Dispositifs à base de verre pour générer des gouttes et des émulsions

Ce protocole décrit en détail comment fabriquer des dispositifs microfluidiques à base de verre. Suivre ce protocole permettra à toute personne sans expérience de construire et d’utiliser ces appareils. Avec le verre, nous pouvons facilement rendre les surfaces hydrophobes ou hydrophiles, rendant ainsi les appareils à base de verre attrayants pour générer des gouttes d’émulsion stables.

Il existe de multiples applications pour les gouttes et les émulsions dans des domaines aussi divers que les cosmétiques, l’industrie alimentaire et l’administration de médicaments. Dans ce manuscrit, nous mettons un peu plus l’accent sur leur utilisation dans l’agriculture intensive. Nous vous recommandons d’être patient à chaque étape.

Vérifiez également que la pointe est propre et non cassée. N’attendez pas que l’appareil soit terminé pour les vérifier. Pour faire des gouttes simples, utilisez une base en verre faite avec une lame de microscope pour construire l’appareil.

Pour la pointe, utilisez des capillaires en verre rond d’un millimètre de diamètre. Ensuite, utilisez une aiguille de seringue de calibre 20 pour faciliter l’introduction du liquide dans le capillaire. À l’aide d’une lame de rasoir ou d’un scalpel, creusez un trou égal à la taille du diamètre extérieur du capillaire à la base de l’aiguille.

Rincez l’aiguille avec de l’eau pour éliminer la poussière et les fibres de la coupe et permettre à l’aiguille de sécher à l’air. Pour assembler l’appareil, collez le capillaire rond sur la lame du microscope en plaçant la pointe du capillaire d’un à deux centimètres à l’extérieur de l’extrémité de la lame du microscope et en ajoutant une noisette d’époxy au centre du capillaire de sorte qu’il n’interfère pas avec le champ de vision ou avec l’aiguille de la seringue. Ensuite, placez l’aiguille de la seringue de telle sorte que l’extrémité du capillaire se trouve au centre de l’aiguille et placez une petite quantité d’époxy durci autour du bord au bas de l’aiguille.

Après quelques minutes, appliquez la deuxième couche d’époxy frais, en recouvrant la base de l’aiguille et en évitant le trou. Ensuite, couvrez le trou avec de l’époxy durci pour empêcher l’époxy de couler à l’intérieur des aiguilles. Pour générer des gouttes, placez l’appareil en position verticale à l’aide d’une pince de sorte que la pointe soit orientée vers le bas comme un robinet de cuisine.

Utilisez une pompe à seringue ou une configuration à pression pour pomper le liquide dans l’appareil. Pour faire des gouttes d’émulsion, utilisez un capillaire carré de cinq centimètres de long pour le liquide externe et un capillaire rond d’un millimètre de diamètre. Assurez-vous que la longueur du capillaire rond est de plusieurs centimètres plus longue que le capillaire carré.

Faites correspondre le diamètre extérieur du capillaire rond à la taille interne du capillaire carré pour vous assurer que les deux capillaires sont alignés coaxialement. Ensuite, pour assembler l’appareil, collez le capillaire carré sur la lame du microscope en plaçant la pointe du capillaire d’un à deux centimètres à l’extérieur de l’extrémité de la lame du microscope et en appliquant une noisette d’époxy au centre du capillaire. Attendez que l’époxy guérisse complètement.

Ensuite, introduisez le capillaire rond dans le capillaire carré de sorte que l’extrémité du capillaire rond sur la glissière se trouve à quelques centimètres de l’extrémité du capillaire carré. L’autre extrémité du capillaire rond qui se trouve à l’intérieur du capillaire carré doit être à une distance approximativement égale au diamètre du capillaire rond de l’extrémité du capillaire carré. Collez le capillaire rond à l’aide d’une noisette d’époxy à mi-distance entre l’extrémité du capillaire rond et le début du capillaire carré et attendez que l’époxy durcisse complètement.

