Analizzando disomogeneità Mescolando in un dispositivo a microfluidi da Tecnica microscala Schlieren

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di misurare in modo non invasivo il gradiente di concentrazione in un dispositivo microfluidico utilizzando la tecnica della schelarina su microscala. Ciò si ottiene costruendo prima il sistema di sch larin su microscala da un microscopio a contrasto a modulazione di Hoffman. Rimuovere la piastra a fessura del condensatore e sostituire il modulatore nel punto focale posteriore dell'obiettivo con una lama di coltello.

Il secondo passo consiste nel montare un microcanale a T e avviare una procedura di miscelazione di calibrazione. Fotografare il canale T per ottenere immagini di micro schlein in scala di grigi. Successivamente, confronta le immagini della microlarina con una simulazione fluidodinamica computazionale.

Per trovare la relazione tra scala di grigi e gradienti di concentrazione, i passaggi finali consistono nel caricare un dispositivo microfluidico target. Prendi un'immagine micro schlein della miscelazione e usa la curva di calibrazione per convertire i valori della scala di grigi in gradienti di concentrazione. In definitiva, la tecnica di schlein su microscala viene utilizzata per mostrare quantitativamente la miscelazione in omogeneità in un dispositivo microfluidico in tempo reale.

Il vantaggio principale di questo metodo rispetto alle tecniche esistenti come l'imaging a fluorescenza o l'ombra, è che consente misurazioni instabili del gradiente di concentrazione che rivelano l'omogeneità tridimensionale in un dispositivo microfluido. A dimostrare questa procedura sarà il Dr.Un neolaureato di dottorato in un laboratorio. Il primo passo è preparare il dispositivo microfluidico da utilizzare nell'esperimento.

Questo dispositivo a microcanali t è stato fabbricato modellando il polidimetilSloane. Lo schema del dispositivo mostra i suoi canali di alimentazione e il suo canale di confluenza. Ogni canale è collegato a una regione circolare che sarà il sito di connessione del fluido.

Per l'esperimento, montare un dispositivo microfluidico su un vetrino e inserire tubi in teflon. Per effettuare i collegamenti del fluido, mettere da parte il dispositivo. Durante la preparazione dell'esperimento, costruire il sistema di schlein su microscala da un microscopio a contrasto a modulazione Hoffman.

Tieni pronto un filo di coltello da inserire nel percorso ottico. Questo bordo del coltello è realizzato su misura per l'uso in questo sistema ed è annerito per ridurre la riflettività. Tieni il filo del coltello a portata di mano e inizia a modificare la raffica del microscopio.

Rimuovere la piastra a fessura davanti al piano focale del condensatore. Quindi, rimuovere il modulatore dal piano focale posteriore dell'obiettivo five x. Prendi il bordo del coltello e inseriscilo al posto del modulatore.

Per acquisire video, utilizzare una telecamera ad alta velocità montata sul tubo trioculare del microscopio e collegata a un computer. Accendi la fonte di luce e inizia a inviare video in scala di grigi al computer. Quindi, acquisisci ed elabora un'immagine.

Registra un'immagine dal flusso video e utilizza il software di elaborazione delle immagini per ottenere il valore della scala di grigi. Tornare al microscopio e rimuovere il bordo del coltello dal computer. Monitorare la lettura media della scala di grigi durante la regolazione dell'illuminazione e dell'apertura.

Arrestare quando la lettura media della scala di grigi dell'immagine è inferiore di circa il 10% rispetto al valore massimo. Questa è l'intensità di fondo per un cutoff dello 0%. Ora inserire il bordo del coltello per bloccare completamente la luce incidente.

Al computer. Registrare la lettura media della scala di grigi dell'immagine. Questa è l'intensità di fondo per un cutoff del 100%.

Successivamente, regola in modo iterativo la posizione del bordo del coltello monitorando la lettura media della scala di grigi delle immagini acquisite. Fermarsi. Quando la lettura media della scala di grigi dell'immagine si trova al centro dei valori zero e 100%, questo imposta il grado di cutoff al 50%Ora torna al microscopio per montare il dispositivo a microcanali T. Posizionarlo sul tavolino del campione in modo che il canale confluente sia parallelo al bordo del coltello.

Regolare approssimativamente la messa a fuoco una volta che il dispositivo è in posizione. Ripara i fluidi per l'esperimento. Seleziona due fluidi trasparenti senza indici di rifrazione che sono completamente mancanti l'uno con l'altro.

