마이크로 스케일 슐 리렌 기술에 의해 미세 유체 소자 믹싱 비균질성 분석

이 절차의 전반적인 목표는 microscale sch larin 기술을 사용하여 미세유체 장치의 농도 구배를 비침습적으로 측정하는 것입니다. 이는 먼저 Hoffman 변조 대비 현미경에서 microscale sch larin 시스템을 구축하여 수행됩니다. 콘덴서의 슬릿 플레이트를 제거하고 대물렌즈의 후면 초점 위치에 있는 변조기를 나이프 엣지로 교체합니다.

두 번째 단계는 T 마이크로채널을 장착하고 교정 혼합 절차를 시작하는 것입니다. 그레이 스케일 마이크로 슐라인 이미지를 얻기 위해 T 채널을 이미지화합니다. 다음으로, 마이크로 라린 이미지를 전산 유체 역학 시뮬레이션과 비교합니다.

그레이 스케일과 농도 구배 사이의 관계를 찾기 위해 마지막 단계는 대상 미세유체 장치를 로드하는 것입니다. 혼합의 마이크로 슐라인 이미지를 취하고 보정 곡선을 사용하여 그레이 스케일 값을 농도 구배로 변환합니다. 궁극적으로, 마이크로 스케일 슐라인 기술은 실시간으로 미세 유체 장치에서 정량적으로 균질성의 혼합을 보여주는 데 사용됩니다.

형광 화상 진찰 또는 그림자 같이 기존하는 기술에 이 방법의 주요 이점은, microfluid 장치에 있는 균질성에 있는 3차원을 계시하는 농도 기온변화도의 불안정한 성취 측정을 가능하게 한다는 것입니다. 이 절차를 시연하는 것은 최근 실험실에서 박사 학위를 취득한 Dr.A입니다. 첫 번째 단계는 실험에 사용할 미세유체 장치를 준비하는 것입니다.

이 t 마이크로 채널 장치는 폴리 디메틸 슬론을 성형하여 제작되었다. 장치의 개략도는 공급 채널과 합류 채널을 보여줍니다. 각 채널은 유체 연결 사이트가 될 원형 영역에 연결됩니다.

실험을 위해 유리 슬라이드에 미세유체 장치를 장착하고 테프론 튜브를 삽입합니다. 유체를 연결하려면 장치를 옆에 두십시오. 실험이 준비되면 Hoffman 변조 대비 현미경에서 마이크로 스케일 슐라인 시스템을 구성합니다.

광학 경로에 넣을 나이프 엣지를 준비하십시오. 이 나이프 엣지는 이 시스템에 사용하기 위해 맞춤 제작되었으며 반사율을 줄이기 위해 검게 칠해져 있습니다. 나이프 엣지를 가까이에 두고 현미경 버스트를 수정하기 시작합니다.

콘덴서의 초점면 앞에 있는 슬릿 플레이트를 제거합니다. 다음으로, five x 대물렌즈의 후면 초점면에서 변조기를 제거합니다. 나이프 엣지를 가져와 변조기 대신 삽입하십시오.

비디오를 캡처하려면 현미경의 삼안관에 장착되고 컴퓨터에 연결된 고속 카메라를 사용하십시오. 광원을 켜고 회색조 비디오를 컴퓨터로 전송하기 시작합니다. 다음으로 이미지를 캡처하고 처리합니다.

비디오 스트림에서 이미지를 기록하고 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 그레이스케일 값을 얻습니다. 현미경으로 돌아가서 컴퓨터에서 칼날을 제거합니다. 평균 그레이 스케일 판독값을 모니터링하면서 조명과 조리개를 조정합니다.

이미지의 평균 그레이 스케일 판독값이 최대값보다 약 10% 작을 때 중지합니다. 이것은 0% 컷오프에 대한 배경 강도입니다. 이제 나이프 엣지를 삽입하여 입사광을 완전히 차단합니다.

컴퓨터에서. 이미지의 평균 그레이 스케일 판독값을 기록합니다. 이것은 100% 컷오프에 대한 배경 강도입니다.

다음으로, 나이프 엣지의 위치를 반복적으로 조정하면서 캡처된 이미지의 평균 그레이 스케일 판독값을 모니터링합니다. 멈추다. 이미지의 평균 그레이 스케일 판독값이 0 및 100% 값의 중간에 있을 때 차단 정도를 50%로 설정합니다.이제 T 마이크로채널 장치를 장착하기 위해 현미경으로 돌아갑니다. 표본 스테이지에 놓아 합류 채널이 나이프 엣지와 평행하도록 합니다.

장치가 제자리에 놓이면 초점을 대략적으로 조정합니다. 실험을 위해 유체를 수리합니다. 굴절률이 없는 두 개의 투명 유체를 선택하며, 서로 완전히 빗나갈 수 있습니다.

