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Engineering

ग्लास-आधारित उपकरण ड्रॉप और इमल्शन उत्पन्न करने के लिए

Published: April 5, 2022 doi: 10.3791/63376
Automatic Translation
1, 2, 2, 3, 3, 2,4,5
1Department of Chemistry and Physics, Augusta University, 2Department of Condensed Matter Physics, University of Barcelona, 3Agrobío S.L., 4ICREA - Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, 5Institute of Complex Systems (UBICS), University of Barcelona

Summary

यहां, नियंत्रित ड्रॉप आकार के साथ अत्यधिक मोनोडिस्पर्स इमल्शन उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाने वाले ग्लास-आधारित माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया गया है।

Abstract

इस पांडुलिपि में, ग्लास-आधारित माइक्रोफ्लुइडिक्स का उपयोग करके अत्यधिक मोनोडिस्पर्स इमल्शन बूंदों को उत्पन्न करने के लिए तीन अलग-अलग चरण-दर-चरण प्रोटोकॉल का वर्णन किया गया है। पहला उपकरण गुरुत्वाकर्षण द्वारा संचालित सरल बूंदों की पीढ़ी के लिए बनाया गया है। दूसरा डिवाइस एक coflowing योजना में इमल्शन बूँदें उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। तीसरा उपकरण एक तीसरे तरल के अलावा के साथ कोफ्लोइंग डिवाइस का एक विस्तार है जो एक इलेक्ट्रिक ग्राउंड के रूप में कार्य करता है, जिससे विद्युतीकृत बूंदों के गठन की अनुमति मिलती है जो बाद में डिस्चार्ज होती है। इस सेटअप में, तीन तरल पदार्थों में से दो में एक प्रशंसनीय विद्युत चालकता होती है। तीसरा तरल इन दोनों के बीच मध्यस्थता करता है और एक ढांकता हुआ है। दो संचालन तरल पदार्थों के बीच लागू वोल्टेज अंतर एक विद्युत क्षेत्र बनाता है जो कोफ्लोइंग तरल पदार्थों के हाइड्रोडायनामिक तनाव के साथ जोड़ता है, जेट और ड्रॉप गठन प्रक्रिया को प्रभावित करता है। विद्युत क्षेत्र के अलावा सरल coflow उपकरणों की तुलना में छोटी बूँदें उत्पन्न करने के लिए और आकार की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ कणों और फाइबर उत्पन्न करने के लिए एक पथ प्रदान करता है।

Introduction

एक संकीर्ण आकार वितरण के साथ माइक्रोन और नैनोस्केल में बूंदों की नियंत्रित पीढ़ी एक चुनौतीपूर्ण कार्य है। ये बूँदें विज्ञान और प्रौद्योगिकी 1,2,3,4,5,6 में कई अनुप्रयोगों के साथ नरम सामग्री की इंजीनियरिंग के लिए रुचि की हैं।

बूंदों की उच्च उत्पादन दर के लिए सबसे आम उपकरण मिक्सर 7 और अल्ट्रासाउंडपायसीफिकेटर 8 हैं। ये तरीके सरल और कम लागत वाले होते हैं, लेकिन वे आमतौर पर आकारों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ पॉलीडिस्पर्स बूंदों में परिणाम देते हैं। इसलिए, मोनोडिस्पर्स नमूनों का उत्पादन करने के लिए अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता होती है। माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को गठन को छोड़ने के लिए एक कुशल तरीका प्रदान करने के लिए अलग तरह से डिज़ाइन किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, आमतौर पर शामिल कम प्रवाह दर (यानी, कम रेनॉल्ड्स संख्या) द्रव प्रवाह पर महान नियंत्रण के लिए अनुमति देते हैं।

जबकि माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को आमतौर पर पॉली (डाइमिथाइल) सिलोक्सेन (पीडीएमएस) के साथ लिथोग्राफिक तकनीकों का उपयोग करके बनाया जाता है, यह पांडुलिपि ग्लास-आधारित केशिका उपकरणों पर केंद्रित है। पीडीएमएस उपकरणों को आमतौर पर जटिल चैनल पैटर्न डिजाइन करने की उनकी क्षमता के लिए और उनकी स्केलेबिलिटी के कारण चुना जाता है। ग्लास डिवाइस, इसके विपरीत, कठोर होते हैं और उनके पीडीएमएस समकक्षों की तुलना में अधिक विलायक प्रतिरोध होता है। इसके अतिरिक्त, कांच को इसकी भिनभिनाहट को बदलने के लिए संशोधित किया जा सकता है, जो जटिल इमल्शन की पीढ़ी को नियंत्रित करने की अनुमति देता है। नोजल और चैनल की दीवारों का स्वतंत्र रूप से इलाज करने में सक्षम होने के नाते एक नियंत्रित और पुन: प्रस्तुत करने योग्य तरीके से बूंदों के गठन को सक्षम बनाता है, जबकि परिणामी इमल्शन की स्थिरता का आश्वासन देता है यदि बूंदें दीवारों को छूने के लिए थीं9; अन्यथा बूँदें इकट्ठा हो सकती हैं और दीवार पर जमा हो सकती हैं। इन दो प्रकार के उपकरणों के बीच एक और अंतर यह है कि ग्लास-आधारित उपकरणों में, प्रवाह तीन आयामी है, जबकि यह पारंपरिक पीडीएमएस उपकरणों में प्लानर है। यह तथ्य चैनल की दीवारों के साथ ड्रॉप संपर्क को कम करता है ताकि संपर्क लाइनों के प्रभाव को10 उपेक्षित किया जा सके, जिससे कई इमल्शन बूंदों की स्थिरता की रक्षा हो सके।

Figure 1
चित्रा 1: विभिन्न माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस कॉन्फ़िगरेशन। (ए) एक टी-जंक्शन, (बी) एक कोफ्लुइंग डिवाइस, और (सी) एक प्रवाह-फोकसिंग डिवाइस के स्केच। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

तीन मुख्य ज्यामिति का उपयोग किया जाता है, अर्थात् टी-जंक्शन11,प्रवाह 12,13 पर ध्यान केंद्रित करता है, और कोफ्लो14। टी-जंक्शन ज्यामिति में, चैनल में निहित बिखरा हुआ चरण लंबवत रूप से मुख्य चैनल को प्रतिच्छेदित करता है जिसमें निरंतर चरण होता है। निरंतर चरण द्वारा लगाए गए कतरनी तनाव आने वाले बिखरे हुए तरल को तोड़देता है जिसके परिणामस्वरूप बूँदें होती हैं। उत्पन्न बूँदें मुख्य चैनल11 के आयामों द्वारा कम आकार में सीमित हैं। प्रवाह-केंद्रित ज्यामिति में, दो तरल पदार्थों को एक छोटे से छिद्र के माध्यम से मजबूर किया जाता है जो इंजेक्शन ट्यूब के सामने स्थित होता है। परिणाम एक जेट का गठन है, जो इंजेक्शन ट्यूब12,13 की तुलना में बहुत छोटा है। अंत में, coflow ज्यामिति में एक विन्यास है जो दो immiscible तरल पदार्थ14 के समाक्षीय प्रवाह की विशेषता है। सामान्य तौर पर, ऑपरेटिंग स्थितियों के आधार पर टपकाव और जेटिंग देखी जा सकती है। टपकाव शासन कम प्रवाह दरों पर होता है और परिणामस्वरूप बूंदें बहुत ही monodispersed हैं और टिप आकार के लिए एक व्यास आनुपातिक है। दोष इसकी कम उत्पादन आवृत्ति है। जेटिंग शासन टपकाव शासन की तुलना में उच्च प्रवाह दरों पर होता है। इस मामले में, ड्रॉप व्यास जेट के व्यास के लिए सीधे आनुपातिक है जो सही परिस्थितियों में टिप के व्यास से बहुत छोटा हो सकता है।

