הרכבה ואפיון של דרייבר חיצוני ליצירת זרימה תנודתית תת-קילוהרץ במיקרו-ערוצים

הטכניקה שלנו מביאה זרימות מתנדות לביולוגים וכימאים באמצעות מיקרופלואידיקה. התקן זה מהיר להרכבה, קל לשימוש, והוא שיטת הכנס-הפעל להפקת זרימות מתנדות בנאמנות גבוהה. מי שידגים את ההליך יהיה ג'ירידאר וישוואנאת'ן, דוקטורנט מהמעבדה שלי.

כדי להתחיל, הידקו את קצוות קליפס התנין של זוג תנינים כדי להצמיד חוטים להדקים של רמקול של 15 וואט עם חרוט של שמונה סנטימטרים. מקם את שבב בקר ה- aux על רכיב בידוד. הכנס את קצוות הפין לשקעי הבורג של שבב ה- aux.

הדקו באמצעות מברג כדי להבטיח קישוריות. חבר קצה אחד של כבל aux לשבב הבקר, ואת הקצה השני ליציאת aux במחשב. חבר מתאם זרם ישיר של 12 וולט לספק הכוח.

הפעל את שבב הבקר על-ידי חיבור הקצה הקואקסיאלי של מתאם DC לשקע החשמל. באמצעות דפדפן אינטרנט, נווט לאתר מחולל צלילים מקוון. הקלד את התדר הרצוי בין 5 ל-1200 הרץ ביישום המקוון וגלול את פס הכרך לסכום הנדרש.

לחץ על סמל מחולל סוג הגל ובחר את צורת הגל הרצויה כמו סימן, ריבוע, משולש או נסורת. הגדרת ברירת המחדל היא טופס גל סימן. הקש הפעל כדי להפעיל את הרמקול.

הדביקו את הרמקול ואת שבב הבקר על תלולית הרמקולים המודפסת בתלת-ממד למיקום על במת המיקרוסקופ. מקם את המתאם המודפס בתלת-ממד באופן קונצנטרי על חרוט הרמקול. יש למרוח חומר איטום מסיליקון בנדיבות לאורך קצוות המתאם ולתת לריפוי במשך שעתיים.

חותכים קצה מיקרופיפט 200 מיקרוליטר במרחק של כשני סנטימטרים מהקצה הצר שלו ומשליכים את החצי הרחב יותר של הקצה שבו הקצה החרוטי הצר ישמש כחותם טריז לחיבור הפיך. חבר את צינורות הפוליאתילן ליציאת המיקרו-ערוצים על ידי השחלה תחילה דרך קצה המיקרופיפט, ולאחר מכן דרך הקצה הקואקסיאלי של המתאמים, ולבסוף, החוצה דרך הצד. תקעו בחוזקה את הקצה הצר של קצה הפיפטה לתוך הקצה הקואקסיאלי של המתאמים כדי ליצור אטם הדוק הניתן להסרה.

הוסיפו חלקיקי עוקבים לבקבוקון במשקל של 22% לפי משקל תמיסת גליצרול במשקל כדי לייצר תרחיף צף נייטרלי עם שבר נפח של 0.01% עד 0.1% פוליסטירן בנוזל ב-20 מעלות צלזיוס. מערבבים במרץ על ידי טלטול כדי לייצר תרחיף הומוגני. טען מזרק כניסה של מיליליטר אחד עם מיליליטר אחד של דגימה.

תלו והידוק את המזרק הטעון למשאבת מזרק אוטומטית. הכנס את מחט המזרק לתוך צינורות הכניסה של המכשיר כדי ליצור אטימה אטומה למים. ודא שצינור היציאה מושרש דרך מכלול המתאם ולתוך מאגר.

הפעל את משאבת המזרק, באמצעות מסך המגע בחר את סוג המזרק כ- Becton-Dickinson 1 mL, ולאחר מכן בחר Infuse. לאחר מכן בחר את קצב הזרימה הנדרש של נפח הזרימה. הפעל את הזרימה היציבה באמצעות משאבת המזרק.

