Name: Adaptación de la dispersión de Taylor para medir el coeficiente de dispersión de las soluciones electrolíticas a través de una configuración microfluídica accesible (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-10-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 56 s
Description: Aprende a medir coeficientes de difusión en soluciones electrolíticas mediante una plataforma microfluídica accesible y de bajo costo. Este método permite visualizar interacciones iónicas multispecie con precisión reproducible.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

<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>

En este informe, presentamos una configuración experimental y un protocolo repetibles y accesibles para adaptar el experimento de dispersión de Taylor a la escala microfluídica. Aprovechamosuna técnica de xurografía 5 existente para fabricar nuestros microcanales internamente a bajo costo utilizando impresión 3D y un cortador de manualidades de escritorio. El estándar actual de la industria para la fabricación de microcanales implica la creación de moldes maestros en los que se pueden fundir canales. En comparación con la técnica discutida en este manuscrito, estos métodos pueden tener una resolución de canal y un tamaño de característica significativamente mejores (algunos tan pequeños como 0,1 μm), pero tienen el inconveniente de costos generales mucho más altos, hasta decenas de miles de USD14. Además del costo general inicial, cualquier cambio en las características de diseño de canales requiere tanto la creación de un nuevo molde maestro como el curado de nuevos canales, lo que aumenta el tiempo de inactividad. En contraste, el costo inicial del equipo de fabricación de canales utilizado en este informe es de aproximadamente 300 USD; esto es comparable a la forma menos costosa de producir un molde maestro (como el uso de técnicas basadas en polidimetilsiloxano (PDMS), pero tiene la ventaja de que los cambios en el diseño de los canales y la impresión de nuevos canales toman mucho menos tiempo mientras se mantiene la rugosidad de la superficie comparable a las técnicas de fabricación líderes para canales de 200 μm de ancho5. Podemos cortar un chip microfluídico en menos de 5 minutos y por menos de 1 USD.
En este protocolo, los datos se registran en un punto de captura fijo aguas abajo de la entrada del trazador a través de imágenes de campo claro utilizando una cámara D-SLR montada con una lente macro. Si bien el protocolo se desarrolló utilizando una solución de sal de fluoresceína sódica en agua desionizada (DI), este método de imagen es aplicable a otros tipos de colorantes, como el colorante alimentario, siempre que exista una relación lineal entre la intensidad y la concentración del trazador. La gama potencial de productos químicos a utilizar puede ampliarse aún más teniendo en cuenta su espectro de absorción y la iluminación de fondo. Sin embargo, observamos que algunos colorantes alimentarios se derivan de materiales vegetales y pueden contener más de una especie química; Se debe tener precaución al seleccionar el colorante alimentario que se utilizará para evitar resultados contradictorios.
La validez de esta configuración y protocolo se verificó calculando el factor de dispersión experimental, f, para variar la relación de aspecto del canal y el caudal experimental, y comparándolo con sus valores teóricos para microcanales de secciones transversales rectangulares, como se muestra en la Figura 7. También calculamos el coeficiente de difusión, κ, para trazadores pasivos de una sola especie en estas condiciones experimentales variables. La Tabla 1 reporta el coeficiente de difusión molecular de la sal de fluoresceína sódica obtenida de esta investigación experimental. Específicamente, los valores κ tabulados se calcularon a partir de la ecuación (3) utilizando ajustes experimentales para el coeficiente de dispersión mejorado, K, y los valores teóricos para el factor de dispersión, f. Informamos valores promedio para cuatro experimentos en microcanales con diferentes relaciones de aspecto (λ = 0.1, 0.25 y 0.5) y tasas de flujo (0.05, 0.1 y 0.2 cm / s). Para cada uno, también incluimos el error relativo con respecto al valor teórico10,11, κ = 5,70 x 10-6 cm2/s, lo que demuestra la precisión de nuestro método. Finalmente, para cada conjunto de parámetros experimentales informamos el número de Péclet y el rango de tiempo no dimensional definido dividiendo el tiempo dimensional t cuando la curva de intensidad experimental se desvía de la línea de base, por el tiempo de difusión td = h2/(4κ). Incluimos el rango de tiempo experimental no dimensionalizado para demostrar que nuestro sistema ha entrado en el régimen de dispersión de Taylor y, por lo tanto, puede aproximarse bien mediante un perfil gaussiano15. De hecho, los tiempos de observación informados en las dos últimas columnas de la Tabla 1 son aproximadamente 2-5 (o más) veces el tiempo de difusión td.
