تكييف تشتت تايلور لقياس معامل تشتت محاليل الإلكتروليت عبر إعداد الموائع الدقيقة التي يمكن الوصول إليها

James M Teague; Lingyun Ding; Francesca Bernardi

doi:10.3791/69040

مقالة منهجية

تكييف تشتت تايلور لقياس معامل تشتت محاليل الإلكتروليت عبر إعداد الموائع الدقيقة التي يمكن الوصول إليها

DOI:

10.3791/69040

⸱

أكتوبر 7, 2025

James M Teague¹ , Lingyun Ding² , Francesca Bernardi¹

¹Worcester Polytechnic Institute, ²University of California Los Angeles

في هذه المقالة

ملخص

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

هنا ، نقدم بروتوكولا لتكييف تجربة تشتت تايلور مع المقياس الصغير باستخدام القنوات الدقيقة المصنعة داخليا باستخدام قاطع الحرف المكتبية. يمكن استخدام المنصة التجريبية لحساب معامل الانتشار للمتتبعات السلبية أحادية النوع ولتصور تفاعل الأيونات متعددة الأنواع وفصلها.

الملخص

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

أصبح مجال الموائع الدقيقة بارزا بشكل متزايد لأنه يسمح بالتحكم السريع والدقيق في السوائل والجزيئات ، مما يسهل تصنيع المركبات وفصل الخلائط. لقد أتقننا تكيفا مصغرا يمكن الوصول إليه وقابلا للتكرار لتجربة Taylor Dispersion باستخدام القنوات الدقيقة المصنعة داخليا باستخدام قاطع الحرف المكتبية. تبلغ تكلفة البداية لتقنية تصوير الموائع الدقيقة السريعة والتي يمكن الوصول إليها حوالي 300 دولار أمريكي ، وهي أقل من طرق الطباعة الحجرية الضوئية النموذجية. ينقل التدفق الرقائقي المدفوع بالضغط من مضخة حقنة قابلة للبرمجة محلول تتبع محقون في اتجاه مجرى النهر في القناة الدقيقة، حيث تلتقط الكاميرا الرقمية الانعكاسية أحادية العدسة (D-SLR) المزودة بعدسة ماكرو تطور تركيز التتبع بمرور الوقت في موقع ثابت. باستخدام هذه المنصة التجريبية ، يمكننا حساب معاملات الانتشار للمتتبعات السلبية أحادية النوع في ظل ظروف تجريبية مختلفة. ثم قمنا بتوسيع البروتوكول ليشمل مخاليط الإلكتروليت ، ولاحظنا الأدلة الأولية على تغيرات الانتشار الناشئة عن تأثيرات اقتران الأيونات الأيونية غير التافهة. توفر هذه الطريقة التجريبية التي يمكن الوصول إليها أداة عملية لاستكشاف انتقال الأنواع المتعددة وتقدم رؤى حول التفاعلات المعقدة التي تحكم التنقل الأيوني.

المقدمة

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

في السنوات الأخيرة ، ركزت الجهود البحثية الكبيرة على التحقيق في أجهزة الموائع الدقيقة الفعالة من حيث التكلفة والتي توفر تحكما دقيقا في التدفق والجسيمات ونقل المواد المذابة. تلعب حلول الإلكتروليت متعددة الأنواع دورا مهما في مجموعة واسعة من التطبيقات ، من تخزين الطاقة والتشخيص الطبي الحيوي إلى المراقبة البيئية وتنقية المياه. يعد فهم كيفية انتشار أنواع الأيونات المختلفة وتفاعلها في هذه الأنظمة أمرا ضروريا لتحسين الأداء والاستقرار في العمليات الكهروكيميائية والعمليات التي تحركها النقل.

عندما يحتوي محلول الإلكتروليت على أيونات ذات معاملات انتشار مختلفة ، فإن هجرتها غير المتكافئة تحفز مجالا كهربائيا داخليا ، حتى في حالة عدم وجود جهد مطبق خارجيا. تميل الأيونات الأسرع انتشارا إلى الانفصال عن الأيونات الأبطأ ، مما يؤدي إلى اختلال توازن الشحنة مؤقتا. للحفاظ على الحياد الكهربائي ، يولد النظام جهدا كهربائيا ناتج عن الانتشار. يعمل هذا المجال على إبطاء الأيونات الأسرع وتسريع الأيونات الأبطأ. يعتمد الجهد الكهربائي الناتج على التحركات الأيونية النسبية وتدرجات التركيز وهو موصوف جيدا بواسطة معادلات نرنست بلانك تحت قيود الحياد الكهربائي. النماذج الكهروكيميائية الكلاسيكية ، مثل معادلات هندرسون ونرنست ، تحدد هذه الظاهرة من خلال ربطها بأرقام نقل الأيونات واختلافات التركيز¹.

لطالما كان تحليل تشتت تايلور تقنية قوية لقياس الانتشار الجزيئي من خلال مراقبة كيفية انتشار المذاب في تدفق رقائقي مدفوع بالضغط عبر قناة مستقيمة²^،³. إنه يفسر التفاعل بين الحمل والانتشار ويتيح الاستدلال الدقيق لمعاملات الانتشار الجزيئي من معدلات التشتت الفعالة. هذه الطريقة جذابة بشكل خاص لأنها تجمع بين الدقة والحد الأدنى من متطلبات العينة والحصول السريع على البيانات. تستخدم الامتدادات النظرية الحديثة تقليديا لمتتبعات النوع الفردي ، وتمكن الآن من تطبيقها على أنظمة متعددة الأنواع ، مما يسمح للباحثين باستنتاج انتشارات الأيونات الفردية نظريا بناء على سلوك النقل المقترن⁴.

ومع ذلك ، فإن التكلفة العالية والتعقيد التقني لإعدادات الموائع الدقيقة التقليدية - التي غالبا ما تعتمد على الطباعة الحجرية الضوئية المعتمدة على غرف الأبحاث - تشكل عوائق كبيرة أمام الاعتماد الأوسع لهذه الطريقة. في هذا العمل ، نقدم تكيفا منخفض التكلفة ويمكن الوصول إليه وقابل للتكرار لتقنية تشتت تايلور ، والتي تستخدم القنوات الدقيقة المصنعة عبر xurography باستخدام قاطع حرفة سطح المكتب. يسمح هذا النهج ، بتكلفة بدء تشغيل تبلغ حوالي 300 دولار أمريكي ، بإنشاء نماذج أولية سريعة وتصنيع قنوات متسقة دون الحاجة إلى مرافق متخصصة مكلفة⁵. باستخدام تصوير المجال الساطع عبر كاميرا D-SLR وعدسة ماكرو ، يبني البروتوكول سلسلة زمنية لتطور تركيز التتبع عند نقطة التقاط ثابتة في اتجاه مجرى النهر من موقع الحقن⁶. نوضح أن هذه المنصة يمكنها قياس معاملات الانتشار بدقة للمتتبعات السلبية أحادية النوع وتوسيع طريقة تحليل أنظمة الإلكتروليت متعددة الأنواع. تكشف النتائج عن توقيعات واضحة لاختلافات الانتشار الناشئة عن تأثيرات اقتران الأيونات. توفر هذه الطريقة التي يمكن الوصول إليها والفعالة من حيث التكلفة أداة عملية للتحقيق في ظواهر النقل الأيوني في مخاليط الإلكتروليت المعقدة. على سبيل المثال ، يمكن تكييف الإعداد التجريبي المقترح بسهولة لاستخدامه كخلاط صغير لتقييم كفاءة الخلط للأنواع المتعددة المواد المذابة⁷ ، أو لتصميم توزيعات الوزن الجزيئي للبوليمر المرغوبة من خلال مفاعل التدفق الأنبوبي الذي يتم التحكم فيه^{بواسطة الكمبيوتر 8}.

البروتوكول

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

1. تحضير المواد

ملاحظة: في هذا التقرير ، يتم بناء رقائق الموائع الدقيقة عن طريق قطع تصميمات القنوات الدقيقة في طبقة واحدة من شريط البوليميد بعرض w = 2.54 سم وسمك h = 100 ميكرومتر ، والتي يتم إغلاقها بعد ذلك بين لوحين من البوليستر. تعتمد نسبة العرض إلى الارتفاع للقناة الدقيقة (λ = h / w) على سمك البوليميد ؛ عرض القناة (W) هو ميزة المقطع العرضي الوحيدة القابلة للتعديل في هذا البروتوكول.

قطع شريط البوليميد إلى شريط بطول 21 سم.
قص مستطيلين من البوليستر بطول 21 سم وعرض 5 سم.
ملاحظة: لتصنيع كل قناة دقيقة بطول 18.77 سم ، هناك حاجة إلى شريط بوليميد واحد ومستطيلين من البوليستر. يتم قطع أحد مستطيلات البوليستر باستخدام قاطع الحرف المكتبية لإنشاء فتحات مدخل ومخرج ، بينما يتم استخدام الآخر دون تغيير.
قم بقص شريط ثان من شريط البوليميد بطول 21 سم ووضعه جانبا لإنشاء الحشية. ينتج هذا الطول 32 حشية. هناك حاجة إلى حشية واحدة لكل قناة دقيقة.
احصل على منفذ القناة الدقيقة عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) على طابعة الراتنج.
1. اطبع منفذا واحدا لكل قناة دقيقة. يتم تضمين ملف .sdlprt للمنفذ في الملف التكميلي 1. صمم الخيوط لأطراف حقنة Luer Lock ليتم تثبيتها في المنفذ للحصول على ختم مانع لتسرب الماء.
2. طباعة ثلاثية الأبعاد صلبة (بدون حشو) مباشرة على منصة البناء بدون دعامات إضافية. اضبط سمك الطبقة على 0.10 مم.
3. علاج ما بعد الطباعة في حجرة الأشعة فوق البنفسجية لمدة 15 دقيقة عند 60 درجة مئوية.

