Dans cette note d'application, nous comparons la précision et la stabilité du débit à faible débit de deux contrôleurs de micropompe conçus par Bartels Mikrotechnik GmbH : le mp-Lowdriver et le mp-Highdriver. Montés sur la multicarte mp-Multiboard (carte de contrôle principale) et connectés à une micropompe Bartels, ces contrôleurs offrent différentes manières d'ajuster le signal électrique appliqué à la pompe.
Introduction à l'environnement Bartels : le mp-Lowdriver et le mp-Highdriver peuvent être interconnectés facilement sur la multicarte mp-Multiboard.
La multicarte mp-Multiboard est une interface complète dotée d'un microcontrôleur Arduino, permettant de connecter et de contrôler des micropompes mp6, des vannes actives, ainsi que des capteurs de débit Sensirion SLF3S et des capteurs de pression à partir du même logiciel.
Les micropompes Bartels sont basées sur une technologie piézoélectrique, et le signal électrique d'entrée a un impact sur les performances de la pompe. Par conséquent, 3 drivers de pompe ont été développés : le mp-Lowdriver, le mp-Highdriver et le mp-Highdriver4. Contrairement au mp-Lowdriver et au mp-Highdriver, le mp-Highdriver4 permet de contrôler 4 pompes simultanément, tandis que les deux autres ne permettent de contrôler qu'une seule pompe à la fois. Nous nous concentrerons sur le mp-Lowdriver et le mp-Highdriver, car le mp-Highdriver4 a les mêmes spécifications que le mp-Highdriver.
Application Bartels Multiboard : une interface utilisateur unifiée
Basé sur l'architecture Arduino, Bartels a développé une application pour contrôler facilement tout dispositif connecté à la multicarte mp-Multiboard. Elle permet de faire varier la fréquence et l'amplitude de chacune des 4 pompes, d'ouvrir ou de fermer les 2 vannes, et de surveiller le débit ou la pression en temps réel.
En outre, il est possible de contrôler le temps d'activation de chacune des pompes, mais aussi de déterminer laquelle doit être éteinte en premier. Cette application facilite la création de petits programmes multi-étapes sans aucune ligne de code !
mp-Lowdriver vs mp-Highdriver : quel driver choisir ?
Les contrôleurs de micropompe mp-Lowdriver et mp-Highdriver ont été conçus pour répondre aux besoins des chercheurs travaillant entre 5 µl/min et 10 ml/min. En microfluidique, les débits inférieurs à 100 µl/min sont couramment utilisés, et les micropompes Bartels constituent une alternative économique aux technologies actuelles. La comparaison de ces deux contrôleurs permettra de choisir le modèle adapté à votre application, tout en démontrant la précision que ces micropompes et contrôleurs peuvent offrir.
Tableau 1 : Comparaison entre les contrôleurs de micropompe mp-Lowdriver et mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik GmbH).
| mp-Lowdriver | mp-Highdriver | |
| Dimensions | 10.16 x 25.4 x 2.64 mm | 10.16 x 25.40 x 2.82 mm |
| Amplitude | 0 à 150 Vpp | 10 à 150 Vpp |
| Fréquence | 8 à 2000 Hz | 50 à 800 Hz |
| Forme du signal | sinusoïdal, personnalisé | sinusoïdal, rectangulaire, personnalisé |
Tableau 1 : Comparaison entre les contrôleurs de micropompe mp-Lowdriver et mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik GmbH).
Les mesures de débit suivantes ont été réalisées avec un capteur de débit thermique Sensirion SLF3S-0600F (précision de +/- 5 % sur une plage de +/- 2000 µl/min, précision min. de 0,5 µl/min), également utilisé dans le système mpSmart-Lowdosing de Bartels.
Mesures de débit mp-Lowdriver
Deux mesures à 5 et 10 µl/min ont été effectuées avec le mp-Lowdriver pendant quelques secondes. Ces mesures nous ont permis de tester les capacités du mp-Lowdriver à de très faibles débits.
| mp-Lowdriver | 5 µl/min | 10 µl/min |
| Valeur mesurée (µl/min) | 5.22 | 10.86 |
| Erreur standard | 0.57 | 0.46 |
| Erreur standard (%) | 10.89 | 4.23 |
Tableau 2 : Comparaison entre les valeurs cibles et mesurées à 5 et 10 µl/min avec un ensemble mp6-liq, mp-Multiboard et mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Mesuré avec un capteur de débit thermique SLF3S-0600F (Sensirion).
