采用泰勒分散体通过可访问的微流控装置测量电解质溶液的分散系数

近年来，重要的研究工作集中在研究和开发具有成本效益的微流体装置上，这些装置可以精确控制流动、颗粒和溶质传输。多物种电解质解决方案在从储能和生物医学诊断到环境监测和水净化的广泛应用中发挥着关键作用。了解不同离子种类如何在这些系统中扩散和相互作用对于优化电化学和传输驱动过程的性能和稳定性至关重要。

当电解质溶液含有具有不同扩散系数的离子时，即使没有外部施加电压，它们的不均匀迁移也会感应出内部电场。扩散速度较快的离子往往会与较慢的离子分离，从而暂时造成电荷不平衡。为了保持电中性，系统产生扩散诱导电势。该场减慢较快的离子并加速较慢的离子。由此产生的电势取决于相对离子迁移率和浓度梯度，在电中性约束下用能斯特-普朗克方程很好地描述了这一点。经典电化学模型，例如亨德森方程和能斯特方程，通过将其与离子传输数和浓度差¹ 联系起来来量化这种现象。

长期以来，泰勒色散分析一直是一种强大的技术，通过观察溶质如何通过直通道^在压力驱动的层流中扩散^2,3来测量分子扩散率。它考虑了平流和扩散之间的相互作用，并能够根据有效扩散率准确推断分子扩散系数。这种方法特别有吸引力，因为它结合了精度、最低的样品要求和快速的数据采集。传统上用于单物种示踪剂，最近的理论扩展现在使其能够应用于多物种系统，使研究人员能够根据耦合的传输行为^从理论上推断单个离子扩散率4。

然而，传统微流控装置（通常基于洁净室依赖的光刻）的高成本和技术复杂性对这种方法的更广泛采用构成了重大障碍。在这项工作中，我们提出了一种低成本、可访问且可重复的泰勒分散技术的改编，该技术采用通过桌面工艺切割机通过xurography制造的微通道。这种方法的启动成本约为 300 美元，无需昂贵的专业设施即可实现快速原型设计和一致的通道制造⁵。该协议通过D-SLR相机和微距镜头进行明场成像，在注射部位⁶下游的固定捕获点建立了示踪剂浓度演变的时间序列。我们证明了该平台可以准确测量单物种无源示踪剂的扩散系数，并将该方法扩展到分析多物种电解质系统。结果揭示了离子-离子耦合效应引起的扩散率变化的明显特征。这种易于使用且经济高效的方法为研究复杂电解质混合物中的离子传输现象提供了实用的工具。例如，所提出的实验装置可以很容易地适应为用作微量混合器，以评估多物种溶质⁷的混合效率，或通过计算机控制的管式流动反应器⁸设计所需的聚合物分子量分布。

1、材料准备

注意：在本报告中，微流控芯片是通过在宽度w = 2.54 cm、厚度h = 100 μm的单层聚酰亚胺胶带中切割微通道设计来构建的，然后将其密封在两片聚酯片之间。微通道的纵横比（λ = h/w）取决于聚酰亚胺的厚度;通道的宽度（W）是该协议中唯一可修改的横截面特征。

1. 将聚酰亚胺胶带切成 21 厘米长的条带。
2. 剪下两个长 21 厘米、宽 5 厘米的涤纶长方形。
   注意：要制造每个 18.77 厘米长的微通道，需要一个聚酰亚胺条和两个聚酯矩形。其中一个聚酯矩形是使用台式工艺切割机切割的，以形成入口和出口孔，而另一个则原封不动地使用。
3. 剪下并留出第二条长 21 厘米的聚酰亚胺胶带用于制作垫圈。这个长度可产生 32 个垫片;每个微通道需要一个垫圈。
4. 通过在树脂打印机上进行三维（3D）打印获得微通道端口。
   1. 每个微通道打印一个端口。该端口的 .sdlprt 文件包含在 补充文件 1 中。设计鲁尔锁注射器吸头的螺纹，以拧入端口以实现防水密封。
   2. 直接在构建平台上进行 3D 打印实体（无填充物），无需额外支撑。将层厚设置为 0.10 mm。
   3. 在 60 °C 的 UV 室中固化打印后 15 分钟。