2. تجميع الإعداد التجريبي

تصنيع الطبقة العليا من رقاقة الموائع الدقيقة.
1. قم بتشغيل برنامج تصميم القاطع الحرفي.
2. صمم الجزء العلوي من القناة الدقيقة باستخدام برنامج تصميم القاطع الحرفي ، أو عن طريق استيراد تصميم من برامج متوافقة أخرى.
3. ارسم دائرتين بقطر 0.27 سم على مسافة 18.77 سم من بعضهما البعض: هذه هي مدخل ومخرج التدفق. على مسافة 2.71 سم من فتحة المدخل ، ارسم فتحة مدخل تتبع أصغر بقطر 0.15 سم.
  ملاحظة: أ. يتم تضمين ملف قالب DXF (الملف التكميلي 2) كمرجع.
4. قم بتوصيل أحد مستطيلين من البوليستر من الخطوة 1.2 إلى الجانب اللاصق من حصيرة القطع. باستخدام شريط لاصق بعرض 2.54 سم ، قم بلصق الشريط على طول الجوانب الأربعة للمحيط.
  ملاحظة: نظرا لأن صفائح البوليستر موحدة على كلا الجانبين ، فيمكن استخدامها مع وجود أي من الجانبين "لأعلى". الشريط اللاصق ضروري لمنع أي حركة للبوليستر أثناء القطع. يتم استخدام مستطيل البوليستر الآخر المقطوع في الخطوة 1.2 كما هو.
5. تأكد من توصيل قاطع الحرف بالكمبيوتر باستخدام برنامج التصميم عبر كابل ناقل تسلسلي عالمي (USB) أو Bluetooth.
6. قم بتحميل حصيرة القطع في قاطع الحرفة عن طريق محاذاة الحواف المميزة للحصيرة مع علامات الأسهم الموجودة على القاطع. أدخل الشفرة في فتحة النقل الخاصة بقاطع الحرفة.
  ملاحظة: الأخطاء المحتملة في تصنيع القنوات الدقيقة ناتجة بشكل أساسي عن تآكل الشفرة أو عدم محاذاةها. يمكن أن يتسبب تآكل الشفرة في قطع جدران القنوات بشكل خشن وغير متساو. لمعالجة هذه المشكلة ، يتم استخدام شفرة مختلفة لقطع كل نوع من المواد لتقليل التدهور السريع لحدة الشفرة. باتباع هذا المبدأ ، هناك حاجة إلى شفرتين في هذا البروتوكول ، واحدة للبوليستر والأخرى لشريط البوليميد. إذا أصبحت جدران القناة ، أثناء تصنيع القنوات ، أكثر خشونة بشكل ملحوظ أو أصبح من الصعب إزالة السلبية ، فقد تحتاج الشفرة إلى الاستبدال. قد يتسبب اختلال محاذاة الشفرة في عدم اختراق الشفرة للمادة بالزاوية الصحيحة ، مما يؤدي إلى قنوات أوسع أو أضيق. هذه المشكلة أكثر شيوعا في القنوات ذات العرض الأصغر ولكن يمكن تخفيفها عن طريق تصميم جدران القناة لتكون الجوانب الطويلة لمستطيل مقطوع مستمر ، بدلا من خطوط متوازية منفصلة.
7. في الجزء العلوي الأيمن من صفحة التصميم على شاشة الكمبيوتر ، انقر فوق إرسال للمتابعة لمراجعة المواد وإعدادات القص.
8. أدخل إعدادات قطع ألواح البوليستر. مع هذا الإعداد ، الإعدادات الموصى بها هي: عمق الشفرة: 9 ، والقوة: 33 ، والتمريرات: 1 ، والسرعة: 1.
  ملاحظة: تستند توصيات إعداد القاطع الحرفي إلى عمل Taylor و Harris 5 لعام 2019^.
9. انقر فوق إرسال لإرسال المهمة إلى قاطع الحرف. يبدأ القاطع عملية القطع ، والتي تستغرق حوالي 15 ثانية.
10. انتظر حتى تعود الشفرة إلى وضعها المنزلي. ثم قم بإزالة حصيرة القطع بالضغط على زر الإخراج .
11. قم بإزالة مادة البوليستر السالبة باستخدام الملقط. تشتمل لوح البوليستر المقطوع على ثلاثة ثقوب: فتحات مدخل ومخرج التدفق على بعد 18.77 سم ، وفتحة مدخل أصغر بين الأولين ، على بعد 2.71 سم من فتحة المدخل ، كما هو موضح في الشكل 1 أ.
12. قم بإزالة جميع المواد من حصيرة القطع وضع الجزء العلوي من الرقاقة جانبا.
  ملاحظة: عند التقطيع إلى بوليستر ، تترك الشفرة حافة خشنة بارزة قليلا من الورقة على الجانب المقطوع. عند تجميع شريحة الموائع الدقيقة ، واجه هذه الحافة لأعلى (بعيدا عن البوليميد) لتجنب تداخلها مع التدفق عبر القناة الدقيقة.
قطع طوقا
1. صمم حشوات بوليميد على شكل دونات باستخدام برنامج تصميم القاطع الحرفي ، أو عن طريق استيراد تصميم من برامج أخرى متوافقة.
2. ارسم دائرتين متحدة المركز بأقطار 0.52 سم و 0.24 سم على التوالي.
  ملاحظة: أ. يتم تضمين ملف قالب DXF مع 32 حشية كملف تكميلي 3. هناك حاجة إلى حشية واحدة لكل منفذ عند توصيله بالقناة الدقيقة.
3. قم بتوصيل شريط البوليميد من الخطوة 1.3 إلى حصيرة القطع ، مع وجود الجانب اللاصق لأعلى. باستخدام شريط لاصق بعرض 2.54 سم ، قم بلصق الشريط على طول الجوانب الأربعة للمحيط.
4. قم بتحميل حصيرة القطع في قاطع الحرفة عن طريق محاذاة الحواف المميزة للحصيرة مع علامات الأسهم الموجودة على القاطع.
5. استبدل الشفرة المستخدمة في صفائح البوليستر بشفرة جديدة لاستخدامها حصريا لقطع شريط البوليميد.
6. في الجزء العلوي الأيمن من صفحة التصميم على شاشة الكمبيوتر ، انقر فوق إرسال للمتابعة لمراجعة المواد وإعدادات القص.
7. أدخل إعدادات قطع شريط البوليميد. باستخدام هذا الإعداد ، الإعدادات الموصى بها هي: عمق الشفرة: 9 ، والقوة: 1 ، والتمريرات: 1 ، والسرعة: 1.
  ملاحظة: تستند توصيات إعداد القاطع الحرفي إلى عمل Taylor و Harris 5 لعام 2019^.
8. انقر فوق إرسال لإرسال المهمة إلى قاطع الحرف. يبدأ القاطع عملية القطع ، والتي تستغرق حوالي 40 ثانية.
9. انتظر حتى تعود الشفرة إلى وضعها المنزلي. ثم قم بإزالة حصيرة القطع بالضغط على زر الإخراج .
تجميع الورقة العلوية والحشية والمنفذ
1. ضع لوح البوليستر المقطوع في الخطوة 2.1 على سطح مستو ، بحيث تكون النتوءات متجهة لأعلى.
2. استخدم الملقط لتقشير حشية واحدة من شريط البوليميد المقطوع في الخطوة 2.2 وضعه على الجانب السفلي المسطح لمنفذ مطبوع ثلاثي الأبعاد. محاذاة فتحات المنفذ والحشية ؛ للمساعدة في ذلك ، أدخل طرف حقنة من خلال المنفذ واستخدمه كإرشاد.
3. قم بتوصيل المنفذ بحشية بورقة البوليستر ، مع وضعها بشكل مسطح ، عن طريق محاذاة المنفذ وفتحة مدخل التدفق. مرة أخرى ، استخدم طرف المحقنة لتوسيط المنفذ في فتحة مدخل الورقة. ثبت في مكانه لمدة 30 ثانية للمساعدة في إغلاق حشية البوليميد على الوجهين على الجزء العلوي من رقائق البوليستر.
  ملاحظة: يجب توصيل المنفذ والورقة العلوية بإحكام في هذه المرحلة ، مع القدرة على رفع المنفذ والورقة العلوية معا عن طريق التقاط المنفذ فقط.
4. ضع كمية صغيرة من superglue على محيط المنفذ أثناء الضغط عليه لأسفل لإنشاء ختم دائم مانع لتسرب الماء.
5. اتركيه جانبا لمدة 2-3 ساعات أو استخدمي رذاذ منشط superglue وانتظري 10 دقائق لضمان إحكام الغلق لتسرب الماء.
  ملاحظة: استخدم القفازات واعمل في غطاء دخان عند التعامل مع الغراء الفائق.
تصنيع جسم القناة الدقيقة بوليميد
1. صمم هيكلا صغيرا باستخدام برنامج تصميم القاطع الحرفي ، أو عن طريق استيراد تصميم من برامج متوافقة أخرى.
2. ارسم دائرتين بقطر 0.36 سم على مسافة 18.6 سم من بعضهما البعض: تتوافق هذه مع فتحات مدخل ومخرج التدفق لأعلى الرقاقة المصممة في 2.1.3.
3. بين هذين الفتحتين ، أدخل مستطيلا بالعرض المطلوب وطوله 18.77 سم. تأكد من تداخل 0.05 سم من المستطيل مع فتحات المدخل والمخرج لتقليل خطر التمزق العرضي عند إزالة السلبية.
