テイラー分散を適応させて、アクセス可能なマイクロ流体セットアップを介して電解質溶液の分散係数を測定する

私たちの仕事の範囲は、流体に関する幅広い基本的な質問に答えるのに適した、アクセス可能なマイクロ流体実験プラットフォームを設計および実装することです。最大の課題は、低コストの装置を利用して、十分な精度を備えたマイクロチャネルの再現性がありながら柔軟な製造プロセスを開発することです。私たちの研究は、電解質種の拡散率の強化を測定するための、簡単にアクセスでき、正確な実験セットアップとプロトコルが現在欠如していることに対処することを目指しています。

当社のプラットフォームでは、複数種のイオン相互作用を視覚化することもできます。当社の実験セットアップとプロトコルは、安価で、簡単にアクセスでき、正確です。採用されている低コストのマイクロチャネル製造技術により、カスタム設計チップを数分で製造できます。

まず、接続されたコンピューターでクラフト カッター設計ソフトウェアを起動します。マイクロチャネルトップをソフトウェアで直接設計するか、外部ソフトウェアから互換性のある設計をインポートします。次に、21センチ×5センチのポリエステル長方形をカッティングマットの粘着面に取り付けます。

マスキングテープを使用して、4つの周囲の端すべてにテープを貼り付けて、長方形を固定します。次に、マークされた端を装置の矢印インジケーターに合わせ、カッティングマットをクラフトカッターにセットします。.クラフトカッターの最初のキャリッジスロットにブレードを挿入します。

モニターのデザインページの右上にある「送信」をクリックすると、レビュー画面に進みます。次に、ブレードの深さを 9 に、力を 33 に、パスを 1、速度を 1 に設定します。次に、[送信] をクリックしてジョブをクラフト カッターに送信し、切断プロセスを開始します。

カッターからカッティングマットを取り外した後、ピンセットを使用してカットシートからネガポリエステル素材を取り除きます。次に、クラフトカッター設計ソフトウェアを使用してドーナツ型のポリアミドガスケットを設計するか、互換性のあるソフトウェアからガスケット設計をインポートします。長さ21センチのポリアミドテープを粘着面を上に向けてカッティングマットに貼り付け、マスキングテープで4端を固定します。

ポリアミドテープのカット設定を、ブレードの深さ9、力1、パス1、速度1で入力します。[送信]をクリックして、ガスケット切断ジョブをクラフトカッターに送信します。次に、カットしたポリエステルシートを、突起を上に向けて清潔で平らな面に置きます。

ピンセットを使用して、カットしたポリアミドテープからガスケットを1つ剥がし、3Dプリントされたポートの平らな下側に置きます。ポートを流量入口穴に合わせ、ガスケットを使用して平置きのポリエステルシートに取り付けます。次に、ヒュームフードで、ポートの周囲に沿って少量の瞬間接着剤を塗布し、下に押し付けて防水シールを作成します。

ポリアミドマイクロチャネル本体の製造には、クラフトカッター設計ソフトウェアを使用するか、互換性のある外部設計をインポートしてマイクロチャネル本体を設計します。長さ21センチのポリアミドテープを粘着面を上にしてカッティングマットに貼り付けます。次に、マークされた端を装置の矢印インジケーターに合わせ、カッティングマットをクラフトカッターにセットします。.

デザインページの右上にある[送信]をクリックして、材料とカットの設定を確認します。ガスケットに使用したのと同じ切削パラメータを使用します。[送信]をクリックして、切断ジョブをクラフト カッターに送信します。

次に、カッターからカッティングマットを取り外し、ピンセットを使用して、チャネル設計からマイナスのポリアミド材料を取り除きます。次に、粘着面を上に向けてポリアミドテープを平らで清潔な面に置きます。ポリエステルの長方形を露出したポリアミド テープに慎重に配置し、ポリアミド ストリップをポリエステルの幅の中央に配置します。