2. 实验装置的组装

1. 微流控芯片顶层的制造。
   1. 启动工艺切割机设计软件。
   2. 使用工艺切割机设计软件或从其他兼容软件导入设计来设计微通道顶部。
   3. 在彼此相距 18.77 厘米处画两个直径为 0.27 厘米的圆圈：它们是流量入口和出口。在距离入口孔 2.71 厘米处，绘制一个直径为 0.15 厘米的较小示踪剂入口孔。
      注意：一个 .DXF 模板文件（补充文件 2）作为参考包含在内。
   4. 将步骤 1.2 中的两个聚酯矩形之一连接到切割垫的粘性面。使用 2.54 厘米宽的遮蔽胶带，沿周边的四个侧面粘贴。
      注意：由于聚酯板的两面都是均匀的，因此可以在任何一面“向上”的情况下使用。遮蔽胶带是必要的，以防止切割时聚酯的任何移动。步骤 1.2 中切割的另一个聚酯矩形按原样使用。
   5. 确保工艺切割机通过通用串行总线 （USB） 电缆或蓝牙连接到带有设计软件的计算机。
   6. 将垫子的标记边缘与切割机上的箭头标记对齐，将切割垫装入工艺切割机中。将刀片插入工艺切割机的托架槽中。
      注意：微通道制造中的潜在错误主要是由于刀片磨损或未对准造成的。刀片磨损会导致通道壁被粗糙且不均匀地切割。为了解决这个问题，使用不同的刀片来切割每种类型的材料，以减少刀片锋利度的快速下降。遵循这一原则，该协议中需要两个刀片，一个用于聚酯，另一个用于聚酰亚胺胶带。如果在制造通道时，通道壁明显变粗糙或负片变得难以去除，则可能需要更换刀片。刀片未对中可能会导致刀片无法以正确的角度穿透材料，从而导致通道变宽或变窄。此问题在宽度较小的通道中更为常见，但可以通过将通道壁设计为连续切割矩形的长边而不是单独的平行线来缓解。
   7. 在电脑显示器上设计页面的右上角 ，单击发送 ，继续查看材质和切割设置。
   8. 输入聚酯板切割设置。使用此设置，推荐的设置为： 刀片深度：9、 力：33、 通过：1 和 速度：1。
      注意：工艺切割机设置建议基于 Taylor 和 Harris²⁰¹⁹ 年的 5 年工作。
   9. 单击 提交 以将作业提交给工艺切割机。切割机开始切割过程，大约需要 15 秒。
   10. 等待刀片返回其原始位置。然后，按下 弹出 按钮取下切割垫。
   11. 用镊子去除负极聚酯材料。切割好的聚酯片材包括三个孔：相距18.77厘米的进流孔和出流孔，前两个孔之间有一个较小的示踪剂进孔，距进孔2.71厘米，如 图1A所示。
   12. 从切割垫上取出所有材料，并将切屑顶部放在一边。
       注意：切割成聚酯纤维时，刀片会留下一个粗糙的边缘，从切割面的片材中略微突出。组装微流控芯片时，将该边缘朝上（远离聚酰亚胺），以避免它干扰通过微通道的流动。
2. 切割垫片
   1. 使用工艺切割机设计软件或从其他兼容软件导入设计来设计甜甜圈形聚酰亚胺垫片。
   2. 分别画两个直径为 0.52 厘米和 0.24 厘米的同心圆。
      注意：一个 .包含 32 个垫圈的 DXF 模板文件作为 补充文件 3 包含在内。将每个端口连接到微通道时需要一个垫圈。
   3. 将步骤 1.3 中的聚酰亚胺胶带粘贴到切割垫上，两者均粘性面朝上。使用 2.54 厘米宽的遮蔽胶带，沿周边的四个侧面贴上胶带。
   4. 将垫子的标记边缘与切割机上的箭头标记对齐，将切割垫装入工艺切割机中。
   5. 将用于聚酯板材的刀片更换为专门用于切割聚酰亚胺胶带的新刀片。
   6. 在电脑显示器上设计页面的右上角 ，单击发送 ，继续查看材质和切割设置。
   7. 输入聚酰亚胺胶带切割设置。使用此设置，推荐的设置为： 刀片深度：9、 力：1、 通过：1 和 速度：1。