4. ارسم خطا عموديا واحدا بطول 0.2 سم على بعد 17.71 سم من فتحة مدخل التدفق وعلى بعد 0.2 سم من القناة على كلا الجانبين.
  ملاحظة: أ. يتم تضمين ملف قالب DXF كملف تكميلي 4. هذا التصميم مخصص لقناة دقيقة بطول 18.77 سم وعرض 400 ميكرومتر ، كما هو موضح في الشكل 1 ب.
5. قم بتوصيل شريط البوليميد المقطوع في الخطوة 1.1 بسجادة القطع ، مع الجانب اللاصق لأعلى. باستخدام شريط لاصق بعرض 2.54 سم ، قم بلصق الشريط على طول الجوانب الأربعة للمحيط.
6. قم بتحميل حصيرة القطع في قاطع الحرفة عن طريق محاذاة الحواف المميزة للحصيرة مع علامات الأسهم الموجودة على القاطع. احتفظ بنفس الشفرة المستخدمة لقطع الحشيات في الخطوة 2.2.
7. في الجزء العلوي الأيمن من صفحة التصميم على شاشة الكمبيوتر ، انقر فوق إرسال للمتابعة لمراجعة المواد وإعدادات القص. استخدم نفس إدخال إعدادات القطع للحشيات في الخطوة 2.2.7.
8. انقر فوق إرسال لإرسال المهمة إلى قاطع الحرف. يبدأ القاطع عملية القطع ، والتي تستغرق حوالي 15 ثانية.
9. انتظر حتى تعود الشفرة إلى وضعها المنزلي. ثم قم بإزالة حصيرة القطع بالضغط على زر الإخراج في قاطع الحرفة. يتم الآن قطع قناة دقيقة مع ميزات مدخل ومخرج ونقطة التقاط مرئية في بوليميد.
  ملاحظة: قم بتوجيه الرقاقة بحيث تكون نقطة الالتقاط أقرب إلى المخرج ؛ في التصميم المقدم ، يبعد 1.107 سم عن المخرج ، بحيث تكون المسافة بين فتحة مدخل التتبع ونقطة الالتقاط 15 سم.
10. قم بإزالة مادة البوليميد السالبة من القناة باستخدام الملقط. اعتمادا على عرض وميزات القناة الدقيقة ، يعد هذا إجراء دقيقا للغاية وأكثر ملاءمة للملاقط عالية الدقة.
11. قم بإزالة جميع المواد من حصيرة القطع وضع القناة الدقيقة جانبا ؛ تأكد من بقاء الجانب اللاصق كما هي.
تجميع رقاقة الموائع الدقيقة
1. ضع شريط البوليميد الجانب اللاصق لأعلى على سطح مستو.
2. ضع مستطيل البوليستر السفلي (بدون ثقوب) بحجم الخطوة 1.2 على شريط البوليميد المكشوف. قم بتوسيط شريط البوليميد داخل عرض البوليستر.
3. قم بالضغط لأسفل باستخدام الأسطوانة لإزالة أي فقاعات أكبر وفحص الحطام أو الطيات في مادة البولي أميد.
4. اقلب شريط البوليميد وقم بإزالة الغطاء الواقي من الجانب السفلي.
5. قم بمحاذاة لوح البوليستر العلوي المثبت بمنفذ 3D المطبوع على مدخل ومخرج شريط البوليميد ، وضع لوح البوليستر فوق مادة البولي أميد.
6. قم بالضغط لأسفل باستخدام الأسطوانة لإزالة أي فقاعات أكبر وفحص الحطام أو الطيات في شريط البوليميد.
  ملاحظة: يؤثر الحطام الكبير في القناة أو على الجدران ، جنبا إلى جنب مع فتحات المدخل والمخرج المنحرفة ، على التدفق الرقائقي ، مما يضر بالتجربة. هذا يكمل تصنيع رقاقة الموائع الدقيقة كما هو موضح في الشكل 1 ج.
تجميع المنطقة التجريبية
1. إعداد مضخة الحقنة
  1. املأ حقنة زجاجية سعة 0.5 مل بالماء منزوع الأيونات (DI). قم بتركيب المحقنة على مضخة المحقنة القابلة للبرمجة واضغط على زر التقديم السريع حتى يبدأ الماء في الخروج من طرف المحقنة.
  2. قم بقص وتوصيل قطعة بطول 50 سم من أنابيب البولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) (0.3048 مم معرف ، 0.762 مم OD) بطرف حقنة 27 جم بطول 1.27 سم و OD 0.4064 مم. استخدم الملقط لإدخال الأنبوب فوق طرف المحقنة واسحبه لأسفل.
    ملاحظة: قم بعمل قطع صغير يبلغ حوالي 1 مم لتوفير منطقة فتح أوسع في أنبوب PTFE وتوجيه طرف المحقنة إليه ، كما هو موضح في الشكل 2.
  3. املأ طرف المحقنة المتصل بالأنبوب بماء DI بحيث يتشكل الغضروف المفصلي المحدب عند الفتحة.
  4. قم بتوصيل الطرف بالمحقنة الزجاجية المثبتة على المضخة ، مما يضمن عدم تكوين فقاعات هواء في المحقنة أو طرف المحقنة.
  5. اضبط مضخة المحقنة على النقع فقط. أدخل نوع المحقنة وحجمها على أنها 0.5 مل.
2. إعداد لوحة الضوء
  1. قم بتوصيل لوحة الإضاءة وضعها بالقرب من حافة مقعد المختبر. هذا هو السطح الذي سيتم تسجيل القناة الدقيقة عليه ، وسيحدث التشغيل التجريبي.
  2. قم بتشغيل لوحة الإضاءة إلى أعلى وضع سطوع. يعد ضمان إضاءة متسقة في المنطقة التي تجرى فيها التجارب أمرا حيويا لأن كل تغيير يؤثر على التقاط صورة الكاميرا.
  3. قم بلصق رقاقة الموائع الدقيقة المجمعة في الخطوة 2.5 على لوحة الضوء باستخدام شريط لاصق بعرض 2.54 سم.
    ملاحظة: ألصق القناة بالقرب من حافة طاولة المختبر بحيث يمكن تصويرها باستخدام إعداد الكاميرا الموضح في الخطوة 2.6.3. في هذا الإعداد التجريبي ، هذه المسافة 1 سم.
3. إعداد الكاميرا
  1. أدخل البطاقة الرقمية الآمنة (SD) في كاميرا D-SLR واستخدم بطارية إضافية لتشغيل الكاميرا. قم بتركيب عدسة ماكرو مقاس 20 مم f / 2 على الكاميرا. قم بتوصيل الكاميرا بمشغل عن بعد.
  2. قم بإعداد الحامل ثلاثي القوائم وقم بتركيب الكاميرا مع عدسة الماكرو فوق التجربة ، متجهة لأسفل. استخدم مستوى للتأكد من أن عدسة الماكرو موازية لمنطقة القناة محل الاهتمام.
  3. قم بتوسيط عرض الكاميرا على نقطة الالتقاط المقطوعة في شريط البوليميد. يجب أن تكون الكاميرا على ارتفاع 1 سم على الأقل فوق لوحة الإضاءة حتى تتمكن من التقاط كل من قطع نقطة الالتقاط وعرض القناة الواسعة. سيتم التقاط الصور في موقع ثابت في اتجاه مجرى النهر من موقع مدخل التتبع.
  4. قم بتشغيل الكاميرا واضبطها على الوضع اليدوي بسرعة غالق تبلغ 1/100 ثانية و ISO 800. اضبط جودة الصورة على JPEG Fine وحجم الصورة على كبير. اضبط إعداد توازن اللون الأبيض على الفلورسنت 2. افتح خيارات منطقة الصورة واضبط منطقة الصورة على DX (24 × 16). تم ضبط عدسة الماكرو على F2.6 مع تكبير ×4.
  5. قم ببرمجة الكاميرا باستخدام الزناد عن بعد لالتقاط الصور كل 1 ثانية.
    ملاحظة: تستند إعدادات الكاميرا المبلغ عنها إلى الظروف البيئية وستتغير بناء على الإضاءة المحيطة والكاميرا والعدسة وما إلى ذلك.
إعداد التتبع
1. قم بقياس 0.60 جم من مسحوق ملح الصوديوم الفلوريسين لتحضير محلول التتبع. خفف المسحوق في 1 لتر من الماء المقطر للحصول على تركيز الصبغة المطلوب (تركيز 0.6 جم / لتر).
  ملاحظة: يمكن تغيير الصبغة المستخدمة وتركيزها حسب الحاجة. ومع ذلك ، يجب التحقق من وجود علاقة خطية بين شدة المقتفي وتركيزه. هنا ، تم تحقيق ذلك عن طريق تصوير العينات باستخدام ظروف تجريبية بتركيزات وارتفاعات قناة متفاوتة معروفة. تم اختيار تركيز 0.6 جم / لتر من ملح الصوديوم الفلوريسين ليكون ضمن النطاق الذي ينتج عنه علاقة خطية عند رسم قيم شدة القناة الزرقاء من الصورة الكاملة باللون الأحمر والأخضر والأزرق (RGB). تظهر صورة للإعداد التجريبي الكامل في الشكل 3. يوضح الشكل 4 المنظر العلوي ( الشكل 4 أ) والمنظر الجانبي ( الشكل 4 ب) المخططات للإعداد التجريبي.