A continuación, ampliamos el protocolo para investigar la interacción y separación de iones multiespecie. A continuación informamos nuestros resultados de la aplicación del experimento de dispersión de Taylor a una solución electrolítica multiespecie hecha mezclando sal de sodio de fluoresceína y colorante azul para alimentos en agua desizada. La Figura 8 muestra la evolución temporal de las curvas de intensidad del canal azul invertido en el punto de captura de la cámara para tres solutos: solución de colorante alimentario azul en agua desionizada (–), solución salina de fluoresceína sódica en agua desionizada (...), y colorante alimentario azul mixto y solución salina de fluoresceína sódica en agua desionizada (----). Cada curva es el promedio de cinco ensayos experimentales con una desviación estándar en cada dirección (sombreado). Las curvas muestran que los experimentos con colorante alimentario azul solo (–) alcanzan un mínimo primero, en comparación con la escala de tiempo del máximo para los experimentos de sal de sal de sodio con fluoresceína (...). Esto es consistente con el hecho de que la sal de fluoresceína sódica tiene un coeficiente de difusión molecular de un orden de magnitud menor que el del azul 1, el ingrediente colorante para el colorante azul utilizado16. Los experimentos de solución mixta (----) destacan esta diferencia de escala de tiempo y la consiguiente separación de iones visible a través de un cambio de concavidad en el perfil de intensidad; La curva cae por debajo de la línea de base primero antes de girar hacia arriba y alcanzar su punto máximo por encima de la línea de base. En la Figura 9 trazamos la misma curva de intensidad de canal azul invertido (----) de solución mixta superpuesta con una curva obtenida sumando las contribuciones individuales de los experimentos de colorante alimentario azul y los experimentos de sal de sodio con fluoresceína (+++). La diferencia entre las dos curvas subraya el efecto que tiene la interacción ion-ion en la curva de intensidad de la solución mixta. Al simplemente agregar las dos contribuciones individuales de soluto, la curva (+++) presenta un mínimo más profundo impulsado por la fuerte contribución por debajo de la línea de base de la solución de colorante azul (que se muestra como - en la Figura 8), antes de que la concavidad cambie en una escala de tiempo más larga en comparación con la curva de solución mixta (----). Finalmente, la curva de suma muestra nuevamente un pico más alto por encima de la línea de base en comparación con la curva mixta, debido al comportamiento de la solución salina de sal de fluoresceína sódica (que se muestra como ... en la Figura 8). El pico más suave junto con el acortamiento de la escala de tiempo es una indicación de la interacción entre el colorante azul para alimentos y los iones de sal de sodio fluoresceína.
Los perfiles de intensidad de la Figura 6, la Figura 8 y la Figura 9 presentan asimetría; esto puede deberse a algunas diferencias entre la teoría clásica de dispersión de Taylor 2,5,9 y la cantidad medida en los experimentos. El perfil de concentración predicho por la ecuación (2) es simétrico en el espacio, pero en nuestra configuración experimental la medición se toma en un punto de captura fijo aguas abajo del sitio de inyección del trazador en función del tiempo. Cuando se ve en función del tiempo, el perfil resultante está intrínsecamente sesgado. Esta asimetría temporal es consistente con las observaciones reportadas en estudios anteriores, incluidos Taylor y Harris (2019)5. Otra posible causa de asimetría es la influencia del área finita de la ventana de captura de imágenes experimental. Una posible alternativa al ajuste gaussiano descrito en la ecuación (1), implica ajustar los datos experimentales a la integral de la expresión gaussiana en la ecuación (2) sobre la región finita de captura de imágenes (en x), como se hace en Bharadwaj, Santiago y Mohammadi (2002)17. Esta contribución a la asimetría se vuelve particularmente relevante cuando el tamaño de la caja de captura es comparable a la desviación estándar de la curva gaussiana; aquí, la longitud de nuestra ventana de captura es siempre al menos un orden de magnitud menor que la desviación estándar de Gaussian.
Este método experimental de bajo costo proporciona un enfoque accesible para el experimento de dispersión de Taylor a microescala. El paso más delicado del protocolo es la fabricación y eliminación del negativo de microcanales. Durante el proceso de fabricación, se debe tener especial cuidado para garantizar que el canal esté seguro antes de cortar para evitar errores de corte. Al retirar el negativo, asegúrese de que no quede material y evite cualquier contacto con las paredes laterales del canal, que deben ser lisas, paralelas y rectas para garantizar resultados experimentales fiables. Una limitación de este método es el límite de resolución inherente de la xurografía. En este manuscrito, los canales más difíciles de producir son aquellos con ancho w = 200 μm (y relación de aspecto λ = 0,5), que empujaron contra el límite de la resolución del cortador artesanal5. La principal causa de error es el motor paso a paso empleado por el cortador artesanal, que mueve las cuchillas en incrementos de paso definidos basados en engranajes mecánicos. Cuando los diseños requieren que los cortes estén entre el incremento de paso definido, se introduce un mayor error. El trabajo en profundidad que identifica los límites de resolución de este método de xurografía está disponible en la literatura5.