इन हाइड्रोडायनामिक दृष्टिकोणों का एक विकल्प विद्युत बलों के अतिरिक्त उपयोग पर निर्भर करता है। इलेक्ट्रोस्प्रे ड्रॉपलेट्स उत्पन्न करने के लिए एक प्रसिद्ध और व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक है। यह इस सिद्धांत पर आधारित है कि एक परिमित विद्युत चालकता वाला तरल एक मजबूत विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में विकृत हो जाएगा। तरल अंततः बिजली और सतह तनाव तनाव15 के बीच संतुलन के परिणामस्वरूप एक शंक्वाकार आकार को अपनाएगा। प्रक्रिया विद्युत क्षेत्र के साथ शुरू होती है जो तरल में एक विद्युत प्रवाह को प्रेरित करती है जो सतह पर जमा होने के लिए चार्ज का कारण बनती है। विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति के परिणामस्वरूप इन आवेशों पर एक विद्युत बल होता है, जो तरल को साथ खींचता है, क्षेत्र की दिशा में मेनिस्कस को बढ़ाता है। विभिन्न परिस्थितियों में, मेनिस्कस या तो चार्ज की गई बूंदों को बहा सकता है या एक या कई जेट विमानों का उत्सर्जन कर सकता है जो तब15 बूंदों में टूट जाते हैं। यद्यपि ये विद्युत रूप से सहायता प्राप्त माइक्रोफ्लुइडिक तरीके स्वाभाविक रूप से छोटी बूंदों की पीढ़ी की अनुमति देते हैं, वे एक स्थिर-राज्य ऑपरेशन की कमी से पीड़ित हैं जो इमल्शन मोनोडिस्पर्सिटी से समझौता करता है। परिणामी आवेशित बूँदें सीमित दीवारों और / या डिवाइस में कहीं भी निर्वहन करती हैं जहां विद्युत क्षमता लगाए गए बाहरी वोल्टेज से कम होती है। इस प्रकार, विद्युतीकृत मेनिस्कस अस्थिर हो जाता है, अंततः अराजक तरीके से बूंदों का उत्सर्जन करता है और उनके अनियंत्रित उत्पादन और मोनोडिस्पर्सिटी के नुकसान का कारण बनता है।

इलेक्ट्रो-कोफ्लो में, विद्युत और हाइड्रोडायनामिक तनाव को एक कोफ्लो माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस16 में युग्मित किया जाता है जो डबल इमल्शन12 उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाने वाले एक के समान होता है। दो मुख्य विशेषताएं इलेक्ट्रो-कोफ्लो को एक स्थिर-राज्य उत्सर्जन व्यवस्था तक पहुंचने में सफल होने की अनुमति देती हैं: (i) बिखरे हुए चरण को एक और कोफ्लोइंग चिपचिपा तरल में बाहर निकाला जाता है, और (ii) तरल काउंटर-इलेक्ट्रोड या जमीन का उपयोग। एक बहते हुए बाहरी तरल होने से ड्रॉप उत्सर्जन प्रक्रिया के ज्यामितीय गुणों को बदलने के लिए साबित हुआहै 17। तरल काउंटर-इलेक्ट्रोड परिणामी बूंदों के निर्वहन और निष्कर्षण की अनुमति देता है, जो बूंदों की स्थिर-राज्य पीढ़ी को आश्वस्त करता है। इसके अलावा, विद्युत और हाइड्रोडायनामिक बलों के संतुलन का शोषण करके, परिणामी ड्रॉप आकार संभावित रूप से उन आकारों की तुलना में एक व्यापक सीमा के भीतर भिन्न हो सकते हैं जिन्हें पहले उल्लिखित तकनीकों में से किसी द्वारा कवर किया जा सकता है।

यह विस्तृत वीडियो प्रोटोकॉल ग्लास-आधारित माइक्रोफ्लुइडिक्स के उपयोग और निर्माण में नए चिकित्सकों की मदद करने का इरादा है।