3. تشغيل تجريبي

اعداد
1. ضع طبقة من الشريط اللاصق فوق فتحة مدخل التتبع لمنع التدفق ، مما يضمن طي جانب واحد لسهولة الإزالة.
2. قم بتشغيل مضخة الحقنة القابلة للبرمجة لإغراق القناة الدقيقة بماء DI بمعدل تدفق بطيء للغاية.
  ملاحظة: بالنسبة لقناة دقيقة بأبعاد h × w x l = 100 ميكرومتر × 400 ميكرومتر × 18.77 سم ، استخدم معدل التدفق الحجمي 2.4 ميكرولتر / دقيقة (يتوافق مع معدل التدفق 0.1 سم / ثانية).
3. عند اكتمال الفيضانات بعد حوالي 5 دقائق ، تأكد من عدم تشكل فقاعات هواء.
  ملاحظة: إذا تشكلت فقاعات الهواء ولا يمكن إزالتها ببساطة عن طريق إطالة وقت الفيضان، فقم بإزالة الماء منزوع الأيونات واغسل القناة الدقيقة بكمية صغيرة من الإيثانول أو أي سائل آخر ذو تماسك منخفض وتوتر سطحي منخفض. بعد ذلك ، قم بإغراق القناة بسرعة بالماء منزوع الأيونات مرة أخرى ، مع التأكد من غسلها جيدا أولا حتى لا يتبقى الإيثانول.
4. قم بإيقاف تشغيل مضخة المحقنة.
الحالة الأولية
1. املأ طرف ماصة دقيقة بسعة 0.5 ميكرولتر باستخدام أداة التتبع الممزوجة في الخطوة 2.7.
2. قشر الشريط الذي يغطي من فتحة مدخل التتبع باستخدام اللسان المطوي. باستخدام زاوية مناديل منخفضة الوبر ، قم بإزالة ماء DI برفق من فتحة مدخل التتبع وانتظر 30 ثانية لضمان استقرار واجهات المياه DI.
3. بمجرد مرور الوقت، قم بتفريغ محتوى الماصة الدقيقة في فتحة المدخل. أعد إغلاق الفتحة على الفور عن طريق تنعيم الشريط فوقها باستخدام الحد الأدنى من الضغط بحركة سائلة.
  ملاحظة: تقوم هذه الخطوة بإنشاء الشرط الأولي لأداة التتبع. قبل بدء التشغيل التجريبي ، سيتعين على التتبع أن ينتشر عبر المقطع العرضي للقناة الدقيقة.
4. انتظر_{وقتا > t} _wd حتى تنتشر بلعة التتبع عبر المقطع العرضي للقناة الدقيقة.
  ملاحظة: احسب وقت الانتشار على طول عرض القناة ك t_wd = (w / 2) ² / κ ، حيث κ هو معامل الانتشار الجزيئي للتتبع (سم² / ثانية) و w / 2 هو نصف عرض القناة الدقيقة. بافتراض أن جهاز التتبع قد تم حقنه في منتصف القناة ، فإن أبعد مسافة سيتعين عليها السفر للوصول إلى الحائط خلال فترة الانتظار هذه هو نصف عرضها. هذه الطريقة في حساب وقت الانتظار ، t_w ، قابلة للتعميم على أي مقطع عرضي مع اختيار مناسب للطول المميز. في النتائج التمثيلية المذكورة هنا ، يكون وقت الانتظار تقريبا t_w = 14 s ل w = 400 μm ، و h = 100 ميكرومتر.
تدفق
1. تأكد من ضبط مضخة المحقنة على معدل التدفق الحجمي المطلوب.
2. قم بتشغيل مضخة المحقنة في نفس الوقت وقم بتنشيط الزناد عن بعد. قم بتشغيل التجربة لمدة 5 دقائق ، والتقط الصور بمعدل 1 إطار في الثانية.
  ملاحظة: معدل التدفق الحجمي البالغ 2.4 ميكرولتر / دقيقة يتوافق مع معدل تدفق 0.1 سم / ثانية في قناة دقيقة مع w = 400 ميكرومتر والارتفاع h = 100 ميكرومتر (نسبة العرض إلى الارتفاع: λ = 1/4).

4. معالجة البيانات

قم بإزالة بطاقة الذاكرة من الكاميرا وتنزيل الصور على جهاز كمبيوتر باستخدام برنامج معالجة الصور لاستخدامها في التحليل.
معالجة البيانات التجريبية
ملاحظة: يتم تضمين ملفات التعليمات البرمجية المستخدمة لمعالجة البيانات في الملف التكميلي 5.
1. قم بتشغيل ملفات معالجة البيانات المقدمة. تنبثق صورة تم التقاطها بواسطة كاميرا D-SLR على الشاشة. انقر فوق منطقة مستطيلة واسحبها ، مع محاذاة ارتفاعها مع المسافة بين جدران القناة الدقيقة.
2. إذا لم تكن الجوانب الأفقية للمستطيل محاذاة تماما مع جدران القناة الدقيقة ، فيجب تدوير الصورة. قم بتمرير المؤشر فوق زاوية من المستطيل ، وانقر فوقه وقم بتدويره بحيث تكون جدرانه الأفقية موازية لتلك الموجودة في القناة الدقيقة. اضغط على أي مفتاح للمتابعة. تغلق الصورة المنبثقة وتعيد فتحها بعد تدويرها ، كما هو موضح في الشكل 5 أ.
3. انقر واسحب مساحة مربعة مع طول الضلع المطابق للمسافة بين جدران القناة الصغيرة وتوسيطرا عند نقطة الالتقاط. ستكون هذه هي منطقة الاهتمام للحصول على البيانات ، كما هو موضح في الشكل 5 باء. سيتم اقتصاص كل صورة في التسلسل باستخدام نفس المنطقة. اضغط على أي مفتاح للمتابعة. سيتم إغلاق الصورة المنبثقة.
4. في كل بكسل من المنطقة التي تم اقتصاصها ، استخرج القناة الزرقاء من صورة RGB الكاملة (الشكل 5C) واعكسها بطرح قيمتها من 255 ، الحد الأقصى لقيمة قناة اللون (الشكل 5D).
  ملاحظة: حدد القناة الزرقاء ("B" من RGB الكامل) لأنها الأفضل في التقاط شدة صبغة الفلوريسين عند محاولة التمييز بين منطقة القناة من حدود شريط البوليميد مع استخدام مصدر الإضاءة⁶.
5. احسب متوسط قيمة شدة القناة الزرقاء المقلوبة للمنطقة التي تم اقتصاصها.
6. كرر الخطوات 4.2.4-4.2.5 لجميع الصور المتبقية لاستخراج وتخزين متوسط قيمة شدة القناة الزرقاء المقلوبة للمنطقة التي تم اقتصاصها في كل صورة. ينتج عن هذا سلسلة زمنية لمتوسط شدة القناة الزرقاء المقلوبة عند نقطة الالتقاط.
مقاس استقرائي
1. يأخذ صندوق أدوات المنحنى غير الخطي المدمج في الكود متوسط شدة السلسلة الزمنية للقناة الزرقاء المقلوبة التي تم إنتاجها في الخطوة 4.2.6 وينتج ملاءمة باستخدام المعادلة المخصصة:
  (1)
  يستخدم الكود نهج المربعات الصغرى غير الخطية لحساب الأنسب لأربعة معلمات: h₃ و_{x 1} و K و h₄. هنا ، h₄ هو تصحيح لشدة خط الأساس التجريبي المقاسة عندما تمتلئ القناة الدقيقة بماء DI. المعلمة K هي معامل التشتت التجريبي المحسن.
  ملاحظة: المعادلة (1) مقتبسة من تنبؤ نظرية تشتت تايلور لتطور تركيز التتبع بمرور الوقت²^،⁵^،⁹ المبلغ عنها في النتائج التمثيلية كمعادلة (2).

النتائج

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

تظهر خطوات تصنيع رقاقة الموائع الدقيقة في الشكل 1. نقوم بتضمين في الشكل 2 الخطوات المقترحة لتوصيل أنبوب PTFE بطرف المحقنة المستخدم لحقن تدفق الخلفية للماء منزوع الأيونات (DI) في رقاقة الموائع الدقيقة من خلال مضخة الحقنة القابلة للبرمجة. يتضمن الشكل 3 صورة مسماة للإعداد التجريبي الكامل. يتضمن الشكل 4 عدم تغيير حجم المنظر العلوي (الشكل 4 أ) والمنظر الجانبي (الشكل 4 ب) مخططات الإعداد التجريبي التي تسلط الضوء على رقاقة الموائع الدقيقة النسبية وموضع الكاميرا. يشير الشكل 5 عن تسلسل العمليات المطبقة على الصور التجريبية أثناء مرحلة معالجة البيانات في البروتوكول. في الشكل 5 أ ، نعرض كيف يقوم الكود بمحاذاة القناة الدقيقة أفقيا (إذا لزم الأمر) ، ثم يوضح الشكل 5 ب اقتصاص المنطقة المربعة ذات الاهتمام المتمركزة حول نقطة الالتقاط وبطول الجانب الذي يحدده عرض القناة الدقيقة ، ث. يعزل الشكل 5 ج القناة الزرقاء عن صورة RGB الكاملة في منطقة الاهتمام التي تم اقتصاصها ، ثم أخيرا يوضح الشكل 5D قيمة الشدة المقلوبة للقناة الزرقاء للمنطقة المقطوعة التي تم الحصول عليها عن طريق طرحها من 255 (الكثافة القصوى لكل قناة لونية).