Este procedimiento experimental proporciona una forma sencilla de calcular el factor de dispersión mejorado, K, y el coeficiente de difusión molecular, κ, de trazadores pasivos de una sola especie. Además, el protocolo ofrece una forma sencilla de visualizar la dinámica de interacción y separación entre las especies de iones. Dada la accesibilidad y versatilidad de la plataforma, este método es adecuado para analizar la dinámica entre especies de iones y comprender mejor la compleja interacción de los fenómenos de transporte, y se puede emplear fácilmente en aplicaciones como un micromezclador.
<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">Tiempo no dimensional</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Relación de aspecto, λ</td>
			<td>Caudal (cm/s)</td>
			<td>Experimental κ (cm2/s)</td>
			<td>Error relativo</td>
			<td>Número de Péclet (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</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</td>
			<td>6.443 x 10-2</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</td>
			<td>~ 88</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</td>
			<td>~ 175</td>
			<td>~número arábigo</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</td>
			<td>~ 88</td>
			<td>~ 6</td>
			<td>~ 16</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabla 1: Coeficiente de difusión molecular experimental (κ) para la sal de fluoresceína sódica. Los resultados se calculan a partir de la ecuación (3) utilizando ajustes experimentales para el coeficiente de dispersión mejorado, K, y los valores teóricos para el factor de dispersión, f. Cada fila informa el valor κ promedio (y la desviación estándar relacionada) para cuatro experimentos en microcanales con una relación de aspecto específica (λ = 0,1, 0,25 o 0,5) y caudal (0,05, 0,1 o 0,2 cm/s). Para cada uno, incluimos el error relativo con respecto al valor teórico10,11, κ = 5.70 x 10-6 cm2/s, para demostrar la precisión de nuestro método. Además, para cada fila enumeramos el número de Péclet experimental y el rango de tiempo no dimensional definido dividiendo el tiempo dimensional t cuando la curva de intensidad experimental se desvía de la línea de base, por el tiempo de difusión td = h2 / (4κ).
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig8.jpg"> 
Figura 8: Evolución temporal de la intensidad promediada del trazador del canal azul invertido en el punto de captura de la cámara para tres trazadores. Evolución temporal de la intensidad promediada del trazador del canal azul invertido en el punto de captura de la cámara para tres trazadores: solución de colorante azul en agua desizada (a la relación de concentración colorante alimentario: DI = 1:20 mL, –), solución de sal sódica de fluoresceína en agua desionizada (a una concentración de 0,6 g/L, ...), y una solución mixta que contiene colorante alimentario azul y sal sódica de fluoresceína con las mismas concentraciones que en sus experimentos individuales con trazadores (----), es decir, colorante alimentario azul: DI = 1:20 ml y 0,6 g / L de fluoresceína. Cada curva es el promedio de cinco ensayos experimentales con una desviación estándar en cada dirección (sombreado). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig8large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig9.jpg"> 
Figura 9: Evolución temporal de la intensidad media del trazador del canal azul invertido en el punto de captura de la cámara para una solución mixta. Evolución temporal de la intensidad promediada del trazador del canal azul invertido en el punto de captura de la cámara para una solución mixta que contiene colorante alimentario azul y sal sódica de fluoresceína (----) con colorante alimentario azul: DI = 1:20 ml y 0,6 g/L de fluoresceína, y una curva de suma (+++) que combina la intensidad de los experimentos de solución colorante alimentaria azul (curva sólida en la Figura 8, –) y experimentos de solución salina de sodio con fluoresceína (curva punteada en la Figura 8, ...). La curva mixta es el promedio de cinco ensayos experimentales con una desviación estándar en cada dirección (sombreado). La desviación estándar de la curva de suma se calcula tomando la raíz cuadrada de la suma de las desviaciones estándar al cuadrado de los experimentos con cada solución trazadora individual. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig9large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

