Name: Anpassung der Taylor-Dispersion zur Messung des Dispersionskoeffizienten von Elektrolytlösungen über einen zugänglichen mikrofluidischen Aufbau (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-10-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 56 s
Description: Erfahren Sie, wie Sie die Taylor-Dispersion für Mikrofluidik anpassen, um Diffusionskoeffizienten von Elektrolytlösungen mit kostengünstigen Mikrokanälen zu messen. Diese Methode ermöglicht die Visualisierung von Mehrionen-Wechselwirkungen.

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<ol><li>Deen, W. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDeen%2C+WM+%22Analysis+of+Transport+Phenomena%22">Analysis of Transport Phenomena</a>. , Oxford University Press. New York. (1998).</li>
<li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dispersion+of+soluble+matter+in+solvent+flowing+slowly+through+a+tube%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+R+Soc+Lond+A%22%5BJournal%5D)">Dispersion of soluble matter in solvent flowing slowly through a tube.</a> Proc R Soc Lond A. 219 (1137), 186-203 (1953).</li>
<li>Bello, M. S., Rezzonico, R., Righetti, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+Taylor-Aris+dispersion+for+measurement+of+a+solute+diffusion+coefficient+in+thin+capillaries%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Use of Taylor-Aris dispersion for measurement of a solute diffusion coefficient in thin capillaries.</a> Science. 266 (5186), 773-776 (1994).</li>
<li>Ding, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shear+dispersion+of+multispecies+electrolyte+solutions+in+the+channel+domain%5BTitle%5D)+AND+%22J+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Shear dispersion of multispecies electrolyte solutions in the channel domain.</a> J Fluid Mech. 970, A27(2023).</li>
<li>Taylor, A. W., Harris, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+commercial+desktop+cutter+technique+for+rapid-prototyping+of+microfluidic+devices+and+application+to+Taylor+dispersion%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">Optimized commercial desktop cutter technique for rapid-prototyping of microfluidic devices and application to Taylor dispersion.</a> Rev Sci Instrum. 90 (11), 116102(2019).</li>
<li>Lee, G., Luner, A., Marzuola, J., Harris, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dispersion+control+in+pressure-driven+flow+through+bowed+rectangular+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Dispersion control in pressure-driven flow through bowed rectangular microchannels.</a> Microfluid Nanofluidics. 25, 1-11 (2021).</li>
<li>Stroock, A. D., Dertinger, S. K. W., Ajdari, A., Mezic, I., Stone, H. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chaotic+mixer+for+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Chaotic mixer for microchannels.</a> Science. 295 (5555), 647-651 (2002).</li>
<li>Walsh, D. J., Schinski, D. A., Schneider, R. A., Guironnet, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((General+route+to+design+polymer+molecular+weight+distributions+through+flow+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">General route to design polymer molecular weight distributions through flow chemistry.</a> Nat Commun. 11 (1), 3094(2020).</li>
<li>Aris, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+dispersion+of+a+solute+in+a+fluid+flowing+through+a+tube%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+R+Soc+Lond+A+Math+Phys+Sci%22%5BJournal%5D)">On the dispersion of a solute in a fluid flowing through a tube.</a> Proc R Soc Lond A Math Phys Sci. 235 (1200), 67-77 (1956).</li>
<li>Aminian, M., Bernardi, F., Camassa, R., Harris, D. M., McLaughlin, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+boundaries+shape+chemical+delivery+in+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">How boundaries shape chemical delivery in microfluidics.</a> Science. 354, 1252-1256 (2016).</li>
<li>Aminian, M., Bernardi, F., Camassa, R., Harris, D. M., McLaughlin, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+diffusion+of+passive+tracers+in+laminar+shear+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">The diffusion of passive tracers in laminar shear flow.</a> J Vis Exp. (135), e57205(2018).</li>
<li>Dutta, D., Ramachandran, A., Leighton, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+channel+geometry+on+solute+dispersion+in+pressure-driven+microfluidic+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Effect of channel geometry on solute dispersion in pressure-driven microfluidic systems.</a> Microfluid Nanofluidics. 2, 275-290 (2006).</li>
<li>Bontoux, N., Pépin, A., Chen, Y., Ajdari, A., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+characterization+of+hydrodynamic+dispersion+in+shallow+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Experimental characterization of hydrodynamic dispersion in shallow microchannels.</a> Lab Chip. 6 (7), 930-935 (2006).</li>
<li>Todd, D., Krasnogor, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Homebrew+photolithography+for+the+rapid+and+low-cost%2C%26%2334%3BDo+It+Yourself%26%2334%3B+prototyping+of+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Omega%22%5BJournal%5D)">Homebrew photolithography for the rapid and low-cost,&#34;Do It Yourself&#34; prototyping of microfluidic devices.</a> ACS Omega. 8 (38), 35393-35409 (2023).</li>
