Method Article

تجميع وتوصيف برنامج تشغيل خارجي لتوليد تدفق تذبذبي دون كيلو هرتز في القنوات الدقيقة

DOI:

10.3791/63294

⸱

January 28th, 2022

 , 
1Department of Mechanical Science and Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يوضح البروتوكول طريقة ملائمة لإنتاج تدفق تذبذبي توافقي من 10-1000 هرتز في القنوات الدقيقة. يتم تنفيذ ذلك عن طريق ربط غشاء مكبر الصوت الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر بالقناة الدقيقة بطريقة معيارية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أصبحت تكنولوجيا الموائع الدقيقة أداة قياسية في المختبرات الكيميائية والبيولوجية لكل من التحليل والتوليف. يتم حقن العينات السائلة ، مثل الكواشف الكيميائية ومزارع الخلايا ، في الغالب من خلال تدفقات ثابتة يتم تشغيلها عادة بواسطة مضخات المحاقن أو الجاذبية أو القوى الشعرية. نادرا ما يتم النظر في استخدام التدفقات المتذبذبة التكميلية في التطبيقات على الرغم من مزاياها العديدة كما هو موضح مؤخرا في الأدبيات. ومن المرجح أن يكون العائق التقني الكبير أمام تنفيذ التدفقات المتذبذبة في القنوات الدقيقة مسؤولا عن عدم اعتماده على نطاق واسع. غالبا ما تكون مضخات المحاقن التجارية المتقدمة التي يمكنها إنتاج تدفق تذبذبي أكثر تكلفة ولا تعمل إلا على ترددات أقل من 1 هرتز. هنا ، يتم عرض تجميع وتشغيل جهاز منخفض التكلفة قائم على مكبر الصوت من نوع التوصيل والتشغيل يولد تدفقا تذبذبيا في القنوات الدقيقة. يمكن تحقيق تدفقات تذبذب توافقية عالية الدقة بترددات تتراوح بين 10-1000 هرتز إلى جانب التحكم المستقل في السعة. يمكن تحقيق سعات تتراوح بين 10-600 ميكرومتر في جميع أنحاء نطاق التشغيل بأكمله ، بما في ذلك السعات > 1 مم عند تردد الرنين ، في قناة صغيرة نموذجية. على الرغم من أن تردد التذبذب يتم تحديده بواسطة مكبر الصوت ، إلا أننا نوضح أن سعة التذبذب حساسة لخصائص السوائل وهندسة القناة. على وجه التحديد ، تنخفض سعة التذبذب مع زيادة طول دائرة القناة واللزوجة السائلة ، وفي المقابل ، تزداد السعة مع زيادة سمك أنبوب مكبر الصوت وطوله. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتطلب الجهاز أي ميزات سابقة ليتم تصميمه على القناة الدقيقة ويمكن فصله بسهولة. يمكن استخدامه في وقت واحد مع تدفق ثابت تم إنشاؤه بواسطة مضخة حقنة لتوليد تدفقات نابضة.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد التحكم الدقيق في معدل تدفق السائل في القنوات الدقيقة أمرا بالغ الأهمية لتطبيقات المختبر على رقاقة مثل إنتاج القطيرات والتغليف1 ، وخلط2،3 ، وفرز الجسيمات العالقة ومعالجتها4،5،6،7. الطريقة المستخدمة في الغالب للتحكم في التدفق هي مضخة حقنة تنتج تدفقات ثابتة عالية التحكم تستغني إما عن حجم ثابت من السائل أو معدل تدفق حجمي ثابت ، وغالبا ما يقتصر على التدفق أحادي الاتجاه بالكامل. تشمل الاستراتيجيات البديلة لإنتاج تدفق أحادي الاتجاه استخدام رأس الجاذبية8 أو القوى الشعرية9 أو التدفق الكهرواسمي10. تسمح مضخات المحاقن القابلة للبرمجة بالتحكم ثنائي الاتجاه المعتمد على الوقت في معدلات التدفق والأحجام المستغنة، ولكنها تقتصر على أوقات الاستجابة التي تزيد عن 1 ثانية بسبب القصور الذاتي الميكانيكي لمضخة المحقنة.

