התאמת פיזור טיילור למדידת מקדם הפיזור של תמיסות אלקטרוליטים באמצעות מערך מיקרופלואידי נגיש

היקף עבודתנו הוא לתכנן וליישם פלטפורמה ניסיונית נגישה למיקרופלואידיקה המתאימה לענות על מגוון רחב של שאלות נוזלים בסיסיות. האתגר הגדול ביותר הוא לפתח תהליך ייצור ניתן לשחזור ועם זאת גמיש עבור מיקרו-ערוצים עם דיוק מספיק תוך שימוש בציוד בעלות נמוכה. המחקר שלנו מבקש לטפל במחסור הנוכחי במערכי ניסוי ופרוטוקולים נגישים ומדויקים למדידת הדיפוזיביות המשופרת של מין אלקטרוליטים.

הפלטפורמה שלנו מאפשרת גם הדמיה של אינטראקציות יונים מרובות מינים. ההתקנה והפרוטוקול הניסיוני שלנו זולים, נגישים ומדויקים. טכניקת הייצור המיקרו-ערוצית בעלות נמוכה בה נעשה שימוש מאפשרת ייצור של שבבי עיצוב מותאמים-במיוחד תוך דקות.

כדי להתחיל, הפעל את תוכנת עיצוב חותך המלאכה במחשב המחובר. עצב את החלק העליון של המיקרו-ערוץ ישירות בתוכנה, או ייבא עיצוב תואם מתוכנה חיצונית. לאחר מכן חבר מלבן פוליאסטר בגודל 21 ס"מ על חמישה סנטימטרים לצד הדביק של שטיח החיתוך.

בעזרת נייר דבק, הדביקו את כל ארבעת הקצוות ההיקפיים כדי לאבטח את המלבן. לאחר מכן, טען את שטיח החיתוך לתוך חותך המלאכה על ידי יישור הקצוות המסומנים עם מחווני החצים במכשיר. הכנס את הלהב לחריץ הכרכרה הראשון של חותך המלאכה.

לחץ על שלח הממוקם בפינה השמאלית העליונה של דף העיצוב בצג כדי להמשיך למסך הסקירה. לאחר מכן הגדר את עומק הלהב לתשע, כוח ל-33, מעביר לאחד ומהירות לאחת. כעת לחץ על שלח כדי להגיש את העבודה לחותך המלאכה ולהתחיל את תהליך החיתוך.

לאחר הסרת שטיח החיתוך מהחותך, השתמש בפינצטה כדי להסיר את חומר הפוליאסטר השלילי מהסדין החתוך. לאחר מכן, תכנן אטמי פוליאמיד בצורת סופגנייה באמצעות תוכנת עיצוב חותך המלאכה או ייבא את עיצוב האטם מתוכנה תואמת. חבר חתיכת סרט פוליאמיד באורך 21 ס"מ כשהצד הדביק פונה כלפי מעלה על שטיח החיתוך ואבטח אותו עם נייר דבק לאורך כל ארבעת הקצוות.

הזן את הגדרות החיתוך של סרט הפוליאמיד עם עומק להב של תשע, כוח של אחד, מעברים של אחד ומהירות של אחד. לחץ על שלח כדי להגיש את עבודת חיתוך האטם לחותך המלאכה. לאחר מכן הניחו את יריעת הפוליאסטר החתוכה על משטח נקי ושטוח כשהבליטות פונות כלפי מעלה.

בעזרת פינצטה, קלף אטם אחד מסרט הפוליאמיד החתוך והנח אותו על הצד התחתון השטוח של יציאה מודפסת בתלת מימד. יישר את היציאה עם חור כניסת הזרימה, ובעזרת האטם, חבר אותו ליריעת הפוליאסטר השטוחה. כעת במכסה אדים, מרחו כמות קטנה של דבק סופר לאורך היקף היציאה תוך לחיצה כלפי מטה כדי ליצור אטימה אטומה למים.

לייצור גוף המיקרו-ערוץ מפוליאמיד, תכנן את גוף המיקרו-ערוץ באמצעות תוכנת עיצוב חותך המלאכה או על ידי ייבוא עיצוב חיצוני תואם. חבר את רצועת סרט הפוליאמיד באורך 21 ס"מ כשהצד הדביק כלפי מעלה על מחצלת החיתוך. לאחר מכן, טען את שטיח החיתוך לתוך חותך המלאכה על ידי יישור הקצוות המסומנים עם מחווני החצים במכשיר.

לחץ על שלח בפינה השמאלית העליונה של דף העיצוב כדי לסקור את החומר והגדרות החיתוך. השתמש באותם פרמטרי חיתוך המשמשים לאטמים. לחץ על שלח כדי להגיש את עבודת החיתוך לחותך המלאכה.

לאחר מכן הסר את שטיח החיתוך מהחותך ובעזרת פינצטה, הסר את חומר הפוליאמיד השלילי מעיצוב התעלה. כעת הניחו את סרט הפוליאמיד כשהצד הדביק פונה כלפי מעלה על משטח שטוח ונקי. מקם בזהירות את מלבן הפוליאסטר על סרט הפוליאמיד החשוף, ומרכז את רצועת הפוליאמיד לרוחב הפוליאסטר.