يتراكب الشكل 6 مع النتائج من تشغيل تجريبي واحد (متقطع) مع الملاءمة المستقرة المقابلة (الصلبة). هنا ، كل نقطة بيانات تجريبية هي متوسط قيمة شدة القناة الزرقاء المقلوبة المحسوبة من خلال خطوات معالجة البيانات الموضحة في الشكل 5. عند نقطة الالتقاط الثابتة في اتجاه مجرى النهر من مدخل التتبع ، تتنبأ نظرية تشتت تايلور²^،⁵^،⁹ بأن تطور تركيز التتبع بمرور الوقت موصوف من خلال:

figure-results-1 (2)

حيث C (t) هو تركيز التتبع المتوسط المقطعي (g / L) ، والذي تم التحقق من ارتباطه خطيا بالكثافة المقاسة للمتتبع ؛ C₀ هو تركيز التتبع الأولي (جم / لتر) ، و U هو معدل التدفق (سم / ثانية) ، و t هو الوقت (الأمر) ، و x (سم) هو الإحداثي المحوري في القناة فيما يتعلق بموقع حقن المتتبع. K هو معامل التشتت المعزز للتتبع (سم² / ثانية) بسبب تفاعل الحمل والانتشار الجزيئي. نقوم بإدخال المعلمات التجريبية ونستخدم تطبيق تركيب المنحنى غير الخطي للكود (curveFitter) للعثور على أفضل قيمة مناسبة ل K. يتم عرض ثلاثة إطارات تجريبية للوقت t = 140 ثانية و 150 ثانية و 200 ثانية جنبا إلى جنب مع المنحنيات التجريبية (المتقطعة) والمجهزة (الصلبة) المنتجة لتشغيل تجريبي واحد بمعدل تدفق U = 0.1 سم / ثانية في قناة دقيقة بطول 18.77 سم ونسبة العرض إلى الارتفاع λ = 1/4 ؛ هذا يتوافق مع رقم Péclet Pe figure-results-2 88. هنا ، يتكون المتتبع من 0.6 جم / لتر من ملح الصوديوم الفلوريسيين المخفف في ماء DI مع معامل الانتشار الجزيئي المبلغ عنه في الأدبيات¹⁰^،¹¹ مثل κ = 5.70 × ^10-6 سم² / ثانية. تم إجراء جميع التجارب المبلغ عنها في هذه المخطوطة في درجة حرارة الغرفة 22 درجة مئوية.

يمكن استخدام معامل التشتت التجريبي المحسن ، K ، لقياس صحة الإعداد والبروتوكول التجريبي الخاص بنا عن طريق حساب كمية ذات صلة - عامل التشتت²^،⁵^،⁹^،¹² ، f. تعتمد هذه المعلمة على هندسة القناة ويتم حسابها^{على أنها 5}^،¹²^،¹³:

figure-results-3 (3)

حيث κ هو معامل الانتشار الجزيئي للتتبع (سم² / ثانية) و h / 2 هو الطول المميز المختار. رقم Péclet هو معلمة غير أبعاد تحدد نسبة التأثيرات الدافعة إلى الانتشار ، Pe = Uh / (2κ). يوضح الشكل 7 اتفاقا جيدا بين نتائج عامل التشتت من عمليات التشغيل التجريبية في القنوات الدقيقة ذات المقاطع العرضية المستطيلة لثلاث نسب عرض إلى ارتفاع ومعدلات تدفق مختلفة ، وسلوك عامل التشتت^{النظري 5}^،¹²^،¹³.

figure-results-4
الشكل 1: تصنيع رقائق الموائع الدقيقة. (أ) تصميم لوح البوليستر العلوي لشريحة مقاس 21 × 5 سم. يتم قطع ثلاثة ثقوب بواسطة قاطع الحرف المكتبية ، من اليسار إلى اليمين ، لتكون بمثابة مدخل تدفق ومدخل تتبع ومخرج تدفق ، على التوالي. (ب) تصميم لقناة صغيرة من البوليميد مقاس 18.77 سم مع نقطة التقاط 15 سم في اتجاه مجرى النهر من مدخل المقتبال. (ج) عرض منفجر لتجميع رقاقة الموائع الدقيقة ، من أسفل إلى أعلى: طبقة بوليستر سفلية ، طبقة قناة بوليميد دقيقة ، طبقة بوليستر علوية مع حشية بوليميد ومنفذ مطبوع ثلاثي الأبعاد. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5
الشكل 2: رسم تخطيطي يوضح كيفية توصيل أنبوب PTFE بطرف حقنة. يبلغ معرف الأنبوب 0.3048 مم ، وطرف المحقنة 27 G OD هو 0.4064 مم ، لذا فإن إجراء قطع صغير يبلغ حوالي 1 مم (على اليسار) يمكن أن يكون مفيدا في توفير منطقة فتح أوسع لتوجيه طرف المحقنة (في الوسط). استخدم الملقط لإدخال الأنبوب فوق طرف المحقنة واسحبه لأسفل (يمين). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-6
الشكل 3: صورة مصنفة للإعداد التجريبي. من اليسار إلى اليمين: يتم تركيب كاميرا D-SLR مزودة بعدسة ماكرو مقاس 20 مم f/2 متجهة لأسفل على حامل ثلاثي القوائم لالتقاط القناة الدقيقة المسجلة على لوحة الإضاءة المضيئة. يتم ضبط حقنة زجاجية 0.5 مل متصلة بالقناة الدقيقة من خلال أنابيب PTFE على مضخة الحقنة القابلة للبرمجة. يتم استخدام المشغل عن بعد لتنشيط الكاميرا أثناء عمليات التشغيل التجريبية. تستخدم الماصة الدقيقة لتوليد الحالة الأولية لجهاز التتبع، كما هو موضح في الخطوة 3.2 من البروتوكول. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-7
الشكل 4: مخططات الإعداد التجريبي (وليس على نطاق واسع). (أ) منظر علوي، من اليسار إلى اليمين: مضخة حقنة قابلة للبرمجة مثبتة بحقنة زجاجية سعة 0.5 مل؛ أنابيب PTFE تربط مضخة الحقنة بشريحة الموائع الدقيقة ؛ رقاقة microfluidic مسجلة على لوحة ضوئية على بعد 1 سم من الحافة ؛ الماصة الدقيقة المستخدمة لحقن محلول التتبع من خلال فتحة مدخل التتبع ؛ كاميرا D-SLR مع عدسة ماكرو مثبتة على حامل ثلاثي القوائم ووجهها لأسفل لتأطير نقطة الالتقاط. (ب) منظر جانبي ، من اليسار إلى اليمين: أنابيب PTFE تربط مضخة الحقنة بشريحة الموائع الدقيقة ؛ طرف حقنة ومنفذ مطبوع ثلاثي الأبعاد على رقاقة microfluidic ؛ الماصة الدقيقة المستخدمة لحقن محلول التتبع من خلال فتحة مدخل التتبع ؛ كاميرا D-SLR مع عدسة ماكرو مثبتة ووجهها لأسفل 1 سم فوق نقطة الالتقاط. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-8
الشكل 5: خطوات معالجة الصور في الكود المقدم (انظر الملف التكميلي 5). (أ) صورة تجريبية مستديرة بحيث تكون القناة الدقيقة أفقية. شريط المقياس: 1000 ميكرومتر. (ب) اختيار مربع لمنطقة الاهتمام (ROI) ليتم اقتصاصه بطول جانبي يطابق المسافة بين جدران القناة الدقيقة ؛ هنا ، 400 ميكرومتر. (C) عائد استثمار مقص حيث يتم تحديد القناة الزرقاء من الصورة الكاملة باللون الأحمر والأخضر والأزرق (RGB). شريط المقياس: 200 ميكرومتر. (د) قناة زرقاء مقلوبة لعائد الاستثمار المقصوص. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-9
الشكل 6: متوسط شدة التتبع المقطعي مقابل الوقت عند نقطة التقاط الكاميرا لمتتبع الفلوريسين (متقطع) متراكب مع ملاءمة المنحنى المستقرة (صلبة). أجريت هذه التجربة باستخدام 0.6 جم / لتر من ملح الصوديوم الفلوريسيين في متتبع الماء DI ، على قناة دقيقة بطول 18.77 سم ونسبة العرض إلى الارتفاع λ = 1/4 ، بمعدل تدفق 0.1 سم / ثانية و Pe figure-results-10 88. تظهر شدة القناة الزرقاء المقلوبة لثلاثة إطارات تجريبية في بعض الأحيان 140 ثانية (أزرق) و 150 ثانية (برتقالي) و 200 ثانية (أخضر) فوق المخطط مع تضاعف السطوع من أجل الوضوح. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-11
الشكل 7: معامل التشتت مقابل نسبة العرض إلى الارتفاع للقناة الدقيقة. مقارنة بين القيم النظرية (المنحنى الأزرق) والتجريبية (نقاط البيانات السوداء) لعامل التشتت ، f. يتم الحصول على المنحنى النظري باستخدام حل المعادلات التفاضلية الجزئية بطريقة العناصر المحدودة المدمجة في Wolfram Mathematica (NDSolve) ¹². نظهر متوسط والانحراف المعياري للبيانات التجريبية ل: أربع تجارب مع λ = 0.1 ومعدل التدفق 0.02 سم / ثانية. اثنتا عشرة تجربة مع λ = 0.25 ومعدلات تدفق 0.05 سم / ثانية (أربعة) و 0.1 سم / ثانية (أربعة) و 0.2 سم / ثانية (أربعة) ؛ أربع تجارب مع λ = 0.5 ومعدل التدفق 0.1 سم / ثانية. أجريت جميع التجارب على قنوات دقيقة بطول 6.07 سم (مع نقطة التقاط 3 سم في اتجاه مجرى النهر من مدخل التتبع) ؛ ثم تم قياس النتائج على القنوات الدقيقة 18.77 سم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الملف التكميلي 1: ملف .sdlprt للمنفذ الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 2: . ملف قالب DXF للطبقة العليا للرقاقة. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 3: . ملف قالب DXF لحشيات الرقاقة. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 4: . ملف قالب DXF للقناة الدقيقة للرقاقة. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 5: ملفات كود MATLAB المستخدمة لمعالجة البيانات. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

