تحليل خلط التجانس في جهاز ميكروفلويديك التي كتبها الميكروسكيل انعراجي تقنية

الهدف العام من هذا الإجراء هو قياس تدرج التركيز بشكل غير جراحي في جهاز ميكروسويديك باستخدام تقنية microscale sch larin. يتم تحقيق ذلك عن طريق إنشاء نظام sch larin microscale أولا من مجهر تباين تعديل هوفمان. قم بإزالة لوحة شق المكثف واستبدل المغير في المكان البؤري الخلفي للهدف بحافة سكين.

الخطوة الثانية هي تركيب قناة صغيرة T وبدء إجراء خلط المعايرة. قم بتصوير قناة T للحصول على صور micro schlein ذات التدرج الرمادي. بعد ذلك ، قارن صور micros larin مع محاكاة ديناميكية للسوائل الحسابية.

لإيجاد العلاقة بين المقياس الرمادي وتدرجات التركيز ، فإن الخطوات النهائية هي تحميل جهاز ميكروفلويدي مستهدف. التقط صورة شلاين دقيقة للخلط واستخدم منحنى المعايرة لتحويل قيم المقياس الرمادي إلى تدرجات تركيز. في النهاية ، يتم استخدام تقنية الشلين الدقيقة لإظهار الاختلاط في التجانس كميا في جهاز ميكروفلويديك في الوقت الفعلي.

الميزة الرئيسية لهذه الطريقة على التقنيات الحالية مثل التصوير الفلوري أو الظل ، هي أنها تتيح قياسات الوفاء غير المستقرة بتدرج التركيز التي تكشف عن الأبعاد ثلاثية الأبعاد في التجانس في جهاز السوائل الدقيقة. يوضح هذا الإجراء الدكتور خريج دكتوراه حديث من المختبر. الخطوة الأولى هي إعداد جهاز الموائع الدقيقة لاستخدامه في التجربة.

تم تصنيع جهاز القناة الصغيرة هذا عن طريق صب بولي ثنائي ميثيل سلون. يظهر التخطيطي للجهاز قنوات التغذية وقناة التقاء الخاصة به. كل قناة متصلة بمنطقة دائرية ستكون موقع اتصال السوائل.

للتجربة ، قم بتركيب جهاز ميكروفلويديك على شريحة زجاجية وأدخل أنابيب التفلون. لإجراء توصيلات السوائل ، ضع الجهاز جانبا. أثناء تحضير التجربة ، قم ببناء نظام schlein المجهري من مجهر تباين تعديل هوفمان.

جهز حافة سكين جاهزة لوضعها في المسار البصري. تم تصميم حافة السكين هذه خصيصا للاستخدام في هذا النظام وهي سوداء لتقليل الانعكاسية. احتفظ بحافة السكين في متناول اليد وابدأ في تعديل انفجار المجهر.

قم بإزالة اللوحة الشق أمام المستوى البؤري للمكثف. بعد ذلك ، قم بإزالة المغير من المستوى البؤري الخلفي للهدف الخمسة x. احصل على حافة السكين وأدخلها بدلا من المغير.

لالتقاط الفيديو، استخدم كاميرا عالية السرعة مثبتة على الأنبوب ثلاثي العينين للمجهر ومتصلة بجهاز كمبيوتر. قم بتشغيل مصدر الضوء وابدأ في إرسال فيديو بتدرج الرمادي إلى الكمبيوتر. بعد ذلك ، التقط صورة ومعالجتها.

سجل صورة من دفق الفيديو واستخدم برنامج معالجة الصور للحصول على قيمة التدرج الرمادي. ارجع إلى المجهر وقم بإزالة حافة السكين على الكمبيوتر. راقب متوسط قراءة المقياس الرمادي أثناء ضبط الإضاءة وفتحة العدسة.

توقف عندما يكون متوسط قراءة التدرج الرمادي للصورة أقل بحوالي 10٪ من القيمة القصوى. هذه هي شدة الخلفية لقطع 0٪. الآن أدخل حافة السكين لحجب الضوء الساقط تماما.

على الكمبيوتر. سجل متوسط قراءة التدرج الرمادي للصورة. هذه هي شدة الخلفية لقطع 100٪.

بعد ذلك ، اضبط موضع حافة السكين بشكل متكرر أثناء مراقبة متوسط قراءة المقياس الرمادي للصور الملتقطة. وقف. عندما يكون متوسط قراءة المقياس الرمادي للصورة في منتصف قيم الصفر و 100٪ ، فإن هذا يضبط درجة القطع على 50٪ الآن عد إلى المجهر لتركيب جهاز القناة الصغيرة T. ضعه على مرحلة العينة بحيث تكون القناة المتقاربة موازية لحافة السكين.

اضبط التركيز تقريبا بمجرد وضع الجهاز في مكانه. إصلاح السوائل للتجربة. حدد سائلين شفافين بدون مؤشرات انكسار لا يمكن تفويهما تماما مع بعضهما البعض.

