Adaptación de la dispersión de Taylor para medir el coeficiente de dispersión de las soluciones electrolíticas a través de una configuración microfluídica accesible

El alcance de nuestro trabajo es diseñar e implementar una plataforma experimental de microfluidos accesible adecuada para responder a una amplia gama de preguntas fundamentales sobre fluidos. El mayor desafío es desarrollar un proceso de fabricación reproducible y flexible para microcanales con suficiente precisión utilizando equipos de bajo costo. Nuestra investigación busca abordar la falta actual de configuraciones y protocolos experimentales precisos y de fácil acceso para medir la difusividad mejorada de una especie de electrolito.

Nuestra plataforma también permite la visualización de interacciones iónicas de múltiples especies. Nuestra configuración y protocolo experimentales son económicos, de fácil acceso y precisos. La técnica de fabricación de microcanales de bajo costo empleada permite la producción de chips de diseño personalizado en minutos.

Para comenzar, inicie el software de diseño del cortador de manualidades en la computadora conectada. Diseñe la parte superior del microcanal directamente en el software o importe un diseño compatible desde un software externo. Luego, coloque un rectángulo de poliéster de 21 centímetros por cinco centímetros en el lado adhesivo de la alfombrilla de corte.

Con cinta adhesiva, pegue con cinta adhesiva los cuatro bordes perimetrales para asegurar el rectángulo. A continuación, cargue el tapete de corte en el cortador de manualidades alineando los bordes marcados con los indicadores de flecha en el dispositivo. Inserte la cuchilla en la primera ranura del carro del cortador de manualidades.

Haga clic en Enviar ubicado en la parte superior derecha de la página de diseño en el monitor para pasar a la pantalla de revisión. Luego establezca la profundidad de la hoja en nueve, la fuerza en 33, los pases en uno y la velocidad en uno. Ahora haga clic en Enviar para enviar el trabajo al cortador de manualidades e iniciar el proceso de corte.

Después de quitar el tapete de corte del cortador, use pinzas para quitar el material de poliéster negativo de la hoja cortada. A continuación, diseñe juntas de poliamida en forma de rosquilla utilizando el software de diseño de cortadores artesanales o importe el diseño de la junta desde un software compatible. Coloque un trozo de cinta de poliamida de 21 centímetros de largo con el lado adhesivo hacia arriba sobre el tapete de corte y asegúrelo con cinta adhesiva a lo largo de los cuatro bordes.

Introduzca los ajustes de corte para la cinta de poliamida con una profundidad de cuchilla de nueve, fuerza de uno, pasadas de uno y velocidad de uno. Haga clic en Enviar para enviar el trabajo de corte de juntas al cortador de manualidades. Luego coloque la hoja de poliéster cortada sobre una superficie limpia y plana con las protuberancias hacia arriba.

Con unas pinzas, retire una junta de la cinta de poliamida cortada y colóquela en la parte inferior plana de un puerto impreso en 3D. Alinee el puerto con el orificio de entrada de flujo y, con la junta, fíjelo a la lámina de poliéster plana. Ahora, en una campana extractora, aplique una pequeña cantidad de superpegamento a lo largo del perímetro del puerto mientras lo presiona hacia abajo para crear un sello hermético.

Para la fabricación del cuerpo de microcanal de poliamida, diseñe el cuerpo del microcanal utilizando el software de diseño de cortadores artesanales o importando un diseño externo compatible. Fije la tira de cinta de poliamida de 21 centímetros de largo con el lado adhesivo hacia arriba en el tapete de corte. Luego, cargue el tapete de corte en el cortador de manualidades alineando los bordes marcados con los indicadores de flecha en el dispositivo.

Haga clic en Enviar en la parte superior derecha de la página de diseño para revisar el material y la configuración de corte. Utilice los mismos parámetros de corte que se utilizan para las juntas. Haga clic en Enviar para enviar el trabajo de corte al cortador de manualidades.

Luego retire la alfombrilla de corte del cortador y, con unas pinzas, retire el material de poliamida negativo del diseño del canal. Ahora coloque la cinta de poliamida con el lado adhesivo hacia arriba sobre una superficie plana y limpia. Coloque con cuidado el rectángulo de poliéster sobre la cinta de poliamida expuesta, centrando la tira de poliamida a lo ancho del poliéster.