ローラーを使用して、下向きの圧力を均一に加えて大きな気泡を取り除き、ゴミや反りがないか目視検査します。その後、ポリアミドテープアセンブリを裏返し、粘着面から保護カバーを取り外します。3D プリントされたポートに取り付けられた上部のポリエステル シートをポリアミド テープの入口と出口に合わせ、ポリエステル シートをポリアミド層の上に慎重に置きます。

シリンジポンプのセットアップでは、0.5ミリリットルのガラスシリンジに脱イオン水を入れます。シリンジをプログラム可能なシリンジポンプに取り付け、シリンジの先端から水が出始めるまで早送りボタンを押します。次に、長さ50センチのポリテトラフルオロエチレンチューブを切断します。

ピンセットを使用して、チューブを先端に挿入して下に引っ張って、チューブの両端を 27 ゲージのシリンジ チップに接続します。接続されたシリンジの先端とチューブに、先端の開口部に凸状の半月板が形成されるまで脱イオン水で満たします。チップをポンプのプレムマウントガラスシリンジに取り付け、シリンジまたはチップに気泡が存在しないことを確認します。

シリンジポンプを注入モードのみに設定します。シリンジの種類とサイズを 0.5 ミリリットルとしてポンプのインターフェースに入力します。幅 2.54 センチメートルのマスキング テープを使用して、完全に組み立てられたマイクロ流体チップをライト パネルにテープで貼り付けます。

次に、20 mm F2 マクロ レンズをカメラに取り付け、リモート トリガーに接続します。三脚をセットアップし、カメラをライトパネルの上に取り付け、実験に向かうように下向きに角度を付けます。ポリアミド テープでカットされたキャプチャ ポイントの中央にビューを配置します。

リモートトリガーを介してカメラをプログラムして、1秒ごとに画像を撮影します。液体が漏れないようにトレーサーの入口穴に透明なテープの層を貼り、テープの片方の端を折りたたんで簡単に取り外せるように小さなタブを形成します。プログラム可能なシリンジポンプを接続して実行し、非常に低い流量でマイクロチャネルに脱イオン水を穏やかに浸水させます。

次に、0.5マイクロリットルのマイクロピペットチップに調製したトレーサー溶液を入れます。折りたたまれたタブを使用して、トレーサーの入口穴を覆っているテープをはがします。糸くずの少ないワイプの角を使用して、入口穴から余分な脱イオン水を軽く吸い取り、ウォーターフロントが安定するまで 30 秒待ちます。

30秒後、ピペットを使用してトレーサー溶液を入口穴に分注します。最小限の圧力と連続的な動きを使用して、テープを穴の上にすぐに滑らかに戻し、入口を再密閉します。シリンジポンプが目標体積流量にプログラムされていることを確認したら、シリンジポンプを起動し、同時にリモートカメラをトリガーしてイメージングを開始します。

長方形のオーバーレイの水平エッジがマイクロチャネルの壁と整列していない場合は、長方形の角にカーソルを置き、水平の壁がチャネルの壁と平行に揃うまでクリックして画像を回転します。続行するには、任意のキーを押します。画像ポップアップが閉じ、修正された向きで再度開きます。

クリックしてドラッグし、キャプチャポイントを中心に、辺がチャネル幅に等しい正方形の領域を選択します。任意のキーを押して続行すると、画像ポップアップが閉じます。次に、選択したクロップ領域内の各ピクセルの青色チャンネル強度をRGB画像から抽出します。

青色のチャンネルの最大値である 255 からそれぞれを減算して、値を反転します。トリミングされた領域のすべてのピクセルにわたる反転青色チャンネルの平均強度値を計算します。計算された各値を保存して、キャプチャポイントで平均反転青色チャネル強度の時系列を生成します。

コード内の非線形曲線フィッター ツールボックスを使用して、平均反転青色チャネル強度の全時系列を入力します。経時的な平均逆青色チャネル強度がプロットされ、実験データと理論上のテーラー分散適合との間に密接な一致が示され、140秒、150秒、および200秒の時点が明確に示されました。3つの異なるアスペクト比での実験の結果、分散係数の結果は理論的予測と良好な一致を示しました。