Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

ניתוח inhomogeneity ערבוב במכשיר microfluidic על ידי טכניקת microscale Schlieren

Published: June 12, 2015 doi: 10.3791/52915
Automatic Translation
1, 2
1Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University, 2Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University of Science and Technology

Abstract

במאמר זה, אנו מציגים את השימוש בטכניקת Schlieren microscale למדוד ערבוב inhomogeneity במכשיר microfluidic. מערכת Schlieren microscale בנויה ממיקרוסקופ לעומת אפנון הופמן, אשר מספק גישה קלה למישור המוקד האחורי של העדשה האובייקטיבית, על ידי הסרת צלחת החריץ והחלפת המאפנן עם סכין-קצה. עיקרון העבודה של טכניקת Schlieren microscale מסתמך על גילוי סטייה קלה הנגרמת על ידי וריאציה של השבירה 1-3. אור המוסט או בורח או חסום על ידי סכין הקצה לייצר בהיר או כהה להקה, בהתאמה. אם מקדמים שבירה של התערובת משתנה באופן ליניארי עם ההרכב שלה, השינוי המקומי בעוצמת אור במישור התמונה הוא פרופורציונאלי למפל הריכוזים הנורמלי לציר האופטי. תמונת מיקרו-Schlieren נותנת הקרנה דו-ממדית של האור המופרע המיוצר על ידי inhomogeneity תלת-ממדי.

כדי להשיג ניתוח כמותי, אנו מתארים הליך כיול שמתערבב שני נוזלים בחולצת microchannel. אנו מבצעים סימולציה נומרית להשיג מפל הריכוזים בT-microchannel שבקורלציה הדוקה עם תמונת מיקרו-Schlieren המקבילה. לשם השוואה, יחס בין הקריאות בגווני אפור של תמונת מיקרו-Schlieren וההדרגתי הריכוז מוצג במכשיר microfluidic היא הוקם. שימוש במערכת יחסים זו, אנו יכולים לנתח את inhomogeneity ערבוב מתמונת מיקרו-Schlieren עמית ולהדגים את היכולת של טכניקת Schlieren microscale עם מדידות במתנד microfluidic 4. לנוזלים שקופים אופטי, טכניקת Schlieren מיקרוסקופית היא כלי אבחון אטרקטיבי לספק מידע מלא שדה מיידי ששומר על תכונות תלת-ממדיות של תהליך הערבוב.

Introduction

ערבוב נוזל הוא נושא חשוב, כי הוא נמצא בתהליכים תעשייתיים רבים ומערכות ביולוגיות. עם הופעתה של מיקרופלואידיקה, הערבוב בmicroscale הביא הרבה תשומת לב בגלל האתגר שלה בשליטת דיפוזיה בין מנגנוני תחבורה ההמוניים. מאז עיצוב אימות כמותיים micromixer יעיל נדרשת, מספר שיטות מדידה פותחו 5-7. עם זאת, המבנה תלת-ממדי, נמצא בדרך כלל בmicromixers יעיל 5, דורש ייצוג מדויק יותר של שדה הריכוז שטכניקות המדידה המשותפת לא מצליחות לספק. בשל המגבלה של הצפייה קינטיקה זווית 8 או תגובת 6, השיטות הנ"ל עשויות להניב תוצאות מטעות שאינו נכון להסביר את ההומוגניות של התערובת.

