Name: Analizando Mezcla falta de homogeneidad en un dispositivo de microfluidos por Microscale Schlieren Técnica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-12T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 12 s
Description: Aprende a medir gradientes de concentración en dispositivos microfluídicos mediante la técnica de schlieren a microescala. Este método no invasivo utiliza calibración óptica para visualizar la mezcla inhomogénea en tiempo real.

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Este trabajo fue apoyado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán bajo número de concesión 101-2221-E-002-064-MY3.

1. La fabricación de dispositivos de microfluidos <ol><li> Utilice un software gráfico de diseño (por ejemplo, AutoCAD) para dibujar el contorno de una camiseta de microcanales. Para el T-microcanal, los dos canales de alimentación son 90 micras de ancho y 2,500 m de largo, y el canal de confluencia es de 180 micras de ancho y 3,000 m de largo. Conectar el extremo de cada canal a un individuo círculo con un diámetro de 1,100 m. </li><li> Marcos &#39;clara&#39; y &#39;oscuro&#39; de la exposición y las áreas cubiertas, respectivamente. Para un fotoprotector negativo (por ejemplo, SU-8), la forma de la T-microcanal es &#39;clara&#39; y el entorno es &quot;oscuro&quot;. </li><li> Utilice un generador de patrones de láser con una longitud de onda de 442 nm y un tamaño mínimo de característica de 2 micras para transferir el patrón de la T-microcanal sobre una fotomáscara de cromo sobre vidrio. </li><li> Utilice la fotomáscara, un sustrato (por ejemplo, de un solo lado pulido de obleas de silicio) y una resina fotosensible epoxi permanente (por ejemplo,., SU-8) para hacer un molde a través de un proceso de litografía estándar. La capa fotorresistente es 55,2 m de espesor. En general, el espesor fotorresistente debe ser más delgada que la profundidad de la correlación de la lente objetivo 17-19. </li><li> Utilice el molde y un material transparente, tal como polidimetilsiloxano (PDMS) para fabricar el T-20 microcanal. </li><li> Para la conexión fluídica, utilizar un tubo de acero inoxidable de 2 mm de diámetro exterior para perforar agujeros pasantes alineados con los patrones circulares en los PDMS. </li><li> Tratar las superficies de los PDMS y un portaobjetos de vidrio con plasma de oxígeno a 60 W durante 30 s. Conecte el PDMS a la lámina de vidrio. Las superficies oxidadas de los dos materiales crean una unión fuerte. Coloque la estructura PDMS unido en un plato caliente durante 5 minutos a 120 ° C. </li><li> Inserte los tubos de teflón en los agujeros perforados para la conexión de fluido. </li></ol> 2. Configuración Experimental <ol><li> Construir el sistema schlieren microescala de un Hoffman modulación contraste microscopio mediante la eliminación de la placa de ranura en el plano focal frontal del condensador y la sustitución de la modulador con un filo de cuchillo en el plano focal posterior del objetivo 5X 3. La profundidad de correlación, que depende de la apertura numérica del objetivo 17-19, debe ser suficiente para cubrir toda la profundidad del dispositivo de microfluidos. La superficie de la cuchilla es ennegrecido por óxido de aluminio anódica para reducir su reflectividad. </li><li> Monte la cámara de alta velocidad para el tubo trinocular del microscopio a través de un adaptador de montaje C. Tienes la cámara frente a la trayectoria óptica del microscopio a través de un divisor de haz. Conecte la cámara a una computadora de escritorio a través de un cable Ethernet. Establecer la corrección gamma a 1 para la cámara de manera que su lectura en escala de grises es proporcional a la luminancia de entrada. </li><li> Encienda