<li>Chatwin, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+approach+to+normality+of+the+concentration+distribution+of+a+solute+in+a+solvent+flowing+along+a+straight+pipe%5BTitle%5D)+AND+%22J+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">The approach to normality of the concentration distribution of a solute in a solvent flowing along a straight pipe.</a> J Fluid Mech. 43 (2), 321-352 (1970).</li>
<li>Gimadutdinova, L., Ziyatdinova, G., Davletshin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+voltammetric+sensor+for+the+simultaneous+quantification+of+Tartrazine+and+Brilliant+Blue+FCF%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Selective voltammetric sensor for the simultaneous quantification of Tartrazine and Brilliant Blue FCF.</a> Sensors (Basel). 23 (3), 1094(2023).</li>
<li>Bharadwaj, R., Santiago, J. G., Mohammadi, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+optimization+of+on-chip+capillary+electrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Design and optimization of on-chip capillary electrophoresis.</a> Electrophoresis. 23 (16), 2729-2744 (2002).</li>
</ol>

In diesem Bericht haben wir einen wiederholbaren und zugänglichen Versuchsaufbau und ein Protokoll vorgestellt, um das Taylor-Dispersionsexperiment an die mikrofluidische Skala anzupassen. Wir nutzen eine bestehende Xurographie-Technik5 , um unsere Mikrokanäle kostengünstig im eigenen Haus mit 3D-Druck und einem Desktop-Bastelschneider herzustellen. Der aktuelle Industriestandard für die Herstellung von Mikrokanälen beinhaltet die Erstellung von Urformen, in denen Kanäle gegossen werden können. Im Vergleich zu der in diesem Manuskript diskutierten Technik können diese Methoden eine deutlich bessere Kanalauflösung und Merkmalsgröße aufweisen (einige so klein wie 0,1 μm), haben aber den Nachteil, dass sie viel höhere Gemeinkosten haben, bis zu Zehntausenden von14 USD. Zusätzlich zu den anfänglichen Gemeinkosten erfordert jede Änderung der Kanalkonstruktionsmerkmale sowohl die Erstellung einer neuen Urform als auch die Aushärtung neuer Kanäle, was die Ausfallzeiten erhöht. Im Gegensatz dazu betragen die Startkosten der in diesem Bericht verwendeten Kanalherstellungsausrüstung etwa 300 USD; Dies ist vergleichbar mit der kostengünstigsten Methode zur Herstellung einer Urform (z. B. mit Polydimethylsiloxan (PDMS)-basierten Techniken), hat aber den Vorteil, dass Änderungen im Kanaldesign und das Drucken neuer Kanäle deutlich weniger Zeit in Anspruch nehmen und gleichzeitig eine Oberflächenrauheit beibehalten, die mit den führenden Fertigungstechniken für 200 μm breite Kanäle vergleichbar ist5. Wir sind in der Lage, einen mikrofluidischen Chip in weniger als 5 Minuten und für weniger als 1 USD zu schneiden.
Bei diesem Protokoll werden die Daten an einem festen Erfassungspunkt stromabwärts des Tracer-Einlasses durch Hellfeld-Bildgebung mit einer D-SLR-Kamera aufgezeichnet, die mit einem Makroobjektiv montiert ist. Während das Protokoll unter Verwendung einer Lösung von Fluorescein-Natriumsalz in deionisiertem Wasser (DI) entwickelt wurde, ist dieses bildgebende Verfahren auf andere Arten von Farbstoffen, wie z. B. Lebensmittelfarbe, anwendbar, solange eine lineare Beziehung zwischen der Intensität und der Konzentration des Tracers besteht. Das potenzielle Spektrum der einzusetzenden Chemikalien kann durch die Berücksichtigung ihres Absorptionsspektrums und ihrer Hintergrundbeleuchtung weiter erweitert werden. Wir weisen jedoch darauf hin, dass einige Lebensmittelfarbstoffe aus pflanzlichen Materialien gewonnen werden und mehr als eine chemische Spezies enthalten können. Bei der Auswahl der zu verwendenden Lebensmittelfarbe ist Vorsicht geboten, um widersprüchliche Ergebnisse zu vermeiden.
Die Gültigkeit dieses Aufbaus und Protokolls wurde überprüft, indem der experimentelle Dispersionsfaktor f für die Variation des Kanalaspektverhältnisses und der experimentellen Flussrate berechnet und mit seinen theoretischen Werten für Mikrokanäle mit rechteckigen Querschnitten verglichen wurde, wie in Abbildung 7 gezeigt. Wir berechneten auch den Diffusionskoeffizienten κ für passive Tracer mit einer Spezies unter diesen unterschiedlichen experimentellen Bedingungen. Tabelle 1 zeigt den molekularen Diffusionskoeffizienten des Fluorescein-Natriumsalzes, der aus dieser experimentellen Untersuchung gewonnen wurde. Konkret wurden die tabellarischen κ-Werte aus Gleichung (3) berechnet, indem experimentelle Anpassungen für den erhöhten Dispersionskoeffizienten K und theoretische Werte für den Dispersionsfaktor f verwendet wurden. Wir berichten über Durchschnittswerte für vier Experimente an Mikrokanälen mit unterschiedlichen Aspektverhältnissen (λ = 0,1, 0,25 und 0,5) und Flussraten (0,05, 0,1 und 0,2 cm/s). Für jeden beziehen wir auch den relativen Fehler in Bezug auf den theoretischen Wert10,11, κ = 5,70 x 10-6 cm2/s mit ein, was die Genauigkeit unserer Methode demonstriert. Schließlich geben wir für jeden Satz experimenteller Parameter die Péclet-Zahl und den nichtdimensionalen Zeitbereich an, der definiert wird, indem wir die dimensionale Zeit t, wenn die experimentelle Intensitätskurve von der Basislinie abweicht, durch die Diffusionszeit td = h2/(4κ) dividieren. Wir beziehen den nichtdimensionalisierten experimentellen Zeitbereich mit ein, um zu zeigen, dass unser System in den Taylor-Dispersionsbereich eingetreten ist und daher durch ein Gaußsches Profil15 gut approximiert werden kann. Tatsächlich sind die Beobachtungszeiten, die in den letzten beiden Spalten von Tabelle 1 berichtet werden, ungefähr das 2-5-fache (oder mehr) der Diffusionszeit td.