Figure 2 : Débits réels avec une micropompe mp6-liq et un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik) pour des débits cibles de 5 et 10 µl/min. Mesuré avec un capteur de débit SLF3S-0600F (Sensirion)
Les micropompes Bartels sont recommandées pour des débits supérieurs à 5 µl/min. Bien que le mp-Lowdriver puisse descendre plus bas, le capteur de débit SLF3S-0600F présente une précision minimale de +/- 5 % ou 0,5 µl/min, ce qui n'est pertinent que pour des débits supérieurs à 5 µl/min. Les mesures réalisées à 5 et 10 µl/min montrent que la précision du capteur de débit constitue la limite pour mesurer avec exactitude les débits de sortie, mais la précision du débit reste suffisante pour répondre à la plupart des applications en microfluidique.
Afin de mieux tester les capacités du mp-Lowdriver, nous avons étendu la plage de mesure au-delà de 10 µl/min jusqu'à 50 µl/min. Les résultats sont présentés ci-dessous.
|
mp-Lowdriver |
20 µl/min |
30 µl/min |
40 µl/min |
50 µl/min |
|
Valeur mesurée (µl/min) |
21.04 |
30.57 |
39.99 |
51.21 |
|
Erreur standard |
0.53 |
1.30 |
1.47 |
0.89 |
|
Erreur standard (%) |
2.51 |
4.24 |
3.68 |
1.74 |
Tableau 3 : Comparaison entre les valeurs cibles et mesurées à 20, 30, 40 et 50 µl/min avec un ensemble mp6-liq, mp-Multiboard et mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Mesuré avec un capteur de débit thermique SLF3S-0600F (Sensirion).
Figure 3 : Débits réels avec une micropompe mp6-liq et un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik) pour des débits cibles de 20, 30, 40 et 50 µl/min. Mesuré avec un capteur de débit SLF3S-0600F (Sensirion)
Ces résultats montrent que le mp-Lowdriver est parfaitement adapté aux débits compris entre 20 et 50 µl/min. En effet, l'erreur est dans tous les cas inférieure à 5 % (limite du capteur de débit).
Nous pouvons donc conclure que le mp-Lowdriver peut être utilisé pour des applications nécessitant des débits supérieurs à 5 µl/min. Des tests supplémentaires devraient être effectués pour les débits inférieurs à 5 µl/min, en utilisant des capteurs de débit plus précis.
Mesures de débit mp-Highdriver
Nous avons effectué 4 mesures (50, 200, 500 et 850 µl/min) pendant quelques secondes afin de tester les capacités du mp-Highdriver pour des débits plus élevés. Les résultats sont présentés ci-dessous.
|
mp-Highdriver |
50 µl/min |
200 µl/min |
500 µl/min |
850 µl/min |
|
Valeur mesurée (µl/min) |
51.62 |
202.86 |
498.09 |
849.35 |
|
Erreur standard |
0.96 |
1.05 |
1.86 |
2.79 |
|
Erreur standard (%) |
1.86 |
0.51 |
0.37 |
0.33 |
Tableau 4 : Comparaison entre les valeurs cibles et mesurées à 50, 200, 500 et 850 µl/min avec un ensemble mp6-liq, mp-Multiboard et mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Mesuré avec un capteur de débit thermique SLF3S-0600F (Sensirion).
Figure 2 : Débits réels avec une micropompe mp6-liq et un mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik) pour des débits cibles de 50, 200, 500 et 850 µl/min. Mesuré avec un capteur de débit SLF3S-0600F (Sensirion).
Les résultats obtenus avec le mp-Highdriver sont très satisfaisants pour la plage testée. En effet, l'erreur, quel que soit le débit testé, est nettement inférieure à 2 % (en deçà de la limite de précision du capteur de débit), ce qui témoigne d'une très bonne stabilité du dispositif.
Lorsque l'on discute de la valeur cible de 50 µl/min mesurée à la fois avec le mp-Lowdriver et le mp-Highdriver, les résultats indiquent des valeurs mesurées très similaires. Pour ce débit, l'utilisateur a le choix entre le mp-Lowdriver et le mp-Highdriver.
Conclusion
Bartels Mikrotechnik a créé un environnement puissant et facile à utiliser pour contrôler et surveiller les fluide dans un large éventail d'applications, de la millifluide à la microfluidique. Couplé au mp-Multiboard et à une micropompe, le mp-Lowdriver et le mp-Highdriver offrent tous deux des moyens efficaces de drive des fluide dans un système microfluidique, avec un bon rapport prix/précision.
Darwin Microfluidics est un distributeur mondial des produits Bartels. Retrouvez tous les composants pour créer votre installation microfluidique ici !