يفتح التحكم في التدفق على نطاقات زمنية أقصر عددا كبيرا من الاحتمالات التي يتعذر الوصول إليها بسبب التغيرات النوعية في فيزياء التدفق. أكثر الوسائل العملية لتسخير فيزياء التدفق المتنوع هذه هي من خلال الموجات الصوتية أو التدفقات المتذبذبة مع فترات زمنية تتراوح بين 10-1-10-9 ثانية أو 10 1-10 9 هرتز. يتم الوصول إلى الطرف الأعلى من نطاق التردد هذا باستخدام الموجات الصوتية السائبة (BAW؛ 100 kHz-10 MHz) والموجة الصوتية السطحية (SAW؛ 10 MHz-1 GHz). في جهاز BAW نموذجي ، يتم اهتزاز الركيزة بأكملها وعمود السائل عن طريق تطبيق إشارة الجهد عبر الكهرباء الضغطية المستعبدة. وهذا يتيح إنتاجية عالية نسبيا ولكنه يؤدي أيضا إلى التسخين بسعات أعلى. ومع ذلك ، في أجهزة SAW ، تتأرجح الواجهة الصلبة السائلة عن طريق تطبيق الجهد على زوج من الأقطاب الكهربائية المتداخلة الأرقام المنقوشة على ركيزة كهرضغطية. نظرا للأطوال الموجية القصيرة جدا (1 ميكرومتر - 100 ميكرومتر) ، يمكن معالجة الجسيمات الصغيرة التي تصل إلى 300 نانومتر بدقة بواسطة موجة الضغط المتولدة في أجهزة SAW. على الرغم من القدرة على التعامل مع الجسيمات الصغيرة ، تقتصر طرق SAW على معالجة الجسيمات المحلية لأن الموجة تضعف بسرعة مع المسافة من المصدر.

في نطاق التردد kHz 1-100 ، عادة ما يتم توليد تدفقات تذبذبية باستخدام عناصر بيزو مرتبطة بقناة دقيقة متعددة الميثيل سيلوكسان (PDMS) فوق تجويف مصمم16,17. يتصرف غشاء PDMS فوق التجويف المزخرف مثل غشاء يهتز أو أسطوانة تضغط على السائل داخل القناة. في نطاق التردد هذا ، يكون الطول الموجي أكبر من حجم القناة ، لكن سعات سرعة التذبذب صغيرة. الظاهرة الأكثر فائدة في نظام التردد هذا هي توليد تدفقات التدفق الصوتية / اللزجة ، والتي يتم تصحيحها تدفقات ثابتة ناتجة عن عدم الخطية المتأصلة في تدفق السوائل مع القصور الذاتي18. عادة ما تظهر تدفقات التدفق الثابت على شكل دوامات مضادة للدوران عالية السرعة بالقرب من العقبات أو الزوايا الحادة أو الفقاعات الصغيرة. هذه الدوامات مفيدة لخلط 19,20 وفصل جسيمات بحجم10 ميكرومتر عن تيار التدفق 21.

بالنسبة للترددات في نطاق 10-1000 هرتز ، فإن سرعة المكون المتذبذب والتدفق اللزج الثابت المرتبط به كبيران ومفيدان. يمكن استخدام التدفقات المتذبذبة القوية في نطاق التردد هذا للتركيز بالقصور الذاتي22 ، وتسهيل توليد القطيرات23 ، ويمكن أن تولد ظروف تدفق (أرقام Womersley) التي تحاكي تدفق الدم للدراسات في المختبر . من ناحية أخرى ، تعد تدفقات التدفق مفيدة للخلط ومحاصرة الجسيمات والتلاعب. يمكن أيضا تحقيق التدفق المتذبذب في هذا النطاق من الترددات باستخدام عنصر بيزو مرتبط بالجهاز كما هو موضح أعلاه23. هناك عقبة كبيرة أمام تنفيذ التدفقات المتذبذبة من خلال عنصر بيزو المستعبدين وهي أنها تتطلب تصميم الميزات مسبقا. علاوة على ذلك ، فإن عناصر السماعة المستعبدة غير قابلة للفصل ، ويجب ربط عنصر جديد بكل جهاز24. ومع ذلك ، فإن هذه الأجهزة تقدم ميزة كونها مضغوطة. طريقة بديلة هي استخدام صمام الترحيل الكهروميكانيكي20. تتطلب هذه الصمامات مصادر ضغط هوائية وبرامج تحكم مخصصة للتشغيل وبالتالي تزيد من الحاجز التقني أمام الاختبار والتنفيذ. ومع ذلك ، فإن هذه الأجهزة تمكن من تطبيق سعة الضغط والتردد المحددين.