לנוזלים שקופים אופטי ערבוב באופטי microstructures השקופה, טכניקת Schlieren microscale 3,9-14 9-13, 15 או שלב שיפוע 16. יתרונות microscale Schlieren טכניקה משתי פריסה אופטית פשוטה ורגישות גבוהה ומאפשר החקירה לא פולשנית, לא רק של תכונת זרימה ספציפית שגורמת להפרעה אופטית אבל הוא גם מתאים לשימוש בהערכת ערבוב. במאמר זה, אנו בונים מערכת Schlieren המיקרוסקופית על ידי החדרת סכין קצה במישור המוקד האחורי של המטרה של מיקרוסקופ, מתאר הליך כיול לממש ניתוח כמותי, ולדווח מדידת אימות במתנד microfluidic 4. כדי ליישם מדידות, נוזלי העבודה נבחרו כראוי, כך שמקדמים שבירה של הנוזלים המעורבים משתנה באופן ליניארי עם הרכב, ואת העובי של מכשיר microfluidic היעד זהה בדואר בשימוש בכיול. מלבד ריכוז מינים, טכניקת Schlieren מיקרוסקופית ניתן להאריך למדוד את השיפוע של כמות סקלר אחרת שמתואמת באופן ליניארי לאינדקס שבירה, כגון טמפרטורה או מליחות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ייצור של המכשיר microfluidic

  1. השתמש בתוכנת פריסה גרפית (למשל, AutoCAD) לצייר את קווי המתאר של T-microchannel. לT-microchannel, שני ערוצי ההזנה הם 90 מיקרומטר רחבים ו2,500 מיקרומטר ארוכים, וערוץ המפגש הוא 180 מיקרומטר הארוך רחב ו3,000 מיקרומטר. חבר את הקצה של כל ערוץ למעגל בודד בקוטר של 1,100 מיקרומטר.
  2. מארק 'ברור' ו 'כהה' לחשיפה ואזורים מכוסים, בהתאמה. לphotoresist שלילי (לדוגמא, SU-8), את הצורה של T-microchannel הוא 'ברורה' ומקיף הוא "כהה".
  3. השתמש במחולל דפוס לייזר עם אורך גל של 442 ננומטר וגודל תכונת מינימום של 2 מיקרומטר להעביר את התבנית של T-microchannel על photomask כרום-על-זכוכית.
  4. השתמש בphotomask, מצע (למשל, פרוסות סיליקון מלוטשות אחת בצד) וphotoresist אפוקסי הקבוע (למשל., SU-8) כדי להפוך את תבנית בתהליך ליתוגרפיה סטנדרטית. שכבת photoresist היא 55.2 מיקרומטר עבה. באופן כללי, עובי photoresist צריך להיות רזה יותר את עומק הקשר של העדשה האובייקטיבית 17-19.
  5. השתמש בתבנית וחומר שקוף כגון polydimethylsiloxane (PDMS) לפברק T-microchannel 20.
  6. עבור חיבור fluidic, להשתמש בצינור נירוסטה של ​​2 מ"מ בקוטר חיצוני אגרוף דרך החורים מיושרים לדפוסים חוזר בPDMS.
  7. פנק את המשטחים של PDMS ושקופיות זכוכית עם פלזמה חמצן ב 60 W למשך 30 שניות. צרף את PDMS לשקופית הזכוכית. משטחי חמצון של שני חומרים ליצור קשר חזק. הנח את מבנה PDMS ערובה על פלטה חשמלית במשך 5 דקות ב 120 מעלות צלזיוס.
  8. הכנס צינורות טפלון לתוך חורי אגרוף לחיבור fluidic.