Als nächstes haben wir das Protokoll erweitert, um die Interaktion und Trennung von Ionen mit mehreren Spezies zu untersuchen. Im Folgenden berichten wir über unsere Ergebnisse aus der Anwendung des Taylor-Dispersionsexperiments auf eine Multispezies-Elektrolytlösung, die durch Mischen von Fluorescein-Natriumsalz und blauer Lebensmittelfarbe in DI-Wasser hergestellt wurde. Abbildung 8 zeigt die zeitliche Entwicklung der invertierten Intensitätskurven des blauen Kanals am Aufnahmepunkt der Kamera für drei gelöste Stoffe: blaue Lebensmittelfarblösung in DI-Wasser (–), Fluorescein-Natriumsalzlösung in DI-Wasser (...) und gemischte blaue Lebensmittelfarbe und Fluorescein-Natriumsalzlösung in DI-Wasser (----). Jede Kurve ist der Durchschnitt von fünf experimentellen Versuchen mit einer Standardabweichung in jede Richtung (Schattierung). Die Kurven zeigen, dass die Experimente mit blauer Lebensmittelfarbe allein (–) zuerst ein Minimum erreichten, verglichen mit der Zeitskala des Maximums für die Fluorescein-Natriumsalz-Experimente (...). Dies stimmt mit der Tatsache überein, dass Fluorescein-Natriumsalz einen molekularen Diffusionskoeffizienten hat, der eine Größenordnung kleiner ist als der von Blau 1, dem Farbstoffbestandteil für die verwendete blaue Lebensmittelfarbe16. Die Mixed-Solution-Experimente (----) verdeutlichen diesen Zeitskalenunterschied und die daraus resultierende Ionentrennung, die durch eine konkave Änderung des Intensitätsprofils sichtbar wird; Die Kurve sinkt zuerst unter die Basislinie, bevor sie nach oben dreht und über der Basislinie ihren Höhepunkt erreicht. In Abbildung 9 stellen wir die gleiche invertierte Intensitätskurve des blauen Kanals (----) für gemischte Lösungen dar, überlagert von einer Kurve, die durch Summieren der einzelnen Beiträge der Experimente zur blauen Lebensmittelfarbe und der Fluoreszein-Natriumsalz-Experimente (+++) erhalten wurde. Die Differenz zwischen den beiden Kurven unterstreicht den Effekt, den die Ionen-Ionen-Wechselwirkung auf die Intensitätskurve der gemischten Lösung hat. Wenn man einfach die beiden einzelnen Beiträge des gelösten Stoffes addiert, stellt die (+++)-Kurve ein tieferes Minimum dar, das durch den starken Beitrag der blauen Farbstofflösung unter dem Ausgangswert (siehe – in Abbildung 8) angetrieben wird, bevor sich die Konkavität im Vergleich zur Kurve der gemischten Lösung (----) auf einer längeren Zeitskala ändert. Schließlich zeigt die Summenkurve wieder einen höheren Peak über der Basislinie im Vergleich zur gemischten Kurve, was auf das Verhalten der Fluorescein-Natriumsalzlösung zurückzuführen ist (dargestellt als ... in Abbildung 8). Das weichere Peaking zusammen mit der Verkürzung der Zeitskala ist ein Hinweis auf die Wechselwirkung zwischen der blauen Lebensmittelfarbe und den Fluorescein-Natriumsalzionen.
Die Intensitätsprofile in Abbildung 6, Abbildung 8 und Abbildung 9 weisen eine Schiefe auf. Dies mag auf einige Unterschiede zwischen der klassischen Taylor-Dispersionstheorie 2,5,9 und der in den Experimenten gemessenen Menge zurückzuführen sein. Das durch Gleichung (2) vorhergesagte Konzentrationsprofil ist räumlich symmetrisch, aber in unserem Versuchsaufbau wird die Messung an einem festen Einfangpunkt stromabwärts der Tracer-Injektionsstelle als Funktion der Zeit durchgeführt. Wenn man es als Funktion der Zeit betrachtet, ist das resultierende Profil von Natur aus verzerrt. Diese zeitliche Asymmetrie stimmt mit Beobachtungen überein, die in früheren Studien berichtet wurden, darunter Taylor und Harris (2019)5. Eine weitere mögliche Ursache für Schiefe ist der Einfluss der endlichen Fläche des experimentellen Bildaufnahmefensters. Eine mögliche Alternative zur in Gleichung (1) beschriebenen Gaußschen Anpassung besteht darin, die experimentellen Daten an das Integral des Gaußschen Ausdrucks in Gleichung (2) über dem endlichen Bilderfassungsbereich (in x) anzupassen, wie dies in Bharadwaj, Santiago und Mohammadi (2002)17 geschehen ist. Dieser Beitrag zur Schiefe wird besonders relevant, wenn die Größe der Erfassungsbox mit der Standardabweichung der Gaußschen Kurve vergleichbar ist. hier ist die Länge unseres Einfangfensters immer mindestens eine Größenordnung kleiner als die Gaußsche Standardabweichung.
