ניתוח inhomogeneity ערבוב במכשיר microfluidic על ידי טכניקת microscale Schlieren

המטרה הכוללת של הליך זה היא למדוד באופן לא פולשני את שיפוע הריכוז במכשיר מיקרופלואידי באמצעות טכניקת sch larin בקנה מידה מיקרו. זה מושג על ידי בנייה ראשונה של מערכת sch larin בקנה מידה מיקרו ממיקרוסקופ ניגודיות אפנון הופמן. הסר את לוחית החריץ של המעבה והחלף את המאפנן במקום המוקד האחורי של המטרה בקצה סכין.

השלב השני הוא הרכבה של מיקרו-ערוץ T והתחלת הליך ערבוב כיול. דמיין את ערוץ T כדי לקבל תמונות מיקרו שליין בקנה מידה אפור. לאחר מכן, השווה את תמונות המיקרו לרין עם סימולציה דינמית של נוזל חישובי.

כדי למצוא את הקשר בין סולם אפור לשיפועי ריכוז, השלבים האחרונים הם טעינת מכשיר מיקרופלואידי. צלם תמונת מיקרו שליין של ערבוב והשתמש בעקומת הכיול כדי להמיר את ערכי גווני האפור לשיפועי ריכוז. בסופו של דבר, טכניקת שליין בקנה מידה מיקרו משמשת כדי להראות ערבוב בהומוגניות כמותית במכשיר מיקרופלואידית בזמן אמת.

היתרון העיקרי של שיטה זו על פני הטכניקות הקיימות כמו הדמיה פלואורסצנטית או צל, הוא שהיא מאפשרת מדידות מילוי לא יציבות של שיפוע ריכוז החושפות את התלת מימד בהומוגניות במכשיר מיקרו-נוזל. מדגים הליך זה יהיה ד"ר בוגר דוקטורט טרי ממעבדה. השלב הראשון הוא הכנת המכשיר המיקרופלואידי שישמש בניסוי.

מכשיר מיקרו-ערוץ t זה יוצר על ידי יציקת פולי דימתיל סלואן. הסכימה של המכשיר מציגה את ערוצי ההזנה שלו ואת ערוץ המפגש שלו. כל תעלה מחוברת לאזור מעגלי שיהיה אתר חיבור נוזלים.

לצורך הניסוי, הרכיב מכשיר מיקרופלואידית על מגלשת זכוכית והכנס צינורות טפלון. כדי ליצור חיבורי נוזלים, הניחו את המכשיר בצד. בזמן הכנת הניסוי, בנה את מערכת השליין בקנה מידה מיקרו ממיקרוסקופ ניגודיות אפנון הופמן.

הכינו קצה סכין להכנסה לנתיב האופטי. קצה סכין זה מיוצר בהתאמה אישית לשימוש במערכת זו והוא מושחר כדי להפחית את ההשתקפות. שמור את קצה הסכין בהישג יד והתחל לשנות את פרץ המיקרוסקופ.

הסר את לוחית החריץ מול מישור המוקד של הקבל. לאחר מכן, הסר את המאפנן ממישור המוקד האחורי של יעד חמש x. קבל את קצה הסכין והכנס אותו במקום המודולטור.

כדי לצלם וידאו, השתמש במצלמה במהירות גבוהה המותקנת על הצינור התלת-עיני של המיקרוסקופ ומחוברת למחשב. הפעל את מקור האור והתחל לשלוח וידאו בגווני אפור למחשב. לאחר מכן, צלם ועבד תמונה.

הקלט תמונה מזרם הווידאו והשתמש בתוכנת עיבוד תמונה כדי להשיג את ערך גווני האפור שלה. חזור למיקרוסקופ והסר את קצה הסכין במחשב. עקוב אחר קריאת גווני האפור הממוצעת תוך התאמת התאורה והצמצם.

עצירה כשהקריאה הממוצעת בגווני אפור של התמונה נמוכה בכ- 10% מהערך המרבי. זוהי עוצמת הרקע עבור חתך של 0%. כעת הכנס את קצה הסכין כדי לחסום את אור האירוע לחלוטין.

ליד המחשב. הקלט את הקריאה הממוצעת בגווני אפור של התמונה. זוהי עוצמת הרקע לניתוק של 100%.

לאחר מכן, התאם באופן איטרטיבי את מיקום קצה הסכין תוך ניטור קריאת הגווני האפור הממוצעת של תמונות שצולמו. עצר. כאשר הקריאה הממוצעת בקנה מידה אפור של התמונה נמצאת באמצע ערכי האפס וה-100%, זה מגדיר את מידת החיתוך ל-50%כעת חזור למיקרוסקופ כדי להרכיב את התקן המיקרו-ערוץ T. הנח אותו על הדגימה stage כך שהתעלה המשולבת תהיה מקבילה לקצה הסכין.

כוונן בערך את המיקוד ברגע שהמכשיר נמצא במקומו. תקן את הנוזלים לניסוי. בחר שני נוזלים שקופים ללא מקדמי שבירה שלא ניתן לפספס זה את זה לחלוטין.