Pour loger le capillaire dans la base de l’aiguille, creusez un trou à la base du capuchon rond qui est de la taille du diamètre extérieur du capillaire. Ensuite, pour ajuster l’autre aiguille à l’extrémité du capillaire carré, sculptez un trou rond et un trou carré à la base de l’aiguille pour accueillir l’articulation. Après la coupe, rincez les aiguilles à l’eau et laissez-les sécher à l’air.

Ensuite, collez-les comme démontré précédemment. Pour construire le dispositif microfluidique, coupez deux petits morceaux d’une lame et en utilisant de l’époxy, collez-les sur deux lames de microscope pour garder les lames ensemble. Attendez que l’époxy guérisse complètement.

À l’aide d’un scribe en diamant, taillez le capillaire carré d’une longueur d’environ quatre centimètres. Utilisez le capillaire carré avec un côté intérieur qui correspond au diamètre extérieur du capillaire rond pour aligner les capillaires coaxialement. Pour ce protocole, utilisez un capillaire latéral de deux millimètres.

Ensuite, à l’aide d’une machine à tirer une pipette, tirez un capillaire rond pour obtenir deux demi-capillaires avec une pointe mince. Ensuite, à l’aide d’une micro-forge, coupez la pointe de l’un des demi-capillaires au diamètre souhaité. Pour utiliser l’autre moitié comme capillaire collecteur, coupez la pointe tirée de manière à récupérer les extrémités plates d’origine.

Collez le capillaire carré sur les glissières. Ne placez pas le capillaire au milieu des diapositives car les joints des glissières ne doivent pas se trouver dans la zone de visualisation. Ensuite, placez la pointe et le capillaire collecteur à l’intérieur du capillaire carré à environ deux millimètres l’un de l’autre.

Pour éviter l’articulation, placez les extrémités de la pointe et des capillaires collecteurs du même côté. Pour fabriquer des connexions aux extrémités ouvertes des capillaires, placez quatre aiguilles recouvrant ces extrémités et collez les aiguilles comme démontré précédemment. Pour tester la présence de fuites dans l’appareil, fermez deux des aiguilles à l’aide d’un tube plié maintenu par un clip de liant.

Ensuite, à l’aide d’une seringue, pompez manuellement de l’eau désionisée dans l’appareil à travers l’une des aiguilles en utilisant la dernière aiguille comme sortie. Si aucune fuite n’est observée, pompez l’eau à travers l’aiguille suivante en répétant le processus pour les quatre aiguilles. Si une fuite est détectée, séchez soigneusement l’appareil, appliquez de l’époxy et attendez une heure avant de tester à nouveau.

Après avoir confirmé qu’il n’y avait pas de fuite, remplissez l’appareil de liquide expérimental et retirez les bulles d’air. Ensuite, connectez la seringue liquide interne ou de phase dispersée à l’aiguille un, le liquide externe ou la phase continue à l’aiguille deux, et le liquide collecteur ou la contre-électrode à l’aiguille quatre. L’aiguille trois est pour la sortie.

Enfin, connectez l’alimentation aux aiguilles alimentant les liquides internes et collecteurs pour définir une différence de potentiel entre la pointe et le liquide collecteur. Dans cette étude, environ 3,3 millimètres de gouttes d’huile de silicone ont été générées à l’aide d’une pointe de 580 micromètres. Et des gouttes de 1,75 millimètre ont été générées à l’aide d’une pointe de 86 micromètres.

De plus, des gouttes d’émulsion ont été générées à l’aide de dispositifs d’électrocoulage dans les modes de goutte à goutte, de jet de cône et de fouet. Dans ces résultats, le même liquide est utilisé comme liquide intérieur et collecteur. Cependant, si l’objectif des expériences est de collecter ces gouttes, un liquide conducteur différent doit être utilisé comme collecteur.

Soyez patient et attendez que l’époxy guérisse. S’il est mouillé, il ne séchera jamais et vous devrez recommencer toute la procédure. Plusieurs émulsions peuvent être générées en utilisant des combinaisons de focalisation de flux dans une série intrigante.

Chaque schéma supplémentaire ajoutera une coquille à la chute de mouvement. Des sections de focalisation d’écoulement peuvent également être utilisées.