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Protocol

1. सरल बूँदें बनाना

  1. सरल बूँदें बनाने के लिए, डिवाइस बनाने के लिए एक माइक्रोस्कोप स्लाइड (76.2 मिमी x 25.4 मिमी) के साथ बनाए गए ग्लास बेस का उपयोग करें। यह ग्लास के माध्यम से तरल पदार्थों के आसान परिवहन और विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देता है।
  2. टिप के लिए एक गोल ग्लास केशिका का उपयोग करें। इस प्रोटोकॉल के लिए, 1 मिमी व्यास गोल केशिकाओं का उपयोग करें (आकार की एक विस्तृत श्रृंखला में आसानी से उपलब्ध)।
    1. वांछित व्यास के साथ एक टिप बनाने के लिए, एक माइक्रोपिपेट पुलिंग मशीन का उपयोग करके केशिका को तब तक खींचें जब तक कि एक बहुत छोटी नोक (~ 1 μm) के साथ दो आधे केशिकाएं प्राप्त न हों।
    2. वांछित व्यास (2-80 μm) के लिए टिप को काटने के लिए एक माइक्रोफोर्ज का उपयोग करें। बड़े व्यास (> 80 μm) के लिए, एक सिरेमिक टाइल का उपयोग करें यदि माइक्रोफोर्ज उन आकारों में कटौती नहीं करता है।
      नोट: वांछित तरल के आधार पर, कांच का इलाज करने की आवश्यकता होगी, ताकि तरल टिप के बाहर के साथ न चढ़े।
  3. पानी-आधारित तरल पदार्थों के लिए, टिप हाइड्रोफोबिक के बाहरी हिस्से को बनाएं। तेल-आधारित तरल पदार्थों के लिए, जब टिप का बाहरी हिस्सा पानी के संपर्क में होता है, तो टिप हाइड्रोफिलिक के बाहरी हिस्से को बनाएं। ग्लास उपचार के लिए चरण 2.3 देखें।
  4. केशिका में तरल को पेश करने की सुविधा के लिए एक सिरिंज सुई (20 जी) का उपयोग करें। एक छेद उत्कीर्ण करें - केशिका के बाहरी व्यास के आकार का - एक रेजर ब्लेड या स्केलपेल का उपयोग करके सुई के आधार पर।
  5. काटने से किसी भी धूल और तंतुओं को हटाने के लिए सुई को पानी से कुल्ला करें। उन्हें हवा से सुखाएं।
  6. इकट्ठा करने के लिए, त्वरित सूखी epoxy का उपयोग कर माइक्रोस्कोप स्लाइड के लिए गोल केशिका गोंद। केशिका की नोक को माइक्रोस्कोप स्लाइड के अंत के बाहर 1-2 सेमी रखें। केशिका के केंद्र में epoxy के सिर्फ एक थपकी का उपयोग करें। इस तरह, यह दृष्टि के क्षेत्र या सिरिंज सुई के साथ हस्तक्षेप नहीं करेगा।
    1. सिरिंज सुई को इस तरह से गोंद करें कि केशिका का अंत सुई के केंद्र में बैठ जाए। सबसे पहले, सुई के नीचे रिम के चारों ओर लगभग कठोर एपॉक्सी की एक छोटी राशि डालें। सुई को इस तरह रखें कि केशिका का अंत उसके आधार के केंद्र में हो।
    2. कुछ मिनटों के बाद, ताजा एपॉक्सी की एक दूसरी परत डालें, सुई के आधार को कवर करें, छेद से बचें। अंत में, सुइयों के अंदर बहने से एपॉक्सी को रोकने के लिए लगभग कठोर एपॉक्सी के साथ छेद को कवर करें। सख्त और इलाज समय के लिए epoxy निर्माता के दिशानिर्देशों का पालन करें।
  7. सुई के लिए टयूबिंग का एक टुकड़ा (आईडी एक्स ओ.डी. 0.86 मिमी x 1.32 मिमी) संलग्न करें। इसे संलग्न करने से पहले ट्यूब को साफ करें। ट्यूबिंग को काटने पर उत्पादित किसी भी अवशेष को हटाने के लिए एक सिरिंज का उपयोग करके मैन्युअल रूप से विआयनीकृत पानी फ्लश करें।
    नोट: टयूबिंग सामग्री प्रयोगों में उपयोग किए जा रहे तरल के साथ संगत होनी चाहिए। ट्यूबिंग डिवाइस और पंपिंग सिस्टम को कनेक्ट करने में सक्षम होने के लिए काफी लंबा होना चाहिए।
  8. डिवाइस के परीक्षण के लिए, सुई के माध्यम से विआयनीकृत पानी पंप करें और देखें कि क्या कोई रिसाव है। मैन्युअल रूप से पानी पंप करने के लिए एक सिरिंज और इसकी संबंधित सुई का उपयोग करें। यदि कोई रिसाव पाया जाता है, तो डिवाइस को अच्छी तरह से सुखा लें। Epoxy लागू करें और फिर से परीक्षण करने से पहले कम से कम 1 घंटे के लिए प्रतीक्षा करें।
  9. बूंदें उत्पन्न करने के लिए, एक क्लैंप का उपयोग करके, डिवाइस को ऊर्ध्वाधर स्थिति में रखें ताकि टिप रसोई के नल की तरह नीचे का सामना कर सके। डिवाइस में तरल पंप करने के लिए एक सिरिंज पंप या दबाव-संचालित सेटअप का उपयोग करें।
  10. surfactant की उचित राशि के साथ एक तरल के साथ एक बीकर या एक शीशी के अंदर टिप रखकर बूँदें ले लीजिए. उदाहरण के लिए, आंतरिक तरल के रूप में 10cSt सिलिकॉन तेल के लिए, पानी में 16 mM सोडियम डोडेसिल सल्फेट (SDS) के निरंतर चरण का उपयोग करें।
    1. पानी में तेल की बूंदों के लिए, बूंदों की स्थिरता को बढ़ाने के लिए, इमल्शन बनाने से पहले संग्रह स्नान के शीर्ष पर चिपचिपा तेल की एक परत जोड़ें। तेल में पानी की बूंदों के लिए, बूंदों को स्थिर करने के लिए तेल में एक गैर-आयनिक सर्फेक्टेंट का उपयोग करें।

Figure 2
चित्रा 2: नक्काशीदार सुई. एक गोल केशिका फिट करने के लिए अपने आधार में नक्काशीदार एक छेद के साथ सुई। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: सरल बूँदें उत्पन्न करने के लिए डिवाइस. सरल बूँदें उत्पन्न करने के लिए एक उपकरण की योजनाबद्ध. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्रा 4: सरल बूँदें एकत्र करना। (ए) बीकर में बूंदों को इकट्ठा करने के तरीके का स्केच। (बी) एक बीकर का शीर्ष दृश्य जहां 10cSt सिलिकॉन तेल की बूंदों को पानी के समाधान में 16 mM SDS में एकत्र किया गया था, जो 580 μm टिप के साथ उत्पादित किया गया था। ड्रॉप का आकार (3.29 ± 0.08) मिमी है। (सी) एक बीकर का शीर्ष दृश्य जहां 10cSt सिलिकॉन तेल की बूंदों को पानी के समाधान में 16 mM SDS में एकत्र किया गया था, जो 86 μm टिप के साथ उत्पादित किया गया था। ड्रॉप आकार (1.75 ± 0.04) मिमी है कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