<table><tbody><tr><td>Pipeta de volumen ajustable, 0.5&ndash; 10 &mu; L</td><td>MUHWA&nbsp;</td><td>B08TBPMKZL</td><td>Convertido en mesa</td></tr><tr><td>Tapete de corte Cameo, 12 x 12 in</td><td>Silueta América</td><td>8.19177E+11</td><td>Función aphabetize utilizada en la tabla</td></tr><tr><td>Batería enchufable de la cámara</td><td>NEEWER</td><td>B0B5WY8T96</td><td>puertos impresos en 3D eliminados</td></tr><tr><td>Trípode de cámara</td><td>Vanguardia</td><td>B00CCA1Y3S</td><td>añadido Impresora 3D Form 2 añadido Impresora 3D Form 2</td></tr><tr><td>Resina transparente V5</td><td>Laboratorios de forma</td><td><a href="https://formlabs.com/store/materials/clear-resin/">https://formlabs.com/store/materials/clear-resin/</a></td><td>Resina de impresión 3D</td></tr><tr><td>Acelerador de cola de cianoacrilato (CA)</td><td>Bono estelar</td><td>B00BUVAZ5S</td><td>También se agregó una resina</td></tr><tr><td>Cámara réflex digital</td><td>Nikon</td><td>D500</td><td>Software de impresora agregado</td></tr><tr><td>Software de tablero</td><td>Laboratorios de forma</td><td><a href="https://formlabs.com/software/dashboard/">https://formlabs.com/software/dashboard/</a></td><td>Software de impresión 3D añadido CAD solidworks</td></tr><tr><td>Agua desionizada</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Añadido MATLAB</td></tr><tr><td>Panel de iluminación LED regulable</td><td>Kaiser Fototechnik</td><td>202455</td><td>Slimlite Plano 5000K 19.6 x 13.8 in cambiado el lote de FSS al número de catálogo</td></tr><tr><td>Cinta de poliimida de doble cara, rollo de 1 pulgada x 36 yardas</td><td>Bertech</td><td>B00HFN6E0K</td><td></td></tr><tr><td>Colorante de sal sódica Flourescein - 100 g</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>5184A17</td><td></td></tr><tr><td>Impresora 3D Form 2</td><td>Laboratorios de forma</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>Jeringa de vidrio con punta Luer, 500 &micro; L</td><td>Compañía Hamilton</td><td>Nº de referencia: 80801</td><td></td></tr><tr><td>Pinzas de alta precisión, 0.004 pulgadas de ancho x 0.002 pulgadas de grosor</td><td>McMaster Carr</td><td>ECCN: EAR99</td><td>Punta puntiaguda estándar</td></tr><tr><td>Toallitas KimWipes</td><td>Kimtech</td><td>B0013HT2QW</td><td>4,4 x 8,4 pulgadas</td></tr><tr><td>Puntas de pipeta de pipeta líquida, 1000 piezas/bolsa</td><td>MUHWA&nbsp;</td><td>B07S1WJCHP</td><td>Se necesita 1 por ensayo experimental</td></tr><tr><td>Objetivo macro 20 mm f/2</td><td>Mitakon Zhongyi</td><td>B075JRGWW1</td><td></td></tr><tr><td>Cinta adhesiva, 0.70 pulgadas x 54.6 yardas</td><td>Marca Scotch</td><td>B00347A8E4</td><td></td></tr><tr><td>Software de MATLAB, edición 2023b</td><td>Mathworks</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>Pegamento CA mediano, 2 oz.