Diese kostengünstige experimentelle Methode bietet einen zugänglichen Ansatz für das Taylor-Dispersionsexperiment auf der Mikroskala. Der heikelste Schritt im Protokoll ist die Herstellung und Entfernung des Mikrokanal-Negativs. Während des Herstellungsprozesses muss besonders darauf geachtet werden, dass der Kanal vor dem Schneiden sicher ist, um Fehlschnitte zu vermeiden. Achten Sie beim Entfernen des Negativs darauf, dass kein Material zurückbleibt, und vermeiden Sie jeglichen Kontakt mit den Seitenwänden des Kanals, die glatt, parallel und gerade sein müssen, um zuverlässige Versuchsergebnisse zu gewährleisten. Eine Einschränkung dieser Methode ist die inhärente Xurographie-Auflösungsgrenze. In diesem Manuskript sind die am schwierigsten herzustellenden Kanäle diejenigen mit einer Breite von w = 200 μm (und einem Seitenverhältnis λ = 0,5), die an die Grenze der Bastelauflösung5 stießen. Die Hauptfehlerursache ist der Schrittmotor des Bastelschneiders, der die Klingen in definierten Schrittschritten auf der Grundlage mechanischer Getriebe bewegt. Wenn bei Konstruktionen Schnitte zwischen dem definierten Schrittinkrement liegen müssen, führt dies zu größeren Fehlern. Ausführliche Arbeiten zur Identifizierung der Auflösungsgrenzen dieser Xurographie-Methode sind in der Literatur verfügbar5.
Dieses experimentelle Verfahren bietet eine einfache Möglichkeit, den erhöhten Dispersionsfaktor K und den molekularen Diffusionskoeffizienten κ von passiven Tracern mit einer einzigen Spezies zu berechnen. Darüber hinaus bietet das Protokoll eine einfache Möglichkeit, die Wechselwirkungs- und Trennungsdynamik zwischen Ionenspezies zu visualisieren. Aufgrund der Zugänglichkeit und Vielseitigkeit der Plattform eignet sich diese Methode zur Analyse der Dynamik zwischen Ionenspezies und zum besseren Verständnis des komplexen Zusammenspiels von Transportphänomenen und kann problemlos in Anwendungen wie einem Mikromischer eingesetzt werden.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td colspan="2">Nichtdimensionale Zeit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seitenverhältnis, λ</td>
			<td>Durchflussmenge (cm/s)</td>
			<td>Experimentell κ (cm2/s)</td>
			<td>Relativer Fehler</td>
			<td>Péclet-Zahl (Pe)</td>
			<td>tmin/td</td>
			<td>tmax/td</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.1</td>
			<td>0.02</td>
			<td>5.813 x 10-6 ± 3.797 x 10-7</td>
			<td>1.982 x 10-2 cm</td>
			<td>~ 18</td>
			<td>~ 30</td>
			<td>~ 52</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>0.05</td>
			<td>5.333 x 10-6 ± 4.179 x 10-7 cm</td>
			<td>6.443 x 10-2 cm</td>
			<td>~ 44</td>
			<td>~ 11</td>
			<td>~ 27</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>0.1</td>
			<td>5.655 x 10-6 ± 2.822 x 10-7</td>
			<td>7.838 x 10-3 cm</td>
			<td>~ 88 kg</td>
			<td>~ 6</td>
			<td>~ 16</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>0.2</td>
			<td>5.978 x 10-6 ± 1.724 x 10-7</td>
			<td>4.884 x 10-2 cm</td>
			<td>~ 175</td>
			<td>~arabische Ziffer</td>
			<td>~ 10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.5</td>
			<td>0.1</td>
			<td>5.444 x 10-6 ± 4.790 x 10-7</td>
			<td>4.496 x 10-2 cm</td>
			<td>~ 88 kg</td>
			<td>~ 6</td>
			<td>~ 16</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabelle 1: Experimenteller molekularer Diffusionskoeffizient (κ) für Fluorescein-Natriumsalz. Die Ergebnisse werden aus Gleichung (3) berechnet, indem experimentelle Anpassungen für den erhöhten Dispersionskoeffizienten K und theoretische Werte für den Dispersionsfaktor f verwendet werden. Jede Zeile gibt den durchschnittlichen κ-Wert (und die zugehörige Standardabweichung) für vier Experimente an Mikrokanälen mit einem bestimmten Aspektverhältnis (λ = 0,1, 0,25 oder 0,5) und einer Flussrate (0,05, 0,1 oder 0,2 cm/s) an. Für jeden beziehen wir den relativen Fehler in Bezug auf den theoretischen Wert10,11, κ = 5,70 x 10-6 cm2/s ein, um die Genauigkeit unserer Methode zu demonstrieren. Zusätzlich listen wir für jede Zeile die experimentelle Péclet-Zahl und den nichtdimensionalen Zeitbereich auf, der durch Division der dimensionalen Zeit t definiert wird, wenn die experimentelle Intensitätskurve von der Basislinie abweicht, durch die Diffusionszeit td = h2/(4κ).
