mismas especificaciones que el mp-Highdriver.
Aplicación Bartels Multiboard: una interfaz de usuario unificada
Basándose en un marco de trabajo de Arduino, Bartels ha desarrollado una aplicación para controlar fácilmente cualquier dispositivo conectado a la mp-Multiboard. Permite variar la frecuencia y la amplitud de cada una de las cuatro bombas, cerrar o abrir las dos válvulas y supervisar el caudal o la presión en tiempo real.
Además, permite controlar el tiempo de activación de cada una de las bombas y determinar cuál debe apagarse primero. ¡Esta aplicación facilita la creación de pequeños programas de varios pasos sin necesidad de escribir ni una sola línea de código!
mp-Lowdriver frente a mp-Highdriver: ¿qué controlador deberías elegir?
Los controladores de microbombas mp-Lowdriver y mp-Highdriver se han diseñado para satisfacer las necesidades de los investigadores que trabajan con caudales comprendidos entre 5 µl/min y 10 ml/min. En microfluídica, es habitual utilizar caudales inferiores a 100 µl/min, y las microbombas de Bartels constituyen una alternativa rentable a las tecnologías actuales. Comparar ambos controladores de bomba le ayudará a elegir el más adecuado para su aplicación, pero también a comprobar la precisión que pueden ofrecer estas microbombas y sus controladores.
Tabla 1: Comparación entre los controladores de microbombas mp-Lowdriver y mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik GmbH).
| mp-Lowdriver | mp-Highdriver | |
| Dimensiones | 10,16 x 25,4 x 2,64 mm | 10,16 x 25,40 x 2,82 mm |
| Amplitud | De 0 a 150 Vpp | De 10 a 150 Vpp |
| Frecuencia | De 8 a 2000 Hz | De 50 a 800 Hz |
| Forma de la señal | seno, personalizado | sinusoidal, rectangular, personalizada |
Tabla 1: Comparación entre los controladores de microbombas mp-Lowdriver y mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik GmbH).
Las siguientes mediciones de caudal se realizaron con un sensor de caudal térmico SLF3S-0600F de Sensirion (precisión de +/- 5 % en un rango de +/- 2000 µl/min, precisión mínima de 0,5 µl/min), que también se utiliza en el sistema mpSmart-Lowdosing de Bartels.
Mediciones de caudal con el Lowdriver de mp
Se realizaron dos mediciones a 5 y 10 µl/min con el mp-Lowdriver durante unos segundos. Estas mediciones nos permitieron comprobar las prestaciones del mp-Lowdriver a caudales muy bajos.
| mp-Lowdriver | 5 µl/min | 10 µl/min |
| Valor medido (µl/min) | 5.22 | 10.86 |
| Error estándar | 0.57 | 0.46 |
| Error estándar (%) | 10.89 | 4.23 |
Tabla 2: Comparación entre los valores teóricos y los valores medidos a 5 y 10 µl/min con un mp6-liq, un mp-Multiboard y un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Medidos con un sensor de caudal térmico SLF3S-0600F (Sensirion).
Figura 2: Caudales reales con una microbomba mp6-liq y un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik) para caudales objetivo de 5 y 10 µl/min. Medidos con un sensor de caudal SLF3S-0600F (Sensirion)
Las microbombas Bartels están indicadas para caudales superiores a 5 µl/min. Aunque el mp-Lowdriver puede alcanzar valores más bajos, el sensor de caudal SLF3S-0600F tiene una precisión mínima de ±5 % o 0,5 µl/min, lo que solo es relevante para caudales superiores a 5 µl/min. Las mediciones realizadas a 5 y 10 µl/min muestran que la precisión del sensor de caudal es el factor limitante a la hora de medir con exactitud los caudales de salida; no obstante, dicha precisión es lo suficientemente alta como para dar respuesta a la mayoría de las aplicaciones en microfluídica.
Con el fin de evaluar mejor las prestaciones del mp-Lowdriver, hemos ampliado el rango de medición más allá de los 10 µl/min hasta los 50 µl/min. A continuación se muestran los resultados.
|
mp-Lowdriver |
20 µl/min |
30 µl/min |
40 µl/min |
50 µl/min |
|
Valor medido (µl/min) |
21.04 |
30.57 |
39.99 |
51.21 |
|
Error estándar |
0.53 |
1.30 |
1.47 |
0.89 |
|
Error estándar (%) |
2.51 |
4.24 |
3.68 |
1.74 |
Tabla 3: Comparación entre los valores teóricos y los valores medidos a 20, 30, 40 y 50 µl/min con un mp6-liq, un mp-Multiboard y un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Medidos con un sensor de caudal térmico SLF3S-0600F (Sensirion).
Figura 3: Caudales reales con una microbomba mp6-liq y un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik) para caudales objetivo de 20, 30, 40 y 50 µl/min. Medidos con un sensor de caudal SLF3S-0600F (Sensirion)
Estos resultados demuestran que el mp-Lowdriver es muy adecuado para caudales comprendidos entre 20 y 50 µl/min. De hecho, el error, en todos los casos, es inferior al 5 % (límite del sensor de caudal).
Por lo tanto, podemos concluir que el mp-Lowdriver puede utilizarse en aplicaciones que requieran caudales superiores a 5 µl/min. Deberían realizarse más pruebas para abordar caudales inferiores a 5 µl/min, utilizando sensores de caudal más precisos.
Mediciones de caudal con el Highdriver de mp
Realizamos cuatro mediciones (50, 200, 500 y 850 µl/min) durante unos segundos para comprobar la capacidad del mp-Highdriver con caudales más elevados. A continuación se muestran los resultados.
|
mp-Highdriver |
50 µl/min |
200 µl/min |
500 µl/min |
850 µl/min |
|
Valor medido (µl/min) |
51.62 |
202.86 |
498.09 |
849.35 |
|
Error estándar |
0.96 |
1.05 |
1.86 |
2.79 |
|
Error estándar (%) |
1.86 |
0.51 |
0.37 |
0.33 |
Tabla 4: Comparación entre los valores teóricos y los valores medidos a 50, 200, 500 y 850 µl/min con un mp6-liq, un mp-Multiboard y un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Medidos con un sensor de caudal térmico SLF3S-0600F (Sensirion).
Figura 2: Caudales reales con una microbomba mp6-liq y un mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik) para caudales objetivo de 50, 200, 500 y 850 µl/min. Medidos con un sensor de caudal SLF3S-0600F (Sensirion).
Los resultados del mp-Highdriver son muy satisfactorios para el rango analizado. De hecho, el error, independientemente del caudal analizado, es muy inferior al 2 % (por debajo del límite de precisión del sensor de caudal), lo que pone de manifiesto la excelente estabilidad del dispositivo.
Al analizar el valor objetivo de 50 µl/min medido tanto con el mp-Lowdriver como con el mp-Highdriver, los resultados muestran valores medidos muy similares. Para este caudal, el usuario puede elegir entre el mp-Lowdriver y el mp-Highdriver.
Conclusión
Bartels Mikrotechnik Han creado un entorno potente y fácil de usar para controlar y supervisar fluidos en una amplia gama de aplicaciones, desde la milifluídica hasta la microfluídica. En combinación con la mp-Multiboard y una microbomba, tanto el mp-Lowdriver como el mp-Highdriver ofrecen formas eficientes de hacer circular fluidos en un sistema microfluídico, con una buena relación precio-precisión.
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