&nbsp;</td><td>Bono estelar</td><td>126150047</td><td>Super pegamento de cianoacrilato premium</td></tr><tr><td>Tarjeta de memoria, 64 GB</td><td>Disco San</td><td>&lrm; B09X7C7NCZ</td><td></td></tr><tr><td>Colorantes alimentarios surtidos de neón y tinte de huevo, 1.5 fl oz</td><td>McCormick y Compañía, Inc.</td><td>B09PFV6275</td><td>Rosa, verde y azul. Solo se necesita 1 vial de colorante azul para alimentos. Ingredientes del colorante alimentario azul: agua, propilenglicol, FD& C azul 1, propilparabeno (conservante).</td></tr><tr><td>Balanza de precisión</td><td>Instrumentos de laboratorio Sartorius</td><td>BCE224 - 1S</td><td>Entris&reg; II Línea Esencial. Se utiliza para pesar polvo de sal de sodio con fluoresceína para mezclar trazadores.</td></tr><tr><td>Microtubos de PTFE, 0.012" ID x 0.030" OD</td><td>Cole Parer</td><td>MP-00060882</td><td>Tubería de transferencia de microcalibre. Mínimo necesario: 50 cm.</td></tr><tr><td>Disparador programable remoto</td><td>Pixel Pro</td><td>TW-283DC0/DC2</td><td></td></tr><tr><td>Tijeras</td><td>Amazona</td><td>B01BRGUAT6</td><td></td></tr><tr><td>Cinta adhesiva</td><td>Marca Scotch</td><td>B01C5IHGJW</td><td></td></tr><tr><td>Silhouette Cameo 4 Cortador de manualidades</td><td>Silueta América</td><td>8.19177E+11</td><td></td></tr><tr><td>Silhouette Cameo AutoBlade (Tipo B)</td><td>Silueta América</td><td>8.19177E+11</td><td>2 necesarios</td></tr><tr><td>Software Silhouette Studio Basic Edition versión 4.5</td><td>Silueta América</td><td><a href="https://www.silhouetteamerica.com/silhouette-studio">https://www.silhouetteamerica.com/silhouette-studio</a></td><td>Si se importa el archivo . Los archivos de plantilla DXF proporcionados como parte de los archivos complementarios en esta versión de software, primero configure la configuración de importación de software para leer el tamaño del archivo "tal cual" haciendo clic en: Editar preferencias de > > Importar > DXF > Abrir > tal cual.</td></tr><tr><td>Brayer de goma blanda, 4.75 x 1.75 x 6.62 in</td><td>Speedball</td><td>B003IFY622</td><td></td></tr><tr><td>Software SOLIDWORKS, 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>Bomba de jeringa estándar de infusión/extracción 11 elite</td><td>Aparato de Harvard</td><td>70-4504</td><td></td></tr><tr><td>Punta de jeringa con bloqueo Luer, tamaño de la punta: 0.5 in, calibre 27, transparente</td><td>Metcal&nbsp;</td><td>B00F4B9W40</td><td>2 necesarios</td></tr><tr><td>Sábanas de poliéster ultra transparentes, 12 x 12 x 0.007 in</td><td>Grafix</td><td>B001K7Q6Z0</td><td></td></tr></tbody></table>