      注意：工艺切割机设置建议基于 Taylor 和 Harris²⁰¹⁹ 年的 5 年工作。
   8. 单击 提交 以将作业提交给工艺切割机。切割机开始切割过程，大约需要 40 秒。
   9. 等待刀片返回其原始位置。然后，按下 弹出 按钮取下切割垫。
3. 顶板、垫圈和端口的组装
   1. 将步骤 2.1 中切割的聚酯板放在平坦的表面上，突起朝上。
   2. 使用镊子从步骤 2.2 中切割的聚酰亚胺胶带上剥下一个垫圈，并将其放在 3D 打印端口的平坦底面上。对齐端口和垫圈孔;为了帮助解决这个问题，请将注射器尖端插入端口并将其用作引导。
   3. 通过对齐端口和进流孔，将带有垫圈的端口连接到聚酯板上，平放。再次，使用注射器尖端将端口居中到纸张入口孔。保持到位 30 秒，以帮助将双面聚酰亚胺垫圈密封到聚酯切片顶部。
      注意： 此时端口和顶板应牢固连接，并且能够通过仅拿起端口将端口和顶板提起在一起。
   4. 在端口周边涂抹少量强力胶，同时向下推以形成永久防水密封。
   5. 放在一边 2-3 小时或使用强力胶活化剂喷雾并等待 10 分钟以确保防水密封。
      注意： 处理强力胶时，请戴上手套并在通风橱中工作。
4. 聚酰亚胺微通道体的制造
   1. 使用工艺切割机设计软件或从其他兼容软件导入设计来设计微通道体。
   2. 在彼此相距 18.6 厘米处画两个直径为 0.36 厘米的圆圈：这些圆对应于 2.1.3 中设计的芯片顶部的进流口和出口孔。
   3. 在这两个孔之间，插入一个所需宽度和长度为 18.77 厘米的矩形。确保 0.05 厘米的矩形与入口和出口孔重叠，以降低去除负片时意外撕裂的风险。
   4. 在距离进流孔 17.71 厘米、距离两侧通道 0.2 厘米处画一条垂直 0.2 厘米的线。
      注意：一个 .DXF 模板文件作为 补充文件 4 包含在内。该设计适用于长18.77 cm、宽400 μm的微通道，如 图1B所示。
   5. 将步骤 1.1 中切割的聚酰亚胺胶带粘在切割垫上，两者均粘性面朝上。使用 2.54 厘米宽的遮蔽胶带，沿周边的四个侧面贴上胶带。
   6. 将垫子的标记边缘与切割机上的箭头标记对齐，将切割垫装入工艺切割机中。保留步骤 2.2 中用于切割垫圈的相同刀片。
   7. 在电脑显示器上设计页面的右上角 ，单击发送 ，继续查看材质和切割设置。在步骤 2.2.7 中对垫片使用相同的切割设置输入。
   8. 单击 提交 将作业发送到工艺切割机。切割机开始切割过程，大约需要 15 秒。
   9. 等待刀片返回其原始位置。然后，按下工艺切割机上的 弹出 按钮取下切割垫。现在，具有可见入口、出口和捕获点特征的微通道被切割到聚酰亚胺中。
      注意： 调整芯片方向，使捕获点更靠近插座;在提供的设计中，距出口为1.107厘米，因此示踪剂入口孔与捕获点之间的距离为15厘米。
   10. 使用镊子从通道中取出负聚酰亚胺材料。根据微通道的宽度和特点，这是一个非常精细的程序，更适合高精度镊子。
   11. 从切割垫上取出所有材料，并将微通道放在一边;确保粘性一面保持不变。
5. 微流控芯片的组装
   1. 将聚酰亚胺胶带粘性面朝上放在平坦的表面上。
   2. 将步骤 1.2 中尺寸的底部聚酯矩形（无孔）放在暴露的聚酰亚胺胶带上。将聚酰亚胺条置于聚酯宽度的中心。
   3. 用滚筒向下施加压力以去除任何较大的气泡，并检查聚酰胺中是否有碎屑或褶皱。
   4. 翻转聚酰亚胺胶带并从底部取下其保护盖。