2. एक coflowing योजना का उपयोग कर इमल्शन बूँदें बनाना

नोट:: डिवाइस चरण 1 में वर्णित डिवाइस के जैसा बनाया गया है।

  1. एक माइक्रोस्कोप स्लाइड (76.2 मिमी x 25.4 मिमी) के साथ किए गए ग्लास बेस पर डिवाइस का निर्माण करें। यह ग्लास के माध्यम से तरल पदार्थों के आसान परिवहन और विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देता है।
  2. लगभग 5 सेमी की लंबाई के साथ बाहरी तरल (इमल्शन के निरंतर चरण) के लिए वर्ग अनुभाग (वर्ग केशिका) के साथ एक केशिका का उपयोग करें। इस प्रोटोकॉल के लिए, 1 मिमी व्यास गोल केशिकाओं का उपयोग करें (आकार की एक विस्तृत श्रृंखला में आसानी से उपलब्ध)।
  3. ग्लास उपचार के लिए, चुने हुए आंतरिक तरल (बिखरे हुए चरण) के आधार पर, वर्ग केशिका हाइड्रोफोबिक या हाइड्रोफिलिक के आंतरिक पक्ष को बनाएं। उपचार कांच में फंसी हुई बूंदों से बचने और नई बूंदों के गठन में हस्तक्षेप करने में मदद करेगा।
    1. ग्लास हाइड्रोफोबिक बनाने के लिए, केशिकाओं को 10-15 मिनट के लिए अल्ट्रासाउंड स्नान में एसीटोन के साथ एक शीशी में डालकर साफ करें। एसीटोन या इथेनॉल (कभी पानी नहीं) के साथ उन्हें कुल्ला। उन्हें सुखा लें।
    2. एक साफ और सूखी (हड्डी सूखी) शीशी तैयार करें जिसमें 10 एमएल टोल्यूनि (या हेक्सेन) + 20 μL ट्राइमेथोक्सी (ऑक्टिल) सिलेन समाधान होता है। केशिकाओं को 2 घंटे के लिए समाधान में रखें। समाधान के लिए उपयोग किए जाने वाले एक ही विलायक के साथ केशिकाओं को कुल्ला करें।
    3. एसीटोन के साथ फिर से कुल्ला। हवा के साथ सूखी। उन्हें लगभग 70 डिग्री सेल्सियस पर 30 मिनट के लिए ओवन में बेक करें।
      नोट:: इस प्रक्रिया को उन्हें तोड़ने के बिना डिवाइस युक्तियों के लिए लागू करने के लिए मुश्किल है।
    4. डिवाइस युक्तियों का इलाज करने के लिए, उन्हें कुछ सेकंड के लिए टोल्यूनि और ट्राइमेथोक्सी (ऑक्टिल) सिलेन समाधान के समाधान में डुबोएं। किसी भी अतिरिक्त समाधान को निकालें। हवा को सूखने दें।
    5. ग्लास हाइड्रोफिलिक बनाने के लिए, हाइड्रोफोबिक मामले में समान चरणों (2.3.1-2.3.4) को दोहराएं, लेकिन एसीटोन के 10 मिलीलीटर के समाधान के साथ + 20 μL 2-[methoxy (polyethyleneoxy)6-9propyl] trimethoxysilane।
  4. टिप के लिए एक गोल ग्लास केशिका का उपयोग करें। केशिका के बाहरी व्यास का वर्ग केशिका के आंतरिक आकार से मिलान करें। यह सुनिश्चित करता है कि दोनों केशिकाएं समाक्षीय रूप से संरेखित हैं। सुनिश्चित करें कि गोल केशिका की लंबाई वर्ग केशिका की तुलना में कई सेंटीमीटर लंबी है।
  5. बिखरे हुए तरल के आधार पर, कांच का इलाज करें, इसलिए तरल टिप के बाहर के साथ नहीं चढ़ता है।
  6. त्वरित सूखी epoxy का उपयोग कर माइक्रोस्कोप स्लाइड के लिए वर्ग केशिका gluing द्वारा इकट्ठा. माइक्रोस्कोप स्लाइड के अंत के बाहर केशिका की नोक को 1-2 सेमी रखें ( चित्र6ए देखें)।
  7. केशिका के केंद्र में एपॉक्सी के एक थपकी का उपयोग करें, ताकि यह दृश्य के क्षेत्र में या सिरिंज सुई के साथ हस्तक्षेप न करे। तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि यह पूरी तरह से ठीक न हो जाए। ध्यान दें कि यहां तक कि त्वरित शुष्क एपॉक्सी के लिए, निर्माता सामग्री को पूरी तरह से ठीक करने के लिए 24 घंटे की सिफारिश करता है।
  8. वर्ग एक में गोल केशिका का परिचय दें जैसे कि अंत वर्ग केशिका के अंत के बाहर कुछ सेंटीमीटर रहता है।
  9. दूसरे छोर (माइक्रोस्कोप स्लाइड के बाहर) को वर्ग केशिका के अंदर एक दूरी पर रखें जो लगभग वर्ग केशिका के अंत के साथ मेल खाता है (चित्रा 6 बी देखें)।
  10. केशिका के अंत और वर्ग एक की शुरुआत के बीच मध्य दूरी पर epoxy के एक थपकी का उपयोग कर केशिका गोंद. तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि यह पूरी तरह से ठीक न हो जाए।
  11. तरल को पेश करने के लिए आवश्यक दो सुइयों में निम्नलिखित संशोधन करें।
  12. सुई के आधार में केशिका को रखने के लिए, गोल टोपी के आधार में एक छेद बनाएं जो केशिका के बाहरी व्यास के आकार का है ( चित्र2 देखें)। वर्ग केशिका के अंत में अन्य सुई को फिट करने के लिए, संयुक्त को समायोजित करने के लिए सुई के आधार पर गोल और वर्ग छेद तराशें।
  13. सुनिश्चित करें कि दोनों छेद संरेखित हैं ताकि गोल और वर्ग केशिकाओं को सुई के अंदर फिट किया जा सके। काटने से किसी भी धूल और तंतुओं को हटाने के लिए सुइयों को पानी से कुल्ला करें। उन्हें हवा से सुखाएं। सुइयों को गोंद करें और पहले से ही 1.5.2 में वर्णित प्रोटोकॉल का पालन करें ( चित्रा 6 C देखें)।
  14. प्रत्येक सुइयों के लिए टयूबिंग (व्यास और संगत सामग्री की जांच करें) को कनेक्ट करें। उन्हें काटने के बाद टयूबिंग को कुल्ला करें ताकि किसी भी मलबे और फाइबर को हटा दिया जाए। मैन्युअल रूप से, पानी को पंप करने के लिए एक सिरिंज और एक सुई का उपयोग करें। नीचे वर्णित के रूप में लीक के लिए डिवाइस का परीक्षण करें।
    1. ट्यूबिंग के एक टुकड़े को झुकाकर और तरल प्रवाह से इसे प्रभावी ढंग से बंद करने के लिए एक बाइंडर क्लिप का उपयोग करके सुइयों में से एक को बंद करें। अन्य सुई के माध्यम से विआयनीकृत पानी पंप। यदि कोई रिसाव नहीं देखा जाता है, तो अन्य सुई के माध्यम से पंप करें।
    2. यदि एक रिसाव पाया जाता है, तो डिवाइस को अच्छी तरह से सूखा दें, एपॉक्सी लागू करें, और फिर से परीक्षण करने से पहले कम से कम 1 घंटे तक प्रतीक्षा करें।
  15. ड्रॉप्स उत्पन्न करने के लिए, जैसा कि चरण 1.8 में वर्णित है, तरल पदार्थों को चलाने के दो तरीकों में से एक का उपयोग करें: सिरिंज पंपों का उपयोग करके उनकी प्रवाह दरों को ठीक करना, या दबाव वाले कनस्तरों का उपयोग करके उनके दबाव को ठीक करना।

Figure 5
चित्रा 5: हाइड्रोफोबिक उपचार के प्रभाव(ए) और (सी) अंदर किसी भी तरल के बिना केशिका। लाल रेखा केशिका के अंत को इंगित करती है। (बी) अनुपचारित केशिका। तरल केशिका को गीला कर रहा है क्योंकि यह लाल रेखा के ऊपर चढ़ गया है। (d) पानी के साथ केशिका का उपचार किया। पानी इस मामले में केशिका को गीला नहीं करता है। तरल लाल रेखा के नीचे रहता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्र 6: Coflowing डिवाइस. (A) माइक्रोस्कोप स्लाइड पर वर्ग केशिका को रखें। (बी) वर्ग एक के अंदर गोल केशिका की स्थिति। (C) सिरिंज सुइयों के साथ पूरा उपकरण। (d) पूरी डिवाइस की तस्वीर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

