Name: 다공성 매체에 있는 기 공-규모 이벤트 프로세스 오일 복구 응용 프로그램에 대 한 특성화를 위한 미세 장치 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-01-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 38 s
Description: 배우세요 다공질 매질에서 다상 유동을 시각화하는 맞춤형 미세유체 장치 제작 방법. 이 기술은 향상된 석유 회수 메커니즘 연구와 대규모 저수지 관리에 필수적인 데이터를 안전하고 경제적으로 수집합니다.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

우리는 다공성 매체 (휴스턴, 텍사스, 미국)에서 프로세스에 대 한 라이스 대학 컨소시엄에서 재정 지원을 인정 한다.

주의:이 프로토콜 고온 오븐, 독성 화학 물질 및 자외선 처리 작업이 포함 됩니다. 제발 신중 하 게 모든 재료 안전 데이터 시트를 읽어 하 고 기관의 화학 안전 지침을 따르십시오.
1. 장치 디자인
<ol><li>CAD 소프트웨어 응용 프로그램에서 포토 마스크를 디자인 합니다.<ol>
<li>그리기 사각형 채널을 3 ㎝ 길이, 0.5 c m 폭 (그림 1b-오른쪽 상단).</li>
		<li>동봉 된 모양의 다공성 매체의 곡물을 나타내는 배열을 만듭니다. 참고:이 모양 이라고 하 게시물 소프트 리소 그래피 과정에서 3 차원 구조 될 것 이다. 모양 및 게시물의 크기 해야 수십 미크론, 순서 수 있고 10에 1 백 미크론의 간격. 여러 게시물 크기 만들이, 사용할 수 있습니다 그리고 섹션 미디어에서 골절을 시뮬레이션 하는 게시물의 맨 남아 있을 수 있습니다.</li>
		<li>입구 및 출구 채널 다공성 미디어 섹션으로 넓은 약 1 / 3을 그립니다. 드레인으로 입구 포트에서 형태소 분석 채널을 그립니다.</li>
		<li>디자인에서의 클리어런스 1.0 cm의 최소 전체 디자인 경계 상자를 그립니다. 참고: 테두리 상자와 게시물을 뿐만 아니라, 디자인의 테두리 사이의 영역에서 포토 마스크에 투명 하 게 만들 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>고해상도 CAD에 대 한 회사에 CAD 파일 제출 인쇄 참고: 옵션: 거품 변위 실험 디자인 미세 거품 생성기 (그림 1a). 디자인이 생략 하 고 경계 상자 1 단계를 반복 합니다. 흐름 초점 기하학 다공성 미디어 디자인 전에 입구에서 것이 좋습니다. 흐름 공간에 포토 마스크에 투명 해야 합니다.</li>
</ol>2. PDMS 몰드 제작
<ol><li>클린 룸에서 포토 레지스트 패턴이 실리콘 웨이퍼 마스터 몰드를 만들기<ol>
<li>스핀-코트 20 µ m 층 30 2000 rpm에서 새로운 실리콘 웨이퍼에 감광의 s.</li>
		<li>부드러운 두 단위로 뜨거운 접시에 웨이퍼를 구워: 65 ° C 1 분 뒤에 3 분 동안 95 ° C.</li>
		<li>감광 레이어 150 mJ/cm2의 일정 한 복용량을 사용 하 여 CAD 디자인 패턴을 마스크 동기 기를 사용 합니다.</li>
		<li>두 단위로 뜨거운 접시에 사후 노출 빵을 수행: 95 ° c 3 분 허용 5 분을 웨이퍼에 따라 1 분에 65 ° C.</li>
		<li>프로필 렌-글리콜-메 틸-에테르-아세테이트의 유리 결정 화 접시에 100 mL에 웨이퍼를 담가. 부드럽게 교 반 하십시오 손으로 포토 레지스트 패턴을 개발 하기 위해 10 분. 소 프로 파 놀으로 그것을 씻어 하 고 건조 한 공기의 흐름에 따라 웨이퍼 건조.</li>
		<li>열심히 구워 두 단위로 뜨거운 접시에 웨이퍼: 150 ° c 10 분 허용 15 분 동안 냉각 하기 위하여 웨이퍼에 뒤에 5 분 동안 120 ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>실리콘 웨이퍼 마스터 몰드에 캐스트 PDMS<ol>
<li>PDMS 고무 및 경화제 먼지 무료 일회용 용기 안에 5:1 비율에 30 g의 총 혼합.</li>
		<li>30 분 동안 진공 desiccator에서 PDMS 드</li>
		<li>150 m m 유리 페 트리 접시에에서 포토 레지스트 패턴이 실리콘 웨이퍼 마스터 몰드에 PDMS를 붓는 다.</li>
		<li>웨이퍼와 1 시간에 80 ° C 오븐에서 PDMS를 포함 하는 페 트리 접시를 놓습니다.</li>
		<li>페 트리 접시는 오븐에서 제거 하 고 실내 온도 도달 하는 내용을 허용. 참고: 프로시저 수 있습니다 수 일시 중지이 시점에서.</li>
	</ol>
</li>
	<li>광학 접착제 패턴 전송에 대 한 PDMS 몰드를 준비<ol>
<li>조심 스럽게 PDMS 몰드는 메스를 사용 하 고 웨이퍼에서 금형 껍질.</li>
		<li>깨끗 하 고 투명 접착 테이프를 사용 하 여 PDMS 몰드를 보호. 참고: 프로시저 수 있습니다 수 일시 중지이 시점에서.</li>
		<li>PDMS 몰드를, 먼지 무료 60 m m 플라스틱 페 트리 접시의 바닥에, 패턴 사이드를 놓습니다. 10 허용 플라스틱에 충실 하는 PDMS에 대 한 s.</li>
		<li>3.1.1 단계까지 투명 한 플라스틱 테이프를 가진 PDMS의 표면 보호. 참고: 옵션: 거품 생성기 수 있도록, 단계 2.1 반복. 2.3.2 통해. 거품 생성기 디자인에 대 한.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 광학 접착제 장치 제조