المناقشة

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

في هذا التقرير ، قدمنا إعدادا وبروتوكولا تجريبيا قابلين للتكرار ويمكن الوصول إليهما لتكييف تجربة تشتت تايلور مع مقياس الموائع الدقيقة. نحن نستفيد من تقنية xurography الحالية⁵ لتصنيع قنواتنا الدقيقة داخليا بتكلفة منخفضة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد وقاطع الحرف المكتبية. يتضمن معيار الصناعة الحالي لتصنيع القنوات الدقيقة إنشاء قوالب رئيسية يمكن من خلالها صب القنوات. بالمقارنة مع التقنية التي تمت مناقشتها في هذه المخطوطة ، يمكن أن تتمتع هذه الطرق بدقة قناة وحجم ميزة أفضل بكثير (بعضها صغير يصل إلى 0.1 ميكرومتر) ، ولكن لها عيب يتمثل في التكاليف العامة الأعلى بكثير ، التي تصل إلى عشرات الآلاف من¹⁴ دولارا أمريكيا. بالإضافة إلى التكلفة العامة الأولية ، يتطلب أي تغيير في ميزات تصميم القناة إنشاء قالب رئيسي جديد ومعالجة قنوات جديدة ، مما يزيد من وقت التوقف عن العمل. في المقابل ، تبلغ تكلفة بدء معدات تصنيع القناة المستخدمة في هذا التقرير حوالي 300 دولار أمريكي. هذا يمكن مقارنته بالطريقة الأقل تكلفة لإنتاج قالب رئيسي ، (مثل استخدام التقنيات القائمة على بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS) ، ولكن له ميزة أن التغييرات في تصميم القناة وطباعة القنوات الجديدة تستغرق وقتا أقل بكثير مع الحفاظ على خشونة السطح مقارنة بتقنيات التصنيع الرائدة للقنوات بعرض 200 ميكرومتر⁵. نحن قادرون على قطع شريحة الموائع الدقيقة في أقل من 5 دقائق وبأقل من 1 دولار أمريكي.

في هذا البروتوكول ، يتم تسجيل البيانات في نقطة التقاط ثابتة في اتجاه مجرى النهر من مدخل التتبع من خلال تصوير المجال الساطع باستخدام كاميرا D-SLR المثبتة بعدسة ماكرو. بينما تم تطوير البروتوكول باستخدام محلول ملح الصوديوم الفلوريسين في الماء منزوع الأيونات (DI) ، فإن طريقة التصوير هذه قابلة للتطبيق على أنواع أخرى من الصبغة ، مثل تلوين الطعام ، طالما أن هناك علاقة خطية بين شدة التتبع وتركيزه. يمكن توسيع النطاق المحتمل للمواد الكيميائية التي يجب استخدامها من خلال النظر في طيف الامتصاص وإضاءة الخلفية. ومع ذلك ، نلاحظ أن بعض أصباغ الطعام مشتقة من مواد نباتية وقد تحتوي على أكثر من نوع كيميائي واحد. يجب توخي الحذر عند اختيار تلوين الطعام المراد استخدامه لتجنب النتائج المتضاربة.

تم التحقق من صحة هذا الإعداد والبروتوكول عن طريق حساب عامل التشتت التجريبي ، f ، لنسبة العرض إلى الارتفاع للقناة المتغيرة ومعدل التدفق التجريبي ، ومقارنته بقيمها النظرية للقنوات الدقيقة للمقطع العرضي المستطيل ، كما هو موضح في الشكل 7. قمنا أيضا بحساب معامل الانتشار ، κ ، للتتبع السلبي أحادي النوع في ظل هذه الظروف التجريبية المتغيرة. يشير الجدول 1 إلى معامل الانتشار الجزيئي لملح الصوديوم الفلوريسين الذي تم الحصول عليه من هذا التحقيق التجريبي. على وجه التحديد ، تم حساب قيم κ المجدولة من المعادلة (3) باستخدام نوبات تجريبية لمعامل التشتت المعزز ، K ، والقيم النظرية لعامل التشتت ، f. أبلغنا عن متوسط القيم لأربع تجارب على القنوات الدقيقة بنسب عرض إلى ارتفاع متفاوتة (λ = 0.1 و 0.25 و 0.5) ومعدلات التدفق (0.05 و 0.1 و 0.2 سم / ثانية). لكل منها ، نقوم أيضا بتضمين الخطأ النسبي فيما يتعلق بالقيمة النظرية¹⁰^،¹¹ ، κ = 5.70 × ^10-6سم² / ثانية ، مما يدل على دقة طريقتنا. أخيرا ، لكل مجموعة من المعلمات التجريبية ، نبلغ عن رقم Péclet والنطاق الزمني غير الأبعاد المحدد بقسمة وقت الأبعاد t عندما ينحرف منحنى شدة التجربة عن خط الأساس ، على وقت الانتشار t_d = h² / (4κ). نقوم بتضمين النطاق الزمني التجريبي غير الأبعاد لإثبات أن نظامنا قد دخل نظام تشتت تايلور وبالتالي يمكن تقريبه جيدا من خلال ملف تعريف Gaussian¹⁵. في الواقع ، أوقات المراقبة المبلغ عنها في العمودين الأخيرين من الجدول 1 ، هي حوالي 2-5 (أو أكثر) أضعاف وقت الانتشار t_d.

بعد ذلك ، قمنا بتوسيع البروتوكول للتحقيق في تفاعل وفصل الأيونات متعددة الأنواع. نبلغ أدناه عن نتائجنا من تطبيق تجربة تشتت تايلور على محلول إلكتروليت متعدد الأنواع مصنوع من خلط الفلورسين وملح الصوديوم وملون الطعام الأزرق في ماء DI. يوضح الشكل 8 التطور الزمني لمنحنيات شدة القناة الزرقاء المقلوبة عند نقطة التقاط الكاميرا لثلاثة مواد مذابة: محلول تلوين الطعام الأزرق في ماء DI (-) ، ومحلول ملح الصوديوم الفلوريسيين في ماء DI (...) ، وتلوين الطعام الأزرق المختلط ومحلول ملح الصوديوم الفلوريسين في ماء DI (----). كل منحنى هو متوسط خمس تجارب تجريبية مع انحراف معياري واحد في كل اتجاه (التظليل). تظهر المنحنيات أن التجارب مع تلوين الطعام الأزرق وحده (-) تصل إلى الحد الأدنى أولا ، مقارنة بالمقياس الزمني للحد الأقصى لتجارب ملح الصوديوم الفلوريسيين (...). هذا يتفق مع حقيقة أن ملح الصوديوم الفلوريسين له معامل انتشار جزيئي أصغر بترتيب واحد من اللون الأزرق 1 ، وهو مكون الصبغة لتلوين الطعام الأزرق^{المستخدم 16}. تسلط تجارب المحلول المختلط (----) الضوء على هذا الاختلاف في النطاق الزمني وما يترتب على ذلك من فصل أيونات مرئي من خلال تغيير تقعر في ملف تعريف الشدة. ينخفض المنحنى إلى ما دون خط الأساس أولا قبل أن يتحول لأعلى ويبلغ ذروته فوق خط الأساس. في الشكل 9 ، نرسم نفس منحنى شدة القناة الزرقاء المقلوبة (----) المختلطة المتراكب بمنحنى تم الحصول عليه من خلال جمع المساهمات الفردية لتجارب تلوين الطعام الأزرق وتجارب ملح الصوديوم الفلوريسيني (+++). يؤكد الاختلاف بين المنحنيين تأثير تفاعل الأيونات على منحنى شدة المحلول المختلط. عند إضافة مساهمتين فرديتين للمذاب ، يقدم منحنى (+++) حدا أعمق مدفوعا بالمساهمة القوية تحت خط الأساس لمحلول الصبغة الزرقاء (كما هو موضح في الشكل 8) ، قبل أن يتغير التقعر على نطاق زمني أطول مقارنة بمنحنى المحلول المختلط (----). أخيرا ، يظهر منحنى المجموع مرة أخرى ذروة أعلى فوق خط الأساس مقارنة بالمنحنى المختلط ، بسبب سلوك محلول ملح الصوديوم الفلوريسين (كما هو موضح على شكل ... في الشكل 8). يعد الذروة الأكثر نعومة جنبا إلى جنب مع تقصير النطاق الزمني مؤشرا على التفاعل بين تلوين الطعام الأزرق وأيونات ملح الصوديوم الفلوريسيين.