3. एक इलेक्ट्रो-कोफ्लो डिवाइस बनाना

  1. माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस बनाने के लिए माइक्रोस्कोप स्लाइड (76.2 मिमी x 25.4 मिमी) के साथ बने एक ग्लास बेस का उपयोग करें। उनकी लंबाई के कारण, एकल मानक माइक्रोस्कोप स्लाइड पर फिट होने के लिए बहुत लंबा, 1 1/2 या दो माइक्रोस्कोप स्लाइड का उपयोग करें।
    1. स्लाइड को एक साथ रखने के लिए स्लाइड के दो छोटे टुकड़े (लगभग 1 सेमी) काटें जैसा कि चित्र 7A में दिखाया गया है। कांच को गोंद करने के लिए epoxy का उपयोग करें। तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि यह ठीक न हो जाए।
  2. दो केशिकाओं को समाक्षीय रूप से संरेखित करें। विभिन्न व्यास के दो गोल केशिकाओं को संरेखित करने की अतिरिक्त लागत से बचने के लिए, एक आंतरिक पक्ष के साथ एक वर्ग केशिका का उपयोग करें जो गोल केशिका के बाहरी व्यास से मेल खाता है। इलेक्ट्रो-कोफ्लो प्रयोगों के लिए, 2 मिमी साइड केशिका का उपयोग करें।
    नोट: 2 मिमी साइड केशिका इलेक्ट्रो-कोफ्लो प्रयोगों को बेहतर तरीके से काम करती है क्योंकि टिप-ग्राउंड दूरी टिप और वर्ग केशिका की दीवार के बीच की दूरी की तुलना में छोटी (या समान) है। 1 मिमी साइड केशिका का उपयोग करते समय, केशिका दीवार जमीन की तुलना में करीब होती है और तरल अक्सर वहां निर्वहन करता है, जिससे गैर-पुनरुत्पादक परिणाम होते हैं।
    1. लगभग 4 सेमी की लंबाई के लिए वर्ग केशिका को काटने के लिए एक हीरे के लेखक या अन्य उपलब्ध उपकरण का उपयोग करें। किसी भी कांच के कणों को हटाने के लिए इसे पानी से कुल्ला करें। हवा को सूखने दें। इसे हाइड्रोफोबिक बनाएं यदि छितरी हुई चरण एक पानी आधारित तरल है, अन्यथा, हाइड्रोफिलिक।
    2. एक पिपेट खींचने वाली मशीन के साथ एक गोल केशिका खींचें जब तक कि आप एक छोटी सी नोक के साथ दो आधे केशिकाओं को प्राप्त न करें।
    3. वांछित व्यास (20-80 μm) के लिए आधे केशिकाओं में से एक की नोक को काटने के लिए एक माइक्रोफोर्ज का उपयोग करें। बड़े व्यास के लिए, आप एक सिरेमिक टाइल का उपयोग कर सकते हैं। तेल इमल्शन में पानी के लिए, टिप हाइड्रोफोबिक के बाहर बनाते हैं।
    4. एक कलेक्टर केशिका के रूप में दूसरे आधे केशिका का उपयोग करें। ऐसा करने के लिए, खींची गई नोक को काटें ताकि मूल फ्लैट सिरों को पुनर्प्राप्त किया जा सके।
    5. दो गोल केशिकाओं को लगभग 4-5 सेमी लंबा होने के लिए काटें (उन्हें स्लाइड से छोटा रखें)। काटने की प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न किसी भी अवशेष को हटाने के लिए उन्हें साफ करें। उन्हें एक सिरिंज का उपयोग करके विआयनीकृत पानी के साथ फ्लश करें। हवा उन्हें सुखाने।
    6. स्लाइड करने के लिए वर्ग केशिका गोंद ( चित्रा 7B देखें). स्लाइड्स के सापेक्ष इसे केंद्र में न रखें; स्लाइड्स का संयुक्त देखने वाले क्षेत्र में नहीं होना चाहिए. सिरों पर लगभग ठीक epoxy के एक थपकी (फैलने को रोकने के लिए) रखो.
    7. टिप और कलेक्टर केशिकाओं को वर्ग केशिका के अंदर रखें। स्लाइड्स के बीच संयुक्त से बचने के लिए दोनों सिरों - टिप और कलेक्टर के एक छोर को एक ही स्लाइड पर रखें ( चित्रा 7 सी देखें)। टिप और कलेक्टर के बीच की दूरी लगभग 2 मिमी है। इस दूरी को मापने के लिए माइक्रोस्कोप का उपयोग करें।
      नोट: यह दूरी उस तकनीक पर निर्भर करेगी जिसका उपयोग आप तरल पदार्थों को पंप करने के लिए कर रहे हैं। अंतिम लक्ष्य टिप और तरल काउंटर-इलेक्ट्रोड के बीच लगभग 1 मिमी की दूरी रखना है।
    8. एक बार केशिकाएं सही दूरी पर होती हैं, तो उन्हें एपॉक्सी के एक थपकी का उपयोग करके स्लाइड पर गोंद करें। एपॉक्सी के साथ ब्याज के क्षेत्र को कवर न करने के लिए सावधान रहें, क्योंकि यह माइक्रोस्कोप में विज़ुअलाइज़ेशन को मुश्किल बना देगा।
  3. केशिकाओं के खुले सिरों के लिए कनेक्शन बनाने के लिए, इन सिरों को कवर करने वाली सुइयों की स्थिति। प्रति डिवाइस चार सुइयों की आवश्यकता होती है।
    1. सुइयों के आधार को काटने के लिए एक रेजर ब्लेड या एक स्केलपेल का उपयोग करें ताकि वे केशिकाओं पर फिट हो सकें। गोल केशिकाओं के अंत में सुई फिट करने के लिए सुई के आधार पर एक गोल छेद करें।
    2. इसे वर्ग केशिका के अंत में फिट करने के लिए, इस संयुक्त को समायोजित करने के लिए सुई के आधार पर गोल और वर्ग छेद करें। सुनिश्चित करें कि दोनों छेद संरेखित हैं ताकि गोल और वर्ग केशिकाओं को सुई के अंदर फिट किया जा सके।
    3. काटने से किसी भी धूल और तंतुओं को हटाने के लिए सुइयों को पानी से कुल्ला करें। हवा उन्हें सुखाने।
  4. सुइयों को गोंद करें। 1.5.2 में दिए चरणों का पालन करें। रिसाव के लिए डिवाइस का परीक्षण करने से पहले एपॉक्सी को रात भर इलाज करने की अनुमति दें।
  5. लीक के लिए डिवाइस का परीक्षण करने के लिए, नीचे दिए गए चरणों का पालन करें।
    1. एक बाइंडर क्लिप द्वारा आयोजित टयूबिंग के एक मुड़े हुए टुकड़े का उपयोग करके सुइयों के दो बंद करें। सुइयों में से एक के माध्यम से विआयनीकृत पानी पंप करें और बाहर निकलने के रूप में अंतिम एक का उपयोग करें। डिवाइस में मैन्युअल रूप से पानी पंप करने के लिए एक सिरिंज और इसकी संबंधित सुई का उपयोग करें।
    2. यदि कोई रिसाव नहीं देखा जाता है, तो अगली सुई के माध्यम से पंप करें। प्रक्रिया को तब तक दोहराएं जब तक कि पानी सभी चार सुइयों के माध्यम से न हो। यदि कोई रिसाव पाया जाता है, तो डिवाइस को अच्छी तरह से सुखाएं, एपॉक्सी लागू करें, और फिर से परीक्षण करने से पहले कम से कम 1 घंटे तक प्रतीक्षा करें।
  6. नीचे वर्णित के रूप में डिवाइस को भरें और हवा के बुलबुले को हटा दें क्योंकि वे सिस्टम में अवांछनीय दोलनों को पेश कर सकते हैं। बुलबुले को हटाने के लिए, विआयनीकृत पानी के साथ दो आधे से भरे सिरिंज का उपयोग करें। पुश और डिवाइस से बाहर सुइयों और केशिकाओं के अंदर फंसी हवा का मार्गदर्शन करने के लिए सिरिंज खींचें।
    1. प्रयोग में उपयोग किए जाने वाले तरल पदार्थों के साथ सिरिंज तैयार करें। सिरिंज से किसी भी बुलबुले को निकालें जैसा कि ऊपर वर्णित है। सिरिंज सुई के लिए टयूबिंग का एक टुकड़ा कनेक्ट करें और इसे सभी हवा को हटाने वाले तरल के साथ भरें।
    2. टयूबिंग को डिवाइस से जोड़ने के लिए, डिवाइस सुइयों में से एक से परीक्षण के लिए उपयोग किए जाने वाले टयूबिंग को हटा दें और जुड़े हुए पानी की सिरिंज में से एक का उपयोग करके पानी पंप करें, ताकि सुई पानी टपक रही हो।
    3. साथ ही टयूबिंग ड्रिप को मनचाहा लिक्विड से बना लें। क्योंकि दोनों सिरों टपकाव कर रहे हैं, जब जुड़ा हुआ है, कोई हवा पेश की है. अन्य दो सिरिंज के साथ इस प्रक्रिया को दोहराएं, इसलिए डिवाइस में एकमात्र मुक्त सुई निकास है।
  7. आंतरिक तरल (बिखरे हुए चरण) सिरिंज को सुई 1 से कनेक्ट करें, बाहरी तरल (निरंतर चरण) सुई 2 से, और कलेक्टर तरल (काउंटर-इलेक्ट्रोड) को सुई 4 से जोड़ें। सुई 3 निकास है ( चित्रा 8 देखें)।
  8. टिप और कलेक्टर तरल के बीच एक संभावित अंतर निर्धारित करने के लिए आंतरिक और कलेक्टर तरल पदार्थ ( चित्रा 8 में सुई 1 और 4) को खिलाने वाली सुइयों के लिए बिजली की आपूर्ति को कनेक्ट करें।
    नोट: क्योंकि सुई धातु है, और इन संचालन तरल पदार्थों के संपर्क में, वे टिप और कलेक्टर मेनिस्कस के बीच संभावित अंतर को स्थापित करने वाले तरल तारों के रूप में कार्य करते हैं। उल्लिखित डिवाइस आयामों के लिए, संभावित अंतर 0 और 2.5 केवी के बीच होगा।
  9. प्रयोगशाला उपकरणों के आधार पर दो संभावित तरीकों में से एक का उपयोग करके तरल पदार्थों को पंप करें: उच्च दबाव सिरिंज पंपों का उपयोग करें जो तरल पदार्थों की प्रवाह दर को ठीक करेंगे या दबाव कनस्तरों का उपयोग करेंगे जो तरल पदार्थों के दबाव को ठीक करेंगे।
  10. एक बार इन विधियों में से एक को चुना जाता है, तो वांछित मूल्यों के लिए बाहरी और आंतरिक प्रवाह दरों को ठीक करें और दूरी, एल, स्थिर रखने के लिए तरल कलेक्टर की प्रवाह दर (या दबाव) को समायोजित करें ( चित्रा 9 देखें)।