la fuente de luz. Con el fin de evitar el exceso de calor, utilice LED (diodo emisor de luz) de iluminación. </li><li> Utilice un software de procesamiento de imágenes (por ejemplo, &lt;/ Em&gt; Función imread en MATLAB) para obtener los valores de escala de grises de una imagen adquirida. Retire el filo de cuchillo, ajustar la iluminación, la abertura y el tiempo de exposición, de modo que la lectura de la escala de grises promedio de la imagen es de aproximadamente 10% menor que el valor máximo. Esto denota la intensidad de fondo para un punto de corte 0% y usamos un valor de 230 para una imagen de 8 bits. </li><li> Inserte el filo de la navaja para bloquear la luz incidente por completo. Registre la lectura promedio de la escala de grises de la imagen. Esto indica la intensidad de fondo para un punto de corte 100% y el valor es aproximadamente 15 para una imagen de 8 bits. </li><li> Ajustar la posición del filo de cuchillo de tal manera que la lectura de la escala de grises promedio de la imagen adquirida se encuentra en el medio de los valores de 0% y 100% de corte. Ahora el grado de el punto de corte se establece en 50%. </li><li> Preparar dos fluidos transparentes con índices de refracción conocidos 21 que son completamente miscibles entre sí como los constituyentes. Para evaluar la dependencia de refracción index de la concentración de la mezcla, compruebe la literatura 21 o utilice la ecuación Gladstone-Dale 22. Si la curva no es lineal en toda la gama, recoger otros componentes del fluido. Entonces, elegir una composición designada por debajo del cual el índice de refracción de la solución varía linealmente con la concentración. Por ejemplo, utilice diluir etanol acuoso con una fracción másica de 0,05 y el agua como los fluidos de trabajo. </li><li> Ponga la camiseta de microcanales en el escenario de la muestra. Organizar el T-microcanales por lo que con el canal confluentes paralelo al filo de la navaja (Figura 1). </li><li> Preparar dos jeringas idénticas: Una jeringa se llena con el fluido de trabajo que sirve como el fluido de referencia (agua), y la jeringa B se llena con el otro fluido de trabajo (diluir etanol acuoso). El tamaño de la jeringa depende de la Q caudal deseado y la especificación de la bomba de jeringa: Q = πd 2 V / 4, donde d es el diámetro interior de la syrInge y V es la velocidad del émbolo. Pulsación de flujo por lo general se puede prevenir mediante la elección de una pequeña jeringa para aumentar V 23. </li><li> Recoger el fluido de salida de la T-microcanal en un vaso de precipitados. Asegúrese de que el tubo de salida de teflón se fija a la pared del vaso de precipitados y su final está por debajo del nivel de líquido en el vaso de precipitados con el fin de evitar la vibración que sería causado por breakoff gotita. </li></ol> 3. Calibración <ol><li> Adquirir las imágenes de los dos fluidos de mezcla y las imágenes de referencia. <ol><li> En un número de Reynolds Re dado, ajustar la velocidad de flujo de las bombas de jeringa, Q. Q se calcula a partir Q = μ (W + D) Re / 4ρ, donde μ y ρ son la viscosidad y la densidad del fluido de trabajo, y W y D son la anchura y la profundidad del canal de confluencia de la T-microcanal, respectivamente. </li><li> Cargar una bomba con jeringa A y la otra bomba con syringe B. Conecte las dos entradas de la T-microcanal para jeringa A y B de la jeringa a través de tubos de teflón. Iniciar las bombas de jeringa para entregar los fluidos de trabajo en el T-microcanal con caudales volumen idénticas. </li><li> Espere hasta que el flujo constante establece. La condición de flujo constante se define por la aparición de un patrón schlieren estacionaria. </li><li> Utilice el software de la cámara