تظهر ملامح الشدة في الشكل 6 والشكل 8 والشكل 9 انحرافا. قد يكون هذا بسبب بعض الاختلافات بين نظرية تشتت تايلور الكلاسيكية²^،⁵^،⁹ والكمية المقاسة في التجارب. ويكون المظهر الجانبي للتركيز الذي تنبأت به المعادلة (2) متماثلا في الفضاء، ولكن في إعدادنا التجريبي يؤخذ القياس عند نقطة التقاط ثابتة في اتجاه مجرى النهر من موقع حقن المقتفي كدالة للوقت. عند النظر إليه على أنه دالة للوقت ، يكون المظهر الجانبي الناتج منحرفا بطبيعته. يتوافق هذا التباين الزمني مع الملاحظات التي تم الإبلاغ عنها في الدراسات السابقة ، بما في ذلك Taylor and Harris (2019)⁵. سبب آخر محتمل للانحراف هو تأثير المنطقة المحدودة لنافذة التقاط الصور التجريبية. يتضمن البديل المحتمل للملاءمة الغاوسية الموصوفة في المعادلة (1) ملاءمة البيانات التجريبية لتكامل التعبير الغوسي في المعادلة (2) على منطقة التقاط الصورة المحدودة (في x) ، كما هو الحال في Bharadwaj و Santiago و Mohammadi (2002) ¹⁷. تصبح هذه المساهمة في الانحراف ذات صلة خاصة عندما يكون حجم صندوق الالتقاط مشابها للانحراف المعياري للمنحنى الغوسي. هنا ، طول نافذة الالتقاط لدينا دائما أصغر بترتيب واحد على الأقل من حيث الحجم من انحراف Gaussian القياسي.

توفر هذه الطريقة التجريبية منخفضة التكلفة نهجا يمكن الوصول إليه لتجربة تشتت تايلور على النطاق الدقيق. الخطوة الأكثر حساسية في البروتوكول هي تصنيع وإزالة القناة الدقيقة السلبية. أثناء عملية التصنيع ، يجب توخي الحذر الشديد للتأكد من أن القناة آمنة قبل القطع لمنع الاختطالات. عند إزالة السلبية ، تأكد من عدم ترك أي مادة وراءك وتجنب أي ملامسة للجدران الجانبية للقناة ، والتي يجب أن تكون سلسة ومتوازية ومستقيمة لضمان نتائج تجريبية موثوقة. أحد قيود هذه الطريقة هو حد دقة xurography المتأصل. في هذه المخطوطة ، أصعب القنوات التي يتم إنتاجها هي تلك التي يبلغ عرضها w = 200 ميكرومتر (ونسبة العرض إلى الارتفاع λ = 0.5) ، والتي دفعت ضد حد دقة قاطع الحرفة⁵. السبب الرئيسي للخطأ هو محرك السائر الذي يستخدمه قاطع الحرفة ، والذي يحرك الشفرات بزيادات محددة بناء على التروس الميكانيكية. عندما تتطلب التصاميم أن تكون التخفيضات بين زيادة الخطوة المحددة ، يتم إدخال خطأ أكبر. يتوفر عمل متعمق لتحديد حدود الدقة لطريقة تصوير الزرافة هذه في الأدبيات⁵.

يوفر هذا الإجراء التجريبي طريقة بسيطة لحساب عامل التشتت المحسن ، K ، ومعامل الانتشار الجزيئي ، κ ، للمتتبعات السلبية أحادية النوع. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر البروتوكول طريقة مباشرة لتصور ديناميكيات التفاعل والفصل بين الأنواع الأيونية. نظرا لإمكانية الوصول إلى النظام الأساسي وتعدد استخداماته ، فإن هذه الطريقة مناسبة لتحليل الديناميكيات بين أنواع الأيونات وفهم التفاعل المعقد لظواهر النقل ويمكن استخدامها بسهولة في تطبيقات مثل الخلاط الصغير.

					الوقت غير الأبعاد
نسبة العرض إلى الارتفاع ، λ	معدل التدفق (سم / ثانية)	κ التجريبي (سم² / ثانية)	خطأ نسبي	رقم Péclet (Pe)	ر_دقيقة / طن_د	ر_ماكس / تي_د
0.1	0.02	5.813 × ^10-6 ± 3.797 × ^10-7	1.982 س ^10-2	~ 18	~ 30	~ 52
0.25	0.05	5.333 × ^10-6 ± 4.179 × ^10-7	6.443 س ^10-2	~ 44	~ 11	~ 27
0.25	0.1	5.655 × ^10-6 ± 2.822 × ^10-7	7.838 س ^10-3	~ 88	~ 6	~ 16
0.25	0.2	5.978 × ^10-6 ± 1.724 × ^10-7	4.884 س ^10-2	~ 175	~ 2	~ 10
0.5	0.1	5.444 × ^10-6 ± 4.790 × ^10-7	4.496 س ^10-2	~ 88	~ 6	~ 16

الجدول 1: معامل الانتشار الجزيئي التجريبي (κ) لملح الصوديوم الفلورسين. يتم حساب النتائج من المعادلة (3) باستخدام النوبات التجريبية لمعامل التشتت المعزز ، K ، والقيم النظرية لعامل التشتت ، f. يبلغ كل صف عن متوسط قيمة κ (والانحراف المعياري ذي الصلة) لأربع تجارب على القنوات الدقيقة بنسبة عرض إلى ارتفاع محددة (λ = 0.1 أو 0.25 أو 0.5) ومعدل التدفق (0.05 أو 0.1 أو 0.2 سم / ثانية). لكل منها ، نقوم بتضمين الخطأ النسبي فيما يتعلق بالقيمة النظرية¹⁰^،¹¹ ، κ = 5.70 × ^10-6 سم² / ثانية ، لإثبات دقة طريقتنا. بالإضافة إلى ذلك ، لكل صف ، نقوم بإدراج رقم Péclet التجريبي والنطاق الزمني غير الأبعاد المحدد بقسمة وقت الأبعاد t عندما ينحرف منحنى شدة التجربة عن خط الأساس ، بوقت الانتشار t_d = h² / (4κ).

figure-discussion-1
الشكل 8: التطور الزمني لمتوسط شدة متتبع القناة الزرقاء المقلوبة عند نقطة التقاط الكاميرا لثلاثة متتبعات. التطور الزمني لمتوسط شدة متتبع القناة الزرقاء المقلوبة عند نقطة التقاط الكاميرا لثلاثة متتبعات: محلول تلوين الطعام الأزرق في ماء DI (عند نسبة تركيز تلوين الطعام: DI = 1:20 مل ، -) ، محلول ملح الصوديوم الفلوريسين في ماء DI (بتركيز 0.6 جم / لتر ، ...) ، ومحلول مختلط يحتوي على كل من تلوين الطعام الأزرق وملح الصوديوم الفلوريسيين بنفس التركيزات كما في تجارب التتبع الفردية (----) ، أي تلوين الطعام الأزرق: DI = 1:20 مل و 0.6 جم / لتر من الفلورسين. كل منحنى هو متوسط خمس تجارب تجريبية مع انحراف معياري واحد في كل اتجاه (التظليل). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-discussion-2
الشكل 9: التطور الزمني لمتوسط شدة متتبع القناة الزرقاء المقلوبة عند نقطة التقاط الكاميرا للحل المختلط. التطور الزمني لمتوسط شدة متتبع القناة الزرقاء المقلوبة عند نقطة التقاط الكاميرا للمحلول المختلط الذي يحتوي على تلوين الطعام الأزرق وملح الصوديوم الفلوريسيني (----) مع تلوين الطعام الأزرق: DI = 1: 20 مل و 0.6 جم / لتر من الفلورسين ، ومنحنى المجموع (+++) يجمع بين شدة تجارب محلول تلوين الطعام الأزرق (منحنى صلب في الشكل 8 ، –) وتجارب محلول ملح الصوديوم الفلوريسين (منحنى منقط في الشكل 8 ، ...). المنحنى المختلط هو متوسط خمس تجارب تجريبية مع انحراف معياري واحد في كل اتجاه (التظليل). يتم حساب الانحراف المعياري لمنحنى المجموع بأخذ الجذر التربيعي لمجموع الانحرافات المعيارية تربيع التجارب مع كل حل تتبع فردي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الإفصاحات