في هذه المقالة ، يتم وصف بناء وتشغيل وتوصيف طريقة سهلة الاستخدام لتوليد تدفقات تذبذبية في نطاق تردد 10-1000 هرتز في القنوات الدقيقة. توفر هذه الطريقة العديد من المزايا مثل التجميع الفعال من حيث التكلفة ، وسهولة التشغيل ، والاستعداد للتفاعل مع قنوات الموائع الدقيقة القياسية وملحقاتها مثل مضخات المحاقن والأنابيب. بالإضافة إلى ذلك ، مقارنة بالنهج المماثلة السابقة25 ، توفر الطريقة للمستخدم تحكما انتقائيا ومستقلا في ترددات التذبذب وسعاته ، بما في ذلك التعديل بين الأشكال الموجية الجيبية وغير الجيبية. وتتيح هذه الميزات للمستخدمين نشر التدفقات المتذبذبة بسهولة، وبالتالي تيسير الاعتماد على نطاق واسع في مجموعة واسعة من تكنولوجيات وتطبيقات الموائع الدقيقة الموجودة حاليا في مجالي البيولوجيا والكيمياء.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تصميم قالب النموذج الأولي السريع والتصنيع

  1. افتح AutoCAD على جهاز كمبيوتر. حدد ملف على شريط المهام، ثم حدد فتح واستعرض للوصول إلى ملف نموذج ثلاثي الأبعاد (3D) لقالب القناة له امتداد .dxf أو .dwg.
  2. حدد النموذج بأكمله بالنقر فوق مربع حوله وسحبه. تصدير التصميم كملف .stl عن طريق تحديد ملف | تصدير، ثم تنسيقات أخرى واختيار .stl من المربع المنسدل. 
  3. قم بتحميل الملف إلى طابعة طباعة حجرية مجسمة راتنجية عالية الدقة (SLA) مثل Formlabs FORM3. صب الراتنج في غرفة الراتنج وابدأ الطباعة وإنتاج القالب بأصغر خطوات المحور z (25 ميكرون لراتنج Formlabs CLEAR).
  4. انتظر حتى تكتمل طباعة الأجزاء التلقائية.
    ملاحظة: يمكن تصنيع القوالب ذات الميزات الصغيرة التي لا تتجاوز 0.1 مم بهذه الطريقة.
  5. بعد إزالة الجزء من الراتنج ، حركه في الأيزوبروبانول لمدة 5 دقائق لإزالة أي راتنج متبقي.
  6. جفف القالب بالهواء أو غاز النيتروجين لمدة 2 دقيقة.
    ملاحظة: يمكن أيضا استخدام تصنيع قوالب الموائع الدقيقة التقليدية مع رقائق السيليكون والطباعة الحجرية الضوئية مع أي مقاومة ضوئية SU8 أو KMPR لإنتاج قالب بميزات أصغر.
  7. علاج العفن المجفف عند 60 درجة مئوية في ضوء الأشعة فوق البنفسجية لمدة أقصاها 1 ساعة.

