【蠕動幫浦】實驗室液體定量分配神器－微生物、生物技術實驗室必備！
蠕動幫浦是什麼？
蠕動幫浦 (蠕動泵，peristaltic pump)， 又稱為滾子泵或輥子泵 (roller pump)，是一種正排量式幫浦 (positive displacement pump)。
蠕動幫浦是實驗室定量幫浦的一種，是常用於精確測量及傳輸液體的裝置，其最大的優勢在於只有蠕動管 (peristaltic tubing) 會接觸到液體，因此在使用上消除了幫浦污染及液體污染 (contamination) 的風險。這種設計使蠕動幫浦在需要無菌、精確控制和防止交叉污染 (cross-contamination) 的實驗操作中尤為重要，如醫療、製藥、細胞分生和微生物實驗室應用。
蠕動幫浦的運作原理
蠕動幫浦原理是利用馬達轉動帶動滾輪 (roller)，當滾輪擠壓蠕動管時，會產生真空 (vacuum)、吸入液體；當滾輪再次旋轉時，液體則會被排出，因此可藉由滾輪對蠕動管重覆的擠壓和釋放來輸送流體 (fluid)。且因蠕動管與滾輪完全貼合，停止時可完全防止回流 (backflow) 或虹吸 (siphoning)。
蠕動幫浦的優點和特點
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- 可精確分配流體 (accurate dosing)：蠕動幫浦能夠精確控制液體的流量，確保每次輸送的液體量一致，適合需要高準確度的生命科學實驗及生技醫療相關製程。
- 可定量分配流體 (quantitative dosing)：透過設定幫浦的運轉參數，可以準確測量輸送液體的體積，實現精確的定量分配。
- 可調節流速 (flow regulation)：蠕動幫浦具有可調節液體流速的功能，使用者可以根據實際需求靈活調整液體的輸送速度，適應不同的實驗條件。
- 可空運轉 (dry running)：即使在沒有液體的情況下，蠕動幫浦也可以運行而不會損壞幫浦或管道，使其在多變的實驗環境中非常耐用。
- 自吸式運轉 (self-priming)：蠕動幫浦具有自吸功能，可以自動吸入液體，無需額外的引流裝置，使用方便。
- 可自行更換幫浦頭：使用者可以根據需要自行更換幫浦頭，以適應不同類型和規格的蠕動管，提升設備的靈活性和多用途性。
- 可分配各種性質流體：蠕動幫浦能夠處理多種不同性質的液體，包括腐蝕性、磨蝕性、黏稠性以及剪切敏感流體，應用範圍廣泛。
- 無汙染疑慮：由於液體僅與蠕動管接觸，減少了幫浦和液體之間的污染風險，確保微生物實驗和生產過程的純淨和安全。
- 清潔容易、維護成本低：蠕動管的更換和清潔非常方便，且幫浦本身設計簡單，維護成本相對較低。
- 可逆向操作 (reversible)：幫浦頭可順 / 逆時針轉向進行分配，實現液體的雙向流動，增加操作靈活性。
- 不會位移 (No slip)：蠕動幫浦在運行過程中，不會出現流體滑移現象，確保液體輸送的精確度和穩定性。
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洛科 Buller 600 ( Buller 600 – DSP ) 蠕動幫浦
－ 內建微生物分注模式
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影響蠕動幫浦分配性能的因素
蠕動幫浦分配液體的性能（液體流量）可能會受到以下因素的影響：
- 轉速：轉速越快，流量越大。
- 液體黏度：液體黏度越低，流量越大。
- 滾輪數量：滾輪數量越少，流量越大。但滾輪越多，脈動 (pulsation)* 越少，運作越穩定。
*脈動 (pulsation)：為蠕動幫浦的主要副作用，其影響因素包含流速、轉速、管路長度以及流體的比重等。 - 蠕動管管內徑：管內徑基本上與流量成正比，管徑越大，流量越大。但管內徑大也意味著截面積大，因此分配液體的精度較差。