2. הגדרת ניסוי

  1. לבנות מערכת Schlieren המיקרוסקופית מHoffmaמיקרוסקופ לעומת אפנון n על ידי הסרת צלחת החריץ במישור המוקד מול הקבל והחלפת המאפנן עם סכין-קצה במישור המוקד האחורי של מטרת 5X 3. העומק של מתאם, אשר תלוי בצמצם המספרי של 17-19 האובייקטיבי, צריך להיות מספיק כדי לכסות את כל העומק של מכשיר microfluidic. פני השטח של הסכין-קצו מושחר ידי תחמוצת אלומיניום anodic להפחית רפלקטיביות.
  2. הר המצלמה במהירות גבוהה לצינור trinocular של מיקרוסקופ באמצעות מתאם C-הר. יש המצלמה להתמודד הנתיב האופטי של מיקרוסקופ באמצעות מפצל קרן. חבר את המצלמה למחשב שולחני באמצעות כבל Ethernet. הגדר את תיקון גמא 1 למצלמה, כך שקריאת הנתונים בגווני אפור שלה הוא יחסי לעוצמת הארת הקלט.
  3. הפעל את מקור האור. על מנת להימנע מעודף חום, להשתמש בתאורת LED (דיודה פולט אור).
  4. השתמש בתוכנת עיבוד תמונה (למשל, </ Em> imread הפונקציה בMATLAB) כדי לקבל את ערכי גווני האפור של תמונה נרכשה. הסר את הסכין-הקצה, להתאים את התאורה, הצמצם וזמן החשיפה, כך שקריאת הנתונים בגווני אפור הממוצעת של התמונה היא כ -10% פחות מהערך המקסימאלי. זה מציין את עוצמת הרקע להפסקת 0% ואנו משתמשים בשווי של 230 לתמונה של 8 ביט.
  5. הכנס את סכין הקצה כדי לחסום את אור האירוע לחלוטין. להקליט את ההודעה בגווני אפור הממוצעת של התמונה. זה מציין את עוצמת הרקע להפסקת 100% והערך הוא כ 15 לתמונה של 8 ביט.
  6. להתאים את המיקום של סכין הקצה כך שאת ההודעה בגווני אפור הממוצעת של התמונה נרכשה נמצא באמצע של הערכים ל0% ו 100% הפסקת. עכשיו התואר של הפסקת מוגדר 50%.
  7. הכן שני נוזלים שקופים עם מדדי שבירה ידועים 21 שהם לגמרי בליל אחד עם השני כבוחרים. כדי להעריך את התלות של תעשיה שבירהלשעבר בריכוז של התערובת, לבדוק את הספרות 21 או להשתמש במשוואת גלדסטון-דייל 22. אם העקומה היא קוי על כל מגוון, לבחור רכיבי נוזל אחרים. לאחר מכן, בחר הרכב ייעודי שמתחתיו מקדם שבירה של הפתרון משתנה באופן ליניארי עם הריכוז. לדוגמא, השתמשו לדלל אתנול מימי עם חלק מסה של 0.05 ומים כנוזלים עובדים.
  8. שים את T-microchannel על הבמה הדגימה. מסדרים את T-microchannel כך עם מקביל ערוץ המחוברות לסכין-הקצה (איור 1).
  9. הכן שני מזרקים זהים: מזרק מלא בנוזל עובד המשמש כנוזל התייחסות (מים), והמזרק B מלא בנוזל עובד האחר (לדלל אתנול מימי). הגודל של המזרק תלוי בש קצב זרימה הרצוי ומפרט של משאבת המזרק: Q = πd 2 V / 4, כאשר D היא הקוטר הפנימי של SYRאינגה וV הוא המהירות של הבוכנה. פעימת זרימה בדרך כלל ניתן למנוע על ידי בחירת מזרק קטן כדי להגדיל V 23.
  10. לאסוף את נוזל השקע מT-microchannel בכוס. ודאו הצינור לשקע הטפלון קבוע לקיר של הכוס וסופו מתחת לרמת הנוזל בכוס כדי למנוע רעידות שייגרמו על ידי breakoff אגל.

