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

我们的工作范围是设计和实施一个易于使用的微流体实验平台，适合回答广泛的基本流体问题。最大的挑战是利用低成本设备开发一种可重复且灵活的微通道制造工艺，具有足够的精度。我们的研究旨在解决目前缺乏易于访问和准确的实验装置和方案来测量电解质物质增强扩散率的问题。

我们的平台还允许可视化多物种离子相互作用。我们的实验装置和方案价格低廉、易于访问且准确。采用的低成本微通道制造技术可以在几分钟内生产定制设计芯片。

首先，在连接的计算机上启动工艺切割机设计软件。直接在软件中设计微通道顶部，或从外部软件导入兼容的设计。然后将一个 21 厘米 x 5 厘米的聚酯矩形连接到切割垫的粘性面。

使用遮蔽胶带，用胶带粘住所有四个周边以固定矩形。接下来，将标记的边缘与设备上的箭头指示器对齐，将切割垫装入工艺切割机中。将刀片插入工艺切割机的第一个托架槽中。

单击显示器上设计页面右上角的发送以进入审查屏幕。然后将刀片深度设置为 9，力设置为 33，通过设置为 1，速度设置为 1。现在单击“发送”将作业提交给工艺切割机并启动切割过程。

从切割机上取下切割垫后，用镊子从切割板上去除负聚酯材料。接下来，使用工艺切割机设计软件设计甜甜圈形聚酰胺垫片或从兼容软件导入垫片设计。将一块 21 厘米长的聚酰胺胶带粘在切割垫上，粘性面朝上，并沿着所有四个边缘用遮蔽胶带固定。

输入聚酰胺胶带的切割设置，刀片深度为 9，力为 1，通过度为 1，速度为 1。单击发送将垫片切割作业提交给工艺切割机。然后将切好的聚酯板放在干净、平坦的表面上，突起朝上。

使用镊子从切割的聚酰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。将端口与进流孔对齐，然后使用垫圈将其连接到平铺的聚酯板上。现在在通风橱中，沿着端口周边涂上少量强力胶，同时向下按压以形成防水密封。

对于聚酰胺微通道体的制造，请使用工艺刀具设计软件或导入兼容的外部设计来设计微通道体。将 21 厘米长的聚酰胺胶带条，粘性面朝上贴在切割垫上。然后，将标记的边缘与设备上的箭头指示器对齐，将切割垫装入工艺切割机中。

单击设计页面右上角的发送以查看材料和切割设置。使用与垫片相同的切削参数。单击“发送”（Send） 将切割作业提交给工艺切割机。

然后从刀具上取下切割垫，并使用镊子从通道设计中去除负聚酰胺材料。现在将聚酰胺胶带粘性面朝上放在平坦、干净的表面上。小心地将聚酯矩形放置在裸露的聚酰胺胶带上，将聚酰胺条沿聚酯的宽度居中。

使用滚筒向下施加均匀的压力以消除大气泡，并目视检查是否有任何碎屑或翘曲。然后，翻转聚酰胺胶带组件并从粘合面取下保护盖。将安装有 3D 打印端口的顶部聚酯板与聚酰胺胶带的入口和出口对齐，然后小心地将聚酯板放在聚酰胺层上。

对于注射泵设置，用去离子水填充 0.5 毫升玻璃注射器。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。然后，切割一根 50 厘米长的聚四氟乙烯管。

使用镊子，将管子插入针头上方并将其向下拉，将管子的两端连接到 27 号注射器针头。用去离子水填充连接的注射器尖端和管子，直到尖端开口处形成凸出弯月面。将吸头连接到泵上安装在前置玻璃注射器的注射器上，确保注射器或吸头中没有气泡。

将注射泵设置为仅注入模式。在泵的界面中输入注射器类型和尺寸（0.5 毫升）。使用 2.54 厘米宽的遮蔽胶带，将完全组装的微流控尖端粘在灯板上。

接下来，将 20 毫米 F2 微距镜头安装到相机上并将其连接到远程触发器。设置三脚架并将相机安装在灯板上方，向下倾斜以面向实验。将视图置于聚酰胺胶带中切割的捕获点上。

通过远程触发器对相机进行编程，每隔一秒拍摄一次图像。在示踪剂入口孔上贴上一层透明胶带，以防止液体逸出，确保胶带的一侧折叠成一个小标签，以便于取下。连接并运行可编程注射泵，以极低的流速用去离子水轻轻地淹没微通道。

然后用准备好的示踪剂溶液填充 0.5 微升微量移液器吸头。使用折叠的标签，撕下覆盖示踪剂入口孔的胶带。使用低绒湿巾的一角，轻轻吸走进水孔中多余的去离子水，然后等待 30 秒，让水边稳定下来。

30 秒后，使用移液器将示踪剂溶液分配到进样孔中。立即使用最小的压力和连续的运动将胶带平滑回孔上，以重新密封入口。确保注射泵被编程为目标体积流量后，启动注射泵并同时触发远程摄像头开始成像。

如果矩形叠加的水平边未与微通道壁对齐，请将光标悬停在矩形角上，单击并旋转图像，直到水平壁平行于通道壁对齐。按任意键继续。图像弹出窗口将关闭并以更正的方向重新打开。

单击并拖动以选择边长等于通道宽度的方形区域，以捕获点为中心。按任意键继续，图像弹出窗口将关闭。然后从 RGB 图像中提取所选裁剪区域内每个像素处的蓝色通道强度。

通过从 255（最大蓝色通道值）中减去每个值来反转这些值。计算裁剪区域中所有像素的倒置蓝色通道的平均强度值。保存每个计算值以生成捕获点处平均倒置蓝色通道强度的时间序列。

使用代码中的非线性曲线拟合器工具箱输入平均倒置蓝色通道强度的全时序列。绘制了随时间变化的平均倒蓝通道强度，并显示实验数据与理论定制色散拟合之间非常吻合，清楚地显示了 140 秒、150 秒和 200 秒的时间点。3种不同长宽比下的实验结果与理论预测结果吻合较好。