controlada para grabar veinte marcos de mezcla de fluidos a una velocidad de 30 fps. </li><li> Parar la bomba que se carga con la jeringuilla B. Sólo bombear el fluido de referencia (agua) a través de una entrada en el canal de confluencia de la T-microcanal a una tasa constante. </li><li> Espere hasta que se alcance la condición de flujo constante y no se observa ningún patrón schlieren. </li><li> Utilice el software de la cámara controlada para tomar la imagen de referencia, cuando hay falta de homogeneidad óptica está presente en el T-microcanal. Registre veinte fotogramas a una velocidad de 30 fps. </li><li> Repita 3.1.1 a 3.1.7 en diferente número de Reynolds: Re = 1, 5, 10, 20 y 50 de manera que ninguna estructura de flujo complejo emerge en la región de confluencia de la T-24 microcanal. </li></ol></li><li> Utilice un software de procesamiento de imágenes para dividir la imagen adquirida I (i, j) por la imagen de referencia I 0 (i, j) 25, donde i y j son los índices de píxeles. </li><li> Emplear un paquete de CFD (Computational Fluid Dynamics) para simular la mezcla de los fluidos designados en el T-microcanal. <ol><li> Construir el modelo tridimensional de la geometría de la T-microcanal. Discretizar el dominio de flujo en las redes estructuradas. Para aumentar la precisión, emplear malla más fina en la confluencia y la región central de la T-microcanal. </li><li> Asignar las propiedades físicas de los fluidos y establecer las condiciones de contorno para el dominio de flujo. Durante el proceso de resolución de problemas, determinar el coeficiente de difusión dependiente de la concentración de la concentración obtenida en la últimaiteración 26 a fin de actualizar la concentración local. </li><li> Examine la sensibilidad de los resultados calculados mediante la realización del estudio de rejilla 27. </li></ol></li><li> Para cada nodo (x i, y i) en el plano xy xy, utilizo la herramienta de post-procesamiento de CFD para tomar los valores medios del campo de concentración a través de la profundidad del canal por la regla trapezoidal: w (x i, y j) = {Σ k [w (x i, y j, k z) + w (x i, y j, z k 1)] ∙ (z k 1 - z k) / 2} / D 28, donde D es la profundidad del canal. Utilice el esquema de diferenciación fundamental para calcular la derivativa de la concentración con respecto a la dirección transversal de la corriente: (∂ w / ∂ y) i, j = [w (x i, y j 1) - w (x i, y j-1)] / (y j 1 - y j-1). </li><li> Para ambos gradientes positivos y negativos, extraer la relación de los valores de escala de grises I / I 0 (obtenido en 3.2) y el gradiente de fracción de masa ∂ w / ∂ y (obtenido en 3.4) en los lugares especificados, tales como y = 0 (línea central, sentido de la corriente dirección) o x dado varios (dirección transversal a la corriente). </li><li> Trazar los resultados y determinar la relación entre la I / I 0 y ∂ w / ∂ y, I / I 0 </sub&gt; C = 1 ∂ w / ∂ C y + 2 (C 1 y C 2 son constantes), con regresión lineal. </li></ol> 4. Cuantificación <ol><li> Repita los pasos 3.1 a 3.2 para la mezcla en el dispositivo de microfluidos objetivo. La profundidad del dispositivo de microfluidos objetivo debe ser idéntico o similar a la de la T-microcanal. Si se espera fenómeno inestable, adquirir un videoclip (secuencia de imágenes) en el paso 3.1.4 en su lugar. La velocidad de fotogramas debería ser suficiente para resolver la dinámica del flujo transitorio claramente alto, mientras que el tiempo de exposición debe ser idéntico al valor utilizado en 2.4, 2.5, 3.1.4 y 3.1.7. </li><li> Utilice la relación obtenida en la etapa 3.6 para convertir la relación de los valores de escala de grises para el gradiente de la fracción de masa en el dispositivo de microfluidos objetivo. </li></ol>