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig8.jpg"> 
Abbildung 8: Zeitliche Entwicklung der gemittelten Intensität des invertierten Blaukanal-Tracers am Aufnahmepunkt der Kamera für drei Tracer. Zeitliche Entwicklung der gemittelten Intensität des invertierten Blaukanal-Tracers am Aufnahmepunkt der Kamera für drei Tracer: Lösung von blauer Lebensmittelfarbe in DI-Wasser (bei Konzentrationsverhältnis Lebensmittelfarbe: DI = 1:20 mL, –), Lösung von Fluorescein-Natriumsalz in DI-Wasser (bei einer Konzentration von 0,6 g/L, ...) und eine gemischte Lösung, die sowohl blaue Lebensmittelfarbe als auch Fluorescein-Natriumsalz mit den gleichen Konzentrationen wie in ihren einzelnen Tracer-Versuchen enthält (----), d.h. blaue Lebensmittelfarbe: DI = 1:20 mL und 0,6 g/L Fluorescein. Jede Kurve ist der Durchschnitt von fünf experimentellen Versuchen mit einer Standardabweichung in jede Richtung (Schattierung). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig9.jpg"> 
Abbildung 9: Zeitliche Entwicklung der gemittelten Intensität des invertierten Blaukanal-Tracers am Kameraaufnahmepunkt für gemischte Lösungen. Zeitliche Entwicklung der gemittelten Intensität des invertierten Blaukanal-Tracers am Aufnahmepunkt der Kamera für eine gemischte Lösung, die blaue Lebensmittelfarbe und Fluorescein-Natriumsalz (----) enthält, mit blauer Lebensmittelfarbe:DI = 1:20 mL und 0,6 g/L Fluorescein, und eine Summenkurve (+++), die die Intensität der Versuche mit blauer Lebensmittelfarblösung kombiniert (durchgezogene Kurve in Abbildung 8, –) und Fluorescein-Natriumsalzlösungsexperimente (gestrichelte Kurve in Abbildung 8, ...). Die gemischte Kurve ist der Durchschnitt von fünf experimentellen Versuchen mit einer Standardabweichung in jede Richtung (Schattierung). Die Standardabweichung der Summenkurve wird berechnet, indem die Quadratwurzel aus der Summe der Standardabweichungen quadriert wird, die aus den Experimenten mit jeder einzelnen Tracerlösung quadriert wurden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig9large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

<table><tbody><tr><td>Pipette mit einstellbarem Volumen, 0,5&ndash; 10 &mu; L</td><td>MUHWA&nbsp;</td><td>B08TBPMKZL</td><td>In Tisch verwandelt</td></tr><tr><td>Cameo Schneidematte, 12 x 12 Zoll</td><td>Silhouette Amerika</td><td>8.19177E+11</td><td>Verwendete Aphabetize-Funktion in der Tabelle</td></tr><tr><td>Einsteckbarer Akku der Kamera</td><td>NEEWER</td><td>B0B5WY8T96</td><td>entfernte 3D-gedruckte Ports</td></tr><tr><td>Kamera-Stativ&nbsp;</td><td>Vorhut</td><td>B00CCA1Y3S</td><td>Form 2 3D-Drucker hinzugefügt Form 2 3D-Drucker hinzugefügt</td></tr><tr><td>Klares Harz V5</td><td>Formlabs</td><td><a href="https://formlabs.com/store/materials/clear-resin/">https://formlabs.com/store/materials/clear-resin/</a></td><td>3D-Druck-Harz</td></tr><tr><td>Cyanacrylat (CA) Leimbeschleuniger</td><td>Sternanleihe</td><td>B00BUVAZ5S</td><td>Es wurde auch ein Harz hinzugefügt</td></tr><tr><td>D-SLR-Kamera</td><td>Nikon</td><td>D500</td><td>Druckersoftware hinzugefügt</td></tr><tr><td>Dashboard-Software</td><td>Formlabs</td><td><a href="https://formlabs.com/software/dashboard/">https://formlabs.com/software/dashboard/</a></td><td>3D-Drucksoftware CAD-Solidworks hinzugefügt</td></tr><tr><td>Deionisiertes Wasser</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Matlab hinzugefügt</td></tr><tr><td>Dimmbares LED-Lichtpanel</td><td>Kaiser Fototechnik</td><td>202455</td><td>Slimlite Plano 5000K 19,6 x 13,8 Zoll FSS-Los in Katalognummer geändert</td></tr><tr><td>Doppelseitiges Polyimidband, 1 Zoll x 36 yd Rolle</td><td>Bertech</td><td>B00HFN6E0K</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescein-Natriumsalz-Farbstoff - 100 g</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Artikel-Nr.: 5184A17</td><td></td></tr><tr><td>Form 2 3D-Drucker</td><td>Formlabs</td><td><a href="https://formlabs.com/3d-printers/form-2/">https://formlabs.com/3d-printers/form-2/</a></td><td></td></tr><tr><td>Glasspritze mit Luer-Spitze, 500 & Mikro; L</td><td>Hamilton Unternehmen</td><td>Teile-Nr.: 80801</td><td></td></tr><tr><td>Hochpräzise Pinzette, 0,004 Zoll breit x 0,002 Zoll dick</td><td>McMaster Carr</td><td>ECCN: EAR99</td><td>Spitz zulaufende Standardspitze</td></tr><tr><td>KimWipes</td><td>Kimtech</td><td>B0013HT2QW</td><td>4,4 x 8,4 Zoll</td></tr><tr><td>Pipettenspitzen für Flüssigkeiten, 1000 Stück/Beutel</td><td>MUHWA&nbsp;</td><td>B07S1WJCHP</td><td>1 pro Versuch erforderlich</td></tr><tr><td>Makroobjektiv 20 mm f/2</td><td>Mitakon Zhongyi</td><td>B075JRGWW1</td><td></td></tr><tr><td>Abdeckband, 0,70 Zoll x 54,6 yd</td><td>Schottische Marke</td><td>B00347A8E4</td><td></td></tr><tr><td>MATLAB-Software, Ausgabe 2023b</td><td>Mathworks (Englisch)</td><td><a href="https://www.mathworks.com/products/matlab.html">https://www.mathworks.com/products/matlab.html</a></td><td></td></tr><tr><td>Mittlerer CA-Kleber, 2 oz.