<ol><li>PDMS 몰드에 캐스트 광학 접착제<ol>
<li>PDMS의 패턴화 된 표면에서 테이프를 제거 하 고 150 mm 페 트리 접시 PDMS 몰드의 상단 표면 위에 약 0.9 cm의 깊이 광학 접착제를 부 어. 부드럽게 면봉의 모든 종류와 모든 거품을 제거 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>단계 3.2.1-3.2.5 PSD UV 시스템에서에 명시 된 대로 총 40 분의 자외선 아래 광학 접착제를 치료. 주의: 자외선을 작업할 때 적절 한 보호를 착용 하십시오.<ol>
<li>페 트리 접시 UV 빛에 노출 (254 nm) 5 분.</li>
		<li>하단의 지금 직면 하 고 UV 소스를 페 트리 접시를 반전 하 고 5 분 동안 UV 빛 아래 측면을 노출.</li>
		<li>페 트리 접시를 반전, 수직 위치를 반환 하 고 다시 5 분 동안 자외선을 상단 측면을 노출.</li>
		<li>거꾸로 다시, 페 트리 접시를 반전 하 고 다시 10 분 동안 자외선을 하단 측면을 노출.</li>
		<li>수직 위치에 다시 배양 접시를 반전 하 고 다시 15 분 동안 자외선을 상단 측면을 노출. 참고: 단계 3.2.5 통해 3.2.1 치료 절차는 적용 경우에 지정 된 PSD UV 장치 사용 (자료 테이블). 치료 시간 및 광학 접착제 층의 정확한 두께에 사용 되는 특정 램프 따라 달라 집니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>PDMS 몰드에서 치료 광학 접착제 제거<ol>
<li>상자 절단기를 사용 하 여 신중 하 게 페 트리 접시 금형 광학 접착제를 휴식. 주의: 상자 커터 블레이드 매우 샤 프 하 고 쉽게 살을 자를 수 있다. 깨진된 접시의 날카로운 가장자리 주위에 작업 하는 경우 주의 해야 합니다.</li>
		<li>튼튼한가 위의 쌍을 사용 하 여 디자인의 가장자리에서 과잉 광학 접착제를 제거.</li>
		<li>광학 접착제 퍽에서 PDMS 몰드는 천천히 껍질. 광학 접착제 표면 및 명확한 테이프로 PDMS 표면 무늬 부분을 보호 합니다.</li>
		<li>1.0 m m 생 검 펀치를 사용 하 여 만들 입구, 출구, 및 드레인 구멍. 명확한 테이프와 꽃무늬 광학 접착제를 보호 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>기판 준비<ol>
<li>새로운 유리 슬라이드, 스핀 코트 두 단계에서 슬라이드에 광학 접착제의 1 mL를 분배: 5 s 다음 20 4000 rpm을 위해 500 rpm s.</li>
		<li>신속 하 게 기판 UV 빛 처리, 전송 및 30 자외선 아래 얇은 광학 접착제 층을 부분적으로 치료 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>기판에 캐스팅 광학 접착제 본드<ol>
<li>광학 접착제 캐스트, 꽃무늬 쪽, 고 기판, 코팅-측면, 청소기 O2 플라즈마에 놓습니다. 플라즈마 20 표면을 청소 540 mTorr에서 s.</li>
		<li>모든 원치 않는 공기 주머니 최소화 되거나 제거 될 때까지 함께 두 처리 표면 눌러 단단히.</li>
		<li>20 분 동안 UV 빛에서 장치는 완전히 치료. 주의: UV 빛에 대 한 적절 한 보호 보호 안경, 연구실 코트, 장갑 등착용.</li>
		<li>18 h 50 ° C에서 뜨거운 접시에 장치를 놓습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>각 장치에 포트 (PE/3) 튜브는 0.58 m m ID 저밀도 폴 리 에틸렌의 6 인치 긴 세그먼트를 삽입 합니다.</li>
	<li>5 분 빠른 세트 에폭시를 사용 하 여 안전한 장소에 튜브. 참고: 옵션: 거품 생성기를 완료 하려면 단계 3.5.1, 3.5.2, 3.6, 3.7를 반복. 거품 생성기 PDMS를 사용 하 여 캐스트와 새로운 유리 슬라이드, 광학 접착제 캐스트 및 준비 기판 대신 각각.</li>
</ol>4. 오일 변위 실험
<ol><li>미세 장치는 거꾸로 한 현미경 장착 된 고속 카메라에 이미지를 준비 합니다. 수정 테이프를 사용 하 여 현미경 무대 장치. 4 X 목표를 사용 하 여, 관심 (아오이)의 지역에 초점.</li>
	<li>주입 액체를 준비 참고: 3 상 시스템에 대 한 염료는 전치 체액 이미지 분석을 위한 색상 대비를 제공를 추가 되어야 합니다.<ol>
<li>부하 원유 또는 모델 10 mL 유리 주사기는 23 장착으로 오일 샘플의 3 mL 게이지 산업 분배 팁. 주사기 펌프 홀더에 주사기를 장악 하 고 주사기 펌프 설정에 적절 한 직경 값 설정.</li>
		<li>부하는 23를 갖춘 3 mL 플라스틱 주사기로 전치 하는 액체의 1 mL 게이지 산업 분배 팁. 주사기 펌프 홀더에 주사기를 장악 하 고 주사기 펌프 설정에 적절 한 직경 값 설정. 참고: 옵션: 거품 생성 실험, 10 m 긴 25 µ m 직경 유리 모 세관 튜브는 N2 가스 탱크에 연결 하 고 보정 곡선으로 가스 압력 필요한 가스 유량에 대 한 원하는 값을 설정. Equilibrate 가스 흐름에 대 일 분을 허용 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>광학 접착제 모델 다공성 미디어 장치 기름으로 포화<ol>
