Adattamento della dispersione di Taylor per misurare il coefficiente di dispersione delle soluzioni elettrolitiche tramite una configurazione microfluidica accessibile

Lo scopo del nostro lavoro è quello di progettare e implementare una piattaforma sperimentale di microfluidica accessibile adatta a rispondere a un'ampia gamma di domande fondamentali sui fluidi. La sfida più grande è quella di sviluppare un processo di produzione riproducibile e flessibile per i microcanali con sufficiente precisione utilizzando apparecchiature a basso costo. La nostra ricerca cerca di affrontare l'attuale mancanza di configurazioni e protocolli sperimentali facilmente accessibili e accurati per misurare la maggiore diffusività di una specie di elettroliti.

La nostra piattaforma consente anche la visualizzazione di interazioni ioniche multi-specie. La nostra configurazione sperimentale e il nostro protocollo sono economici, facilmente accessibili e accurati. La tecnica di produzione a microcanali a basso costo impiegata consente la produzione di chip di progettazione personalizzati in pochi minuti.

Per iniziare, avvia il software di progettazione della taglierina artigianale sul computer collegato. Progetta la parte superiore del microcanale direttamente nel software o importa un progetto compatibile da un software esterno. Quindi attacca un rettangolo di poliestere di 21 centimetri per cinque centimetri al lato adesivo del tappetino da taglio.

Usando del nastro adesivo, fissa con nastro adesivo tutti e quattro i bordi perimetrali per fissare il rettangolo. Quindi, caricare il tappetino da taglio nella taglierina per artigianato allineando i bordi contrassegnati con gli indicatori a freccia sul dispositivo. Inserire la lama nella prima fessura del carrello della taglierina artigianale.

Fare clic su Invia situato in alto a destra nella pagina di progettazione sul monitor per procedere alla schermata di revisione. Quindi impostare la profondità della lama su nove, la forza su 33, i passaggi su uno e la velocità su uno. Ora fai clic su Invia per inviare il lavoro al tagliatore artigianale e avviare il processo di taglio.

Dopo aver rimosso il tappetino da taglio dalla taglierina, utilizzare una pinzetta per rimuovere il materiale in poliestere negativo dal foglio tagliato. Successivamente, progetta guarnizioni in poliammide a forma di ciambella utilizzando il software di progettazione della fresa artigianale o importa il design della guarnizione da un software compatibile. Attacca un pezzo di nastro in poliammide lungo 21 centimetri con il lato adesivo rivolto verso l'alto sul tappetino da taglio e fissalo con del nastro adesivo lungo tutti e quattro i bordi.

Immettere le impostazioni di taglio per il nastro in poliammide con una profondità della lama di nove, una forza di uno, passaggi di uno e una velocità di uno. Fare clic su Invia per inviare il lavoro di taglio della guarnizione al tagliatore artigianale. Quindi posizionare il foglio di poliestere tagliato su una superficie piana e pulita con le sporgenze rivolte verso l'alto.

Usando una pinzetta, stacca una guarnizione dal nastro in poliammide tagliato e posizionala sul lato inferiore piatto di una porta stampata in 3D. Allineare la porta con il foro di ingresso del flusso e, utilizzando la guarnizione, fissarla al foglio di poliestere steso in piano. Ora in una cappa aspirante, applicare una piccola quantità di super colla lungo il perimetro della porta mentre la si preme verso il basso per creare una tenuta stagna.

Per la fabbricazione del corpo a microcanali in poliammide, progettare il corpo a microcanali utilizzando il software di progettazione della taglierina artigianale o importando un design esterno compatibile. Attacca la striscia di nastro in poliammide lunga 21 centimetri con il lato adesivo rivolto verso l'alto sul tappetino da taglio. Quindi, caricare il tappetino da taglio nella taglierina per artigianato allineando i bordi contrassegnati con gli indicatori a freccia sul dispositivo.

Fare clic su Invia in alto a destra nella pagina di progettazione per rivedere le impostazioni del materiale e del taglio. Utilizzare gli stessi parametri di taglio utilizzati per le guarnizioni. Fare clic su Invia per inviare il lavoro di taglio al tagliatore artigianale.

Quindi rimuovere il tappetino da taglio dalla taglierina e, utilizzando una pinzetta, rimuovere il materiale poliammidico negativo dal design del canale. Ora posiziona il nastro in poliammide con il lato adesivo rivolto verso l'alto su una superficie piana e pulita. Posizionare con cura il rettangolo di poliestere sul nastro di poliammide esposto, centrando la striscia di poliammide su tutta la larghezza del poliestere.