蠕動幫浦怎麼維護？
蠕動幫浦結構簡單，沒有閥門 (valve) 及密封件 (seal)，且因流體只與蠕動管接觸，因此蠕動管是唯一的維護件及耗材。 使用後，只需要打開幫浦頭 (pump head)，直接拆卸蠕動管進行清潔即可，省去了費力的拆卸跟維護成本。
但蠕動管在工作過程中會持續受到滾輪的磨擦及擠壓 (squeezed)，造成蠕動管老化、變形 (deformation)、甚至失去彈性，請依據廠商建議定時更換蠕動管。
如何選擇蠕動幫浦適用的蠕動管？
在蠕動幫浦的應用中，管材的選擇尤為重要，因為流體會與管材直接接觸。
經常使用的蠕動管管材包括聚氯乙烯 (polyvinyl chloride, PVC)、矽橡膠 (silicone rubber)、氟化橡膠(fluoroelastomer, 如 FKM、FFKM 等)、熱塑性彈性體 (thermoplastic elastomer, TPE, 如 PharMed)、熱塑性硫化橡膠 (thermoplastic vulcanizates, TPV) 等。
選擇蠕動管管材的考量因素
- 化學相容性 (chemical compatibility)
依液體特性挑選蠕動管材質，亦可根據蠕動管廠商的建議，選擇適合的管材。| - 尺寸 (tubing size)
依欲分配的流量挑選適用的蠕動管管徑。流量與管內徑大小成正比，但與分配精度成反比。而較為黏稠的液體，則建議使用管內徑較大的管。另外，管外徑 (厚度) 會影響蠕動管與滾輪的密合程度。如果管外徑太薄使得密合程度過低，會導致蠕動幫浦無法有效運作；如果管外徑太厚，則會使得管子磨損、幫浦壽命縮短。可依據蠕動幫浦廠商選擇適用的管徑大小。
- 硬度 (tubing hardness)
管子的軟硬度對幫浦來說非常重要，若管子硬度太硬，可能對幫浦造成額外負荷、影響壽命。此外，分配某些具黏稠度或可能堵塞的流體，容易在幫浦內部產生背壓 (backpressure)。若此背壓超過蠕動管的耐壓範圍，可能會導致管子破裂 (burst)，因此可能需要使用較硬的管材。建議與蠕動管及蠕動幫浦的製造商確定您應用所需的管材硬度。 - 微生物與無菌操作
若有無菌或高潔淨度的液體分配需求，可挑選可進行高溫高壓滅菌 (autoclave) 的蠕動管材質。這樣的材質適合處理無菌液體 (sterile solution)、消毒液體 (disinfectant solution) 等液體，如微生物學 (microbiology) 中的培養基與緩衝液分配；醫療領域中的輸液 (infusion)、透析 (dialysis) 等應用。
蠕動幫浦的應用
蠕動幫浦可用於分配各種流體，包含無菌液體 (sterile solution)、腐蝕性 (corrosive) 流體、磨蝕性 (abrasive) 流體、剪切敏感 (shear sensitive) 流體、黏性流體等。
▲洛科 Buller 蠕動幫浦內建微生物分配專用的程式，尤其適合水質微生物、食品微生物，如大腸桿菌檢驗的前處理。
蠕動幫浦實際應用情境
- 微生物實驗：培養基、緩衝液、稀釋液及各種無菌溶液分配。
- 醫療和生物技術：輸液 (infusion)、透析 (dialysis)、體外循環 (extracorporeal circulation) 和實驗室分析，如血液、藥物和細胞懸浮液 (cell suspension) 等對潔淨度要求極高的液體。
- 製藥和食品加工：精確控制藥液、飲料和其他食品成分的流量，如市售飲品、液態藥品等。
- 發酵食品：可用以定速定量填加發酸菌種至食品原料中。
- 化工和環境工程：可用於輸送腐蝕性液體和廢水處理。
- 實驗室試劑分配：需精確配藥、試劑分配的實驗，如緩衝液分配、微生物實驗中的培養基分配。
- 工業應用：印刷油墨分配、紡織染料輸送等。
- 水族產業中的鈣反應器 (calcium reactors)。
參考資料