Per questo video, l'acqua viene utilizzata come fluido di riferimento e una soluzione acquosa di etanolo è l'altro e s plus dell'indice di rifrazione in funzione della concentrazione. E scegli la frazione di massa dell'etanolo acquoso in modo che cada nella regione lineare. Questo esperimento utilizza una frazione di massa di 0,05 per erogare i fluidi di riparazione.

Due siringhe identiche riempiono una siringa con acqua e l'altra diluirebbe l'etanolo acquoso collegando le siringhe al microcanale T. Utilizzare un tubo in teflon per collegare ciascuno dei due ingressi del microcanale T a una delle siringhe. Disporre di due pompe a siringa per erogare i fluidi agli ingressi del microcanale.

Caricare una pompa con la siringa del fluido di riferimento. Caricare l'altra pompa con la siringa di etanolo diluito, ma l'estremità del tubo di deflusso in un contenitore e fissarla alla parete del contenitore. Iniziare la calibrazione per assegnare loro il numero di Reynolds impostando la portata delle pompe a siringa.

Avviare le pompe a siringa per erogare i fluidi di lavoro contemporaneamente alla stessa portata volumetrica. Utilizzare la fotocamera per osservare il microcanale finemente. Sintonizzare la messa a fuoco e attendere che il flusso costante si stabilizzi come segnalato da un SL stazionario e da un modello.

Utilizzate una frequenza fotogrammi di 30 fotogrammi al secondo per registrare 20 fotogrammi di miscelazione fluidica. Questi fotogrammi sono l'immagine acquisita. Al termine, prepara le pompe per ottenere un altro set di telai.

Arrestare la pompa a siringa per l'etanolo diluito e continuare a pompare l'acqua attraverso un ingresso. Osservare il flusso e attendere fino a quando non si verifica un flusso costante con nole e pattern. Registra 20 fotogrammi di immagini a 30 fotogrammi al secondo.

Questi fotogrammi sono l'immagine di riferimento. Continuate catturando immagini di etanolo e acqua e poi solo acqua per ogni numero di interesse Reynolds. Quando tutti i dati sono stati raccolti, rivolgersi al computer per continuare con la calibrazione.

Utilizzare il software di elaborazione delle immagini per dividere le immagini acquisite per l'immagine di riferimento per ciascun errore del numero Reynolds. Le immagini acquisite dal campione per quando l'etanolo acquoso entra dal canale nella parte superiore dell'immagine e dal canale nella parte inferiore diviso per l'immagine di riferimento forniscono i dati del rapporto della scala di grigi a una data distanza lungo il flusso. Selezionare i punti nella direzione del flusso trasversale ed estrarre il rapporto della scala di grigi in corrispondenza di ciascuno.

Fallo per diversi punti lungo il corso d'acqua e traccia i dati per il confronto. Eseguire una simulazione fluidodinamica computazionale dell'esperimento. Utilizzare questa opzione per calcolare la derivata della frazione di massa rispetto alla derivata del flusso incrociato.

Successivamente, sfrutta la relazione lineare prevista tra il rapporto della scala di grigi e la derivata utilizzando la regressione lineare. Per trovare la linea di regressione dopo la calibrazione, utilizzare la tecnica micro schlein per studiare un dispositivo target. Innanzitutto, scollegare e rimuovere il dispositivo a microcanali T dal tavolino di campionamento.

Sostituirlo con un dispositivo microfluidico target di profondità approssimativamente uguale. Collegare il dispositivo all'acqua e alla soluzione acquosa di etanolo con la telecamera che registra l'acqua in ingresso e diluire l'etanolo a velocità di flusso volumetriche uguali al computer. Attendere che il flusso si stabilizzi e registrare 20 fotogrammi per l'immagine acquisita.

Quindi, arrestare la pompa a siringa per l'etanolo acquoso e immettere solo acqua nel dispositivo microfluidico target. Tornare al computer per ottenere l'immagine di riferimento. Il rapporto della scala di grigi sotto diversi numeri di Reynolds per gradienti di frazioni di massa positivi e negativi ha una banda che appare al centro del microcanale T a un numero di Reynolds basso.

La coda della banda di Schlein è espansa e sfocata a causa della dispersione attraverso l'interfaccia di missaggio. All'aumentare del numero di Reynolds, la lunghezza di diffusione si accorcia, il che porta a una banda più stretta. In questo video, la relazione lineare trovata tra il rapporto della scala di grigi e la derivata della frazione di massa è stata utilizzata per catturare la natura oscillante del flusso in un oscillatore microfluidico a un numero di Reynolds di 250.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come implementare la tecnica di stratificazione su microscala per la quantificazione dei gradienti di concentrazione in un dispositivo microfluidico.