<li>PE/3 튜브에 바늘 끝을 삽입 하 여 전치 유체 소자의 입구에 연결 합니다. 참고: 옵션: 전치 위상으로 거품을 사용 하는 경우 전치 액체 주사기 거품 발생기의 입구에 연결. 23 게이지 산업 분배 팁으로 모 세관 튜브를 삽입 하 고 빠른 세트 에폭시와 환대를 씰링 가스 모 세관 거품 발생기에 두 번째 입구 포트에 연결 합니다. 거품 생성기의 출구 다음 23 게이지 커넥터를 사용 하 여 광학 접착제 장치의 입구에 연결 됩니다.</li>
		<li>PE/3 튜브에 바늘 끝을 삽입 하 여 소자의 입구에 석유로 가득한 주사기를 연결 합니다.</li>
		<li>드레인 포트는 두 체액 두 흐름을 동시에 0.8 mL/h에서 입구 포트에 전치 액체 흐르는 동안 2 mL/h 광학 접착제 장치의 출구 포트에 기름 흐르는 시작. Displacing 액체 팬 들은 다공성 미디어의 정보를 입력 하지 해야 합니다. 20 mL 유리 유리병에 폐수를 수집 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>충분히 빨리 원하는 현상 캡처 프레임 속도로 다공성 미디어 장치에 아오이 촬영 시작 합니다. 전형적인 프레임 속도가 50 fps입니다. 100% 오일 포화 영역의 스틸 이미지를 캡처하십시오.</li>
	<li>신속 하 고 동시에 5 cm 바인더 클램프와 드레인 관을 클램핑 하는 동안가 위를 사용 하 여 기름에 흐르는 PE/3 튜브를 잘라.</li>
	<li>오일 변위 정상 상태에 도달 하거나 카메라 메모리 부족 실행 될 때까지 장치를 침공 하 전치 액체 허용.</li>
</ol>5. 이미지 및 데이터 분석
<ol><li>이미지 J 등 무료 이미지 분석 소프트웨어를 사용 하거나 분석 실험에서 푸티지를 MATLAB에서 이미지 분석 도구 상자를 사용 하 여.<ol>
<li>100% 오일 포화 채널의 스틸 이미지를 사용 하 여, 다공성 미디어 아오이 대 한 %의 단위에 다공성을 계산 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>다음 수식을 사용 하 여 기 공 볼륨을 계산: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56592/56592eq1.jpg">
</li>
	<li>이미지 분석 소프트웨어를 사용 하 여 오일 채도 전체 흐름 공간 실험에서 비디오 영상의 각 프레임의 일부분으로 결정. 두 위상 변위 실험, 대 한 각 프레임에서 전치 단계 채도로 계산 수 있습니다. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56592/56592eq2.jpg">
</li>
	<li>오일 주입된 액체의 기 공 볼륨 대 %에서 채도의 음모를 준비 참고: 옵션: 3 거품 변위 실험의 시스템 상, 대 한 MATLAB 이미지 분석 도구 상자를 사용 하 여 각 단계에 대 한 특성 RGB 범위를 사용 하 여 색상에 의해 각 displacing 단계를 분류 하. Saturations의 주입된 공 볼륨으로 모든 3 단계를 보여주는 플롯을 준비.</li>
</ol>

<ol><li>Blaker, T., et al. <a target="_blank" href="https://www.onepetro.org/journal-paper/SPE-78824-PA">Foam for Gas Mobility Control in the Snorre Field: The FAWAG Project.</a> SPE Reserv Eval Eng. 5 (04), 317-323 (2002).</li>
<li>Mannhardt, K., Svorstøl, I. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920410599000169">Effect of oil saturation on foam propagation in Snorre reservoir core.</a> J Petrol Sci Eng. 23 (3-4), 189-200 (1999).</li>
<li>Falls, A. H., Lawson, J. B., Hirasaki, G. J. <a target="_blank" href="https://www.onepetro.org/journal-paper/SPE-15053-PA">The Role of Noncondensable Gas in Steam Foams.</a> J Petrol Technol. 40 (01), 95-104 (1988).</li>
<li>Hirasaki, G. J., Miller, C. A., Szafranski, R., Lawson, J. B., Akiya, N. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHirasaki%2C+GJ+%22Surfactant%2FFoam+Process+for+Aquifer+Remediation%22">Surfactant/Foam Process for Aquifer Remediation</a>. , International Symposium on Oilfield Chemistry. Houston, Texas. (1997).</li>
<li>Lv, Q., Li, Z., Li, B., Li, S., Sun, Q. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.iecr.5b02197">Study of Nanoparticle-Surfactant-Stabilized Foam as a Fracturing Fluid.</a> Ind Eng Chem Res. 54 (38), 9468-9477 (2015).</li>