2. PDMS تصنيع القنوات الدقيقة

  1. ضع القالب على ورقة من رقائق الألومنيوم. لتسهيل إزالة PDMS ، قم برش القالب بإطلاق قالب السيليكون في 1 أو 2 تمريرة.
  2. صب راتنج PDMS والرابط المتقاطع في كوب يمكن التخلص منه بنسبة 10: 1 بالوزن واخلطه بملعقة يمكن التخلص منها.
  3. صب الخليط الناتج على القالب لإنتاج فيلم بالسماكة المطلوبة. لمنع تشوه جدار القناة الكبيرة ، حافظ على سمك PDMS أكثر من 5 مم أو 3-4 أضعاف الحد الأقصى لسمك الميزة.
  4. ضع القالب مع PDMS المصبوب في غرفة degas وأغلق الغطاء. تأكد من أن الحلقة O تغلق الغرفة بإحكام.
  5. أغلق صمام العادم وقم بتشغيل مضخة التفريغ الخشنة لبدء إزالة الغازات.
  6. قم بتفريغ الخليط المصبوب في مضخة تفريغ لأكثر من 4-6 دورات مع كل دورة تستمر حوالي 5 دقائق. قم بإزالة أي فقاعات متبقية يدويا (في الزوايا والخنادق) باستخدام سلك رفيع.
  7. اضبط درجة حرارة الفرن على 80 درجة مئوية واتركه يسخن مسبقا. ضع الخليط في الفرن على درجة حرارة 80 درجة مئوية لمدة 2 ساعة للعلاج.
  8. أخرجي القالب المعالج من الفرن واتركيه في درجة حرارة الغرفة لمدة 10 دقائق حتى يبرد.
  9. باستخدام مشرط ، قطع بعناية حواف القالب. للحصول على التفكيك الأمثل ، استخدم حقنة لحقن الأيزوبروبانول بين القالب و PDMS المعالج.
  10. قشر PDMS المعالج من القالب وقطعه إلى أجهزة فردية باستخدام شفرة حلاقة. يجب أن يتراوح حجم كل جهاز بين 10 مم × 10 مم إلى 30 مم × 70 مم ليتم ربطه بالشريحة الزجاجية.
  11. اصنع ثقبا قطره 1.0-3.0 مم عند المدخل والمخرج باستخدام لكمة خزعة.
  12. قم بتشغيل مولد البلازما المحمول بتردد الراديو (RF). لتنشيط الشريحة الزجاجية ، قم بتمرير قطب السلك بثبات فوق شريحة زجاجية جافة نظيفة عدة مرات لمدة 2 دقيقة. الحفاظ على فجوة سلكية إلى زجاجية تبلغ حوالي 5 مم. ضع جانب الجهاز من PDMS المعالج على اتصال مع الشريحة الزجاجية المنشطة ثم ضعه في فرن 80 درجة مئوية لمدة 2 ساعة.
  13. قطع أنابيب مدخل ومخرج البولي إيثيلين إلى الطول المطلوب وإدخالها في فتحات المدخل والمخرج.
  14. لمنع انفصال الأنبوب أثناء التشغيل ، ضع مانع التسرب السيليكوني على سطح التلامس واترك العلاج لمدة 2 ساعة لتأمين الأنابيب.

3. تجميع سائق التذبذب

  1. قم بتثبيت أطراف مشبك التمساح لزوج من أسلاك التمساح إلى الدبوس على أطراف السماعة. هنا تم استخدام مكبر صوت 15 واط مع مخروط 8 سم على الرغم من أنه يمكن أيضا استخدام مكبرات صوت أخرى.
  2. ضع شريحة وحدة التحكم aux على حاوية عازلة. أدخل نهايات الدبوس في المقابس اللولبية لشريحة وحدة التحكم aux وشدها بإحكام باستخدام مفك البراغي لضمان الاتصال.
  3. قم بتوصيل أحد طرفي كابل aux بشريحة وحدة التحكم والطرف الآخر بمنفذ aux على جهاز كمبيوتر أو هاتف ذكي.
  4. قم بتوصيل محول تيار مباشر (DC) بجهد 12 فولت بموفر الطاقة. قم بتشغيل شريحة وحدة التحكم عن طريق توصيل الطرف المحوري لمحول التيار المستمر بمقبس الطاقة.
  5. باستخدام متصفح الإنترنت ، انتقل إلى موقع ويب لمولد النغمات عبر الإنترنت (على سبيل المثال ، https://www.szynalski.com/tone-generator/ ).
  6. اكتب التردد المطلوب (5-1200 هرتز) في التطبيق عبر الإنترنت. مرر شريط مستوى الصوت إلى الكمية المطلوبة (على سبيل المثال، 100٪).
  7. انقر على رمز مولد نوع الموجة وحدد الشكل الموجي المطلوب (جيب الزاوية ، المربع ، المثلث ، المنشار). لاحظ أن الافتراضي هو شكل موجة جيبية. اضغط على تشغيل لتشغيل السماعة.

