Frugal Imaging Verfahren der Kapillarströmung durch dreidimensionale polymere Druckpulver

Die vorgeschlagene Technik ist ein neuartiger, effizienter, sparsamer und nicht-invasiver Ansatz zur Abbildung des fluidischen Flusses durch ein gepacktes Pulverbett, der eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung ergibt. Diese Technik ist vorteilhaft, da die Flusszellen kostengünstig, wiederverwendbar, klein und einfach zu handhaben sind, was den dominanten Aspekt der sparsamen Wissenschaft veranschaulicht. Das Anzapfen der Pulver und die Bestätigung der Pulververdichtung ist der Schlüssel zur Herstellung eines reproduzierbaren Diagnosewerkzeugs.

Bereiten Sie zunächst die mikrofluidische Durchflusszelle vor, indem Sie den Auslass mit Perafoam abdecken, um ein Ende des Kanals abzudichten, so dass die leere Durchflusszelle mit Polymerpulver verpackt werden kann. Kleben Sie das metrische Papierlineal direkt unter den Durchflusskanal. Schwenken Sie die mikrofluidische Durchflusszelle mit dem Perafoam und dem Lineal.

Die Masse der Durchflusszelle ist die ungepackte Flusszellenmasse. Verwenden Sie eine Plastikpipette, um das Pulver zu übertragen. Während das Pulver in den Kanal eingebracht wird, klopfen Sie mindestens fünfmal auf die Durchflusszelle, um das Pulver zu verdichten.

Verpacken Sie weiter, bis das Pulver den Beginn der Öffnung des Strömungskanals erreicht. Entfernen Sie das Pulver auf der Außenseite der Durchflusszelle mit einem in Alkohol getränkten Tuch. Sobald die Pulver verpackt sind, untersuchen Sie die Durchflusszelle visuell auf lose verpacktes Pulver.

Wenn das Pulver in der Durchflusszelle locker verpackt erscheint, klopfen Sie die Durchflusszelle fünf weitere Male an. Wenn die Pulververpackung konsistent und kompakt erscheint, wiegen Sie die Durchflusszelle, um die Masse des Polymerpulvers zu messen. Um zu verhindern, dass der Kameradetektor mit zu viel Licht überflutet wird, bedecken Sie den Leuchttisch mit einem undurchsichtigen Material wie einer 3D-gedruckten Abdeckung in einem schwarzen Polymilchsäure-Filament.

Stellen Sie sicher, dass das Material eine Öffnung hat, die der Größe des Mikrokanals entspricht, damit Licht das Pulver beleuchten kann. Um sicherzustellen, dass die Kamera auf dem mobilen Gerät den Kontrast zwischen dem nassen und dem trockenen Pulver erfassen kann, verwenden Sie den Leuchttisch mit einer niedrigen bis mittleren Lichtintensität. Richten Sie die Kamera auf dem Mobilgerät direkt über dem Leuchttisch aus.

Vergewissern Sie sich, dass sich die Kamera senkrecht zur Oberkante des Leuchttisches befindet. Nachdem Sie die Kamera auf das mobile Gerät fokussiert haben, wählen Sie die Aufnahmetaste. Geben Sie 125 Mikroliter Flüssigkeit mit einer Pipette in den offenen Einlass des Mikrokanals.

Zeichnen Sie den Durchfluss für zwei Minuten auf oder bis das gesamte Pulver sichtbar benetzt ist. Übertragen Sie die Videodatei vom mobilen Gerät auf den Computer, um einen einfachen Zugriff zu ermöglichen. Sobald die Software installiert ist, öffnen Sie die Tracker-Software.

Wählen Sie im Menü Datei die Option Datei öffnen, um die übertragene Videodatei auf den Desktop des Computers zu laden. Klicken Sie auf das Symbol für die Clipeinstellungen, um den Startframe und die Schrittweite festzulegen. Klicken Sie dann auf das Kalibrierungswerkzeug, gefolgt von "Neu" und wählen Sie den Kalibrierungsstab aus.

Um das Lineal im Video zu vergrößern, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Bereich, den Sie vergrößern möchten, und wählen Sie Vergrößern aus der Liste aus. Definieren Sie nach der entsprechenden Vergrößerung den Anfang und das Ende eines Millimeters auf dem Lineal, das auf den Mikrokanal geklebt ist, und geben Sie 1 mm ein, um den Abstand zu definieren. Klicken Sie auf das Koordinatenzugriffswerkzeug.

Legen Sie den Ursprung für die x- und y-Achse mithilfe des Startrahmens fest, während Sie den Schritt ausführen. Um eine Punktmasse zu erstellen, klicken Sie auf Erstellen. Wählen Sie dann die Maus aus.

Verwenden Sie Umschalttaste plus Steuerung, um die Größe des Rechtecks zu ändern. Der Ausgangspunkt ist der Punkt, an dem sich der Einlass und der Kanal verbinden. Klicken Sie einige Male auf Suchen, um zu überprüfen, ob die Software den richtigen Bereich analysiert.

Wenn die Software ordnungsgemäß funktioniert, klicken Sie auf Suchen und warten Sie, bis die Software die Analyse des Videos abgeschlossen hat. Die offenen roten Kreise auf dem Diagramm stellen die genaue Zeit und Entfernung der gesammelten Informationen dar. Im Intervall von ein bis zwei Sekunden hat sich die von der Flüssigkeit zurückgelegte Strecke verdoppelt.

Während des Intervalls von zwei bis fünf Sekunden verdoppelte sich auch die Strecke, die die Flüssigkeit zurückgelegt hat. Von fünf bis 10 Sekunden bewegt sich die Flüssigkeit immer noch schnell. Nach 15 Sekunden verlangsamt sich der Durchfluss jedoch alle fünf Sekunden auf etwa zwei Millimeter.

Das Wichtigste, woran Sie sich erinnern sollten, wenn Sie an diesem Verfahren teilnehmen, ist, Ihre Pulver zu verdichten. Das Verfahren kann für keramische und metallische Pulver durchgeführt werden und hat ein hohes Potenzial für geologische Feldstudien, um den Durchfluss in Packungsmustersystemen zu verfolgen. Diese Technik ebnete den Forschern den Weg, chemisch modifizierte Oberflächen sowie mit Nanopartikeln beladene Flüssigkeiten zu untersuchen, um die Anlagerung von Partikeln zu beobachten.