3. כיול

  1. לרכוש תמונות של שני נוזלי ערבוב ותמונות ההתייחסות.
    1. במספר ריינולדס נתן מחדש, להגדיר את קצב הזרימה של משאבות המזרק, ש. ש מחושב מש = μ (W + D) רי / 4ρ, שבו μ וρ הם הצמיגות וצפיפות של הנוזל עובד, וW ו- D הוא הרוחב ועומק של ערוץ המפגש של T-microchannel, בהתאמה.
    2. משאבה טען אחד עם מזרק ומשאבה אחרת עם סאיRinge ב לחבר את שני פתחי הכניסה של T-microchannel למזרק והמזרק B דרך צינורות טפלון. התחל משאבות המזרק כדי לספק נוזלי העבודה לT-microchannel בשיעורי זרימת נפח זהים.
    3. חכה עד שזרימה קבועה קובעת. זרימת המצב היציב מוגדר על ידי הופעתה של תבנית Schlieren נייחת.
    4. השתמש בתוכנת המצלמה מבוקרת כדי להקליט עשרים מסגרות של ערבוב fluidic במסגרת שיעור של 30 תמונות בשניה.
    5. עצור את המשאבה שנטענת עם מזרק ב לשאוב רק נוזל ההתייחסות (מים) דרך כניסה אחת לערוץ המפגש של T-microchannel בקצב קבוע.
    6. חכה עד שיגיע למצב זרימה יציב ולא דפוס Schlieren הוא ציין.
    7. השתמש בתוכנת המצלמה נשלטה לקחת תמונת ההתייחסות, כאשר לא inhomogeneity אופטי קיים בT-microchannel. להקליט מסגרות עשרים במסגרת שיעור של 30 תמונות בשניה.
    8. חזור 3.1.1 ל3.1.7 במספר ריינולדס שונה: Re = 1, 5, 10, 20 ו -50, כך שאין זרימת מבנה מורכב עולה באזור המפגש של T-24 microchannel.
  2. השתמש בתוכנת עיבוד תמונה לחלק את התמונה נרכשה אני (i, j) על ידי תמונת התייחסותי: 0 (i, j) 25, שבו אני וי הם מדדי פיקסל.
  3. להעסיק חבילת CFD (דינמיקה של נוזלים חישובית) כדי לדמות ערבוב של הנוזלים המיועדים בT-microchannel.
    1. לבנות המודל תלת-ממדי לגיאומטריה של T-microchannel. Discretize זרימת תחום לרשתות מובנים. כדי להגדיל את הדיוק, להעסיק רשת עדינה במפגש ובאזור של T-microchannel המרכזי.
    2. הקצה את התכונות הפיסיקליות של נוזלים ולהקים את תנאי גבול לזרימת תחום. במהלך תהליך פתרון, לקבוע את מקדם הדיפוזיה תלוי ריכוז מהריכוז שהתקבל באחרוןאיטרציה 26 כדי לעדכן את הריכוז המקומי.
    3. בדוק את הרגישויות של התוצאות מחושבים על ידי ביצוע מחקר רשת 27.
  4. לכל צומת (x i, y i) על -plane XY, להעסיק את הכלי שלאחר עיבוד CFD לקחת את הערכים הממוצע של שדה הריכוז מעבר לעומק הערוץ על-ידי שלטון הטרפז: w (x i, j y) = {K Σ [w (x i, j y, z k) + w (x i, j y, z k +1)] ∙ (k +1 z - z k) / 2} / D 28, כאשר D היא עומק הערוץ. השתמש בתכנית differencing המרכזית לחשב derivative ריכוז ביחס לכיוון הנחל הצולב: (∂ w / y ∂) i, j = [w (י x i, y +1) - w (x i, j -1 y)] / (j y +1 - J y -1).
  5. לשניהם הדרגתיים חיובי ושלילי, לחלץ את היחס של ערכים בגווני אפור אני / אני 0 (שהושג ב3.2) והשיפוע של חלק המוני ∂ w / ∂ y (שהושג ב3.4) במקומות שצוינו, כגון y = 0 (האמצע, streamwise כיוון) או x השונים נתון (כיוון זרם נגדית).
  6. העלילה התוצאות ולקבוע את מערכת היחסים ביני / אני 0 ו∂ w / ∂ y, אני / אני 0 1 ∂ w / ∂ y + C 2 (ג 1 ו- C 2 הם קבועים), עם רגרסיה ליניארית.