<li>Conn, C. A., Ma, K., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualizing+oil+displacement+with+foam+in+a+microfluidic+device+with+permeability+contrast%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Visualizing oil displacement with foam in a microfluidic device with permeability contrast.</a> Lab Chip. 14 (20), 3968-3977 (2014).</li>
<li>Ma, K., Liontas, R., Conn, C. A., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/sm/c2sm25833a">Visualization of improved sweep with foam in heterogeneous porous media using microfluidics.</a> Soft Matter. 8 (41), 10669(2012).</li>
<li>Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1537519">Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels.</a> Appl Phys Lett. 82 (3), 364(2003).</li>
<li>Gauteplass, J., Chaudhary, K., Kovscek, A. R., Fernø, M. A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927775714009728">Pore-level foam generation and flow for mobility control in fractured systems.</a> Colloid Surface A. 468, 184-192 (2015).</li>
<li>Kovscek, A. R., Radke, C. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0927775796036370">Gas bubble snap-off under pressure-driven flow in constricted noncircular capillaries.</a> Colloid Surface A. 117 (1-2), 55-76 (1996).</li>
<li>Géraud, B., Jones, S. A., Cantat, I., Dollet, B., Méheust, Y. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015WR017936/abstract">The flow of a foam in a two-dimensional porous medium: FOAM FLOW IN A 2-D POROUS MEDIUM.</a> Water Resour Res. 52 (2), 773-790 (2016).</li>
<li>Lin, Y. -J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Examining+Asphaltene+Solubility+on+Deposition+in+Model+Porous+Media%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Examining Asphaltene Solubility on Deposition in Model Porous Media.</a> Langmuir. 32 (34), 8729-8734 (2016).</li>
<li>Bartolo, D., Degré, G., Nghe, P., Studer, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+stickers%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Microfluidic stickers.</a> Lab Chip. 8 (2), 274-279 (2008).</li>
<li>Kenzhekhanov, S. <a target="_blank" href="https://dspace.library.colostate.edu/handle/11124/170656?show=full">Chemical EOR process visualization using NOA81 micromodels</a>. , Master's degree Thesis (2017).</li>
<li>Zhuang, Y. G., et al. <a target="_blank" href="http://eprints.hud.ac.uk/id/eprint/28391/">Experimental Investigation of Asphaltene Deposition in a Transparent Microchannel.</a> Proceedings of the 1st Thermal and Fluid Engineering Summer Conference. , New York, NY, USA. (2016).</li>