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Para la mezcla de fluido en un dispositivo de microfluidos, la técnica schlieren microescala es capaz de medir la magnitud del gradiente de concentración a través de la cuantificación de cambio en la intensidad de la luz. Debido a que el principio de esta técnica se basa en la detección de la alternancia de propagación de la luz, los fluidos de trabajo y el dispositivo de microfluidos tienen que ser transparente para la luz incidente. Además, el protocolo requiere una relación lineal entre el índice de refracción de la ...

Mezcla de líquidos es un problema importante que se encuentra en muchos procesos industriales y sistemas biológicos. Con la aparición de la microfluídica, mezclando en microescala ha traído mucha atención debido a su desafío en la dominación de difusión entre los mecanismos de transporte de masas. Desde el diseño de una validación cuantitativa micromezclador efectiva requerida, varios métodos de medición se desarrollaron 5-7. Sin embargo, la estructura tridimensional, se encuentran comúnmente en micromezcladores eficientes 5, exige una representación más precisa del campo de concentración que las técnicas de medición comunes no pueden entregar. Debido al límite de ángulo de visión 8 o cinética de reacción 6, los métodos mencionados anteriormente pueden producir resultados engañosos que no representan correctamente para la homogeneidad de la mezcla. Para fluidos ópticamente transparentes de mezcla en microestructuras ópticamente transparentes, técnica schlieren microescala 3,9-14 </sup&gt; proporciona una alternativa atractiva para analizar la mezcla de falta de homogeneidad. En el pasado, la técnica schlieren microescala ha sido utilizado principalmente para visualizar el flujo compresible 9-13, 15 o fase gradiente de 16. Microescala beneficios técnica Schlieren tanto de un diseño óptico simple y alta sensibilidad y permite no sólo la investigación no invasiva de la función de flujo específico que causa perturbación óptica pero es muy adecuado para su uso en la evaluación de la mezcla. En este trabajo, se construye el sistema schlieren microescala mediante la inserción de un filo de la navaja en el plano focal del objetivo de un microscopio, describir un procedimiento de calibración para realizar el análisis cuantitativo y reportar una medición de validación en un oscilador de microfluidos 4. Para implementar mediciones, los fluidos de trabajo se seleccionan adecuadamente de modo que el índice de refracción de los fluidos mezclados varía linealmente con la composición, y el espesor del dispositivo de microfluidos objetivo es idéntica a la dee utilizado en la calibración. Además de la concentración de las especies, la técnica schlieren microescala se puede extender para medir el gradiente de otra cantidad escalar que se correlaciona linealmente con el índice de refracción, tales como la temperatura o la salinidad.

<table><tbody><tr><td>Oblea de</td> silicio pulido de un solo lado <td>MicroChem</td><td>SU-8 2150</td><td></td></tr><tr><td>oblea de silicio pulido de un solo lado</td><td>S4W1PP5SABUP1</td><td></td><td>tipo p, diámetro: 100 & plusmn; 0,5 mm, espesor: 525&plusmn; 25 mm, orientación: (1 0 0)</td></tr>bomba <tr><td>de jeringa</td><td>kdScientific</td><td>kds210</td><td></td></tr><tr><td>jeringa, i.e. 10 ml</td><td>Microscopio de contraste de modulación Terumo</td><td>SS-10L2138</td><td></td></tr><tr><td>Hoffman</td><td>Lente objetivo Leica Microsystems</td><td>DM IL LED</td><td></td></tr><tr><td>5X</td><td>Leica Microsystems</td><td>N PLAN</td><td>NA = 0,12</td></tr><tr><td>filo</td><td></td><td></td> de cuchillo <td>personalizado cámara de piezas fabricadas</td></tr><tr><td>, i.e. alta velocidad</td><td>Herramientas de diseño integradas</td><td>NX7-S1</td><td></td></tr><tr><td>Adaptador de montura C HC 0.63x</td> Software operativo de cámara <td>541537</td><td></td><td>Leica Microsystems</td></tr><tr><td></td><td>Herramientas de diseño integradas</td><td>MotionPro X Studio 2.02.01</td><td></td></tr><tr><td>polidimetilsiloxano (PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard-184 kit</td><td></td></tr> <tr><td>de elastómero de siliconaTubos de teflón, i.e. Diámetro exterior x Diámetro interno 1/16 pulg. x 0,031 pulg.</td><td>Supelco</td><td>58700-U</td><td></td></tr><tr><td>micro portaobjetos de vidrio</td><td>Matsunami Glass</td><td>S2215</td><td></td></tr> placa <tr><td>caliente</td><td>Yeong-Shin</td><td>HP-303DN</td><td></td></tr><tr><td>agua destilada, i.e. Alps Chemicals de grado HPLC</td><td>alcohol</td><td></td><td></td></tr><tr><td>etílico i.e. grado reactivo</td><td>Nihon Shiyaku Reactivo</td><td>EA448652</td><td></td></tr><tr><td>procesamiento de imágenes software</td><td>Mathworks</td><td>MATLAB R2009a paquete de</td><td></td></tr><tr><td>dinámica de fluidos computacional</td><td>grupo ESI</td><td>CFD-ACE+ 2008</td><td></td></tr></tbody></table>

analizando mezcla falta de homogeneidad en un dispositivo de microfluidos por microscale schlieren técnica

Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

En este trabajo, presentamos el uso de la técnica schlieren microescala para medir la falta de homogeneidad de mezcla en un dispositivo de microfluidos. El sistema schlieren microescala se construye a partir de un microscopio de contraste de modulación Hoffman, que proporciona un fácil acceso al plano focal posterior de la lente del objetivo, mediante la eliminación de la placa de hendidura y la sustitución del modulador con un filo de la navaja. El principio de funcionamiento de la técnica schlieren microescala se basa en la detección de desviación de la luz causada por la variación del índice de refracción 1-3. La luz desviada sea escapa o es obstruido por el filo de la navaja para producir un brillante o una banda oscura, respectivamente. Si el índice de refracción de la mezcla varía linealmente con su composición, el cambio local en la intensidad de luz en el plano de la imagen es proporcional al gradiente de concentración normal al eje óptico. La imagen micro-schlieren da una proyección bidimensional de la luz producida por la falta de homogeneidad perturbado tridimensional. Para llevar a cabo el análisis cuantitativo, se describe un procedimiento de calibración que mezcla dos fluidos en un T-microcanal. Llevamos a cabo una simulación numérica para obtener el gradiente de concentración en el T-microcanales que se correlaciona estrechamente con la imagen-micro schlieren correspondiente. Por comparación, se establece una relación entre las lecturas de escala de grises de la imagen micro-schlieren y los gradientes de concentración presentados en un dispositivo de microfluidos. Usando esta relación, somos capaces de analizar la falta de homogeneidad de mezcla de imagen micro schlieren asociado y demostrar la capacidad de la técnica schlieren microescala con las mediciones en un oscilador de microfluidos 4. Para fluidos ópticamente transparentes, la técnica schlieren microescala es una herramienta de diagnóstico atractivo para proporcionar información de campo completo instantánea que conserva las características tridimensionales del proceso de mezcla.

La relación de escala de grises I / I 0 bajo diferente número de Reynolds para ambos gradientes positivos y negativos de la fracción de masa se ​​muestra (Figura 2) con una banda simétrica que aparece en el medio de la T-microcanal. En bajo número de Reynolds, la cola de la banda schlieren se expande y borrosa debido a la dispersión a través de la interfaz de mezcla. A medida que el número de Reynolds aumenta, la longitud de difusión acorta dando lugar a una banda más estrec...

Aquí, describimos un procedimiento que emplea la técnica de Schlieren a microescala para medir la falta de homogeneidad de la mezcla en un dispositivo microfluídico. A través de la calibración, la distribución del gradiente de concentración se puede derivar de la imagen de micro-schlieren.

Analizando Mezcla falta de homogeneidad en un dispositivo de microfluidos por Microscale Schlieren Técnica

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren ...