4. Quantitation

  1. חזור על שלבים 3.1-3.2 לערבוב במכשיר microfluidic היעד. העומק של מכשיר microfluidic היעד צריך להיות זהה או קרוב לזה של T-microchannel. אם תופעה לא יציבה צפויה, לרכוש סרטון וידאו (רצף של תמונות) בשלב 3.1.4 במקום. במסגרת השיעור צריכה להיות גבוהה מספיק כדי לפתור את הדינמיקה של הזרימה החולפת ברורה, תוך זמן החשיפה צריך להיות זהה לערך המשמש ב2.4, 2.5, 3.1.4 ו3.1.7.
  2. השתמש במערכת היחסים שהושגו בשלב 3.6 להמיר את היחס של ערכים בגווני אפור לשיפוע של חלק המוני במכשיר microfluidic היעד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

אני יחס גווני האפור / אני 0 תחת מספר ריינולדס שונה עבור שני שיפועים חיוביים ושליליים של חלק מסה מוצג (איור 2) עם להקה סימטרית המופיעה באמצע T-microchannel. במספר ריינולדס הנמוך, הזנב של להקת Schlieren מורחב ומטושטש עקב הפיזור על פני ממשק הערבוב. ככל שמספר ריינולדס מגביר, אורך דיפוזיה מקצר מוביל ללהקה צרה. במקומות שונים במורד הזרם, הווריאציות של ΔI שינוי עוצמת / אני 0 לאורך כיוון הזרם הנגדית מתוארות כמותית (איור 3). התוצאות מתהליך הכיול מיוצגות (איור 4 א ו4B). מערכת היחסים ביני / אני 0 ו∂ w / ∂ y הוא ליניארי ועצמאי של num ריינולדסבער. מניתוח רגרסיה, אני / אני 0 = ∂ -110 W / ∂ y + 1.03 עבור y> 0 ואני / אני 0 = ∂ -160 W / ∂ y + 0.83 ל∂ w / ∂ y <0 ∂ / ∂ w , ∂ w / ∂ y הוא במיקרומטר -1. חוסר הוודאות ביחס הם ± 3.8% ו± 3.2% באיור 4 א ו -4, בהתאמה. הוא הגיע גבול הגילוי בי נקודות נתונים ברמה החוצה. יצוין, כי הסטייה במורדות הדרגתיים החיובית ושלילי היא לא נדירה 3. שימוש במשוואות אלה, הווריאציה של שיפוע חלק המוני עם זמן במתנד microfluidic 4 נתפסה (איור 5). ממשק הערבוב הוא מוסח באזור החלל וזרימת חוסר יציבות גommences. דמות וידאו זה מגלה בבירור את אופי נדנוד של הזרימה במתנד microfluidic ומדגימה את היכולת של טכניקת Schlieren המיקרוסקופית כדי ללכוד את מפל ריכוזי שדה מלא הזמן נפתרו במכשיר microfluidic.

איור 1
איור 1. סכמטי של ההתקנה האופטית. הכיוון של סכין הקצה מייצר להקה כהה עם שיפוע חיובי של שבירה. האור מסיט לעבר הכיוון של הגדלת מקדם שבירה. בגלל העדשה האובייקטיבית הופכת את התמונה, חסימת - אזור y מגנה אור המעוות ומייצרת להקה כהה.

איור 2
יחס 2. איור של קריאות בגווני אפור לערבוב בT-microchannel unde r זרימת תצורה שונה. חיובי ושלילי הדרגתיים לגרום לפסים כהים ובהירים, בהתאמה. ככל שעולה מספר ריינולדס, הלהקה הופכת מרוכזת יותר.

איור 3
איור 3. הווריאציה של שינוי עוצמת לאורך כיוון הזרם הנגדית לשיפועים חיוביים ושליליים. הנדון = 1 וRe = 5.

איור 4
איור 4. יחסים בין השיפוע של חלק המוני והיחס בגווני אפור. לשיפועים חיוביים ושליליים, יחס גווני אפור משתנה באופן ליניארי עם שיפוע החלק ההמוני.