בעזרת רולר, הפעל לחץ אחיד כלפי מטה כדי לחסל בועות אוויר גדולות ובדוק ויזואלית אם יש פסולת או עיוות. לאחר מכן, הפוך את מכלול סרט הפוליאמיד והסר את כיסוי המגן מהצד הדבק. יישר את יריעת הפוליאסטר העליונה המותקנת עם היציאה המודפסת בתלת מימד לכניסה ויציאה של סרט הפוליאמיד, ולאחר מכן הנח בזהירות את יריעת הפוליאסטר מעל שכבת הפוליאמיד.

להגדרת משאבת המזרק, מלאו מזרק זכוכית של 0.5 מיליליטר במים נטולי יונים. התקן את המזרק על משאבת מזרק הניתנת לתכנות ולחץ על כפתור המהירות קדימה עד שמתחילים לצאת מים מקצה המזרק. לאחר מכן, חותכים חתיכה באורך 50 ס"מ של צינור פוליטטרפלואורואתילן.

בעזרת פינצטה, חבר את שני קצוות הצינור לקצות מזרק בגודל 27 על ידי הכנסת הצינור מעל הקצוות ומשיכתו כלפי מטה. מלאו את קצה המזרק והצינור המחוברים במים נטולי יונים עד שנוצר מניסקוס קמור בפתח הקצה. חבר את הקצה למזרק הזכוכית המותקן על המשאבה, וודא שאין בועות אוויר במזרק או בקצה.

הגדר את משאבת המזרק למצב עירוי בלבד. הזן את סוג המזרק וגודלו כ-0.5 מיליליטר לממשק המשאבה. בעזרת נייר דבק ברוחב 2.54 ס"מ, הדביקו את הקצה המיקרופלואידי המורכב במלואו ללוח האור.

לאחר מכן, הרכיב עדשת מאקרו F2 20 מילימטר על המצלמה וחבר אותה להדק מרוחק. הציבו חצובה והרכיבו את המצלמה מעל לוח התאורה, בזווית כלפי מטה כדי לפנות לניסוי. מרכז את התצוגה על נקודת הלכידה שנחתכה בסרט הפוליאמיד.

תכנת את המצלמה באמצעות ההדק המרוחק לצלם תמונות כל שנייה. מרחו שכבה של סרט שקוף על חור כניסת העוקב כדי למנוע בריחת נוזלים, וודא שקצה אחד של הסרט מקופל ליצירת לשונית קטנה להסרה קלה. חבר והפעל את משאבת המזרק הניתנת לתכנות כדי להציף בעדינות את המיקרו-ערוץ במים נטולי יונים בקצב זרימה נמוך מאוד.

לאחר מכן מלאו קצה מיקרו פיפטה של 0.5 מיקרוליטר בתמיסת מעקב מוכנה. בעזרת הלשונית המקופלת, קלף לאחור את הסרט המכסה את חור כניסת המעקב. בעזרת הפינה של מגבון מוך נמוך, נדפו קלות את כל עודפי המים נטולי היונים מחור הכניסה והמתינו 30 שניות עד שחזיתות המים יתייצבו.

לאחר 30 שניות, הוציאו את תמיסת העוקב לתוך חור הכניסה באמצעות הפיפטה. החלק מיד את הסרט בחזרה מעל החור באמצעות לחץ מינימלי ותנועה מתמשכת כדי לאטום מחדש את הכניסה. לאחר שווידאתם שמשאבת המזרק מתוכנתת לקצב הזרימה הנפחי היעד, הפעל את משאבת המזרק והפעל את המצלמה המרוחקת בו-זמנית כדי להתחיל בהדמיה.

אם הקצוות האופקיים של כיסוי המלבן אינם מיושרים עם דפנות המיקרו-ערוצים, רחפו עם הסמן מעל פינת מלבן, לחצו וסובבו את התמונה עד שהקירות האופקיים יתיישרו במקביל לדפנות התעלה. לחץ על מקש כלשהו כדי להמשיך. החלון הקופץ של התמונה ייסגר וייפתח מחדש עם הכיוון המתוקן.

לחצו וגררו לבחירת אזור מרובע עם צלעות שוות לרוחב הערוץ, שממורכז בנקודת הלכידה. לחץ על מקש כלשהו כדי להמשיך והחלון הקופץ של התמונה ייסגר. לאחר מכן חלצו את עוצמת הערוץ הכחול בכל פיקסל באזור החיתוך שנבחר מתמונת RGB.

הפוך את הערכים על-ידי הפחתת כל אחד מ- 255, ערך הערוץ הכחול המרבי. חשב את ערך העוצמה הממוצע של הערוץ הכחול ההפוך בכל הפיקסלים באזור שנחתך. שמור כל ערך מחושב כדי ליצור סדרת זמן של עוצמת ערוץ כחול הפוכה ממוצעת בנקודת הלכידה.

השתמש בארגז הכלים של מתאם עקומות לא ליניאריות בקוד כדי להזין את הסדרה במשרה מלאה של עוצמות ערוץ כחול הפוכות ממוצעות. עוצמות הערוץ הכחול ההפוך הממוצעות לאורך זמן תווו והראו התאמה קרובה בין נתוני הניסוי לבין התאמת הפיזור התיאורטית, עם נקודות זמן של 140 שניות, 150 שניות ו-200 שניות הוצגו בבירור. תוצאות גורם הפיזור מניסויים בשלושה יחסי גובה-רוחב שונים הראו התאמה טובה עם התחזיות התיאורטיות.