4. تجميع محول

ملاحظة: يتم توضيح مجموعة محول مكبر الصوت إلى الأنبوب الكاملة من خلال المخطط في الشكل 1.

  1. قم بإصلاح مكبر الصوت (الشكل 1 (I)) على حامل مكبر الصوت المطبوع ثلاثي الأبعاد (الشكل 1 (II)) (انظر speakermount.stl في الملف التكميلي 1) عن طريق لصق شريط فوق السطح المنحني وجانبي الحامل.
  2. قم بتوجيه السماعة عموديا بحيث يكون سطح مخروط السماعة متجها لأعلى. ضع المحول المطبوع ثلاثي الأبعاد (الشكل 1 (III)) (انظر speakertubeadapter.stl في الملف التكميلي 2) بشكل مركز على مخروط السماعة.
  3. ضع مانع التسرب السيليكوني بسخاء على طول حواف المحول واترك العلاج لمدة 2 ساعة.
  4. ضع مكبر الصوت وحامل مكبر الصوت على مسرح المجهر وقم بالشريط لأسفل لمنع الحركة أثناء التشغيل.
  5. اقطع طرف ماصة صغيرة سعة 200 ميكرولتر على بعد حوالي 2 سم من نهايته الضيقة وتخلص من النصف الأوسع من الطرف. ستكون النهاية المخروطية الضيقة بمثابة ختم إسفين للتعلق القابل للعكس.
  6. قم بتوصيل أنابيب البولي إيثيلين (الشكل 1 (V)) بمنفذ microchannel (الشكل 1 (VI)) عن طريق الخيط أولا عبر طرف الماصة الدقيقة (الشكل 1 (IV)) ، ثم من خلال النهاية المحورية للمحول وأخيرا من خلال الجانب.
  7. قم بربط الطرف الضيق لطرف الماصة بإحكام في الطرف المحوري للمحول لإنشاء ختم محكم قابل للفصل.

5. تشغيل الإعداد التجريبي للتدفقات المتذبذبة في القنوات الدقيقة

  1. أضف جزيئات التتبع إلى قارورة من محلول الجلسرين بوزن / وزن 22٪ (w / w) لإنتاج تعليق عائم محايد مع جزء حجمي من 0.01٪ -0.1٪ بوليسترين في السائل عند 20 درجة مئوية. اخلطي بقوة عن طريق الاهتزاز لإنتاج تعليق متجانس.
  2. قم بتحميل حقنة مدخل 1 مل مع 1 مل من العينة. قم بتركيب المحقنة المحملة وربطها على مضخة حقنة أوتوماتيكية. أدخل إبرة المحقنة في أنبوب مدخل الجهاز لإنشاء ختم مانع للماء.
  3. تأكد من توجيه أنبوب المخرج عبر مجموعة المحول وإلى خزان (انظر القسم السابق حول تجميع المحول).
  4. قم بتشغيل مضخة المحقنة. باستخدام الشاشة التي تعمل باللمس، حدد نوع المحقنة ك Becton-Dickinson 1 mL. ثم حدد بث. ثم حدد معدل التدفق المطلوب (0-1 مل / دقيقة) أو حجم التدفق (< 1 مل).
  5. ابدأ التدفق الثابت باستخدام مضخة الحقنة. انتظر حتى يتدفق حجم كاف من السائل ويتم ملء أنبوب المخرج بالسائل حتى السماعة.
    ملاحظة: لن تختلف السعة المتذبذبة لإعداد معين باختلاف تدفق النقل الثابت إذا كان أنبوب المخرج جاهزا.
  6. حدد التردد والسعة والشكل الموجي المطلوب في تطبيق مولد النغمة كما هو موضح في الخطوة 3.5 واضغط على تشغيل لإنشاء تدفق تذبذبي داخل القناة المصغرة.