   5. 将安装在 3D 打印端口上的顶部聚酯板对准聚酰亚胺胶带的入口和出口，并将聚酯板放在聚酰胺的顶部。
   6. 用滚筒向下施加压力以去除任何较大的气泡，并检查聚酰亚胺胶带中是否有碎屑或褶皱。
      注意：通道或壁上的大量碎片，以及未对准的入口和出口孔，会影响层流，从而影响实验。这样就完成了微流控芯片的制造，如 图1C所示。
6. 实验区组装
   1. 注射泵设置
      1. 用去离子 （DI） 水填充 0.5 mL 玻璃注射器。将注射器安装到可编程注射泵上，然后按下 快进 按钮，直到水开始从注射器尖端流出。
      2. 切割一段 50 cm 长的聚四氟乙烯 （PTFE） 管（内径 0.3048 mm，外径 0.762 mm）并将其连接到长度为 1.27 cm、外径为 0.4064 mm 的 27 G 注射器尖端。使用镊子将管子插入注射器尖端并向下拉。
         注意：做一个大约 1 毫米的小切口，以在 PTFE 管中提供更宽的开口区域，并将注射器尖端引导到其中，如 图 2 所示。
      3. 用去离子水填充连接到管道的注射器尖端，以便在开口处形成凸面弯月面。
      4. 将吸头连接到安装在泵上的玻璃注射器上，确保注射器或注射器吸头中没有气泡。
      5. 将注射泵设置为仅输注。输入注射器类型和尺寸为 0.5 mL。
   2. 灯板设置
      1. 插入灯板并将其放置在实验室工作台边缘附近。这是微通道将被粘贴的表面，并且将进行实验运行。
      2. 将灯光面板打开至最高亮度模式。确保进行实验的区域的照明一致至关重要，因为每一次变化都会影响相机的图像捕捉。
      3. 使用2.54厘米宽的遮蔽胶带将步骤2.5中组装的微流体芯片粘在灯板上。
         注意：将通道贴在足够靠近实验室工作台边缘的位置，以便可以使用步骤 2.6.3 中描述的相机设置进行拍摄。在此实验设置中，这样的距离为 1 厘米。
   3. 相机设置
      1. 将安全数码（SD）卡插入D-SLR相机，并使用插入式电池为相机供电。将 20 mm f/2 微距镜头安装到相机上。将相机连接到远程触发器。
      2. 设置三脚架并将微距镜头朝下安装在实验上方。使用水平仪确保微距镜头与感兴趣的通道区域平行。
      3. 将相机视图置于聚酰亚胺胶带中切割的捕获点上。相机应至少高于灯板 1 厘米，以便它可以捕捉捕获点切割和宽通道视图。图像将在示踪剂入口位置下游的固定位置捕获。
      4. 打开相机并将其设置为手动模式，快门速度为 1/100 秒，ISO 800。将 图像质量 设置为 JPEG 精细 ，将 图像大小 设置为 大。将白平衡设置设置为 荧光灯 2。打开图像区域选项，将图像区域设置为DX （24x16）。微距镜头设置为 F2.6 ，放大倍率为 ×4。
      5. 使用遥控器对相机进行编程，使其每 1 秒拍照一次。
         注意： 报告的相机设置基于环境条件，会根据环境照明、相机、镜头等而变化。
7. 示踪剂制备
   1. 量取0.60g荧光素钠盐粉制备示踪剂溶液。将粉末稀释到1 L蒸馏水中，以获得所需的染料浓度（0.6 g / L浓度）。
      注意：可以使用的染料及其浓度可以根据需要改变。然而，必须验证示踪剂的强度和浓度之间存在线性关系。在这里，这是通过使用具有不同已知浓度和通道高度的实验条件对样品进行成像来实现的。选择 0.6 g/L 浓度的荧光素钠盐在从完整的红、绿、蓝 （RGB） 图像绘制蓝色通道强度值时产生线性关系的范围内。完整实验装置的照片如 图 3 所示。 图4 显示了实验装置的俯视图（ 图4A）和侧视图（ 图4B）。