El objetivo general de este procedimiento es medir de forma no invasiva el gradiente de concentración en un dispositivo microfluídico utilizando la técnica de schlieren a microescala. Esto se logra primero construyendo el sistema de schlieren a microescala a partir de un microscopio de contraste de modulación Hoffman. Retire la placa de rendija del condensador y sustituya el modulador en el plano focal trasero del objetivo por un filo de cuchilla.El segundo paso consiste en montar un microcanal en T e iniciar un procedimiento de mezclado de calibración. Imagenar el canal en T para obtener imágenes microscópicas en escala de grises. A continuación, comparar las imágenes microscópicas con una simulación de dinámica de fluidos computacional.Para hallar la relación entre los gradientes de escala de grises y de concentración, los pasos finales consisten en cargar un dispositivo microfluídico objetivo. Tome una imagen micro-Schlieren de la mezcla y utilice la curva de calibración para convertir los valores de escala de grises en gradientes de concentración. En definitiva, la técnica micro-Schlieren se utiliza para mostrar cuantitativamente la heterogeneidad de la mezcla en un dispositivo microfluídico en tiempo real.La principal ventaja de este método frente a las técnicas existentes, como la imagen de fluorescencia o la sombra, es que permite mediciones inestables del gradiente de concentración que revelan la heterogeneidad tridimensional en un dispositivo microfluídico. Quien demostrará este procedimiento será el Dr. Un reciente graduado de doctorado de un laboratorio. El primer paso consiste en preparar el dispositivo microfluídico que se utilizará en el experimento.Este dispositivo de microcanales fue fabricado mediante el moldeado de poli dimetil siloxano. El esquema del dispositivo muestra sus canales de alimentación y su canal de confluencia. Cada canal está conectado a una región circular que será el sitio de conexión de fluidos.Para el experimento, monte un dispositivo microfluídico sobre un portaobjetos de vidrio e inserte tubos de teflón. Para realizar las conexiones de fluido, aparte el dispositivo. Mientras se prepara el experimento, construya el sistema microscópico schlein a partir de un microscopio de contraste de modulación Hoffman.Tenga listo un filo de cuchilla para colocarlo en la trayectoria óptica. Este filo de cuchilla está fabricado a medida para su uso en este sistema y está negro para reducir la reflectividad. Mantenga el filo de cuchilla a mano y comience a modificar el estallido del microscopio.Retire la placa ranurada situada delante del plano focal del condensador. A continuación, retire el modulador del plano focal posterior del objetivo de cinco aumentos. Tome el filo de cuchilla e insértelo en lugar del modulador.Para capturar video, utilice una cámara de alta velocidad montada en el tubo trinocular del microscopio y conectada a una computadora. Encienda la fuente de luz e inicie el envío de video en escala de grises a la computadora. A continuación, capture y procese una imagen.Registre una imagen del flujo de video y utilice un software de procesamiento de imágenes para obtener su valor de escala de grises. Regrese al microscopio y retire el borde de cuchilla en la computadora. Monitoree la lectura promedio de escala de grises mientras ajusta la iluminación y la abertura.Deténgase cuando la lectura promedio de escala de grises de la imagen sea aproximadamente un 10 % menor que el valor máximo. Esta es la intensidad de fondo para un corte del 0 %. Ahora inserte el filo de cuchilla para bloquear completamente la luz incidente.En el ordenador. Registre la lectura promedio de la escala de grises de la imagen. Esta es la intensidad de fondo para un corte del 100 %.A continuación, ajuste iterativamente la posición del filo de cuchilla mientras monitorea la lectura promedio de escala de grises de las imágenes capturadas. Deténgase cuando la lectura promedio de escala de grises de la imagen se encuentre en el punto medio entre los valores de 0 y 100 %, lo que establece el grado de corte en un 50 %. Ahora regrese al microscopio para montar el dispositivo del microcanal en T. Colóquelo sobre la platina del especimen de modo que el canal confluyente quede paralelo al filo de cuchilla.Ajuste aproximadamente el enfoque una vez que el dispositivo esté en su lugar. Prepare los fluidos para el experimento. Seleccione dos fluidos transparentes cuyos índices de refracción no sean completamente indistinguibles entre sí.Para este video, se utiliza agua como fluido de referencia y una solución acuosa de etanol es la otra, así como s más del índice de refracción en función de la concentración. Elija la fracción másica del etanol acuoso de modo que caiga dentro de la región lineal. Este