&nbsp;</td><td>Sternanleihe</td><td>126150047</td><td>Premium Cyanacrylat Sekundenkleber</td></tr><tr><td>Speicherkarte, 64 GB</td><td>San-Disk</td><td>&lrm; B09X7C7NCZ</td><td></td></tr><tr><td>Neon verschiedene Lebensmittelfarben & Eierfarbe, 1,5 fl oz</td><td>McCormick & Unternehmen, Inc.</td><td>B09PFV6275</td><td>Rosa, Grün und Blau. Es wird nur 1 Fläschchen mit blauer Lebensmittelfarbe benötigt. Zutaten für blaue Lebensmittelfarbe: Wasser, Propylenglykol, FD& C Blau 1, Propylparaben (Konservierungsmittel).</td></tr><tr><td>Präzisionswaage</td><td>Sartorius Laborinstrumente</td><td>BCE224 - 1S</td><td>Entris&reg; II Essentielle Linie. Wird zum Wiegen von Fluorescein-Natriumsalzpulver für das Mischen von Tracern verwendet.</td></tr><tr><td>PTFE-Mikroschlauch, 0,012" ID x 0,030" AD</td><td>Cole Parer</td><td>Artikel-Nr.: mp-00060882</td><td>Microbore-Transferschlauch. Mindestens erforderlich: 50 cm.</td></tr><tr><td>Programmierbarer Fernauslöser</td><td>Pixel Pro</td><td>TW-283DC0/DC2</td><td></td></tr><tr><td>Schere</td><td>Amazonas</td><td>B01BRGUAT6</td><td></td></tr><tr><td>Tesafilm</td><td>Schottische Marke</td><td>B01C5IHGJW</td><td></td></tr><tr><td>Silhouette Cameo 4 Bastelschneider</td><td>Silhouette Amerika</td><td>8.19177E+11</td><td></td></tr><tr><td>Silhouette Cameo AutoBlade (Typ B)</td><td>Silhouette Amerika</td><td>8.19177E+11</td><td>2 benötigt</td></tr><tr><td>Silhouette Studio Basic Edition Softwareversion 4.5</td><td>Silhouette Amerika</td><td><a href="https://www.silhouetteamerica.com/silhouette-studio">https://www.silhouetteamerica.com/silhouette-studio</a></td><td>Wenn Sie die . DXF-Vorlagendateien, die als Teil der ergänzenden Dateien in dieser Softwareversion bereitgestellt werden, stellen Sie zunächst die Software-Importeinstellungen so ein, dass die Dateigröße unverändert gelesen wird, indem Sie auf > Einstellungen bearbeiten > > DXF importieren > > unverändert öffnen klicken.</td></tr><tr><td>Weichgummi-Brayer, 4,75 x 1,75 x 6,62 Zoll</td><td>Speedball</td><td>B003IFY622</td><td></td></tr><tr><td>SOLIDWORKS software, Education Edition</td><td>SOLIDWORKS</td><td><a href="https://www.solidworks.com/solution/job-functions/educators">https://www.solidworks.com/solution/job-functions/educators</a></td><td></td></tr><tr><td>Standard-Infusions-/Entnahme von 11 Elite-Spritzenpumpen</td><td>Harvard-Apparatur</td><td>70-4504</td><td></td></tr><tr><td>Spritzenspitze mit Luer-Lock, Spitzengröße: 0,5 Zoll, 27 Gauge, durchsichtig</td><td>Metcal&nbsp;</td><td>B00F4B9W40</td><td>2 benötigt</td></tr><tr><td>Ultraklare Polyesterplatten, 12 x 12 x 0,007 Zoll</td><td>Grafix</td><td>B001K7Q6Z0</td><td></td></tr></tbody></table>

anpassung der taylor-dispersion zur messung des dispersionskoeffizienten von elektrolytlösungen über einen zugänglichen mikrofluidischen aufbau

Adapting Taylor Dispersion to Measure the Dispersion Coefficient of Electrolyte Solutions via an Accessible Microfluidic Setup

Die Schritte zur Herstellung von mikrofluidischen Chips sind in Abbildung 1 dargestellt. In Abbildung 2 sind die vorgeschlagenen Schritte zum Anschließen des PTFE-Schlauchs an die Spritzenspitze aufgeführt, die zum Einspritzen des Hintergrundstroms von deionisiertem Wasser (DI) in den mikrofluidischen Chip durch die programmierbare Spritzenpumpe verwendet wird. Abbildung 3 enthält ein beschriftetes Foto des gesamten Versuchsaufbaus. Abbildung 4 enthält nicht maßstabsgetreue Diagramme der Draufsicht (Abbildung 4A) und der Seitenansicht (Abbildung 4B) des Versuchsaufbaus, die die relative Positionierung von Mikrofluidik-Chips und Kameras hervorheben. Abbildung 5 zeigt die Abfolge der Operationen, die während der Datenverarbeitungsphase des Protokolls auf die experimentellen Bilder angewendet wurden. In Abbildung 5A zeigen wir, wie der Code den Mikrokanal horizontal ausrichtet (falls erforderlich), dann zeigt Abbildung 5B das Zuschneiden des quadratischen Interessenbereichs, der um den Aufnahmepunkt zentriert ist und dessen Seitenlänge durch die Mikrokanalbreite festgelegt wird. Abbildung 5C isoliert den blauen Kanal vom vollen RGB-Bild im zugeschnittenen Interessenbereich. und schließlich zeigt Abbildung 5D den invertierten Intensitätswert für den Blaukanal des beschnittenen Bereichs, der durch Subtraktion von 255 (der maximalen Intensität für jeden Farbkanal) erhalten wird.