6. الملاحظة وقياس السعة

  1. قم بتركيب الجهاز على المجهر. قم بإعداد التكوين البصري عن طريق تحديد عدسة موضوعية مع تكبير يتراوح بين 10x و 40x لضبط المستوى البؤري وتحديد موضع المرحلة.
  2. للحصول على قياسات في مستوى بؤري محدد جيدا، تأكد من أن عمق مجال العدسة الموضوعية أصغر من عمق القناة بعامل 5 أو أكثر.
  3. لمراقبة التدفق المتذبذب ، استخدم كاميرا عالية السرعة بمعدل إطارات لا يقل عن ضعف تردد التذبذب كما تم حسابه باستخدام نظرية أخذ العينات Nyquist. للحصول على دقة مفيدة عمليا للشكل الموجي ، قم بقياس 10 نقاط على الأقل لكل فترة زمنية باستخدام معدل إطارات > 10 أضعاف تردد التذبذب.
  4. بدلا من ذلك ، لمراقبة التأثيرات المصححة أو طويلة الأجل فقط للتدفقات النابضة ، قم بإجراء تصوير ستروبسكوبي عن طريق تعيين تردد الملاحظة على أي مقسوم مثالي لتردد التذبذب.
  5. لكل من التصوير المباشر والتصوير بالمنظار، استخدم كاميرا مزودة بغالق عالمي لتجنب تأثير الهلام. في كلتا الحالتين ، حافظ على وقت التعرض أصغر بكثير من الفترة الزمنية للتذبذب (بعامل 10 أو أكثر) لمنع الخطوط.
  6. لقياس سعة التذبذب بدون كاميرا عالية السرعة، سجل بمعدل إطارات تم الاحتفاظ به بالقرب من معدل الإطارات الستروبسكوبية ولكن ليس مساويا له (على سبيل المثال، 49 إطارا/ثانية لإشارة 50 هرتز). وهذا يؤدي إلى تذبذب بطيء للغاية يمكن من خلاله قياس السعة بدقة.
  7. مراقبة وتسجيل قياسات السعة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لتوضيح قدرة وأداء الإعداد أعلاه ، يتم تقديم نتائج تمثيلية للتدفق المتذبذب في قناة صغيرة خطية بسيطة مع مقطع عرضي مربع. عرض وارتفاع القناة 110 ميكرومتر وطولها 5 سم. أولا ، نصف حركة جسيمات تتبع البوليسترين الكروية وكيف يمكن استخدامها للتحقق من دقة الإشارة المتذبذبة وكذلك نطاق سعات التذبذب التي يمكن تحقيقها. ثم نناقش تأثير خصائص سائلة محددة أو مواد الموائع الدقيقة على سعة التذبذب. وأخيرا، نوضح القدرة على الأشكال الموجية غير الجيبية.

للمقارنة، نحدد الحالة المرجعية من خلال خصائص الموائع التالية، وهن...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لقد أظهرنا التجميع (انظر الخطوتين الحرجتين للبروتوكول 3 و 4) والتشغيل (انظر الخطوتين الحرجتين للبروتوكول 5 و 6) لجهاز خارجي قائم على مكبر الصوت لتوليد تدفق تذبذبي بترددات تتراوح بين 10 و 1000 هرتز في أجهزة الموائع الدقيقة. مطلوب تتبع الجسيمات لجسيمات التتبع المعلقة لتحديد دقة الحركة التوافقية وكذلك لمعايرة نطاق سعات التذبذب التي يمكن تحقيقها على مدى ترددات التشغيل. يعتمد منحنى السعة والتردد لإعداد صوت معين في المقام الأول على خصائص المتحدث ، والتي لا يمكن تغييرها (انظر مناقشة خصائص المتحدث في النتائج