Utilizzando un rullo, applicare una pressione uniforme verso il basso per eliminare le grandi bolle d'aria e ispezionare visivamente eventuali detriti o deformazioni. Successivamente, capovolgere il gruppo del nastro in poliammide e rimuovere la copertura protettiva dal lato adesivo. Allineare il foglio di poliestere superiore montato con la porta stampata in 3D all'ingresso e all'uscita del nastro in poliammide, quindi posare con cura il foglio di poliestere sullo strato di poliammide.

Per la configurazione della pompa a siringa, riempire una siringa di vetro da 0,5 millilitri con acqua deionizzata. Montare la siringa su una pompa a siringa programmabile e premere il pulsante di avanzamento rapido fino a quando l'acqua inizia a fuoriuscire dalla punta della siringa. Quindi, tagliare un pezzo di tubo di politetrafluoroetilene lungo 50 centimetri.

Usando una pinzetta, collegare le due estremità del tubo alle punte delle siringhe calibro 27 inserendo il tubo sopra le punte e tirandolo verso il basso. Riempire la punta della siringa collegata e il tubo con acqua deionizzata fino a formare un menisco convesso all'apertura della punta. Collegare il puntale alla siringa di vetro montata sulla pompa, assicurandosi che non siano presenti bolle d'aria né nella siringa né nel puntale.

Impostare la pompa a siringa solo in modalità infusione. Inserire il tipo e la dimensione della siringa come 0,5 millilitri nell'interfaccia della pompa. Utilizzando del nastro adesivo largo 2,54 centimetri, fissare la punta microfluidica completamente assemblata al pannello luminoso.

Quindi, monta un obiettivo macro F2 da 20 millimetri sulla fotocamera e collegalo a un trigger remoto. Installa un treppiede e monta la fotocamera sopra il pannello luminoso, inclinata verso il basso per affrontare l'esperimento. Centrare la vista sul punto di cattura tagliato nel nastro in poliammide.

Programma la fotocamera tramite il trigger remoto per scattare immagini ogni secondo. Applicare uno strato di nastro adesivo trasparente sul foro di ingresso del tracciante per evitare la fuoriuscita di liquidi, assicurandosi che un bordo del nastro sia piegato per formare una piccola linguetta per una facile rimozione. Collegare e far funzionare la pompa a siringa programmabile per inondare delicatamente il microcanale con acqua deionizzata a una portata molto bassa.

Quindi riempire un puntale per micropipette da 0,5 microlitri con una soluzione tracciante preparata. Usando la linguetta piegata, staccare il nastro che copre il foro di ingresso del tracciante. Usando l'angolo di una salvietta a basso contenuto di lanugine, rimuovere leggermente l'acqua deionizzata in eccesso dal foro di ingresso e attendere 30 secondi affinché le rive si stabilizzino.

Dopo 30 secondi, erogare la soluzione tracciante nel foro di ingresso utilizzando la pipetta. Liscia immediatamente il nastro sul foro esercitando una pressione minima e un movimento continuo per richiudere l'ingresso. Dopo essersi assicurati che la pompa a siringa sia programmata sulla portata volumetrica target, avviare la pompa a siringa e attivare contemporaneamente la telecamera remota per avviare l'imaging.

Se i bordi orizzontali della sovrapposizione del rettangolo non sono allineati con le pareti del microcanale, posizionare il cursore su un angolo del rettangolo, fare clic e ruotare l'immagine fino a quando le pareti orizzontali non si allineano parallelamente alle pareti del canale. Premere un tasto qualsiasi per procedere. Il popup dell'immagine si chiuderà e si riaprirà con l'orientamento corretto.

Fare clic e trascinare per selezionare una regione quadrata con lati uguali alla larghezza del canale, centrata nel punto di cattura. Premi un tasto qualsiasi per continuare e il popup dell'immagine si chiuderà. Quindi estrai l'intensità del canale blu in corrispondenza di ciascun pixel all'interno della regione di ritaglio selezionata dall'immagine RGB.

Invertire i valori sottraendo ciascuno da 255, il valore massimo del canale blu. Calcola il valore medio dell'intensità del canale blu invertito su tutti i pixel nell'area ritagliata. Salvare ogni valore calcolato per generare una serie temporale dell'intensità media del canale blu invertito nel punto di acquisizione.

Utilizzare la casella degli strumenti Aggiustatore di curve non lineari nel codice per inserire la serie completa delle intensità medie invertite del canale blu. Sono state tracciate le intensità medie del canale blu invertito nel tempo e hanno mostrato uno stretto accordo tra i dati sperimentali e l'adattamento teorico della dispersione su misura, con punti temporali a 140 secondi, 150 secondi e 200 secondi chiaramente mostrati. I risultati dei fattori di dispersione ottenuti da esperimenti con tre diversi rapporti di aspetto hanno mostrato un buon accordo con le previsioni teoriche.