בדיית טיפות צמיגות גבוהה באמצעות המכשיר נימי Microfluidic עם שלב-היפוך זרימה ושיתוף מבנה

המטרה הכוללת של הליך זה היא ליצור טיפות חד-פיזוריות בעלות צמיגות גבוהה עם צמיגות מעל שניה אחת ושלב רציף עם צמיגות נמוכה באמצעות היפוך פאזה במכשיר מיקרופלואידית פשוט בזרימה משותפת. שיטה זו יכולה לפתור את הבעיה המרכזית בתחום המיקרופלואידיקה הטיפות לגבי מניפולציה של נוזלים בעלי צמיגות גבוהה מטבעם כגון תמיסות פולימר עתירות גליצרול ותרחיפים של ננו-חלקיקים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מייצרת בתחילה טיפות בעלות צמיגות נמוכה שקל יותר ליצור ולשלוט בהן מאשר טיפות בעלות צמיגות גבוהה.

גרסת השלבים הבאה ליצירת טיפות בעלות צמיגות גבוהה מושרית כאשר הטיפות בעלות הצמיגות הנמוכה זורמות מהיציאה של מבנה זרימה משותפת. מי שידגים את ההליך יהיה מר ג'ונגנאן לי, סטודנט לתואר שני מאוניברסיטת צינגהואה. כדי להתחיל בהכנת המכשיר, השתמש בסופר טונגסטן קרביד כדי לחתוך אורך של שלושה סנטימטרים של צינור זכוכית עגול בקוטר פנימי וחיצוני של 580 מיקרומטר ומילימטר אחד בהתאמה.

זה יהווה את הצינור האמצעי של המכשיר. כדי ליצור את הצינור הפנימי של המכשיר, חותכים אורך של שני סנטימטרים של צינור זכוכית עגול בקוטר פנימי וחיצוני של 200 ו -330 מיקרומטר בהתאמה. הנח מיליליטר אחד של ODTS בצינור צנטריפוגה של 1.5 מיליליטר.

טבלו קצה אחד של הצינור האמצעי ב-ODTS למשך 10 שניות. לאחר מכן שטפו את הצינור בגז חנקן מהקצה הלא מטופל עד שהצינור יבש. לאחר מכן, השתמש בלהב כדי לחתוך חריץ של 0.5 מילימטר על 0.5 מילימטר.

בקצה רכזת הפלסטיק Luer של מחט קהה בגודל 20 אינץ ', חתוך חריץ של 0.5 מילימטר על 0.5 מילימטר וחריץ של מילימטר אחד על מילימטר ישירות זה מול זה על רכזת מחט שנייה. לאחר מכן הנח את הצינור האמצעי לאורכו על שקופית מיקרוסקופ זכוכית רגילה כאשר הקצה המצופה ODTS ההידרופובי משתרע כסנטימטר אחד על פני הקצה הצר של השקופית. הכנס את הצינור הפנימי לקצה הלא מטופל של הצינור האמצעי והשאיר כסנטימטר אחד מהצינור הפנימי מחוץ לצינור האמצעי.

השתמש באפוקסי כדי לקבע את הצינורות במקומם לאורך קו המרכז של המגלשה. לביצועים טובים יותר, התאם את מיקום הצינור הפנימי כך שיהיה מרוכז בערך לצינור האמצעי. לאחר שהאפוקסי התייצב, הנח את המחט המחורצת על קצה הצינור הפנימי כך שהצינור ישתלב בחריץ.

תקן את המחט במקומה עם אפוקסי ליצירת כניסת השמן בעלת הצמיגות הנמוכה. לאחר מכן תקן את המחט הכפולה מעל הצומת בין הצינורות הפנימיים והאמצעיים כדי ליצור את כניסת התמיסה המימית בעלת הצמיגות הגבוהה. השתמש באפוקסי כדי לאטום את רכזות המחט הן סביב הצינורות והן למצע הזכוכית.

