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 الجاذبية

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 ....

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. ....

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