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نود أن نعرب عن تقديرنا للدعم المقدم والتسهيلات التي يقدمها مختبر النماذج الأولية السريعة التابع لقسم العلوم والهندسة الميكانيكية في جامعة إلينوي لتمكين هذا العمل.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
<قوي > تذبذب السائق الجمعية < / قوي >
سلك التمساح إلى الدبوسAdafruit3255مشبك التمساح الصغير إلى سلك العبور الذكور (12)
كابل AuxAdafruit26983.5 مم كابل ستيريو ذكر / ذكر 1 متر
رقاقة تحكمDamgooTPA311650 واط + 50 واط 2 قناة مضخم صوت (بلوتوث و AUX)
تيار مستمر محولAdafruit79812 فولت تيار مستمر 1 أمبير محول طاقة التبديل المنظم
الماصة الدقيقةVWR Signature37001-532200 ul طرف ماصة دقيقة
سيليكون مانع التسربLoctite908570مانع التسرب المقاوم للماء من السيليكون الشفاف (80 مل)
مكبر صوتDrok68439964.5 بوصة 4 أوم 40 واط مكبر صوت
مكبرالصوتمطبوع ثلاثي الأبعاد من "speakermount.stl" في ملفات تكميلية
مكبر صوت إلى أنبوب3D مطبوع من "speaketubeadapter.stl" في ملفات تكميلية
<قوي>تصنيع القنوات الدقيقة< / قوي>
لكمةMiltex15110لكمة خزعة مع مكبس (1 - 4 مم)
مزيل
كوب
التخلص منه ملعقة
منهاVWR Signature16004-4303 "× 1" تنظيف مسبق بسمك 1 مم
قالبSi - SU-8 أو 3D
مطبوع فرنFischer ScientificIsotemp
PDMS راتنج ورابط متقاطعDowChemical 4019862Sylgard 184 PDMS راتنج وتشابك (500 جم)
أنابيب البولي إيثيلينBecton Dickinson Intramedic427440أنابيب البولي إيثيلين (PE 60 - PE 200)
شفرات الحلاقةVWR55411-050شفرات حلاقة صناعية أحادية الحافة
مولد بلازما RFمنتجات Electro-TechnicBD - 20مولد عالي التردد
إصدار قالب السيليكونCRC03301الغذاء الصف السيليكون العفن الافراج (16 أوقية)
<قوي>الملاحظة والتوصيف< / قوي>
الكاميراEdgertronicSC2 +
عدسةنيكونخطة فلور 10x
مجهرنيكونTi Eclipse المرحلة اليدوية
الإبرBecton Dickinson305175  PrecisionGlide 20G
حقنةبيكتون ديكنسون1180100555Monoject 1 مل
مضخة حقنةهارفارد جهازالمزدوج مضخة حقنة قابلة للبرمجة
جزيئات التتبعSpherotechPP-10-10جسيمات تتبع البوليسترين 1 أم
طرف حامل محول خزعة الغازيمكنزجاجية يمكن التخلص