Abbildung 6 überlagert die Ergebnisse eines experimentellen Durchlaufs (gestrichelt) mit der entsprechenden extrapolierten Anpassung (Volumenkörper). Hier ist jeder experimentelle Datenpunkt der gemittelte invertierte Intensitätswert des blauen Kanals, der durch die in Abbildung 5 gezeigten Datenverarbeitungsschritte berechnet wurde. Am festen Einfangpunkt stromabwärts des Tracereinlasses sagt die Taylor-Dispersionstheorie 2,5,9 voraus, dass die Entwicklung der Tracerkonzentration im Laufe der Zeit wie folgt beschrieben wird:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq2v5.jpg">(2)
wobei C(t) die querschnittlich gemittelte Tracerkonzentration (g/L) ist, die nachweislich linear mit der gemessenen Intensität des Tracers zusammenhängt; C0 ist die anfängliche Tracerkonzentration (g/L), U ist die Durchflussrate (cm/s), t ist die Zeit (s) und x (cm) ist die axiale Koordinate im Kanal in Bezug auf die Tracer-Injektionsstelle. K ist der erhöhte Dispersionskoeffizient des Tracers (cm2/s), der auf das Zusammenspiel von Advektion und molekularer Diffusion zurückzuführen ist. Wir geben die experimentellen Parameter ein und verwenden die nichtlineare Kurvenanpassungsanwendung des Codes (curveFitter), um den besten Anpassungswert für K zu finden. Drei experimentelle Rahmen für die Zeit t = 140 s, 150 s und 200 s sind neben den experimentellen (gestrichelten) und angepassten (soliden) Kurven dargestellt, die für einen experimentellen Lauf bei der Durchflussrate U = 0,1 cm/s in einem Mikrokanal mit einer Länge von 18,77 cm und einem Seitenverhältnis λ = 1/4 erzeugt wurden; dies entspricht der Péclet-Nummer Pe <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq10.jpg" style="opacity: 0.9; margin: 0px;"> 88. Hier besteht der Tracer aus 0,6 g/L Fluorescein-Natriumsalz, verdünnt in DI-Wasser mit einem molekularen Diffusionskoeffizienten, der in der Literatur10,11 als κ = 5,70 x 10-6 cm2/s angegeben ist. Alle Experimente, über die in diesem Manuskript berichtet wird, wurden bei einer Raumtemperatur von 22 °C durchgeführt.
Der experimentelle verstärkte Dispersionskoeffizient K kann verwendet werden, um die Gültigkeit unseres Versuchsaufbaus und -protokolls zu vergleichen, indem eine verwandte Größe berechnet wird – der Dispersionsfaktor 2,5,9,12, f. Dieser Parameter hängt von der Geometrie des Kanals ab undwird wie folgt berechnet: 5,12,13:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq3v5.jpg">(3)
Dabei ist κ der molekulare Diffusionskoeffizient des Tracers (cm2/s) und H/2 die gewählte charakteristische Länge. Die Péclet-Zahl ist ein dimensionsloser Parameter, der das Verhältnis von advektiven zu diffusiven Effekten quantifiziert, Pe = Uh/(2κ). Abbildung 7 zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen des Dispersionsfaktors aus experimentellen Läufen in Mikrokanälen mit rechteckigen Querschnitten von drei verschiedenen Aspektverhältnissen und Flussraten und dem theoretischen Verhalten des Dispersionsfaktors 5,12,13.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig1.jpg"> 
Abbildung 1: Mikrofluidische Chipherstellung. (A) Design für die obere Polyesterplatte eines 21 x 5 cm großen Chips. Der Desktop-Bastelschneider schneidet drei Löcher von links nach rechts, die als Strömungseinlauf, Prüfspureinlass bzw. Strömungsauslass dienen. (B) Design für einen 18,77 cm Polyimid-Mikrokanal mit einem Fangpunkt 15 cm stromabwärts vom Tracer-Einlass. (C) Explosionszeichnung der mikrofluidischen Chipbaugruppe, von unten nach oben: untere Polyesterschicht, Polyimid-Mikrokanalschicht, obere Polyesterschicht mit Polyimiddichtung und 3D-gedrucktem Port. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig2.jpg"> 
Abbildung 2: Diagramm, das zeigt, wie ein PTFE-Schlauch an eine Spritzenspitze angeschlossen wird. Der Schlauch-ID beträgt 0,3048 mm und der Außendurchmesser der 27-G-Spritzenspitze 0,4064 mm, so dass ein kleiner Schnitt von ca. 1 mm (links) hilfreich sein kann, um einen breiteren Öffnungsbereich für die Führung der Spritzenspitze (Mitte) zu schaffen. Führen Sie den Schlauch mit einer Pinzette über die Spritzenspitze und ziehen Sie ihn nach unten (rechts). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig3.jpg"> 
Abbildung 3: Beschriftetes Foto des Versuchsaufbaus. Von links nach rechts: Eine D-SLR-Kamera mit einem 20 mm f/2 Makroobjektiv ist mit der Vorderseite nach unten auf einem Stativ montiert, um den Mikrokanal einzufangen, der auf die beleuchtete Lichttafel geklebt ist. Eine 0,5-ml-Glasspritze, die über einen PTFE-Schlauch mit dem Mikrokanal verbunden ist, wird auf die programmierbare Spritzenpumpe gesetzt. Der Fernauslöser wird verwendet, um die Kamera während der Versuchsläufe zu aktivieren. Die Mikropipette wird verwendet, um den Tracer-Anfangszustand zu erzeugen, wie in Schritt 3.2 des Protokolls beschrieben. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig4.jpg"> 