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

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

Los pasos de fabricación de chips microfluídicos se muestran en la Figura 1. Incluimos en la Figura 2 los pasos sugeridos para conectar el tubo de PTFE a la punta de la jeringa utilizada para inyectar el flujo de fondo de agua desionizada (DI) en el chip microfluídico a través de la bomba de jeringa programable. La Figura 3 incluye una foto etiquetada de la configuración experimental completa. La Figura 4 incluye diagramas de vista superior (Figura 4A) y vista lateral (Figura 4B) de la configuración experimental que destacan el posicionamiento relativo del chip microfluídico y la cámara. La Figura 5 informa la secuencia de operaciones aplicadas a las imágenes experimentales durante la fase de procesamiento de datos del protocolo. En la Figura 5A mostramos cómo el código alinea el microcanal horizontalmente (si es necesario), luego la Figura 5B muestra el recorte de la región cuadrada de interés centrada alrededor del punto de captura y con la longitud lateral establecida por el ancho del microcanal, w. La Figura 5C aísla el canal azul de la imagen RGB completa en la región recortada de interés, y finalmente la Figura 5D muestra el valor de intensidad invertida para el canal azul de la región recortada obtenido restándolo de 255 (la intensidad máxima para cada canal de color).
La Figura 6 superpone los resultados de una ejecución experimental (discontinua) con el ajuste extrapolado correspondiente (sólido). Aquí, cada punto de datos experimental es el valor de intensidad del canal azul invertido promediado calculado a través de los pasos de procesamiento de datos que se muestran en la Figura 5. En el punto de captura fijo aguas abajo de la entrada del trazador, la teoría de dispersiónde Taylor 2,5,9 predice que la evolución de la concentración del trazador a lo largo del tiempo se describe mediante:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq2v5.jpg">(2)
donde C(t) es la concentración del marcador (g/L) promediada transversalmente, que se ha verificado que está relacionada linealmente con la intensidad medida del marcador; C0 es la concentración inicial del trazador (g/L), U es el caudal (cm/s), t es el tiempo (s) y x (cm) es la coordenada axial en el canal con respecto a la ubicación de inyección del trazador. K es el coeficiente de dispersión mejorado del trazador (cm2 / s) debido a la interacción de la advección y la difusión molecular. Ingresamos los parámetros experimentales y usamos la aplicación de ajuste de curvas no lineales del código (curveFitter) para encontrar el mejor valor de ajuste para K. Se muestran tres marcos experimentales para el tiempo t = 140 s, 150 s y 200 s junto con las curvas experimentales (discontinuas) y ajustadas (sólidas) producidas para una ejecución experimental a un caudal U = 0,1 cm/s en un microcanal de longitud 18,77 cm y relación de aspecto λ = 1/4; esto corresponde al número de Péclet Pe <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq10.jpg" style="opacity: 0.9; margin: 0px;"> 88. Aquí, el trazador consiste en 0,6 g/L de sal sódica de fluoresceína diluida en agua desionizada con un coeficiente de difusión molecular reportado en la literatura10,11 como κ = 5,70 x 10-6 cm2/s. Todos los experimentos informados en este manuscrito se ejecutaron a una temperatura ambiente de 22 ° C.
El coeficiente de dispersión mejorado experimental, K, se puede utilizar para comparar la validez de nuestra configuración y protocolo experimental calculando una cantidad relacionada: el factor de dispersión 2,5,9,12, f. Este parámetro depende de la geometría del canal y se calcula como 5,12,13:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq3v5.jpg">(3)
donde κ es el coeficiente de difusión molecular del trazador (cm2/s) y h/2 es la longitud característica elegida. El número de Péclet es un parámetro no dimensional que cuantifica la relación entre los efectos advectivos y difusivos, Pe = Uh/(2κ). La Figura 7 muestra una buena concordancia entre los resultados del factor de dispersión de ejecuciones experimentales en microcanales con secciones transversales rectangulares de tres relaciones de aspecto y caudales diferentes, y el comportamiento teórico del factor de dispersión 5,12,13.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig1.jpg"> 
Figura 1: Fabricación de chips microfluídicos. (A) Diseño para la lámina superior de poliéster de un chip de 21 x 5 cm. El cortador de manualidades de escritorio corta corta tres agujeros, de izquierda a derecha, para que sirvan como entrada de flujo, entrada de trazador y salida de flujo, respectivamente. (B) Diseño para un microcanal de poliimida de 18,77 cm con punto de captura 15 cm aguas abajo de la entrada del trazador. (C) Vista despiezada del ensamblaje de chips microfluídicos, de abajo hacia arriba: capa inferior de poliéster, capa de microcanal de poliimida, capa superior de poliéster con junta de poliimida y puerto impreso en 3D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig2.jpg"> 
Figura 2: Diagrama que muestra cómo conectar un tubo de PTFE a la punta de una jeringa. El diámetro interior del tubo es de 0,3048 mm y el diámetro exterior de la punta de la jeringa de 27 G es de 0,4064 mm, por lo que hacer un pequeño corte de aproximadamente 1 mm (izquierda) puede ser útil para proporcionar un área de apertura más amplia para guiar la punta de la jeringa (centro). Use pinzas para insertar el tubo sobre la punta de la jeringa y tire hacia abajo (derecha). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig3.jpg"> 