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

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

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

يرغب برناردي وتيج في الاعتراف بدعم مختبر النماذج الأولية للتعليم والتطبيق (LEAP) في معهد ووستر للفنون التطبيقية ، بالإضافة إلى التمويل من مؤسسة سيمونز من خلال دعم السفر لعلماء الرياضيات (رقم الجائزة 963534). يشكر برناردي وتيج أيضا كل من جنيف إيزاكسون وجوستين شين وتوم كوهين على العمل المبكر في الإعداد التجريبي ، وريمي كابلينسكي والحوسبة الأكاديمية والبحثية في معهد ووستر للفنون التطبيقية لدعم الطباعة ثلاثية الأبعاد ، بالإضافة إلى دانيال إم هاريس وإيلي سيلفر وأعضاء آخرين في مختبر هاريس في جامعة براون على رؤيتهم ونصائحهم المفيدة عند إعداد التجارب الأولى في معهد ووستر للفنون التطبيقية.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
ماصة حجم قابلة للتعديل ، 0.5 &ndash ؛ 10 μ L	MUHWA	B08TBPMKZL	تحولت إلى طاولة
حصيرة قص Cameo، 12 × 12 بوصة	صورة ظلية أمريكا	8.19177E+11	تستخدم وظيفة aphabetize في الجدول
بطارية الكاميرا الإضافية	نيور	B0B5WY8T96	تمت إزالة المنافذ المطبوعة ثلاثية الأبعاد
حامل ثلاثي القوائم للكاميرا ؛	طليعه	B00CCA1Y3S	تمت إضافة طابعة ثلاثية الأبعاد من النموذج 2 تمت إضافة طابعة ثلاثية الأبعاد من النموذج 2
راتنج شفاف V5	Formlabs	https://formlabs.com/store/materials/clear-resin/	راتنج الطباعة ثلاثية الأبعاد
مسرع الغراء Cyanoacrylate (CA)	ستاربوند	B00BUVAZ5S	تمت إضافة راتنج أيضا
كاميرا D-SLR	نيكون	دي 500	تمت إضافة برنامج الطابعة
برنامج لوحة القيادة	Formlabs	https://formlabs.com/software/dashboard/	برنامج الطباعة ثلاثية الأبعاد تمت إضافة أعمال صلبة CAD
ماء منزوع الأيونات	غير متاح	غير متاح	تمت إضافة Matlab
لوحة LED قابلة للتعتيم	القيصر فوتوتكنيك	202455	Slimlite Plano 5000K 19.6 × 13.8 بوصة < br / > غيرت مجموعة FSS إلى رقم الكتالوج
شريط بوليميد على الوجهين، لفة 1 بوصة × 36 ياردة	بيرتيك	B00HFN6E0K
فلوريسين صبغة ملح الصوديوم - 100 غرام	سيجما ألدريتش	5184أ17
نموذج 2 طابعة ثلاثية الأبعاد	Formlabs	https://formlabs.com/3d-printers/form-2/
حقنة زجاجية مع طرف لور ، 500 & micro ؛ L	شركة هاميلتون	رقم الهاتف: 80801
ملاقط عالية الدقة، 0.004 بوصة عرض × 0.002 بوصة سميكة	ماكماستر كار	ECCN: EAR99	طرف مدبب قياسي
KimWipes	كيمتيك	B0013HT2QW	4.4 × 8.4 بوصة
أطراف ماصة الماصة السائلة، 1000 قطعة/كيس	MUHWA	B07S1WJCHP	1 مطلوب لكل تجربة تجريبية
عدسة ماكرو 20 مم f / 2	ميتاكون تشونغي	B075JRGWW1
شريط لاصق، 0.70 بوصة × 54.6 ياردة	ماركة سكوتش	B00347A8E4
برنامج MATLAB ، إصدار 2023b	أعمال الرياضيات	https://www.mathworks.com/products/matlab.html
غراء CA متوسط ، 2 أوقية ؛	ستاربوند	126150047	بريميوم سيانوأكريليت سوبر غراء
بطاقة ذاكرة ، 64 جيجابايت	سان ديسك	‎ B09X7C7NCZ
ألوان طعام نيون متنوعة و صبغة بيض ، 1.5 أونصة سائلة	ماكورميك وأمبير الشركة، Inc.	B09PFV6275	الوردي والأخضر والأزرق. مطلوب فقط 1 قارورة من تلوين الطعام الأزرق. مكونات تلوين الطعام الأزرق: ماء ، بروبيلين جليكول ، FD & C أزرق 1 ، بروبيل بارابين (مادة حافظة).
توازن دقيق	أدوات مختبر سارتوريوس	BCE224 - 1S	Entris ® الخط الأساسي الثاني. تستخدم لوزن مسحوق ملح الصوديوم الفلوريسين لخلط التتبع.
الأنابيب الدقيقة PTFE ، 0.012 "معرف × 0.030" OD	كول بارير	إم بي -00060882	أنابيب نقل الجمجير. الحد الأدنى المطلوب: 50 سم.
مشغل قابل للبرمجة عن بعد	بيكسل برو	TW-283DC0 / DC2
مقص	الامازون	B01BRGUAT6
شريط سكوتش	ماركة سكوتش	B01C5IHGJW
صورة ظلية حجاب 4 كرافت القاطع	صورة ظلية أمريكا	8.19177E+11
صورة ظلية Cameo AutoBlade (النوع B)	صورة ظلية أمريكا	8.19177E+11	2 مطلوب
Silhouette Studio Basic Edition الإصدار 4.5	صورة ظلية أمريكا	https://www.silhouetteamerica.com/silhouette-studio	في حالة استيراد ملف . ملفات قوالب DXF المقدمة كجزء من الملفات التكميلية في إصدار البرنامج هذا، قم أولا بتعيين إعدادات استيراد البرنامج لقراءة حجم الملف "كما هو" بالنقر فوق: تحرير تفضيلات > > استيراد > DXF > فتح > كما هو.
زراع مطاطي ناعم ، 4.75 × 1.75 × 6.62 بوصة	كرة السرعة	B003IFY622
برنامج SOLIDWORKS ، إصدار التعليم	أعمال صلبة	https://www.solidworks.com/solution/job-functions/educators
مضخة حقنة النخبة القياسية بضخ / سحب 11	جهاز هارفارد	70-4504
طرف حقنة مع قفل لور ، حجم الطرف: 0.5 بوصة ، مقياس 27 ، شفاف	ميتكال	B00F4B9W40	2 مطلوب
صفائح بوليستر فائقة النقاء، 12 × 12 × 0.007 بوصة	جرافيكس	B001K7Q6Z0

المراجع

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

Deen, W. M. Analysis of Transport Phenomena. , Oxford University Press. New York. (1998).
Taylor, G. I. Dispersion of soluble matter in solvent flowing slowly through a tube. Proc R Soc Lond A. 219 (1137), 186-203 (1953).
Bello, M. S., Rezzonico, R., Righetti, P. G. Use of Taylor-Aris dispersion for measurement of a solute diffusion coefficient in thin capillaries. Science. 266 (5186), 773-776 (1994).
Ding, L. Shear dispersion of multispecies electrolyte solutions in the channel domain. J Fluid Mech. 970, A27(2023).
Taylor, A. W., Harris, D. M. Optimized commercial desktop cutter technique for rapid-prototyping of microfluidic devices and application to Taylor dispersion. Rev Sci Instrum. 90 (11), 116102(2019).
Lee, G., Luner, A., Marzuola, J., Harris, D. M. Dispersion control in pressure-driven flow through bowed rectangular microchannels. Microfluid Nanofluidics. 25, 1-11 (2021).
Stroock, A. D., Dertinger, S. K. W., Ajdari, A., Mezic, I., Stone, H. A., Whitesides, G. M. Chaotic mixer for microchannels. Science. 295 (5555), 647-651 (2002).
Walsh, D. J., Schinski, D. A., Schneider, R. A., Guironnet, D. General route to design polymer molecular weight distributions through flow chemistry. Nat Commun. 11 (1), 3094(2020).
Aris, R. On the dispersion of a solute in a fluid flowing through a tube. Proc R Soc Lond A Math Phys Sci. 235 (1200), 67-77 (1956).
Aminian, M., Bernardi, F., Camassa, R., Harris, D. M., McLaughlin, R. M. How boundaries shape chemical delivery in microfluidics. Science. 354, 1252-1256 (2016).
Aminian, M., Bernardi, F., Camassa, R., Harris, D. M., McLaughlin, R. M. The diffusion of passive tracers in laminar shear flow. J Vis Exp. (135), e57205(2018).
Dutta, D., Ramachandran, A., Leighton, D. T. Effect of channel geometry on solute dispersion in pressure-driven microfluidic systems. Microfluid Nanofluidics. 2, 275-290 (2006).
Bontoux, N., Pépin, A., Chen, Y., Ajdari, A., Stone, H. A. Experimental characterization of hydrodynamic dispersion in shallow microchannels. Lab Chip. 6 (7), 930-935 (2006).
Todd, D., Krasnogor, N. Homebrew photolithography for the rapid and low-cost,"Do It Yourself" prototyping of microfluidic devices. ACS Omega. 8 (38), 35393-35409 (2023).
Chatwin, P. C. The approach to normality of the concentration distribution of a solute in a solvent flowing along a straight pipe. J Fluid Mech. 43 (2), 321-352 (1970).
Gimadutdinova, L., Ziyatdinova, G., Davletshin, R. Selective voltammetric sensor for the simultaneous quantification of Tartrazine and Brilliant Blue FCF. Sensors (Basel). 23 (3), 1094(2023).
Bharadwaj, R., Santiago, J. G., Mohammadi, B. Design and optimization of on-chip capillary electrophoresis. Electrophoresis. 23 (16), 2729-2744 (2002).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

تكييف تشتت تايلور لقياس معامل تشتت محاليل الإلكتروليت عبر إعداد الموائع الدقيقة التي يمكن الوصول إليها

في هذه المقالة

ملخص

الملخص

المقدمة

البروتوكول

النتائج

المناقشة

الإفصاحات

شكر وتقدير

المواد

المراجع

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

مقالات ذات صلة