<li>Ma, K., Rivera, J., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wettability+control+and+patterning+of+PDMS+using+UV-ozone+and+water+immersion%5BTitle%5D)+AND+%22J+Colloid+Interf+Sci%22%5BJournal%5D)">Wettability control and patterning of PDMS using UV-ozone and water immersion.</a> J Colloid Interf Sci. 363 (1), 371-378 (2011).</li>
<li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+Prototyping+of+Microfluidic+Systems+in+Poly%28dimethylsiloxane%29%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane).</a> Anal Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).</li>
<li>Sollier, E., Murray, C., Maoddi, P., Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+polymers+for+microfluidic+devices+and+high+pressure+injections%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping polymers for microfluidic devices and high pressure injections.</a> Lab Chip. 11 (22), 3752(2011).</li>
<li>Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvent+Compatibility+of+Poly%28dimethylsiloxane%29-Based+Microfluidic+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices.</a> Anal Chem. 75 (23), 6544-6554 (2003).</li>
<li>Silvestrini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+the+wetting+properties+of+thiolene+microfluidic+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Tailoring the wetting properties of thiolene microfluidic materials.</a> Lab Chip. 12 (20), 4041(2012).</li>
<li>Wägli, P., Homsy, A., de Rooij, N. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Norland+optical+adhesive+%28NOA81%29+microchannels+with+adjustable+wetting+behavior+and+high+chemical+resistance+against+a+range+of+mid-infrared-transparent+organic+solvents%5BTitle%5D)+AND+%22Sensor+Actuat+B-Chem%22%5BJournal%5D)">Norland optical adhesive (NOA81) microchannels with adjustable wetting behavior and high chemical resistance against a range of mid-infrared-transparent organic solvents.</a> Sensor Actuat B-Chem. 156 (2), 994-1001 (2011).</li>
<li>Hung, L. -H., Lin, R., Lee, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+microfabrication+of+solvent-resistant+biocompatible+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Rapid microfabrication of solvent-resistant biocompatible microfluidic devices.</a> Lab Chip. 8 (6), 983(2008).</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

광학 접착제 micromodels에서 기름 복구 프로세스를 공부이 프로토콜 비 고분자 micromodels-유리 또는 실리콘-, PDMS 미세 소자의 손쉬운 제작 등의 견고성 사이의 균형을 친다. Micromodels 유리 또는 광학 접착제, 달리 PDMS 장치 빛 유기 종에 저항을 부족 합니다. PDMS micromodels가 없습니다 또한 많은 실험을 위한 이상적인 있기 때문에이 소자의 표면에는 불안정 한 일로 속성이 폴리머 매트릭스19가스 침투성. 반면, 광학 접착제 PDMS, 보다 훨씬 더 안정 습윤 나타났습니다 그리고 그것은 훨씬 적은20,,2122가스 침투성 이다. 특히, 물 접촉 각도 O2 플라즈마 처리, PDMS21시간에 비해 후 일에 대 한 안...