המתן עד שצינור היציאה יתמלא בנוזל עד לרמקול. בחר משרעת תדרים נדרשת וצורת גל ביישום מחולל הגוונים, והקש Play כדי ליצור זרימה מתנדתית בתוך המיקרו-ערוץ. הרכיבו את המכשיר על המיקרוסקופ.

הגדר את התצורה האופטית על ידי בחירת עדשה אובייקטיבית עם הגדלה בין 10X ל- 40X, והתאמת מישור המוקד ומיקום הבמה. כדי לקבל מדידות במישור מוקד מוגדר היטב, ודא שעומק השדה של העדשה האובייקטיבית קטן מעומק התעלה בפקטור של חמישה או יותר. כדי לצפות בזרימה המתנודדת, השתמש במצלמה במהירות גבוהה עם קצב פריימים של לפחות כפול מתדירות התנודה.

לקבלת רזולוציה שימושית של צורת הגל, מדוד לפחות 10 נקודות לפרק זמן עם קצב פריימים גדול פי 10 מתדירות התנודה. לחלופין, כדי לצפות בהשפעות ארוכות טווח של זרימות חיוביות לבצע הדמיה סטרובוסקופית על ידי הגדרת התצפית לכל מחלק מושלם של תדירות התנודה. להדמיה ישירה וסטרובוסקופית, השתמשו במצלמה המצוידת בתריס גלובלי כדי להימנע מאפקט הג'לו.

בכל מקרה, יש לשמור על זמן חשיפה קטן משמעותית מתקופת זמן התנודה בפקטור של 10 או יותר כדי למנוע פסים. כדי למדוד את משרעת התנודה ללא מצלמה במהירות גבוהה, הקלט בקצב פריימים שנשמר קרוב לקצב הפריימים הסטרובוסקופי אך לא אליו, מה שמביא לתנודה מואטת מאוד שממנה ניתן למדוד במדויק את המשרעת, לצפות ולתעד את מדידות המשרעת. התזוזה העוקבת של חלקיקי העקיבה במישור האמצעי של הערוץ הראתה אות הרמוני לתדרי התנודה 100, 200, 400 ו-800 הרץ.

בחלקה של משרעת תנודה לעומת תדירות עבור כל הגדרות עוצמת הרמקולים, העקומה האופיינית הייתה בעלת שיא תהודה בסביבות 180 הרץ שמעבר לו המשרעת פוחתת עם התדר הגובר. ההשפעה של פרמטרים שונים על משרעת המתנדים על טווח התדרים התפעוליים ביחס למקרה הייחוס, הראתה כי כאשר צמיגות הנוזל העובד מוגברת, המשרעת יורדת בפקטור של כמעט שניים. כאשר קוטר הצינורות המיקרופלואידיים עבור אותו חומר גדל, המשרעת גדלה בהשוואה למקרה הייחוס בפקטור בין 1.5 ל -3 בהתאם לתדר.

כאשר אורך הצינור עבור אותו חומר גדל המשרעת גדלה באופן משמעותי בסמוך לתדר התהודה. מסלולי תזוזה של חלקיקים עבור צורות גלים שאינן סינוסואידליות הראו כי שינויים חדים מאוד במיקום הקשורים לצורות גל מרובעות וננסיות אינם אפשריים במערכות אמיתיות. אף על פי כן, ספקטרום פורייה היה בהסכמה טובה עם הספקטרום האידיאלי, לפחות עד ההרמוניה השלישית.

חשוב לוודא כי צינור היציאה מלא במלואו בנוזל. זה מבטיח כי המשרעת היא מקסימלית וכי היא קבועה עם הזמן. יש להשתמש גם במצלמה עם תריס גלובלי.

השתמשנו בטכניקה זו כדי לבחון ולמדוד במדויק כיצד מתנהגים חלקיקים בגודל מיקרון לאחר שהם נעים מרחק רב מאוד בתוך מיקרו-ערוץ. זה איפשר לנו ליישם טכניקות מניפולציה מיקרופלואידיות חדשות.