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. Lee, C. Y., Chang, C. L., Wang, Y. N., Fu, L. M. Microfluidic Mixing: A Review. International Journal of Molecular Sciences. 12 (5), 3263-3287 (2011).
  3. Bayareh, M., Ashani, M. N., Usefian, A. Active and passive micromixers: A comprehensive review. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification. 147, 10771(2020).
  4. Zhang, S., Wang, Y., Onck, P., den Toonder, J. A concise review of microfluidic particle manipulation methods. Microfluidics and Nanofluidics. 24, 24(2020).
  5. Bayareh, M. An updated review on particle separation in passive microfluidic devices. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification. 153, 107984(2020).
  6. Wu, M., et al. Acoustofluidic separation of cells and particles. Microsystems & Nanoengineering. 5, 32(2019).
  7. Bhagat, A. A. S., et al. Microfluidics for cell separation. Medical & Biological Engineering & Computing. 48 (10), 999-1014 (2010).
  8. Mäki, A. J., et al. Modeling and Experimental Characterization of Pressure Drop in Gravity-Driven Microfluidic Systems. ASME Journal of Fluids Engineering. 137 (2), 021105(2015).
  9. Safavieh, R., Juncker, D. Capillarics: pre-programmed, self-powered microfluidic circuits built from capillary elements. Lab on a Chip. 13, 4180-4189 (2013).
  10. Hossan, M. R., Dutta, D., Islam, N., Dutta, P. Review: Electric field driven pumping in microfluidic device. Electrophoresis. 39 (5-6), 702-731 (2018).
  11. Dincau, B., Dressaire, E., Sauret, A. Pulsatile Flow in Microfluidic Systems. Small. 16 (9), 1904032(2020).
  12. Thurgood, P., et al. Tunable Harmonic Flow Patterns in Microfluidic Systems through Simple Tube Oscillation. Small. 16 (43), 2003612(2020).
  13. Xia, H. M., Wu, J. W., Zheng, J. J., Zhang, J., Wang, Z. P. Nonlinear microfluidics: device physics, functions, and applications. Lab on a Chip. 21, 1241-1268 (2021).
  14. Glasgow, I., Aubry, N. Enhancement of microfluidic mixing using time pulsing. Lab on a Chip. 3 (2), 114-120 (2003).
  15. Zhang, P., Bachman, H., Ozcelik, A., Huang, T. J. Acoustic Microfluidics. Annual Review of Analytical Chemistry. 13, 17-43 (2020).
  16. Lieu, V. H., House, T. A., Schwartz, D. T. Hydrodynamic Tweezers: Impact of Design Geometry on Flow and Microparticle Trapping. Analytical Chemistry. 84 (4), 1963-1968 (2012).
  17. Jain, R., Darling, R. B., Lutz, B. Frequency characterization of flow magnitude and phase in resonant microfluidic circuits. Analytical Methods. 9, 5425-5432 (2017).
  18. Squires, T. M., Quake, S. R. Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale. Reviews of Modern Physics. 77, 977(2005).
  19. Zhang, C., Guo, X., Brunet, P., Costalonga, M., Royon, L. Acoustic streaming near a sharp structure and its mixing performance characterization. Microfluidics and Nanofluidics. 23 (9), 104(2019).
  20. Abolhasani, M., Oskooei, A., Klinkova, A., Kumacheva, E., Günther, A. Shaken, and stirred: oscillatory segmented flow for controlled size-evolution of colloidal nanomaterials. Lab on a Chip. 14, 2309-2318 (2014).
  21. Thameem, R., Rallabandi, B., Hilgenfeldt, S. Fast inertial particle manipulation in oscillating flows. Physical Review Fluids. 2 (5), 052001(2017).
  22. Vishwanathan, G., Juarez, G. Inertial focusing in planar pulsatile flows. Journal of Fluid Mechanics. 921, 1(2021).
  23. Geschiere, S. D., et al. Slow growth of the Rayleigh-Plateau instability in aqueous two phase systems. Biomicrofluidics. 6, 022007(2012).
  24. Vázquez-Vergara, P., Torres Rojas, A. M., Guevara-Pantoja, P. E., Poiré, E. C., Caballero-Robledo, G. A. Microfluidic flow spectrometer. Journal of Micromechanics and Microengineering. 27, 077001(2017).
  25. Sauret, A., Shum, H. C. Forced generation of simple and double emulsions in all-aqueous systems. Applied Physics Letters. 100, 154106(2012).
  26. Vishwanathan, G., Juarez, G. Steady streaming viscometry of Newtonian liquids in microfluidic devices. Physics of Fluids. 31, 041701(2019).
  27. Vishwanathan, G., Juarez, G. Steady streaming flows in viscoelastic liquids. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 271, 104143(2019).
  28. Vishwanathan, G., Juarez, G. Generation and application of sub-kilohertz oscillatory flows in microchannels. Microfluidics and Nanofluidics. 24, 69(2020).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Oscillatory FlowMicrofluidic TechnologyMicrochannel OscillationSpeaker Based ApparatusHarmonic Oscillatory FlowSyringe PumpTracer ParticlesStroboscopic ImagingHigh Speed CameraParticle Displacement

Related Articles