3. 实验运行

1. 设置
   1. 在示踪剂入口孔顶部贴上一层透明胶带以防止外流，确保一侧折叠以便于去除。
   2. 运行可编程注射泵，以非常慢的流速用去离子水淹没微通道。
      注意：对于尺寸为 h x w x l = 100 μm x 400 μm x 18.77 cm 的微通道，使用体积流速 2.4 μL/min（对应于流速 0.1 cm/s）。
   3. 大约 5 分钟后完成进水后，确保没有形成气泡。
      注意：如果形成气泡并且无法通过简单地延长溢流时间来去除，请去除去离子水并用少量乙醇或其他低内聚力和低表面张力的流体冲洗微通道。然后，再次用去离子水快速淹没通道，确保先将其冲洗干净，以免留下乙醇。
   4. 关闭注射泵。
2. 初始条件
   1. 用步骤 2.7 中混合的示踪剂填充 0.5 μL 微量移液器吸头。
   2. 使用折叠的标签从示踪剂入口孔上剥下胶带覆盖物。使用低绒湿巾的角，轻轻去除示踪剂入口孔中的去离子水，等待 30 秒，以确保去离子水前端稳定。
   3. 时间过去后，将微量移液器内容物排放到进气孔中。立即重新密封孔，以流体运动的最小压力将胶带平滑到孔上。
      注意：此步骤创建示踪剂初始条件。在开始实验运行之前，示踪剂必须扩散到微通道的横截面上。
   4. 等待一段时间 t_w >_{t wd} ，让示踪剂推注扩散到微通道的横截面上。
      注意：计算沿通道宽度的扩散时间，如 t_wd = （w/2）²/κ，其中 κ 是示踪剂的分子扩散系数 （cm²/s），w/2 是微通道宽度的一半。假设示踪剂被注入通道的中间，那么在这段等待期间，它到达墙壁所需的最远距离是其宽度的一半。这种计算等待时间 t_w 的方法可以推广到任何具有适当特征长度选择的横截面。在此处报告的代表性结果中，对于w = 400 μm和h = 100 μm，等待时间约为t_w = 14 s。
3. 流
   1. 确保注射泵设置为所需的体积流量。
   2. 同时启动注射泵并激活远程触发器。运行实验 5 分钟，以每秒 1 帧的速度拍照。
      注意：2.4 μL/min 的体积流速对应于微通道中的 0.1 cm/s 流速，w = 400 μm，高度 h = 100 μm（纵横比：λ = 1/4）。

4. 数据处理

1. 从相机中取出存储卡，然后将图像下载到装有图像处理软件的计算机中以进行分析。
2. 实验数据处理
   注意：用于数据处理的代码文件包含在 补充文件 5 中。
   1. 启动提供的数据处理文件。D-SLR 相机拍摄的图像会弹出在屏幕上。单击并拖动矩形区域，使其高度与微通道壁之间的距离对齐。
   2. 如果矩形的水平边与微通道的壁没有完全对齐，则需要旋转图像。将光标悬停在矩形的一角上，单击并旋转它，使其水平壁与微通道的水平壁平行。按任意键继续;照片弹出窗口在旋转后关闭并重新打开，如 图 5A 所示。
   3. 单击并拖动一个方形区域，其边长与微通道壁之间的距离相匹配，并以捕获点为中心。这将是数据采集的感兴趣区域，如 图5B所示;序列中的每个图像都将使用同一区域进行裁剪。按任意键继续;图像弹出窗口将关闭。
   4. 在裁剪区域的每个像素处，从完整的RGB图像中提取蓝色通道（图5C），并通过从最大颜色通道值255中减去其值来反转它（图5D）。
      注意：选择蓝色通道（完整 RGB 中的“B”），因为在尝试区分通道区域与所使用的光源的聚酰亚胺胶带边界时，它最能捕获荧光素染料强度⁶。
   5. 计算裁剪区域的平均倒置蓝色通道强度值。
   6. 对所有剩余图像重复步骤 4.2.4-4.2.5，以提取并存储每张照片中裁剪区域的平均倒置蓝色通道强度值。这会产生捕获点处倒置蓝色通道平均强度的时间序列。
3. 外推拟合
   1. 代码中内置的非线性 curveFitter 工具箱将步骤 4.2.6 中生成的倒置蓝色通道时间序列的平均强度作为输入，并使用自定义方程生成拟合：
      (1)
      该代码使用非线性最小二乘法来计算四个参数的最佳拟合：h₃、x₁、K 和 h₄。在这里，h₄ 是微通道充满去离子水时测量的实验基线强度的校正。参数K为实验增强色散系数。
      注意：公式（1）改编自泰勒色散理论预测示踪剂浓度^{随时间变化}的预测^2,5,9，在代表性结果中报告为公式（2）。