이 방법의 목적은 시각화 하 고 다중 위상, 다 성분 액체 상호 작용 및 다공성 매체에 있는 복잡 한 기 공-스케일 역학 분석. 유체 흐름 및 다공성 매체에 있는 수송의 많은 년 동안 이러한 시스템 기름 복구, 대수층 수정, 유압 골절1,2, 등 여러 가지 표면 처리에 적용 되는 때문에 3 , 4 , 5. 이러한 복잡 한 기 공 구조를 모방 하기 위해 micromodels를 사용 하 여, 독특한 통찰력 다른 액체 단계와 미디어6,,78 사이 공 수준 동적 이벤트 시각화에 의해 주어진 다 9,,1011.
전통적인 실리 카 기반 micromodels의 제조는 비싼, 시간이 소모 및 도전, 아직 상대적으로 저렴 한, 빠르고 쉽게 대체12,13, 제공 하는 광학 접착제에서 micromodels 건설 , 1415. 다른 폴리머 기반 micromodels와 비교해, 광학 접착제 보다 안정적인 표면 젖 음 특성을 전시 한다. 예를 들어입니다 (PDMS) micromodel 표면 될 것입니다 신속 하 게 소수 일반적인 변위 실험16의 과정. 또한, PDMS의 영의 계수는 반면 광학 접착제의 325 MPa13,,17182.5 MPa 이다. 따라서, 광학 접착제는 덜 유발된 변형 및 채널 실패 압력 하 경향이 있다. 중요 한 것은, 치료 광학 접착제는 훨씬 더 낮은 분자량 유기 구성 요소, 붓기 원유 및 실시18수 빛 용 매를 포함 하는 실험을 수 있는. 전반적으로, 광학 접착제 실리 카 기반 micromodels는 엄청나게 복잡 하거나 비싼 하 고 높은 온도 압력 연구 필요 하지 않은 원유를 포함 하는 변위 연구에 대 한 PDMS에 우수한 대안 이다.
이 책에서 설명한 프로토콜 광학 접착제 micromodels에 대 한 단계별 제조 지침을 제공 하 고 작은 양의 체액의 조작에 성공을 보장 하는 미묘한 속임수를 보고 합니다. 설계 및 제조와 소프트 리소 그래피 광학 접착제 기반된 micromodels의 처음 설명 이다. 다음, 유체 변위 전략은 일반적으로 질량 유량 컨트롤러와 달성 하지 않은 매우 낮은 흐름 속도 대 한 주어 집니다. 다음으로, 대표적인 실험 결과 예를 들어 주어 집니다. 이 실험 밝혀 거품 불안 및 전파 동작 원유 및 이기종 다공성 미디어의 존재입니다. 마지막으로, 일반적인 이미지 프로세싱 및 데이터 분석 보고 됩니다.
방법을 제공 여기 다 상 흐름 및 한정 된 아닌 공간에서 상호 작용 하는 어플리케이션에 대 한 적절 한입니다. 특히,이 메서드는 특성 마이크로 기능 해상도 5 보다 최적화 되어 있으며 700 µ m. 전형적인 흐름 속도 0.1 ~ 1 mL/h의 순서. 원유 또는 수성 기체 유체 주변 조건에서 이러한 최적화 된 매개 변수 순서에 의해 가벼운 솔벤트 변위의 연구,이 프로토콜은 적절 한 해야 합니다.