915 / 52915fig5.jpg "/>
איור 5 (איור וידאו). האבולוציה של שיפוע חלק המוני במתנד microfluidic בנדון = 250. אופייני הערבוב באמצעות זרימת תנודה הוא נתפס בהצלחה על ידי טכניקת Schlieren מיקרוסקופית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

לערבוב fluidic במכשיר microfluidic, טכניקת Schlieren המיקרוסקופית היא מסוגלת למדוד את הגודל של מפל ריכוזים דרך לכמת שינוי בעוצמת אור. בגלל העיקרון של טכניקה זו מסתמך על גילוי של התפשטות אור לסירוגין, נוזלי העבודה והמכשיר microfluidic צריכים להיות שקוף לאור התקרית. בנוסף, הפרוטוקול מחייב קשר ליניארי בין מקדם השבירה של הפתרון וההרכב שלה, כך שההערכה ראשונית של נוזלי העבודה היא חיונית. מלבד פתרון אתנול המימי הפגין במסמך זה, טכניקת Schlieren microscale מיושמת בהצלחה למדוד שיפוע מליחות 29 והסעת solutocapillary 30. למדידות מדויקות, מגוון צמצם, רמת תאורה, זמן חשיפה, עדשה אובייקטיבית ועומק microchannel משמשים בהליך הכיול צריך להיות זהה לאלה המשמשים בהליך quantitation. יתר על כן, את עומק הקשר של העדשה האובייקטיבית צריך להיות גדול מספיק כדי לכסות את כל העומק של מכשיר microfluidic.

תהליך הכיול של הערבוב בT-microchannel הוא השלב הקריטי ביותר בכימות מדויק של טכניקת Schlieren המיקרוסקופית. ליישום מוצלח של השיטה המוצעת, המשתמשים צריכים ליישר את חיבור הצינור כראוי, לנצל מזרק או פנאומטיקה קטן למסירת נוזל כדי למנוע זרימת תנודת 23, להשתמש במקור אור LED להפחתת עודף חום, לנהל את הליך הכיול במספרי ריינולדס נמוכים 24, ולמקם את מכשיר microfluidic במוקד לחסל תופעות אופטיות מסדר גבוה 31. השיפוע הנמוך ביותר למדידה (הדפוס בהיר, ∂ w / ∂ y <0) צמוד לטווח הדינמי של המצלמה, ואילו שיפוע המדידה הגבוה ביותר (דפוס כהה, ∂ w / ∂ y> 0) הוא הגיע כאשר סכין הקצה חוסם את אור המוסט לחלוטין. כדי לזהות מגוון רחב של מפל ריכוזים, ערך ISO גבוה הוא יתרון כל עוד חשיפה חסרה או חשיפת יתר אינה מתרחש. גבול הגילוי, שמתחתיו מערכת Schlieren מיקרו היא לא מסוגלת להבחין, תלוי בעוצמת השינוי המינימלי שהמצלמה מסוגלת לפתור. שינוי עוצמת המינימלי הוא מוגבל על ידי מידת הרעש והרמות של אוט טונאלי. לפיכך, מצלמה רגישות גבוהה עם עומק פיקסל גדול היא רצויה ליישום נמוך אות.

המשמעות של טכניקת Schlieren המיקרוסקופית היא שני קפלים; מצד אחד, היא מאפשרת מדידות שדה מלא לא יציבים בזמן אמת בתצורה אופטית פשוטה. מצד השני, זה לא פולשני, כך שאף חומר זר הוא הציג להפריע שדה הזרימה. בגלל טכניקת מיקרו-Schlieren מייצרת השלכה דו-ממדית של inhomogeneity תלת-ממדי בmicrofמכשיר luidic, תופעת ערבוב מורכבת שנשאר רעולה בשיטות קיימות ניתן לראות בבירור. יישומים עתידיים של טכניקה זו כוללים כימות הדרגתיים ריכוז במהלך תהליך אלקטרוכימי או קביעת שיפוע מזין ללמוד chemotaxis חיידקים בזרם סביבת מיקרו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