微流控芯片制造步骤如 图1所示。我们在 图 2 中包括了将 PTFE 管连接到注射器尖端的建议步骤，该注射器尖端用于通过可编程注射泵将去离子水 （DI） 的背景流注入微流控芯片中。 图 3 包括完整实验装置的标记照片。 图 4 包括实验装置的不缩放俯视图（图 4A）和侧视图（图 4B）图，突出显示了相对的微流控芯片和相机定位。 图5 报告了在协议的数据处理阶段应用于实验图像的作顺序。在 图5A 中，我们展示了代码如何水平对齐微通道（如果需要），然后 图5B 显示了以捕获点为中心的方形感兴趣区域的裁剪，边长由微通道宽度设置，w。 图5C 将蓝色通道与裁剪感兴趣区域中的完整RGB图像隔离开来， 最后， 图5D 显示了从255（每个颜色通道的最大强度）中减去得到的裁剪区域的蓝色通道的倒置强度值。

图 6 将一次实验运行的结果（虚线）与相应的外推拟合（实心）叠加在一起。在这里，每个实验数据点都是通过图5所示的数据处理步骤计算出的平均倒置蓝色通道强度值。在示踪剂入口下游的固定捕获点，泰勒色散理论 2,5,9 预测示踪剂浓度随时间的变化描述为：

(2)

其中C（t）是横截面平均示踪剂浓度（g/L），已被证实与示踪剂的测量强度呈线性关系;C0 是初始示踪剂浓度 （g/L），U 是流速 （cm/s），t 是时间 （s），x （cm） 是通道中相对于示踪剂注入位置的轴向坐标。K 是示踪剂由于平流和分子扩散相互作用而增强的色散系数 （cm2/s）。我们输入实验参数，并使用代码的非线性曲线拟合应用程序（curveFitter）找到K的最佳拟合值。在长度为18.77 cm、纵横比λ = 1/4的微通道中，以流速U = 0.1 cm / s为一次实验运行生成的实验（虚线）和拟合（实心）曲线显示了时间t = 140 s，150 s和200 s的三个实验框;这对应于 Péclet 编号 Pe 88。在这里，示踪剂由在去离子水中稀释的 0.6 g/L 荧光素钠盐组成，分子扩散系数在文献10,11 中报道为 κ = 5.70 x 10-6 cm2/s。本手稿中报告的所有实验均在 22 °C 的室温下进行。

实验增强色散系数 K 可用于通过计算相关量（色散因子 2,5,9,12，f）来衡量我们的实验设置和协议的有效性。 该参数取决于通道的几何形状，计算为 5,12,13：

(3)

其中 κ 是示踪剂的分子扩散系数 （cm2/s），h/2 是选择的特征长度。佩克莱数是一个量化平流效应与扩散效应之比的无量纲参数，Pe = Uh/（2κ）。图7显示了在具有三种不同纵横比和流速的矩形横截面的微通道中进行实验运行的分散因子结果与理论色散因子行为5,12,13之间的良好一致性。

图 1：微流控芯片制造。 （A） 21 x 5 cm 芯片的顶部聚酯片设计。台式工艺切割机从左到右切割三个孔，分别用作流量入口、示踪剂入口和流量出口。（B）设计一个18.77 cm的聚酰亚胺微通道，捕获点位于示踪剂入口下游15 cm处。（C）微流控芯片组件分解图，从下到上：底部聚酯层、聚酰亚胺微通道层、顶部聚酯层，带有聚酰亚胺垫片和3D打印端口。 请点击此处查看此图的大图。