experimento utiliza una fracción másica de 0,05 para dispensar los fluidos reparados.Dos jeringas idénticas, llenando una jeringa con agua y la otra con etanol acuoso diluido, conectando las jeringas al microcanal en T. Utilice tubos de teflón para conectar cada una de las dos entradas del microcanal en T a una de las jeringas. Tenga dos bombas de jeringa listas para suministrar fluidos a las entradas del microcanal.Cargue una bomba con la jeringa de fluido de referencia. Cargue la otra bomba con la jeringa de etanol diluido, pero coloque el extremo del tubo de salida en un recipiente y fíjelo en la pared del recipiente. Comience la calibración para proporcionarles el número de Reynolds ajustando el caudal de las bombas de jeringa.Inicie las bombas de jeringa para suministrar los fluidos de trabajo simultáneamente a la misma velocidad de flujo volumétrico. Utilice la cámara para observar detenidamente el microcanal. Ajuste el enfoque y espere hasta que el flujo estable se estabilice, señalado por una SL y un patrón estacionarios.Utilice una frecuencia de cuadros de 30 cuadros por segundo para grabar 20 cuadros de mezcla fluidica. Estos cuadros constituyen la imagen adquirida. Una vez finalizado, prepare las bombas para obtener otro conjunto de cuadros.Detenga la bomba de jeringa para el etanol diluido y continúe bombeando agua a través de una entrada. Observe el flujo y espere hasta que se establezca un flujo constante sin burbujas ni patrones irregulares. Registre 20 cuadros de imágenes a 30 cuadros por segundo.Estas imágenes son la imagen de referencia. Continúe capturando imágenes de etanol y agua, y luego solo de agua, para cada número de Reynolds de interés. Cuando se hayan recopilado todos los datos, diríjase al ordenador para continuar con la calibración.Utilice el software de procesamiento de imágenes para dividir las imágenes adquiridas por la imagen de referencia para cada error del número de Reynolds. Las imágenes adquiridas de muestra cuando el etanol acuoso entra desde el canal en la parte superior de la imagen y el canal en la división inferior por la imagen de referencia proporcionan los datos de la relación de escala de grises a una distancia determinada a lo largo del flujo. Seleccione puntos en la dirección transversal al flujo y extraiga la relación de escala de grises en cada uno.Realice esto para varios puntos a lo largo del flujo y represente gráficamente los datos para su comparación. Realice una simulación computacional de la dinámica de fluidos del experimento. Utilice esto para calcular la derivada de la fracción másica con respecto a la derivada transversal al flujo.A continuación, aproveche la relación lineal esperada entre la razón de escala de grises y la derivada utilizando regresión lineal. Para hallar la línea de regresión tras la calibración, use la técnica micro schlein para estudiar un dispositivo objetivo. Primero, desconecte y retire el dispositivo de microcanal T de la platina de la muestra.Sustitúyalo por un dispositivo microfluídico objetivo de profundidad aproximadamente igual. Conecte el dispositivo al agua y a la solución acuosa de etanol, grabando con la cámara el agua de entrada y el etanol diluido a tasas de flujo volumétrico iguales en el ordenador. Espere hasta que el flujo se estabilice y registre 20 cuadros para la imagen adquirida.A continuación, detenga la bomba de jeringa para el etanol acuoso e introduzca solo agua en el microdispositivo objetivo. Regrese al ordenador para obtener la imagen de referencia. La relación de escala de grises bajo diferentes números de Reynolds para gradientes positivos y negativos de fracción másica presenta una banda que aparece en el centro del microcanal en forma de T a un número de Reynolds bajo.La cola de la banda de Schlein se expande y difumina debido a la dispersión a través de la interfaz de mezcla. A medida que aumenta el número de Reynolds, la longitud de difusión se acorta, lo que conduce a una banda más estrecha. En este video, se utilizó la relación lineal encontrada entre la razón de escala de grises y la derivada de la fracción másica para capturar la naturaleza oscilante del flujo en un oscilador microfluídico a un número de Reynolds de 250.Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo implementar la técnica de estratificación a microescala para la cuantificación de gradientes de concentración en un dispositivo microfluídico.

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Research

Investigación

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Bioengineering

Bioingeniería

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Analizando Mezcla falta de homogeneidad en un dispositivo de microfluidos por Microscale Schlieren Técnica

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