Adaptation de la dispersion de Taylor pour mesurer le coefficient de dispersion des solutions d’électrolytes via une configuration microfluidique accessible

L’objectif de notre travail est de concevoir et de mettre en œuvre une plateforme expérimentale de microfluidique accessible et adaptée pour répondre à un large éventail de questions fondamentales sur les fluides. Le plus grand défi est de développer un processus de fabrication reproductible et flexible pour les microcanaux avec une précision suffisante en utilisant un équipement à faible coût. Notre recherche vise à remédier au manque actuel de dispositifs et de protocoles expérimentaux facilement accessibles et précis pour mesurer la diffusivité accrue d’une espèce d’électrolyte.

Notre plateforme permet également de visualiser les interactions ioniques entre plusieurs espèces. Notre configuration expérimentale et notre protocole sont peu coûteux, facilement accessibles et précis. La technique de fabrication à microcanaux à faible coût utilisée permet de produire des puces de conception personnalisée en quelques minutes.

Pour commencer, lancez le logiciel de conception de découpeuse d’artisanat sur l’ordinateur connecté. Concevez le haut du microcanal directement dans le logiciel ou importez une conception compatible à partir d’un logiciel externe. Fixez ensuite un rectangle de polyester de 21 centimètres sur cinq centimètres sur le côté collant du tapis de découpe.

À l’aide de ruban adhésif, collez les quatre bords du périmètre pour fixer le rectangle. Ensuite, chargez le tapis de découpe dans le cutter en alignant les bords marqués avec les indicateurs de flèche sur l’appareil. Insérez la lame dans la première fente du chariot du cutter.

Cliquez sur Envoyer situé en haut à droite de la page de conception sur le moniteur pour passer à l’écran de révision. Réglez ensuite la profondeur de la lame sur neuf, la force sur 33, les passes sur un et la vitesse sur un. Cliquez maintenant sur Envoyer pour soumettre le travail au découpeur artisanal et lancer le processus de coupe.

Après avoir retiré le tapis de découpe de la cutter, utilisez une pince à épiler pour retirer le matériau polyester négatif de la feuille découpée. Ensuite, concevez des joints en polyamide en forme de beignet à l’aide du logiciel de conception de coupe-bordures ou importez la conception du joint à partir d’un logiciel compatible. Fixez un morceau de ruban adhésif en polyamide de 21 centimètres de long, le côté collant vers le haut, sur le tapis de découpe et fixez-le avec du ruban adhésif sur les quatre bords.

Entrez les paramètres de coupe du ruban polyamide avec une profondeur de lame de neuf, une force de un, des passes de un et une vitesse de un. Cliquez sur Envoyer pour soumettre le travail de coupe de joint au coupe-filet. Placez ensuite la feuille de polyester découpée sur une surface propre et plane, les saillies vers le haut.

À l’aide d’une pince à épiler, décollez un joint du ruban de polyamide coupé et placez-le sur la face inférieure plate d’un port imprimé en 3D. Alignez l’orifice avec le trou d’entrée d’écoulement et, à l’aide du joint, fixez-le à la feuille de polyester posée à plat. Maintenant, dans une hotte, appliquez une petite quantité de super colle le long du périmètre du port tout en appuyant vers le bas pour créer un joint étanche.

Pour la fabrication du corps à microcanaux en polyamide, concevez le corps à microcanaux à l’aide du logiciel de conception de découpeuses artisanales ou en important une conception externe compatible. Fixez la bande de ruban polyamide de 21 centimètres de long avec le côté collant vers le haut sur le tapis de découpe. Ensuite, chargez le tapis de découpe dans le cutter en alignant les bords marqués avec les indicateurs de flèche sur l’appareil.

Cliquez sur Envoyer en haut à droite de la page de conception pour vérifier les paramètres de matériau et de coupe. Utilisez les mêmes paramètres de coupe que ceux utilisés pour les joints. Cliquez sur Envoyer pour soumettre le travail de coupe à l’emporte-pièce.

Retirez ensuite le tapis de découpe de la fraise et, à l’aide d’une pince à épiler, retirez le matériau polyamide négatif de la conception du canal. Placez maintenant le ruban polyamide avec le côté collant vers le haut sur une surface plane et propre. Positionnez soigneusement le rectangle de polyester sur le ruban de polyamide exposé, en centrant la bande de polyamide sur toute la largeur du polyester.

À l’aide d’un rouleau, appliquez une pression uniforme vers le bas pour éliminer les grosses bulles d’air et inspectez visuellement la présence de débris ou de déformations. Ensuite, retournez l’ensemble de ruban polyamide et retirez le couvercle de protection du côté adhésif. Alignez la feuille de polyester supérieure montée avec le port imprimé en 3D sur l’entrée et la sortie du ruban de polyamide, puis posez soigneusement la feuille de polyester sur la couche de polyamide.