이 비디오에서는 물을 기준 유체로 사용하고 수성 에탄올 용액은 농도의 함수로 굴절률의 다른 플러스 값을 사용합니다. 그리고 수성 에탄올의 질량 분율을 선택하여 선형 영역에 떨어지도록 합니다. 이 실험에서는 0.05의 질량 분율을 사용하여 유체 복구를 분배합니다.

두 개의 동일한 주사기로 한 주사기에 물을 채우고 다른 주사기는 주사기를 T 마이크로 채널에 연결하는 수성 에탄올을 희석합니다. 테프론 튜브를 사용하여 T 마이크로 채널의 두 주입구 각각을 주사기 중 하나에 연결합니다. 마이크로채널 유입구로 유체를 전달하기 위해 두 개의 주사기 펌프를 준비합니다.

하나의 펌프에 기준 유체 주사기를 로드합니다. 다른 펌프에는 묽은 에탄올 주사기를 넣되 유출 튜브의 끝은 용기에 넣고 용기 벽에 고정합니다. 주사기 펌프의 유속을 설정하여 Reynolds number를 제공하기 위한 보정을 시작합니다.

시린지 펌프를 시작하여 동일한 체적 유속으로 작업 유체를 동시에 공급합니다. 카메라를 사용하여 마이크로 채널을 미세하게 관찰합니다. 초점을 조정하고 정상 흐름이 고정 SL 및 패턴에 의해 신호를 안정화할 때까지 기다립니다.

초당 30프레임의 프레임 속도를 사용하여 20프레임의 유체 혼합을 기록합니다. 이 프레임은 획득된 이미지입니다. 완료되면 펌프를 준비하여 다른 프레임 세트를 얻습니다.

묽은 에탄올을 위한 주사기 펌프를 중지하고 하나의 유입구를 통해 물을 계속 펌핑합니다. 흐름을 관찰하고 nole 및 pattern과 함께 정상 흐름이 발생할 때까지 기다립니다. 초당 30프레임으로 20프레임의 이미지를 기록합니다.

이러한 프레임은 참조 이미지입니다. 계속해서 에탄올과 물을 캡처한 다음 관심 있는 각 Reynolds 번호에 대한 이미지만 물만 캡처합니다. 모든 데이터가 수집되면 컴퓨터를 켜서 보정을 계속합니다.

이미지 프로세싱 소프트웨어를 사용하여 획득한 이미지를 각 레이놀즈 수 오류에 대한 참조 이미지로 나눕니다. 수성 에탄올이 이미지 상단의 채널에서 유입되고 하단의 채널이 참조 이미지에 의해 분할될 때 획득된 이미지는 스트림을 따라 주어진 거리에서 그레이 스케일 비율 데이터를 제공합니다. 교차 스트림 방향의 점을 선택하고 각각에서 회색 음영 비율을 추출합니다.

스트림을 따라 여러 점에 대해 이 작업을 수행하고 비교를 위해 데이터를 플로팅합니다. 실험의 전산 유체 역학 시뮬레이션을 수행합니다. 이를 사용하여 교차 스트림 도함수에 대한 질량 분율의 도함수를 계산합니다.

다음으로, 선형 회귀를 사용하여 회색 척도 비율과 도함수 사이에 예상되는 선형 관계를 활용합니다. 보정 후 회귀선을 찾으려면 마이크로 슐라인 기법을 사용하여 대상 장치를 연구합니다. 먼저 샘플 스테이지에서 T 마이크로채널 장치를 분리하고 제거합니다.

거의 동일한 깊이의 대상 미세유체 장치로 교체하십시오. 장치를 물과 수성 에탄올 용액에 연결하고 입력 물을 기록하고 컴퓨터에서 동일한 부피의 유속으로 에탄올을 희석합니다. 흐름이 안정될 때까지 기다렸다가 획득한 이미지에 대해 20프레임을 기록합니다.

다음으로, 수성 에탄올에 대한 주사기 펌프를 중지하고 대상 미세유체 장치에 물만 입력합니다. 컴퓨터로 돌아가서 참조 이미지를 가져옵니다. 양의 질량 분율 구배와 음의 질량 분율 구배에 대한 서로 다른 레이놀즈 수 아래의 그레이 스케일 비율은 낮은 레이놀즈 수에서 T 마이크로 채널의 중간에 나타나는 밴드를 가지고 있습니다.

Schlein 밴드의 꼬리는 혼합 계면 전체의 분산으로 인해 확장되고 흐려집니다. 레이놀즈 수가 증가함에 따라 확산 길이가 짧아져 밴드가 좁아집니다. 이 비디오에서는 그레이스케일 비율과 질량 분율 미분 도함수 사이에서 발견된 선형 관계를 사용하여 레이놀즈 수 250에서 미세유체 발진기에서 흐름의 진동 특성을 캡처했습니다.

이 비디오를 시청한 후에는 미세유체 장치에서 농도 구배의 정량화를 위한 미시적 적층 기술을 구현하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.