עבור סרטון זה, מים משמשים כנוזל הייחוס ותמיסת אתנול מימית היא הפלוס השני והשני של מקדם השבירה כפונקציה של הריכוז. ובחר את חלק המסה של האתנול המימי כך שייפול באזור הליניארי. ניסוי זה משתמש בשבריר מסה של 0.05 כדי להוציא את תיקון הנוזלים.

שני מזרקים זהים הממלאים מזרק אחד במים, והשני ידלל אתנול מימי המחבר את המזרקים למיקרו-תעלת T. השתמש בצינורות טפלון כדי לחבר כל אחד משני הכניסות של המיקרו-ערוץ T לאחד המזרקים. החזיקו שתי משאבות מזרק כדי להעביר נוזלים לכניסות המיקרו-ערוצים.

טען משאבה אחת עם מזרק נוזל הייחוס. טען את המשאבה השנייה עם מזרק האתנול המדולל, אך את קצה צינור היציאה למיכל וקבע אותו על דופן המיכל. התחל בכיול כדי לתת להם את מספר ריינולדס על ידי הגדרת קצב הזרימה של משאבות המזרק.

הפעל את משאבות המזרק כדי לספק את נוזלי העבודה בו זמנית בקצב זרימת נפח זהה. השתמש במצלמה כדי להתבונן בערוץ המיקרו בסדר. כוון את המיקוד והמתן עד שזרימה קבועה תייצב מסומן על ידי SL ותבנית נייחים.

השתמש בקצב פריימים של 30 פריימים לשנייה כדי להקליט 20 פריימים של ערבוב נוזלי. מסגרות אלה הן התמונה הנרכשת. בסיום, הכינו את המשאבות כדי לקבל סט נוסף של מסגרות.

עצור את משאבת המזרק לאתנול המדולל והמשך לשאוב מים דרך כניסה אחת. התבונן בזרימה והמתן עד שתתרחש זרימה קבועה עם נול ותבנית. הקלט 20 פריימים של תמונות ב-30 פריימים לשנייה.

מסגרות אלה הן תמונת הייחוס. המשך על ידי לכידת תמונות אתנול ומים ולאחר מכן מים בלבד עבור כל מספר עניין של ריינולדס. לאחר איסוף כל הנתונים, פנה למחשב כדי להמשיך בכיול.

השתמש בתוכנת עיבוד התמונה כדי לחלק תמונות שנרכשו בתמונת הייחוס עבור כל שגיאת מספר ריינולדס. דגימת תמונות שנרכשו כאשר האתנול המימי נכנס מהערוץ בחלק העליון של התמונה והערוץ בחלוקה התחתונה על ידי תמונת הייחוס נותן את נתוני יחס הסולם האפור במרחק נתון לאורך הזרם. בחר נקודות בכיוון הזרם החוצה וחלץ את יחס גווני האפור בכל אחת מהן.

עשו זאת עבור מספר נקודות לאורך הנחל ושרטטו את הנתונים להשוואה. לבצע סימולציה דינמית של נוזל חישובי של הניסוי. השתמש בזה כדי לחשב את הנגזרת של שבר המסה ביחס לנגזרת חוצה הזרם.

לאחר מכן, נצל את הקשר הליניארי הצפוי בין יחס הסקאלה האפורה לנגזרת באמצעות רגרסיה ליניארית. כדי למצוא את קו הרגרסיה לאחר הכיול, השתמש בטכניקת המיקרו שליין כדי לחקור מכשיר מטרה. ראשית, נתק והסר את התקן המיקרו-ערוץ T משלב הדגימה.

החלף אותו במכשיר מיקרופלואידית מטרה בעומק שווה בערך. חבר את המכשיר למים ולתמיסת האתנול המימית עם הקלטת המצלמה מי קלט ודלל אתנול בקצבי זרימה שווים בנפח במחשב. המתן עד שהזרימה תתייצב והקלט 20 פריימים לתמונה שנרכשה.

לאחר מכן, עצור את משאבת המזרק לאתנול המימי והזן רק מים למכשיר המיקרופלואידית היעד. חזור למחשב כדי לקבל את תמונת ההפניה. ליחס הסולם האפור תחת מספרי ריינולדס שונים עבור שיפועי שבר מסה חיוביים ושליליים יש פס המופיע באמצע המיקרו-ערוץ T במספר ריינולדס נמוך.

הזנב של רצועת שליין מורחב ומטושטש עקב פיזור על פני ממשק המיקס. ככל שמספר ריינולדס גדל, אורך הדיפוזיה מתקצר, מה שמוביל לרצועה צרה יותר. בסרטון זה, הקשר הליניארי שנמצא בין יחס גווני האפור לנגזרת שבר המסה שימש כדי ללכוד את האופי המתנודד של הזרימה במתנד מיקרופלואידי במספר ריינולדס של 250.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד ליישם את טכניקת השכבות בקנה מידה מיקרו לכימות שיפועי ריכוז במכשיר מיקרופלואידי.