Pour la configuration du pousse-seringue, remplissez une seringue en verre de 0,5 millilitre d’eau désionisée. Montez la seringue sur un pousse-seringue programmable et appuyez sur le bouton d’avance rapide jusqu’à ce que l’eau commence à sortir de l’embout de la seringue. Ensuite, coupez un morceau de tube en polytétrafluoroéthylène de 50 centimètres de long.

À l’aide d’une pince à épiler, connectez les deux extrémités du tube aux embouts de seringue de calibre 27 en insérant le tube sur les pointes et en le tirant vers le bas. Remplissez l’embout de la seringue et le tube connectés avec de l’eau déminéralisée jusqu’à ce qu’un ménisque convexe se forme à l’ouverture de l’embout. Fixez l’embout à la seringue en verre montée sur la pompe, en vous assurant qu’il n’y a pas de bulles d’air présentes dans la seringue ou l’embout.

Réglez le pousse-seringue en mode perfusion uniquement. Entrez le type et la taille de la seringue sous forme de 0,5 millilitre dans l’interface de la pompe. À l’aide d’un ruban de masquage de 2,54 centimètres de large, collez l’embout microfluidique entièrement assemblé sur le panneau lumineux.

Ensuite, montez un objectif macro F2 de 20 millimètres sur l’appareil photo et connectez-le à un déclencheur à distance. Installez un trépied et montez l’appareil photo au-dessus du panneau lumineux, incliné vers le bas pour faire face à l’expérience. Centrez la vue sur le point de capture découpé dans le ruban polyamide.

Programmez l’appareil photo via le déclencheur à distance pour prendre des images toutes les secondes. Appliquez une couche de ruban transparent sur le trou d’entrée du traceur pour empêcher le liquide de s’échapper, en vous assurant qu’un bord du ruban est replié pour former une petite languette pour un retrait facile. Connectez et faites fonctionner la pompe à seringue programmable pour inonder doucement le microcanal avec de l’eau déminéralisée à un très faible débit.

Remplissez ensuite une pointe de micro-pipette de 0,5 microlitre avec une solution de traceur préparée. À l’aide de la languette pliée, décollez le ruban adhésif recouvrant le trou d’entrée du traceur. À l’aide du coin d’une lingette à faible peluche, évacuez légèrement tout excès d’eau déminéralisée du trou d’entrée et attendez 30 secondes que les fronts de mer se stabilisent.

Après 30 secondes, versez la solution de traceur dans le trou d’entrée à l’aide de la pipette. Lissez immédiatement le ruban sur le trou en utilisant une pression minimale et un mouvement continu pour refermer l’entrée. Après vous être assuré que le pousse-seringue est programmé sur le débit volumétrique cible, démarrez le pousse-seringue et déclenchez simultanément la caméra à distance pour commencer l’imagerie.

Si les bords horizontaux de l’incrustation rectangulaire ne sont pas alignés avec les parois des microcanaux, placez le curseur sur un coin de rectangle, cliquez et faites pivoter l’image jusqu’à ce que les parois horizontales s’alignent parallèlement aux parois des canaux. Appuyez sur n’importe quelle touche pour continuer. La fenêtre contextuelle de l’image se fermera et se rouvrira avec l’orientation corrigée.

Cliquez et faites glisser pour sélectionner une région carrée dont les côtés sont égaux à la largeur du canal, centrés sur le point de capture. Appuyez sur n’importe quelle touche pour continuer et la fenêtre contextuelle de l’image se fermera. Extrayez ensuite l’intensité du canal bleu à chaque pixel de la zone de recadrage sélectionnée à partir de l’image RVB.

Inversez les valeurs en soustrayant chacune d’entre elles de 255, la valeur maximale du canal bleu. Calculez la valeur d’intensité moyenne du canal bleu inversé sur tous les pixels de la zone recadrée. Enregistrez chaque valeur calculée pour générer une série chronologique d’intensité moyenne du canal bleu inversé au point de capture.

Utilisez la boîte à outils d’ajustement de courbe non linéaire dans le code pour saisir la série temporelle complète d’intensités moyennes de canaux bleus inversés. Les intensités moyennes des canaux bleus inversés au fil du temps ont été tracées et ont montré une concordance étroite entre les données expérimentales et l’ajustement théorique de la dispersion sur mesure, avec des points temporels à 140 secondes, 150 secondes et 200 secondes clairement indiqués. Les résultats du facteur de dispersion des expériences à trois rapports d’aspect différents ont montré une bonne concordance avec les prédictions théoriques.