כדי להבטיח שמחט הכניסה בעלת הצמיגות הגבוהה תשב היטב על המצע, הכנס את הצינור האמצעי לחריץ הגדול ואת הצינור הפנימי לחריץ הקטן. לאחר שהתייבש האפוקסי, התקן צינור פוליאתילן באורך 20 מילימטר בקוטר פנימי של 0.86 מילימטר מעל הקצה ההידרופובי של הצינור האמצעי להשלמת המכשיר. כדי להתחיל בתהליך, צייר 0.8 מיליליטר גליצרול בגוון צבע כחול למזרק מיליליטר אחד.

שואבים 0.8 מיליליטר שמן פרפין בהיר למזרק שני של מיליליטר. חבר את מזרק הגליצרול לכניסת התמיסה המימית בעלת הצמיגות הגבוהה של המכשיר באמצעות צינורות פוליאתילן בקוטר פנימי של 0.86 מילימטרים. חבר את מזרק הפרפין הנוזלי לכניסת השמן בעלת הצמיגות הנמוכה.

הרכיב את שני המזרקים על משאבות מזרק. לאחר מכן השתמש במהדק שתי אצבעות ובמעמד מעבדה כדי לקבע את המכשיר אנכית על צלחת פטרי של 35 מילימטר. כוונן את מיקום המכשיר כך שקצה צינור היציאה יהיה כשני מילימטרים מעל תחתית המנה.

שופכים מספיק פרפין נוזלי לתוך צלחת הפטרי כדי פשוט לטבול את שקע המכשיר. הוסף את אותה כמות של פרפין נוזלי לצלחת פטרי שנייה של 35 מילימטר. הגדר את קצב הזרימה של משאבת מזרק הגליצרול לשני מיקרוליטר לדקה.

הגדר את קצב הזרימה של משאבת מזרק הפרפין הנוזלי לשישה מיקרוליטר לדקה. הפעל את שתי המשאבות כדי להתחיל לייצר את טיפות הגליצרול. עקוב אחר יצירת הטיפות עם מצלמה אם תרצה.

המתן כדקה עד שזרימת הגליצרול והפרפין הנוזלי יתייצבו מספיק כדי ליצור טיפות גליצרול אחידות. לאחר מכן החלף את צלחת הפטרי מתחת לשקע המכשיר בצלחת השנייה המלאה בפרפין נוזלי כדי לאסוף את הטיפות האחידות. טיפות גליצרול חד-מפוזרות נוצרו על ידי התקני זרימה משותפת של היפוך פאזה עם צינורות אמצעיים בקוטר של 200 או 500 מיקרומטר.

טיפות חד-פיזוריות נוצרו גם מנוזלים אחרים בעלי צמיגות גבוהה כולל דבש, תמיסת עמילן ותמיסת אלכוהול פוליוויניל. טיפות גליצרול שנוצרו על ידי מכשיר 500 מיקרומטר עם קצב זרימת שמן וגליצרול של 30 ו-10 מיקרוליטר לדקה בהתאמה היו בקוטר ממוצע של 521 מיקרומטר. טיפות גליצרול שנוצרו על ידי מכשיר 200 מיקרומטר באותם קצבי זרימה היו בקוטר ממוצע של 212 מיקרומטר.

נמצא כי גודל טיפות הגליצרול משתנה עם שינויים ביחס בין קצב זרימת השמן לקצב זרימת הגליצרול. הגדלת קצב זרימת השמן תוך שמירה על קצב זרימת הגליצרול קבוע הביאה לירידה בגודל החלקיקים. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להכין טיפות חד-פיזור בעלות צמיגות גבוהה עם מכשיר זרימה משותפת של היפוך פאזה.

בניגוד למכשירי זרימה משותפת נפוצים, אינך צריך לחדד את נימי הזכוכית הפנימיים לקצה חד כדי ליצור את מכשיר הזרימה המשותפת של היפוך פאזה. ניתן להשתמש במכשיר הזרימה המשותפת של היפוך פאזה ליצירת טיפות בעלות צמיגות גבוהה עם צמיגות דינמית של עד 12 שניות פסקל. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך 30 דקות אם היא מבוצעת כראוי.