Abbildung 4: Diagramme des Versuchsaufbaus (nicht maßstabsgetreu). (A) Draufsicht, von links nach rechts: programmierbare Spritzenpumpe, montiert mit einer 0,5-ml-Glasspritze; PTFE-Schlauch, der die Spritzenpumpe mit dem Mikrofluidik-Chip verbindet; Mikrofluidik-Chip, der auf eine Lichtplatte in 1 cm Entfernung vom Rand geklebt wird; Mikropipette zur Injektion der Tracerlösung durch das Tracer-Einlassloch; D-SLR-Kamera mit Makroobjektiv, das mit der Vorderseite nach unten auf einem Stativ montiert ist, um den Aufnahmepunkt einzurahmen. (B) Seitenansicht von links nach rechts: PTFE-Schlauch, der die Spritzenpumpe mit dem Mikrofluidik-Chip verbindet; Spritzenspitze und 3D-gedruckter Anschluss auf mikrofluidischem Chip; Mikropipette zur Injektion der Tracerlösung durch das Tracer-Einlassloch; D-SLR-Kamera mit Makroobjektiv, das mit der Vorderseite nach unten 1 cm über dem Aufnahmepunkt montiert ist. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig5.jpg"> 
Abbildung 5: Bildverarbeitungsschritte im bereitgestellten Code (siehe Ergänzungsdatei 5). (A) Gedrehtes experimentelles Bild, so dass der Mikrokanal horizontal ist. Maßstabsleiste: 1000 μm. (B) Quadratische Auswahl für den zu beschneidenden Bereich of Interest (ROI) mit einer Seitenlänge, die dem Abstand zwischen den Mikrokanalwänden entspricht; hier 400 μm. (C) Cropped ROI, bei dem der Blaukanal aus dem vollen Rot-, Grün- und Blaubild (RGB) ausgewählt wird. Maßstabsleiste: 200 μm. (D) Invertierter blauer Kanal für den beschnittenen ROI. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig6.jpg"> 
Abbildung 6: Querschnittlich gemittelte Tracerintensität über die Zeit am Aufnahmepunkt der Kamera für Fluoreszein-Tracer (gestrichelt), überlagert mit der extrapolierten Kurvenanpassung (durchgezogen). Dieser Versuch wurde mit einem 0,6 g/l Fluorescein-Natriumsalz in DI-Wassertracer auf einem Mikrokanal mit einer Länge von 18,77 cm und einem Seitenverhältnis λ = 1/4 bei einer Flussrate von 0,1 cm/s und Pe <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq10.jpg" style="opacity: 0.9; margin: 0px;"> 88 durchgeführt. Die Intensität des invertierten Blaukanals für drei experimentelle Frames von 140 s (blau), 150 s (orange) und 200 s (grün) wird über dem Diagramm angezeigt, wobei die Helligkeit zur besseren Übersichtlichkeit verdoppelt wird. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig7.jpg"> 
Abbildung 7: Dispersionsfaktor vs. Mikrokanal-Aspektverhältnis. Vergleich von theoretischen (blaue Kurve) und experimentellen Werten (schwarze Datenpunkte) für den Dispersionsfaktor f. Die theoretische Kurve wird mit Hilfe des integrierten Lösers für partielle Differentialgleichungen der Finite-Elemente-Methode in Wolfram Mathematica (NDSolve)12 erhalten. Wir zeigen den Durchschnitt und die Standardabweichung der experimentellen Daten für: vier Versuche mit λ = 0,1 und einer Flussrate von 0,02 cm/s; zwölf Versuche mit λ = 0,25 und Flussraten 0,05 cm/s (vier), 0,1 cm/s (vier) und 0,2 cm/s (vier); Vier Versuche mit λ = 0,5 und einer Durchflussrate von 0,1 cm/s. Alle Experimente wurden an Mikrokanälen mit einer Länge von 6,07 cm durchgeführt (mit einem Fangpunkt 3 cm stromabwärts vom Tracer-Einlass); Die Ergebnisse wurden dann auf 18,77 cm großen Mikrokanälen verglichen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
Ergänzende Datei 1: .sdlprt Datei für den Port <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/3DPort_revised" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Datei 2: . DXF-Vorlagendatei der Chip-Deckschicht. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/Chip_top.dxf" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Akte 3: . DXF-Vorlagendatei der Chipdichtungen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/Chip_gaskets.dxf" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Zusatzdatei 4: . DXF-Template-Datei des Chip-Mikrokanals. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/Chip_microchannel.dxf" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Datei 5: MATLAB-Codedateien, die für die Datenverarbeitung verwendet werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/MATLAB%20files%20documentation.pdf" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>

Anpassung der Taylor-Dispersion zur Messung des Dispersionskoeffizienten von Elektrolytlösungen über einen zugänglichen mikrofluidischen Aufbau

The field of microfluidics has become increasingly prominent as it allows for rapid and precise control of fluids and particles, making it easier to ...

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Anpassung der Taylor-Dispersion zur Messung des Dispersionskoeffizienten von Elektrolytlösungen über einen zugänglichen mikrofluidischen Aufbau (Video) | JoVE Journal

Anpassung der Taylor-Dispersion zur Messung des Dispersionskoeffizienten von Elektrolytlösungen über einen zugänglichen mikrofluidischen Aufbau

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