Con un rodillo, aplique una presión uniforme hacia abajo para eliminar las burbujas de aire grandes e inspeccione visualmente si hay residuos o deformaciones. Después, voltee el conjunto de cinta de poliamida y retire la cubierta protectora del lado adhesivo. Alinee la lámina de poliéster superior montada con el puerto impreso en 3D a la entrada y salida de la cinta de poliamida, luego coloque con cuidado la lámina de poliéster sobre la capa de poliamida.

Para la configuración de la bomba de jeringa, llene una jeringa de vidrio de 0,5 mililitros con agua desionizada. Monte la jeringa en una bomba de jeringa programable y presione el botón de avance rápido hasta que el agua comience a salir de la punta de la jeringa. Luego, corte un trozo de tubo de politetrafluoroetileno de 50 centímetros de largo.

Con unas pinzas, conecte los dos extremos del tubo a las puntas de la jeringa de calibre 27 insertando el tubo sobre las puntas y tirando de él hacia abajo. Llene la punta de la jeringa conectada y el tubo con agua desionizada hasta que se forme un menisco convexo en la abertura de la punta. Conecte la punta a la jeringa de vidrio montada en la bomba, asegurándose de que no haya burbujas de aire presentes ni en la jeringa ni en la punta.

Configure la bomba de jeringa solo en modo de infusión. Ingrese el tipo y tamaño de jeringa como 0.5 mililitros en la interfaz de la bomba. Con cinta adhesiva de 2,54 centímetros de ancho, pegue con cinta adhesiva la punta microfluídica completamente ensamblada al panel de luz.

A continuación, monte una lente macro F2 de 20 milímetros en la cámara y conéctela a un disparador remoto. Instale un trípode y monte la cámara sobre el panel de luz, en ángulo hacia abajo para mirar hacia el experimento. Centre la vista en el punto de captura cortado en la cinta de poliamida.

Programe la cámara a través del disparador remoto para tomar imágenes cada segundo. Aplique una capa de cinta transparente sobre el orificio de entrada del trazador para evitar que se escape líquido, asegurándose de que un borde de la cinta esté doblado para formar una pequeña pestaña para facilitar la extracción. Conecte y haga funcionar la bomba de jeringa programable para inundar suavemente el microcanal con agua desionizada a un caudal muy bajo.

A continuación, llene una punta de micropipeta de 0,5 microlitros con una solución trazadora preparada. Con la lengüeta doblada, retire la cinta que cubre el orificio de entrada del trazador. Usando la esquina de una toallita con poca pelusa, elimine ligeramente el exceso de agua desionizada del orificio de entrada y espere 30 segundos para que los frentes de agua se estabilicen.

Después de 30 segundos, dispense la solución trazadora en el orificio de entrada con la pipeta. Vuelva a alisar inmediatamente la cinta sobre el orificio con una presión mínima y un movimiento continuo para volver a sellar la entrada. Después de asegurarse de que la bomba de jeringa esté programada para el caudal volumétrico objetivo, encienda la bomba de jeringa y active la cámara remota simultáneamente para comenzar a obtener imágenes.

Si los bordes horizontales de la superposición del rectángulo no están alineados con las paredes del microcanal, coloque el cursor sobre una esquina del rectángulo, haga clic y gire la imagen hasta que las paredes horizontales se alineen paralelas a las paredes del canal. Presione cualquier tecla para continuar. La ventana emergente de la imagen se cerrará y se volverá a abrir con la orientación corregida.

Haga clic y arrastre para seleccionar una región cuadrada con lados iguales a la anchura del canal, centrada en el punto de captura. Presione cualquier tecla para continuar y la ventana emergente de la imagen se cerrará. A continuación, extraiga la intensidad del canal azul en cada píxel dentro de la región de recorte seleccionada de la imagen RGB.

Invierta los valores restando cada uno de 255, el valor máximo del canal azul. Calcule el valor de intensidad media del canal azul invertido en todos los píxeles de la región recortada. Guarde cada valor calculado para generar una serie temporal de intensidad media del canal azul invertido en el punto de captura.

Utilice la caja de herramientas del ajustador de curvas no lineales en el código para introducir la serie de tiempo completo de intensidades medias de canal azul invertido. Se trazaron las intensidades promedio de los canales azules invertidos a lo largo del tiempo y mostraron una estrecha concordancia entre los datos experimentales y el ajuste teórico de dispersión a medida, con puntos de tiempo a 140 segundos, 150 segundos y 200 segundos claramente mostrados. Los resultados del factor de dispersión de los experimentos en tres relaciones de aspecto diferentes mostraron una buena concordancia con las predicciones teóricas.