Figura 3: Foto etiquetada de la configuración experimental. De izquierda a derecha: Una cámara réflex digital con un objetivo macro de 20 mm f/2 está montada boca abajo en un trípode para capturar el microcanal pegado al panel de luz iluminado. Una jeringa de vidrio de 0,5 ml conectada al microcanal a través de un tubo de PTFE se coloca en la bomba de jeringa programable. El disparador remoto se utiliza para activar la cámara durante las ejecuciones experimentales. La micropipeta se utiliza para generar la condición inicial del trazador, como se describe en el paso 3.2 del protocolo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig4.jpg"> 
Figura 4: Diagramas de la configuración experimental (no a escala). (A) Vista superior, de izquierda a derecha: bomba de jeringa programable montada con una jeringa de vidrio de 0,5 ml; Tubería de PTFE que conecta la bomba de jeringa al chip microfluídico; chip microfluídico pegado en un panel de luz a 1 cm del borde; micropipeta utilizada para inyectar solución trazadora a través del orificio de entrada del trazador; Cámara D-SLR con lente macro montada en el trípode boca abajo para encuadrar el punto de captura. (B) Vista lateral, de izquierda a derecha: tubería de PTFE que conecta la bomba de jeringa al chip microfluídico; punta de jeringa y puerto impreso en 3D en chip microfluídico; micropipeta utilizada para inyectar solución trazadora a través del orificio de entrada del trazador; Cámara réflex digital con lente macro montada boca abajo 1 cm por encima del punto de captura. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig5.jpg"> 
Figura 5: Pasos de procesamiento de imágenes en el código proporcionado (consulte el Archivo complementario 5). (A) Imagen experimental rotada para que el microcanal sea horizontal. Barra de escala: 1000 μm. (B) Selección cuadrada para la región de interés (ROI) que se recortará con una longitud lateral que coincida con la distancia entre las paredes del microcanal; aquí, 400 μm. (C) ROI recortado donde el canal azul se selecciona de la imagen roja, verde y azul (RGB) completa. Barra de escala: 200 μm. (D) Canal azul invertido para el ROI recortado. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig5large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig6.jpg"> 
Figura 6: Intensidad del trazador promediada transversalmente frente al tiempo en el punto de captura de la cámara para el trazador de fluoresceína (discontinuo) superpuesto con el ajuste de curva extrapolado (sólido). Este ensayo se realizó con 0,6 g/L de sal sódica de fluoresceína en trazador de agua desionizada, en un microcanal con longitud 18,77 cm y relación de aspecto λ = 1/4, a un caudal de 0,1 cm/s y Pe <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq10.jpg" style="opacity: 0.9; margin: 0px;"> 88. La intensidad del canal azul invertido para tres fotogramas experimentales en los momentos 140 s (azul), 150 s (naranja) y 200 s (verde) se muestra sobre el gráfico con el brillo duplicado para mayor claridad. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig7.jpg"> 
Figura 7: Factor de dispersión frente a relación de aspecto de microcanal. Comparación de valores teóricos (curva azul) y experimentales (puntos de datos negros) para el factor de dispersión, f. La curva teórica se obtiene utilizando el solucionador de ecuaciones diferenciales parciales incorporado en el método de elementos finitos en Wolfram Mathematica (NDSolve)12. Mostramos el promedio y la desviación estándar de los datos experimentales para: cuatro ensayos con λ = 0,1 y caudal 0,02 cm/s; doce ensayos con λ = 0,25 y caudales de 0,05 cm/s (cuatro), 0,1 cm/s (cuatro) y 0,2 cm/s (cuatro); cuatro ensayos con λ = 0,5 y caudal 0,1 cm/s. Todos los experimentos se realizaron en microcanales de longitud 6,07 cm (con punto de captura 3 cm aguas abajo de la entrada del trazador); Luego, los resultados se compararon en microcanales de 18,77 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig7large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Archivo complementario 1: archivo .sdlprt para el puerto <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/3DPort_revised" target="_blank">Haga clic aquí para descargar este archivo.</a>
Expediente complementario 2: . Archivo de plantilla DXF de la capa superior de viruta. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/Chip_top.dxf" target="_blank">Haga clic aquí para descargar este archivo.</a>
Expediente complementario 3: . Archivo de plantilla DXF de las juntas de viruta. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/Chip_gaskets.dxf" target="_blank">Haga clic aquí para descargar este archivo.</a>
Expediente complementario 4: . Archivo de plantilla DXF del microcanal del chip. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/Chip_microchannel.dxf" target="_blank">Haga clic aquí para descargar este archivo.</a>
Archivo complementario 5: Archivos de código de MATLAB utilizados para el procesamiento de datos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/MATLAB%20files%20documentation.pdf" target="_blank">Haga clic aquí para descargar este archivo.</a>