יש המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי משרד המדע והטכנולוגיה של טייוואן תחת גרנט מספר 101-2221-E-002-064-MY3.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Permanent Epoxy Negative Photoresist MicroChem SU-8 2150
single side polished silicon wafer Light Technology S4W1PP5SABUP1 p-type,
diameter: 100±0.5 mm, thickness: 525±25 mm, orientation: (1 0 0)
syringe pump kdScientific kds210
syringe, i.e. 10 ml Terumo SS-10L2138
Hoffman modulation contrast microscope Leica Microsystems DM IL LED
5X objective lens Leica Microsystems N PLAN NA = 0.12
knife-edge custom made part
camera, i.e. high speed Integrated Design Tools NX7-S1
C-mount adapter HC 0.63x Leica Microsystems 541537
camera operating software Integrated Design Tools MotionPro X Studio 2.02.01
polydimethylsiloxane (PDMS) Dow Corning Sylgard-184 silicone elastomer kit
Teflon tubing, i.e. O.D. x I.D. 1/16 in. x 0.031 in. Supelco 58700-U
micro glass slide Matsunami Glass S2215
hot plate Yeong-Shin HP-303DN
distilled water, i.e. HPLC grade Alps Chemicals
ethyl alcohol, i.e. reagent grade Nihon Shiyaku Reagent EA448652
image processing software Mathworks MATLAB R2009a
computational fluid dynamics package ESI group CFD-ACE+ 2008