Figure 7
चित्र7: एक इलेक्ट्रो-कोफ्लो डिवाइस पर केशिकाओं को चरण-दर-चरण कैसे रखा जाए। (A) दो माइक्रोस्कोप स्लाइड्स को जोड़ने वाले डिवाइस के लिए ग्लास बेस का निर्माण। रंगीन भाग कांच के कटे हुए टुकड़े हैं जो चिपके रहने के बाद, दो माइक्रोस्कोप स्लाइड को एक साथ पकड़ते हैं। (बी) दो इकट्ठे माइक्रोस्कोप स्लाइड पर वर्ग केशिका की इष्टतम स्थिति। (ग) इलेक्ट्रो-कोफ्लो प्रयोगों के लिए गोल केशिकाओं की स्थिति। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 8
चित्र 8: Electro-coflow device. (A) एक electro-coflow device की Photograph. (बी) एक इलेक्ट्रो-कोफ्लो डिवाइस का स्केच। संख्याएं (1) आंतरिक तरल, (2) बाहरी तरल, (3) डिवाइस के निकास, और (4) तरल कलेक्टर / जमीन के लिए इनपुट को इंगित करती हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 9
चित्रा 9: एक इलेक्ट्रो-कोफ्लो प्रयोग के दौरान टिप और तरल काउंटर-इलेक्ट्रोड की तस्वीर। टिप-कलेक्टर दूरी, एल, चिह्नित किया गया है। स्केल बार 100 μm से मेल खाती है। माइक्रोस्कोप आवर्धन 4x है। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

4. सफाई प्रक्रियाओं

  1. केशिकाओं और माइक्रोस्कोप स्लाइड को एसीटोन में रखें ताकि सभी धूल और तेल को हटा दिया जा सके। कोई भी तेल कण या धूल माइक्रोन-आकार युक्तियों को बंद कर सकती है। 10 से 100 μm के बीच टिप आकार के लिए एक 4x से 20x आवर्धन माइक्रोस्कोप के साथ निर्माण के दौरान प्रत्येक चरण के बाद clogs के लिए युक्तियों की जाँच करें।
  2. उपयोग करने से पहले ट्यूबिंग के माध्यम से विआयनीकृत पानी पंप करें। एक सिरिंज और एक सुई का उपयोग करें और मैन्युअल रूप से किसी भी अवांछनीय कण को डिवाइस में ट्यूब के अंदर से यात्रा करने और टिप को बंद करने से रोकने के लिए पानी को पंप करें।

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Representative Results

इस पांडुलिपि में, तीन अलग-अलग उपकरणों को बूंदों को उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। हमने चरण 1 में वर्णित डिवाइस का उपयोग करके (3.29 ± 0.08) मिमी (चित्रा 4 बी) और (1.75 ± 0.04) मिमी (चित्रा 4 सी) के आकार के साथ बूंदें उत्पन्न की हैं। पायस बूँदें coflow और इलेक्ट्रो coflow उपकरणों का उपयोग कर उत्पन्न किया जा सकता है. उत्तरार्द्ध के लिए, हम चित्र9 में टपकाव दिखाते हैं, जबकि शंकु-जेट और व्हिपिंग मोड क्रमशः चित्र 10 और चित्रा 11 में दिखाए गए हैं। चित्रा 9 में हम आंतरिक और संग्राहक तरल पदार्थ के रूप में एक ही तरल का उपयोग करके परिणाम दिखाते हैं। यदि प्रयोगों का लक्ष्य इन बूंदों को इकट्ठा कर रहा है, तो एक अलग संचालन तरल का उपयोग कलेक्टर के रूप में किया जाना चाहिए (अधिक जानकारी के लिए 18 देखें), अन्यथा, बूंदें कलेक्टर के साथ विलय हो जाएंगी क्योंकि वे स्पर्श करते हैं।

शंकु-जेट और सजा मोड उनके कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए सबसे अधिक अध्ययन किए जाते हैं; वे कई अन्य मोड है कि electro-coflow 19,20,21,22 में दिखाई देने के दो हैं. प्रयोगात्मक पैरामीटर (प्रवाह दर और लागू वोल्टेज) के प्रभाव की अधिक व्यवस्थित समीक्षा के लिए, चर्चा अनुभाग और 22 देखें। पांडुलिपि में वर्णित उपकरणों में उत्पन्न होने पर ये मोड समय में स्थिर होते हैं। इन मोड की स्थिरता एक माइक्रोस्कोप और संबंधित छवि प्रसंस्करण के साथ उच्च गति इमेजिंग का उपयोग करके उनके लक्षण वर्णन की अनुमति देती है।

Figure 10
चित्रा 10: शंकु-जेट मोड. आंतरिक और कलेक्टर तरल: एथिलीन ग्लाइकोल; बाहरी तरल: 0.65 cSt सिलिकॉन तेल; आंतरिक प्रवाह दर 16 μL / h है; बाहरी प्रवाह दर 30 mL / h है; लागू वोल्टेज 750 वोल्ट है। स्केल बार 100 μm से मेल खाती है। माइक्रोस्कोप आवर्धन 20x है। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 11
चित्रा 11: सजा मोड. आंतरिक और कलेक्टर तरल: एथिलीन ग्लाइकोल; बाहरी तरल: 10 cSt सिलिकॉन तेल; आंतरिक प्रवाह दर 240 μL / h है; बाहरी प्रवाह दर 20 mL / h है; लागू वोल्टेज 1200 वोल्ट है। स्केल बार 100 μm से मेल खाती है। माइक्रोस्कोप आवर्धन 20x है। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