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

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

adapting-taylor-dispersion-to-measure-dispersion-coefficient

Research

Investigación

JoVE Journal

Engineering

Ingeniería

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

Polimerización por precipitación no agitada proporciona un enfoque de prototipado rápido, reproducible para la síntesis de los estímulos sensibles al poli (N -isopropylacrylamide) microgeles de estrecha distribución de tamaños. En esta síntesis protocolo, la caracterización de dispersión de luz y fluorescencia de seguimiento de partículas individuales de estos microgeles en una configuración de la microscopía de campo amplio se demuestran.

Síntesis controlada y de seguimiento de la fluorescencia de muy uniforme de poli (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) microgeles

Se presenta un protocolo para la medición directa de la distribución del tamaño de partícula en soluciones concentradas utilizando microscopía de dispersión de luz dinámica.

Medición de Tamaño de Partícula de distribución en turbias Soluciones por Dynamic Light Scattering Microscopía

Aquí, presentamos un protocolo paso a paso para la dispersión de los nanomateriales en medio acuoso con la caracterización en tiempo real para identificar las condiciones óptimas de la sonicación, intensidad y duración para mayor estabilidad y uniformidad de nanopartículas dispersiones sin afectar la integridad de la muestra.

Dispersión de los nanomateriales en medios acuosos: hacia la optimización del Protocolo

Una plataforma de biosensores de microfluídica fue diseñada y fabricado utilizando la tecnología de fotoresistencia de película seca de bajo costo para la cuantificación rápida y sensible de diversos analitos. Este sistema de uso único permite la lectura electroquímica de sobre-chip-inmovilizado análisis enzima-ligado mediante la técnica de stop-flow.

Seca de la película basada en la fotoresistencia el Biosensor electroquímico de microfluidos plataforma: Fabricación de dispositivo, preparación del análisis de la en-viruta y el funcionamiento del sistema

Se presenta un protocolo para el estudio de la difusión de marcadores pasivos en el flujo laminar impulsado por la presión. El procedimiento es aplicable a diversas geometrías de tubo capilar.

La difusión de marcadores pasivos en el flujo Laminar del esquileo

Detallados en este documento son los protocolos de montaje y funcionamiento de una plataforma de proyección modular de microfluidos para la caracterización sistemática de síntesis de nanocristales de semiconductor coloidal. A través de acuerdos de sistema completamente ajustable, colección de espectros muy eficiente puede llevarse a cabo a través de escalas de tiempo de reacción de 4 órdenes de magnitud dentro de un espacio de muestreo controlado por transferencia de masa.

Una tecnología de microfluidos Modular para estudios sistemáticos de nanocristales de Semiconductor coloidal

La rectificación de las vías de transporte de iones es un método eficaz para generar flujos electrohidrodinámicos arrastra iones unidireccional. Colocando una membrana de intercambio iónico en un canal de flujo, un estado eléctricamente polarizado se genera y provoca un flujo líquido ser conducida cuando un campo eléctrico se aplica externamente.

Generación y Control de electrohidrodinámicos flujos en soluciones acuosas electrolíticas

Presentamos un sistema microfluídico para estudios de alto rendimiento en maquinaria de vida compleja, que consta de 1500 unidades de cultivo, una gama de bombas peristálticas mejoradas y un módulo de mezcla in situ. El chip microfluídico permite el análisis de las condiciones microambientales altamente complejas y dinámicas in vivo.

Generación de condiciones ambientales dinámicas utilizando un dispositivo microfluídico de alto rendimiento

Este protocolo detalla el diseño y la fabricación de un dispositivo microfluídico adecuado para investigar la mecánica de los polímeros de microtúbulos. La síntesis de técnicas de microfabricación, control de flujo automatizado y modelado computacional permite un sistema flexible ideal para sondear el citoesqueleto celular in vitro.

Desarrollo de un enfoque basado en la microfluídica para investigar la mecánica de los polímeros de microtúbulos

Aprende a medir coeficientes de difusión en soluciones electrolíticas mediante una plataforma microfluídica accesible y de bajo costo. Este método permite visualizar interacciones iónicas multispecie con precisión reproducible.

Adaptación de la dispersión de Taylor para medir el coeficiente de dispersión de las soluciones electrolíticas a través de una configuración microfluídica accesible (Video) | JoVE Journal

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

Explorar más videos