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Merzkirch, W. Flow Visualization. , Academic Press. New York. (1974).
  2. Settles, G. S. Schlieren and Shadowgraph Techniques. , 2nd edn, Springer. New York. (2001).
  3. Sun, C. -l, Hsiao, T. -h Quantitative analysis of microfluidic mixing using microscale schlieren technique. Microfluidics and Nanofluidics. 15 (2), 253-265 (2013).
  4. Sun, C. -l, Sun, C. -Y. Effective mixing in a microfluidic oscillator using an impinging jet on a concave surface. Microsystem Technologies. , (2011).
  5. Strook, A. D. Chaotic mixer for microchannels. Science. 295 (5555), 647-651 (2002).
  6. Wheat, P. M., Posner, J. D. Quantifying mixing using equilibrium reactions. Physics of Fluids. 21 (3), 037101 (2009).
  7. Liu, R. H. Passive mixing in a three-dimensional serpentine microchannel. Journal of Microelectromechanical Systems. 9 (2), 190-197 (2000).
  8. Munson, M. S., Yager, P. Simple quantitative optical method for monitoring the extent of mixing applied to a novel microfluidic mixer. Analytica Chimica Acta. 507 (1), 63-71 (2004).
  9. Bradfield, W. S., Sheppard, J. J. Microschlieren-a technique for the study of details in compressible flow. Aero/Space Engineering. 5 (18), 37-56 (1959).
  10. Scroggs, S. D., Settles, G. S. An experimental study of supersonic microjets. Experiments in Fluids. 21, 401-409 (1996).
  11. Phalnikar, K. A., Alvi, F. S., Shih, C. 31st AIAA Fluid Dynamics Conference & Exhibit. , Anaheim, California. (2001).
  12. Phalnikar, K. A., Kumar, R., Alvi, F. S. Experiments on free and impinging supersonic microjets. Experiments in Fluids. 44 (5), 819-830 (2008).
  13. Micro-schlieren characterization of a high momentum micro-fluidic actuator. Naughton, J. W., Bishop, D. S., Walrath, D. E., Lindberg, W. R. 22rd AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference, St. Louis, MS, USA, , The American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). (2002).
  14. Chen, H. -M., Wu, H. -W., Lee, J. -N., Ting, C. -C. 23th National Conference of the Chinese Society of Mechanical Engineers. , YongKang, Tainan, Taiwan. (2006).
  15. Davidson, G. P., Emmony, D. C. A schlieren probe method for the measurement of the refractive index profile of a shock wave in a fluid. Journal of Physics E: Scientific Instruments. 13, 92-97 (1980).
  16. Xie, H. Schlieren confocal microscopy for phase-relief imaging. Optics Letters. 39, 1238-1241 (2014).
  17. Inoué, S., Spring, K. R. Video Microscopy: The Fundamentals. , 2nd edn, Plenum Press. New York. (1997).
  18. Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Gray, M. H. B. Volume illumination for two-dimensional particle image velocimetry. Measurement Science and Technology. 11 (6), 809-814 (2000).
  19. Olsen, M. G., Adrian, R. J. Out-of-focus effects on particle image visibility and correlation in microscopic particle image velocimetry. Experiments in Fluids. 29 (1), S166-S174 (2000).
  20. Friend, J., Yeo, L. Fabrication of microfluidic devices using polydimethylsiloxane. Biomicrofluidics. 4 (2), 026502 (2010).
  21. Wohlfarth, C. Landolt-Börnstein: Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology. Optical Constants: Refractive Indices of Pure Liquids and Binary Liquid Mixtures (Supplement to III/38). Lechner, M. D. 47, Springer. Berlin. (2008).
  22. Heller, W. Remarks on refractive index mixture roles. Journal of Physical Chemistry. 69 (4), 1123-1129 (1965).
  23. Korczyk, P. M., Cybulski, O., Makulska, S., Garstecki, P. Effects of unsteadiness of the rates of flow on the dynamics of formation of droplets in microfluidic systems. Lab on a Chip. 11 (1), 173-175 (2011).
  24. Dreher, S., Engler, M., Kockmann, N., Woias, P. Theoretical and experimental investigations of convective micromixers and microreactors for chemical reactions. Micro and Macro Mixing: Analysis, Simulation and Numerical Calculation. Bockhorn, H., Mewes, D., Peukert, W., Warnecke, H. .-J. , Springer-Verlag. Berlin, Germany. (2010).
  25. Huang, C. Y., Gregory, J. W., Sullivan, J. P. A Modified schlieren technique for micro flow visualization. Measurement Science & Technology. 18 (5), N32-N34 (2007).
  26. Tyn, M. T., Calus, W. F. Temperature and concentration dependence of mutual diffusion coefficients of some binary liquid systems. Journal of Chemicaland Engineering Data. 20 (3), 310-316 (1975).
  27. Celik, I. B. Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications. Journal of Fluids Engineering. 130 (7), 078001 (2008).
  28. Tasić, A. Ž, Djordjević, B. D., Grozdanić, D. K., Radojković, N. Use of mixing rules in predicting refractive indices and specific refractivities for some binary liquid mixtures. Journal of Chemical and Engineering Data. 37 (3), 310-313 (1992).
  29. A comparison of coarse-resolution numerical simulation with experimental measurements of wind turbine aerodynamic performance. Hsiao, P. -J., Chen, S. -T., Hsiao, T. -H., Sun, C. -l 37th National Conference on Theoretical and Applied Mechanics & The 1st International Conference on Mechanics, , ScienceDirect. Hsinchu, Taiwan. (2013).
  30. Sun, C. -l, Huang, C. -Y. Microscale schlieren visualization of near-bubble mass transport during boiling of 2-propanol/water mixtures in a square capillary. Experiments in Fluids. 55 (7), 1778 (2014).
  31. Panigrahi, P. K., Muralidhar, K. Schlieren and Shadowgraph Methods in Heat and Mass Transfer. , Springer. New York. (2012).

Tags

ביו-הנדסה גיליון 100 פיסיקה אופטיקה Schlieren מיקרופלואידיקה ניתוח תמונה לזרום הדמיה מדידת שדה מלא ערבוב
ניתוח inhomogeneity ערבוב במכשיר microfluidic על ידי טכניקת microscale Schlieren
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sun, C. l., Hsiao, T. h. Analyzing… More

Sun, C. l., Hsiao, T. h. Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique. J. Vis. Exp. (100), e52915, doi:10.3791/52915 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter