El protocolo demuestra un método conveniente para producir flujo oscilatorio armónico de 10-1000 Hz en microcanales. Esto se realiza interconectando un diafragma de altavoz controlado por computadora con el microcanal de manera modular.
Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Artículo de método
Montaje y caracterización de un driver externo para la generación de flujo oscilatorio sub-kilohercios en microcanales
En este artículo
Resumen
Resumen
La tecnología microfluídica se ha convertido en una herramienta estándar en los laboratorios químicos y biológicos tanto para el análisis como para la síntesis. La inyección de muestras líquidas, como reactivos químicos y cultivos celulares, se logra predominantemente a través de flujos constantes que generalmente son impulsados por bombas de jeringas, gravedad o fuerzas capilares. El uso de flujos oscilatorios complementarios rara vez se considera en aplicaciones a pesar de sus numerosas ventajas, como se ha demostrado recientemente en la literatura. La importante barrera técnica para la implementación de flujos oscilatorios en microcanales es probablemente responsable de la falta de su adopción generalizada. Las bombas de jeringa comerciales avanzadas que pueden producir flujo oscilatorio, a menudo son más caras y solo funcionan para frecuencias inferiores a 1 Hz. Aquí, se demuestra el montaje y operación de un aparato basado en altavoces de bajo costo, tipo plug-and-play, que genera flujo oscilatorio en microcanales. Se pueden lograr flujos oscilatorios armónicos de alta fidelidad con frecuencias que van desde 10-1000 Hz junto con un control de amplitud independiente. Se pueden lograr amplitudes que van desde 10-600 μm en todo el rango de operación, incluidas amplitudes > 1 mm a la frecuencia de resonancia, en un microcanal típico. Aunque la frecuencia de oscilación está determinada por el altavoz, ilustramos que la amplitud de oscilación es sensible a las propiedades del fluido y la geometría del canal. Específicamente, la amplitud de oscilación disminuye con el aumento de la longitud del circuito del canal y la viscosidad del líquido, y en contraste, la amplitud aumenta con el aumento del grosor y la longitud del tubo del altavoz. Además, el aparato no requiere características previas para ser diseñado en el microcanal y es fácilmente desmontable. Se puede utilizar simultáneamente con un flujo constante creado por una bomba de jeringa para generar flujos pulsátiles.
Introducción
El control preciso del caudal de líquido en microcanales es crucial para aplicaciones de laboratorio en un chip, como la producción de gotas y la encapsulación1, la mezcla 2,3 y la clasificación y manipulación de partículas en suspensión 4,5,6,7. El método predominantemente utilizado para el control de flujo es una bomba de jeringa que produce flujos constantes altamente controlados que dispensan un volumen fijo de líquido o un caudal volumétrico fijo, a menud....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Protocolo
1. Diseño y fabricación rápida de moldes de prototipos
- Abra AutoCAD en un PC. Seleccione Archivo en la barra de tareas, luego seleccione Abrir y busque y haga clic en un archivo de modelo tridimensional (3D) del molde de canal que tiene .dxf o .dwg extensión.
- Seleccione todo el modelo haciendo clic y arrastrando un cuadro a su alrededor. Exporte el diseño como un archivo .stl seleccionando Archivo | Exportar, luego Otros formatos y elegir .stl en el cuadro desplegable.
- Cargue el archivo en una impresora estereolitográfica de resina (SLA) de alta precisió....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Resultados
Para ilustrar la capacidad y el rendimiento de la configuración anterior, se presentan resultados representativos del flujo oscilatorio en un microcanal lineal simple con una sección transversal cuadrada. El ancho y la altura del canal son de 110 μm y su longitud es de 5 cm. En primer lugar, describimos el movimiento de las partículas trazadoras de poliestireno esférico y cómo se pueden utilizar para comprobar la fidelidad de la señal oscilatoria, así como el rango de amplitudes de oscilación alcanzables. Luego discutimo.......