तीन अलग-अलग ग्लास-आधारित उपकरणों को बनाने के लिए प्रोटोकॉल को ऊपर वर्णित किया गया है। सरल बूंदों को उत्पन्न करने के लिए डिवाइस के मामले में, प्रवाह दर और तरल गुण एक नियंत्रित तरीके से बूंदों को उत्पन्न करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। बूँदें टपकाव शासन में टिप पर, या जेटिंग शासन में जेट के अंत में फार्म होगा। टपकाव से jetting करने के लिए संक्रमण dimensionless वेबर संख्या, हम23 द्वारा parametrized है. यह संख्या जड़त्वीय और सतह तनाव बलों के बीच के अनुपात का प्रतिनिधित्व करती है, Equation 1जहां π तरल का घनत्व है, γ इंटरफेसियल तनाव है, Q प्रवाह दर है और dटिप टिप का व्यास है। जब हम 1 < करते हैं, तो टपकाव होता है। के लिए हम > 1, जड़ता बलों टिप पर ड्रॉप पकड़ सतह तनाव बलों पर काबू पाने के लिए, और एक जेट रूपों. आखिरकार, जेट रेले-पठार अस्थिरता के कारण बूंदों में टूट जाएगा। इस प्रकार, एक निश्चित तरल और प्रयोगात्मक सेटअप के लिए, प्रवाह दर पैरामीटर है जो टपकाव से जेटिंग तक संक्रमण को नियंत्रित करता है। टपकाव शासन लगभग monodispersed बूँदें में जिसके परिणामस्वरूप की विशेषता है, इसलिए यह ड्रॉप पीढ़ी के लिए वांछनीय है, हालांकि उत्पादन आवृत्ति अधिक है जब जेटिंग शासन में बूँदें उत्पन्न होती हैं।

कोफ्लो डिवाइस के लिए, एक वर्ग और एक गोल केशिका का उपयोग दो तरल पदार्थों को एक आसान और किफायती तरीके से समाक्षीय रूप से प्रवाहित करने के लिए किया जाता है। ध्यान दें कि टिप का आकार वर्ग केशिका के आकार की तुलना में बहुत छोटा है। कोफ़्लो में व्यवहार चरण 1 में वर्णित प्रयोगों में देखे गए व्यवहार की तुलना में समृद्ध है। कोफ्लो में टपकाव और जेटिंग पर एक विस्तृत चर्चा23 में पाई जा सकती है। ड्रॉप आकार नियंत्रण पर अधिक जानकारी24 में पाया जा सकता है।

कोफ्लोइंग योजना में एक तीसरा तरल जोड़ने से हम इलेक्ट्रो-कोफ्लो को क्या कहते हैं। आंतरिक और संग्राहक तरल पदार्थों के लिए उपयोग की जाने वाली सुइयों के धातु भागों में बिजली की आपूर्ति को जोड़ने से उनके बीच के क्षेत्र में एक विद्युत क्षेत्र बनाने की अनुमति मिलती है। क्योंकि सुइयों तरल पदार्थ (आंतरिक और कलेक्टर तरल पदार्थ) के संचालन के साथ संपर्क में हैं, ये तरल तारों के रूप में कार्य करते हैं जो टिप और कलेक्टर मेनिस्कस के बीच संभावित अंतर को निर्धारित करते हैं। बाहरी तरल पदार्थ के गुणों को बदलना, जैसे इसकी चिपचिपाहट या प्रवाह दर, मानक इलेक्ट्रोस्प्रे22 में जो देखा जाता है, उसके सापेक्ष मोड की समृद्धि और विशेषताओं को बढ़ाता है। उदाहरण के लिए, चित्रा 11 से पता चलता है कि सजा मोड में कुछ प्रयोगात्मक स्थितियों के तहत एक आदेशित संरचनाहै। यह इसके ज्यामितीय गुणों के अध्ययन की अनुमति देता है, जो आमतौर पर इलेक्ट्रोस्प्रे में संभव नहीं है।

इलेक्ट्रो-कोफ्लो तकनीक अधिकांश समस्याओं को दूर करने में सक्षम है जो अन्य विद्युत रूप से सहायता प्राप्त तकनीकों को अस्थिर बनाती है। विद्युत सहायता प्राप्त तकनीकों में प्रस्तुत समस्याओं में से एक यह है कि उत्सर्जित आवेशित बूंदें कहीं भी निर्वहन करती हैं जहां बिजली की क्षमता काउंटर-इलेक्ट्रोड तक पहुंचने से पहले टिप पर लागू एक से कम होती है। यही कारण है कि हमारे सेटअप के लिए 2 मिमी केशिकाओं का सुझाव दिया जाता है। वर्ग केशिका का हाइड्रोफोबिक उपचार दीवारों पर फंसने से किसी भी बूंद से बचता है जिससे उन्हें तरल कलेक्टर तक पहुंचने तक बेचैन यात्रा करने की अनुमति मिलती है, जहां वे निर्वहन करते हैं। अधिक विशिष्ट धातु इलेक्ट्रोड के बजाय एक तरल काउंटर-इलेक्ट्रोड ( चित्रा 9 देखें) का उपयोग करके, विद्युत क्षेत्र में चार्ज संचय और महत्वपूर्ण विकृतियों को समाप्त कर देता है जो अंततः ड्रॉप उत्पादन प्रक्रिया को प्रभावित करेगा और इमल्शन मोनोडिस्पर्सिटी को गंभीर रूप से प्रभावित करेगा।

उपकरणों के निर्माण से संबंधित एक महत्वपूर्ण व्यावहारिक विवरण उन्हें बनाने में लगने वाला समय है। सभी मामलों में, इस प्रक्रिया में कुछ घंटे लगते हैं (यहां तक कि कम, अगर ग्लास उपचार पहले से किया जाता है), लेकिन दुर्भाग्य से, एपॉक्सी को इलाज के लिए लगभग 10 घंटे की आवश्यकता होती है। इस प्रकार उपकरणों का परीक्षण और उपयोग करने के लिए अगले दिन तक इंतजार करने की सलाह दी जाती है।

इन तीन उपकरणों के निर्माण और पुनरुत्पादन सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण चरणों में से एक ग्लास उपचार है। कांच को उपयोग किए जाने वाले तरल पदार्थों के आधार पर हाइड्रोफोबिक या हाइड्रोफिलिक प्रदान किया जाना चाहिए। टिप के बाहर गीला करने से बचने से बूंदों के स्थिर-राज्य उत्पादन को प्राप्त करने में मदद मिलती है।

सभी तीन उपकरणों के लिए एक महत्वपूर्ण प्रश्न तरल पदार्थ को पंप करने के तरीके से संबंधित है: क्या एक सिरिंज पंप (निश्चित प्रवाह दर) या दबाव-चालित सेटअप (निश्चित दबाव अंतर) का उपयोग किया जाना है। एक सिरिंज पंप तरल पदार्थ के प्रवाह दर नियंत्रण की अनुमति देगा। सिरिंज पंप के लिए एक दोष पंप मोटर के कदम आकार से आने वाली प्रणाली में कंपन की शुरूआत है। दबाव प्रणाली के लिए, दोष तरल पदार्थों की अज्ञात प्रवाह दर है। सिस्टम का अंशांकन एक विकल्प है, जो विभिन्न दबावों के लिए एक निश्चित समय के लिए एकत्र तरल की मात्रा को मापता है। इस विधि की कुछ असुविधाएं यह हैं कि टयूबिंग के आयाम हर बार जब वे परिवर्तित होते हैं, तो स्थिर रहना चाहिए, और लाइनों में फ़िल्टर की संतृप्ति (यदि उपयोग की जाती है) अंशांकन को बदल सकती है। एक विकल्प ड्रॉप उत्पादन दर को मापने के द्वारा आंतरिक तरल की प्रवाह दर की गणना करना है; टपकाव मोड के दौरान उत्सर्जित बूंदों के आकार को मापने और इसकी उत्सर्जन आवृत्ति प्रवाह दर प्रदान करेगा। बाहरी तरल की प्रवाह दर के लिए, प्रयोग के समय के दौरान एकत्र तरल की मात्रा को मापा जा सकता है। ऐसा करने की एक असुविधा यह है कि इन प्रवाह दरों को एक पश्चवर्ती जाना जाता है, न कि प्रयोगों के निष्पादन के दौरान।

सौंदर्यप्रसाधन, खाद्य उद्योग और कई अन्य लोगों के बीच दवा वितरण जैसे क्षेत्रों में यहां प्रस्तुत प्रौद्योगिकियों के कई अनुप्रयोग हैं, जैसे कि गहन कृषि में लागू जैल के लिए टेम्पलेट्स के रूप में परिणामी इमल्शन का उपयोग। माइक्रोफ्लुइडिक से संबंधित प्रौद्योगिकियों का एक उत्थान अनुप्रयोग लाभकारी आर्थ्रोपोड्स के लिए अभिनव फीडिंग सिस्टम का विकास है जो वैकल्पिक पुनर्योजी कृषि के विकास में योगदान देगा। आजकल, वैश्विक खाद्य उत्पादन प्रणालियों को अपने पर्यावरणीय और आर्थिक स्थिरता को बनाए रखते हुए बढ़ी हुई उत्पादकता की मांगों को पूरा करने की चुनौती का सामना करना पड़ रहाहै। फसलों पर कीटों के बड़े पैमाने पर पाले गए प्राकृतिक दुश्मनों, शिकारियों और परजीवी की रिहाई को पर्यावरणीय और आर्थिक परिप्रेक्ष्य से कीटनाशक उपयोग के लिए एक व्यवहार्य और वांछित विकल्प दिखाया गया है। पॉलीफैगस शिकारियोंको पेश करने वाले ग्रीनहाउस में प्रमुख उपलब्धियां प्राप्त की गई हैं 13,27,34। फसलों में पूरक खाद्य पदार्थों का अनुप्रयोग इन शिकारियों की शुरुआती और दीर्घकालिक स्थापना को बढ़ावा देता है जब प्राकृतिक शिकारदुर्लभ होते हैं 26,28,30, विभिन्न तनावों के लिए उनके लचीलेपन में सुधार करते हैं। इसे एक मूल्यवान जैविक नियंत्रण सहायक रणनीति माना जाता है जो संरक्षित और खुले क्षेत्र की फसलों दोनों में बायोकंट्रोल कार्यक्रमों का अनुकूलन और विस्तार करेगा।

इन शिकारियों के जैव उत्पादकों ने तेजी से एक कारीगर से एक पेशेवर उद्योग32 में स्थानांतरित कर दिया है, और एक समग्र दृष्टिकोण के साथ उन्नत विश्लेषणात्मक तकनीकों के हाल के आवेदन से हमें शिकारियों की पोषण संबंधी आवश्यकताओं को बेहतर ढंग से समझने की अनुमतिमिलेगी। हालांकि विभिन्न खाद्य स्रोतों के बीच आने वाली कुछ प्रजातियों के लिए फायदेमंद हो सकताहै, वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश आहार अभी भी एक तथ्यात्मक शिकार पर आधारित हैं। संतुलित आहार सुनिश्चित करने के लिए पूरक कृत्रिम तरल आहार पर विचार किया जाना चाहिए। तरल आहार को उनकी प्रस्तुति के लिए encapsulated करने की आवश्यकता है। यह रणनीति पर्यावरण के अजैविक कारकों (नमी, तापमान, प्रकाश, हवा, आदि) से बायोएक्टिव अवयवों की सुरक्षा, ऑक्सीकरण और वाष्पीकरण हानि की रोकथाम, स्थिरता में सुधार, और जैव उपलब्धता में वृद्धि जैसे कई लाभ प्रदान करती है, दूसरों के बीच 29,33। लाभकारी कीटों के खिला प्रयोजनों के लिए encapsulated कृत्रिम आहार पर आधारित कुछ पेटेंट की सूचना दी गई है (अमेरिकी पेटेंट संख्या 5,799,607 और 6,129,935), लेकिन इन अनुप्रयोगों के वाणिज्यिक पैमाने पर ऊपर खाद्य पदार्थों और शिकारी आवश्यकताओं के पोषण संबंधी रचनाओं के उभरते ज्ञान के साथ समानांतर में बढ़ने की जरूरत है, साथ ही साथ माइक्रोफ्लुइडिक प्रौद्योगिकियों के साथ इन इन-फसल क्षेत्र रिलीज शर्तों के लिए समायोजित किया गया है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

हम एसीएस पीआरएफ (अनुदान 60302-UR9), एग्रोबायो एसएल (अनुबंध # 311325), और MCIN / AEI / 10.13039 / 501100011033 / फेडर, यूई (अनुदान सं। पीआईडी2021-122369एनबी-आई00)।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2-[methoxy(polyethyleneoxy)6-9propyl] trimethoxysilane. Gelest SIM6492.7
Ceramic tile Sutter CTS
Ethylene glycol Fisher BP230 These can be found at other companies like Sigma-Aldrich
Hexane Sigma- Aldrich 34859 Available in other vendors
ITW Polymers Adhesives Devcon 5 Minute Epoxy Adhesive 25 mL Dev-Tube Ellsworth adhesives 470740
Microforge Narishige MF 830
Micropipette puller Sutter P97
Microscope slides Fisher 12-544-1 Available in other vendors
Needle 20 Gauge, .0255" ID, .0355" OD, 1/2" Long McMaster 75165A677
SDS Sigma-aldrich 428015 Surfactant
Silicone oil Clearco PSF-10cSt The catalog number correspond to the 10cSt viscosity oil. Different viscosity oils can be found at this company
Span 80 Fisher S0060500G non-ionic surfactant
Square glass capillary 2mm ID (borosillicate 300 or 600 mm long) VitroCom S 102
Standard Glass Capillaries, 6 in., 2 / 1.12 OD/ID World Precision instruments 1B200-6 These can be found at other companies like Sutter or Vitrocom
Syringe pump Chemyx FUSION 100-X This model has a good quality/price ratio
Syringes (it will depend on the compatibility with the liquids) Fisher Catalog number will depend on the size
Trimethoxy(octyl)silane Sigma- Aldrich 376221 Available in other vendors
Tubing ( it will depend on the compatibility with the liquids) Scientific commodities BB3165-PE/5 This reference is for polyethylene micro tubing. The size fits the needle size listed here

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इंजीनियरिंग अंक 182
ग्लास-आधारित उपकरण ड्रॉप और इमल्शन उत्पन्न करने के लिए
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Guerrero, J., Rojo, J., de la Cotte, A., Aguilera-Sáez, L. M., Vila, E., Fernandez-Nieves, A. Glass-Based Devices to Generate Drops and Emulsions. J. Vis. Exp. (182), e63376, doi:10.3791/63376 (2022).

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