في هذا الفيديو، يستخدم الماء كسائل مرجعي، ومحلول الإيثانول المائي هو العامل الآخر ومعامل الانكسار كدالة للتركيز. واختر الجزء الكتلي من الإيثانول المائي بحيث يقع في المنطقة الخطية. تستخدم هذه التجربة جزءا كتليا قدره 0.05 لتوزيع إصلاح السوائل.

حقنتان متطابقتان تملأان حقنة واحدة بالماء ، والأخرى تخفف الإيثانول المائي الذي يربط المحاقن بالقناة الصغيرة T. استخدم أنابيب التفلون لتوصيل كل من مدخلي القناة الصغيرة T بأحد المحاقن. لديك مضختين حقنة في مكانهما لتوصيل السوائل إلى مداخل القنوات الدقيقة.

قم بتحميل مضخة واحدة بحقنة السوائل المرجعية. قم بتحميل المضخة الأخرى بحقنة الإيثانول المخففة ، ولكن نهاية أنبوب التدفق في حاوية وتثبيتها على جدار الحاوية. ابدأ المعايرة لمنحهم رقم رينولدز عن طريق ضبط معدل تدفق مضخات الحقنة.

ابدأ تشغيل مضخات الحقنة لتوصيل سوائل العمل في وقت واحد بمعدل تدفق حجم متطابق. استخدم الكاميرا لمراقبة القناة الصغيرة بدقة. اضبط التركيز وانتظر حتى يستقر التدفق الثابت الذي يشير إليه SL ونمط ثابت.

استخدم معدل إطارات يبلغ 30 إطارا في الثانية لتسجيل 20 إطارا من الخلط السائل. هذه الإطارات هي الصورة المكتسبة. عند الانتهاء ، قم بإعداد المضخات للحصول على مجموعة أخرى من الإطارات.

أوقف مضخة الحقنة للإيثانول المخفف واستمر في ضخ المياه من خلال مدخل واحد. راقب التدفق وانتظر حتى يحدث تدفق ثابت مع نولي ونمط. سجل 20 إطارا من الصور بمعدل 30 إطارا في الثانية.

هذه الإطارات هي الصورة المرجعية. استمر في التقاط الإيثانول والماء ثم الماء فقط الصور لكل رقم رينولدز ذي اهتمام. عند جمع جميع البيانات ، انتقل إلى الكمبيوتر لمتابعة المعايرة.

استخدم برنامج معالجة الصور لتقسيم الصور المكتسبة على الصورة المرجعية لكل خطأ في رقم رينولدز. عينة من الصور المكتسبة عندما يدخل الإيثانول المائي من القناة الموجودة أعلى الصورة وتعطي القناة الموجودة في القسم السفلي بواسطة الصورة المرجعية بيانات نسبة المقياس الرمادي على مسافة معينة على طول التيار. حدد نقاطا في اتجاه الدفق المتقاطع واستخرج نسبة التدرج الرمادي في كل منها.

افعل ذلك لعدة نقاط على طول الدفق وارسم البيانات للمقارنة. إجراء محاكاة ديناميكية حسابية للسوائل للتجربة. استخدم هذا لحساب مشتق الكسر الكتلي فيما يتعلق بمشتق التيار المتقاطع.

بعد ذلك ، استغل العلاقة الخطية المتوقعة بين نسبة المقياس الرمادي والمشتق باستخدام الانحدار الخطي. للعثور على خط الانحدار بعد المعايرة ، استخدم تقنية micro schlein لدراسة الجهاز المستهدف. أولا ، افصل جهاز T microchannel وقم بإزالته من مرحلة العينة.

استبدله بجهاز مائل دقيق مستهدف بعمق متساو تقريبا. قم بتوصيل الجهاز بالماء ومحلول الإيثانول المائي بالكاميرا التي تسجل إدخال المياه وتخفيف الإيثانول بمعدلات تدفق متساوية في الكمبيوتر. انتظر حتى يستقر التدفق وسجل 20 إطارا للصورة المكتسبة.

بعد ذلك ، أوقف مضخة الحقنة للإيثانول المائي وأدخل الماء فقط في جهاز الموائع الدقيقة المستهدف. ارجع إلى الكمبيوتر للحصول على الصورة المرجعية. تحتوي نسبة المقياس الرمادي تحت أرقام رينولدز المختلفة لتدرجات الكسر الكتلي الموجب والسالب على نطاق يظهر في منتصف القناة المصغرة T برقم رينولدز منخفض.

توسيع ذيل نطاق Schlein وعدم وضوحه بسبب التشتت عبر واجهة الخلط. مع زيادة رقم رينولدز ، يقصر طول الانتشار ، مما يؤدي إلى نطاق أضيق. في هذا الفيديو ، تم استخدام العلاقة الخطية الموجودة بين نسبة التدرج الرمادي ومشتق الكسر الكتلي لالتقاط الطبيعة المتذبذبة للتدفق في مذبذب ميكروسويديك برقم رينولدز 250.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تنفيذ تقنية الطبقات الدقيقة لتقدير تدرجات التركيز في جهاز الموائع الدقيقة.