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Discusión
Hemos demostrado el montaje (ver protocolo pasos críticos 3 y 4) y operación (ver protocolo pasos críticos 5 y 6) de un aparato basado en altavoces externos para la generación de flujo oscilatorio con frecuencias en el rango de 10 a 1000 Hz en dispositivos microfluídicos. El seguimiento de partículas trazadoras en suspensión es necesario para determinar la fidelidad del movimiento armónico, así como para calibrar el rango de amplitudes de oscilación alcanzables en el rango de frecuencias de funcionamiento. La curva ampli.......
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Nos gustaría agradecer el apoyo brindado y las instalaciones proporcionadas por el Departamento de Ciencias Mecánicas e Ingeniería del Laboratorio de Prototipado Rápido de la Universidad de Illinois para permitir este trabajo.
....Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Oscilador Ensamblaje de Driver | |||
| Cable de caimán a pin | Adafruit | 3255 | Pequeño clip de cocodrilo a cable de puente macho (12) |
| Cable auxiliar | Adafruit | 2698 | 3,5 mm Cable estéreo macho/macho 1 m |
| Chip controlador | Damgoo | TPA3116 | 50w+50w Amplificador de audio de 2 canales (bluetooth y AUX) |
| DC adaptador | Adafruit | 798 | 12 V DC 1A Adaptador de corriente de conmutación regulado |
| Punta de micropipeta | VWR Signature | 37001-532 | 200 ul Punta de micropipeta |
| Sellador de silicona | Loctite | 908570 | Sellador impermeable de silicona transparente (80 ml) |
| Altavoz | Drok | 6843996 | Altavoz de 4,5 pulgadas 4 Ohm 40 W |
| Soporte de | altavozImpreso en 3D a partir de 'speakermount.stl' en archivos complementarios | ||
| de altavoz a tubo | impreso en 3D a partir de 'speaketubeadapter.stl' en archivos complementarios | ||
| Microchannel Manufacture | |||
| biopsia | Miltex | 15110 | Punzón de biopsia con émbolo (1 - 4 mm) |
| Desgasificador | |||
| Vaso | |||
| Cuchara | |||
| Portaobjetos de vidrio | VWR Signature | 16004-430 | 3" x 1" prelimpieza de 1 mm de espesor |
| Si - SU-8 o impreso en 3D | |||
| Horno | Fischer Scientific | Isotemp | |
| PDMS resina y reticulante | Dow Chemical | 4019862 | Sylgard 184 PDMS resina y reticulante (500 g) |
| Tubo de polietileno | Becton Dickinson Intramedic | 427440 | Tubo de polietileno (PE 60 - PE 200) |
| Hojas de afeitar | VWR | 55411-050 Hojas de | afeitar industriales de un solo filo Generador |
| plasma RF | Electro-Technic Products | BD - 20 | Generador de alta frecuencia |
| Liberación de molde de silicona | CRC | 03301 | Liberación de molde de silicio de grado alimenticio (16 oz) |
| Observación y caracterización | |||
| Cámara | Edgertronic | SC2 + | |
| Lente | Nikon | Plan Fluor 10x | |
| Microscopio | Nikon | Ti Eclipse etapa manual | |
| Agujas | Becton Dickinson | 305175 | Jeringa PrecisionGlide 20G |
| Becton Dickinson 1180100555 | Monoject 1 ml | ||
| Bomba de jeringa | Harvard Apparatus | Doble jeringa bomba de jeringa programable | |
| Partículas trazadoras | Spherotech | PP-10-10 | Partículas trazadoras de poliestireno 1 mmm |
Referencias
- Collins, J., Lee, A. P. Control of serial microfluidic droplet size gradient by step-wise ramping of flow rates. Microfluidics and Nanofluidics. 3, 19-25 (2007).
- Lee, C. Y., Chang, C. L., Wang, Y. N., Fu, L. M. Microfluidic Mixing: A Review. ....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Reimpresiones y permisos