图 2：显示如何将 PTFE 管连接到注射器吸头的图表。 管路内径为 0.3048 mm，27-G 注射器尖端外径为 0.4064 mm，因此进行大约 1 mm（左）的小切口有助于提供更宽的开口区域来引导注射器尖端（中心）。使用镊子将管子插入注射器尖端并向下拉（右）。 请点击此处查看此图的大图。

图 3：实验装置的标记照片。 从左到右：带有 20 mm f/2 微距镜头的 D-SLR 相机面朝下安装在三脚架上，以捕捉粘在照明灯面板上的微通道。在可编程注射泵上设置一个通过 PTFE 管连接到微通道的 0.5 mL 玻璃注射器。远程触发器用于在实验运行期间激活相机。微量移液器用于生成示踪剂初始条件，如协议的步骤3.2中所述。 请点击此处查看此图的大图。

图 4：实验设置的图表（不按比例计算）。 （A）俯视图，从左到右：安装有0.5 mL玻璃注射器的可编程注射泵;PTFE管连接注射泵到微流控芯片;微流控芯片贴在距离边缘 1 厘米的灯板上;用于通过示踪剂进料孔注射示踪剂溶液的微量移液器;D-SLR 相机将微距镜头面朝下安装在三脚架上，以构图拍摄点。（B）侧视图，从左到右：连接注射泵到微流控芯片的PTFE管;注射器尖端和微流控芯片上的 3D 打印端口;用于通过示踪剂进料孔注射示踪剂溶液的微量移液器;微距镜头面朝下安装在拍摄点上方 1 厘米处的 D-SLR 相机。 请点击此处查看此图的大图。

图5：所提供代码中的图像处理步骤（参见补充文件5）。 （A）旋转实验图像，使微通道水平。比例尺：1000μm。（B）要裁剪的感兴趣区域（ROI）的正方形选择，边长与微通道壁之间的距离相匹配;这里，400 μm。（C）裁剪的ROI，其中蓝色通道是从完整的红色、绿色和蓝色（RGB）图像中选择的。比例尺：200 μm。（D）裁剪ROI的倒蓝色通道。 请点击此处查看此图的大图。

图 6：荧光素示踪剂（虚线）与外推曲线拟合（实线）叠加的荧光素示踪剂的横截面平均示踪剂强度与相机捕获点时间的关系。该试验在长 18.77 cm、纵横比 λ = 1/4 的微通道上以 0.1 cm/s 和 Pe 88 的微通道在去离子水示踪剂中使用 0.6 g/L 荧光素钠盐进行。图上方显示了三个实验帧在 140 秒（蓝色）、150 秒（橙色）和 200 秒（绿色）时的倒蓝色通道强度，亮度加倍以提高清晰度。请点击此处查看此图的大图。

图 7：色散因子与微通道纵横比的关系。色散因子 f 的理论值（蓝色曲线）和实验值（黑色数据点）的比较。理论曲线是使用Wolfram Mathematica（NDSolve）12中内置的有限元方法偏微分方程求解器获得的。我们显示了实验数据的平均值和标准差：四项试验，λ = 0.1，流速0.02 cm/s;12 次试验，λ = 0.25，流速为 0.05 cm/s（四次）、0.1 cm/s（四次）和 0.2 cm/s（四次）;λ = 0.5 且流速为 0.1 cm/s 的四项试验。所有实验均在长度为6.07 cm的微通道上进行（捕获点位于示踪剂入口下游3 cm）;然后在 18.77 厘米微通道上对结果进行基准测试。请点击此处查看此图的大图。

补充文件 1：端口的 .sdlprt 文件 请单击此处下载此文件。

补充文件 2：。芯片顶层的DXF模板文件。请点击此处下载此文件。

补充文件 3：。切屑垫片的 DXF 模板文件。请点击此处下载此文件。

补充文件 4：。芯片微通道的DXF模板文件。请点击此处下载此文件。

补充文件 5：用于数据处理的 MATLAB 代码文件。请点击此处下载此文件。

作者没有什么可透露的。