<table><tbody><tr><td>3 mL Leur-Lok 주사기</td><td>Fischer Scientific</td><td>14-823-435</td><td></td></tr><tr><td>10 mL 유리 주사기</td><td>Fischer Scientific</td><td>1482698G</td><td></td></tr><tr><td>포토마스크</td><td>CAD/아트 서비스</td><td></td><td></td></tr><tr><td>실리콘 웨이퍼</td><td>대학 웨이퍼</td><td>452</td><td></td></tr><tr><td>프로필렌-글리콜-메틸-에테르-아세테이트&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>484431-4L</td><td></td></tr><tr><td>150mm 유리 페트리 접시</td><td>캐롤라이나 생물학적 공급</td><td>#721134</td><td></td></tr><tr><td>60mm 플라스틱 페트리 접시</td><td>캐롤라이나 생물학적 공급</td><td>#741246</td><td></td></tr><tr><td>마스크 얼라이너</td><td>EV 그룹</td><td>EVG 620</td><td></td></tr><tr><td>1mm 생검 펀치</td><td>Miltex, Plainsboro, NJ</td><td>69031-01</td><td></td></tr><tr><td>산업용 디스펜싱 팁</td><td>CML 공급</td><td>게이지 23</td><td></td></tr><tr><td>도립 현미경</td><td>Olympus</td><td>IX-71</td><td></td></tr><tr><td>플라즈마 시스템</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td>플라즈마 클리너</td></tr><tr><td>폴리디메틸실록산(PDMS)</td><td>Dow Corning, Midland, MI</td><td>SYLGARD 184</td><td></td></tr><tr><td>Norland Optical Adhesive 81(NOA81) 또는 (OA)</td><td>Norland Products Inc.</td><td>8116</td><td>광학 접착제</td></tr><tr><td>퀵 셋트 에폭시</td><td>피셔 사이언티픽</td><td>4001</td><td></td></tr><tr><td>유리 슬라이드</td><td>글로브 Scientic Inc.</td><td>1321</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2015 포토레지스트</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2015</td><td>포토레지</td></tr>스트 <tr><td>주사기 펌프</td><td>Harvard Apparatus</td><td>Fusion 400</td><td></td></tr><tr><td>유리 모세관 튜브</td><td>SGE Analytical Science</td><td>1154710C</td><td></td></tr><tr><td>고속 카메라</td><td>비전 연구</td><td>V 4.3</td><td></td></tr><tr><td>폴리에틸렌 튜브</td><td>Scientific Commodities Inc.</td><td>#BB31695-PE/3</td><td></td></tr></tbody></table>

다공성 매체에 있는 기 공-규모 이벤트 프로세스 오일 복구 응용 프로그램에 대 한 특성화를 위한 미세 장치

Microfluidic Devices for Characterizing Pore-scale Event Processes in Porous Media for Oil Recovery Applications

미세 소자 공부 미세한 규모에서 전송 프로세스에 대 한 다양 한 도구가 있습니다. 수요는 전통적인입니다 (PDMS) 장치에 달리는 낮은 저항 분자 무게 기름 구성 요소 미세 장치에 대 한 존재합니다. 여기,이 속성을 가진 장치를 만들기 위한 손쉬운 방법을 설명 하 고 복구 원유는 거품에 의해 기 공-규모 메커니즘을 조사 하기 위한이 프로토콜의 제품 사용. 패턴은 처음 설계 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어를 사용 하 여 투명도 고해상도 프린터에 인쇄. 이 패턴 리소 그래피 절차를 통해 한 감광 다음 전송 됩니다. PDMS 패턴에 캐스팅, 오븐, 치료 이며 몰드를 제거 합니다. Thiol ene 가교 폴리머, 광학 접착제 (OA)로 일반적으로 사용 되는 금형에 부 어 그리고 UV 빛에서 치료는. PDMS 몰드는 광학 접착제 캐스트에서 벗 겨. 유리 기판 다음 준비 하 고 장치의 두 개의 반쪽 함께 보 세. 광학 접착제 기반 장치는 기존의 PDMS 미세 소자 보다 더 강력한. 에폭시 구조는 빛 유기 액체를 포함 하는 실험에 대 한 새로운 가능성을 열고 있는 많은 유기 용 매에 의해 붓기. 또한,이 소자의 표면 습윤 동작 PDMS의 그것 보다 더 안정적입니다. 광학 접착제 미세 소자의 건설은 간단, 아직 PDMS 기반 장치의 제작 보다 점차적으로 더 많은 노력을 요구 한다. 또한, 광학 접착제 장치는 유기 액체에서 안정, 오랜 시간 후 감소 본드 강도 전시 수 있습니다 그들은. 다공성 미디어에 대 한 2 차원 micromodels 역할을 형상에 광학 접착제 미세 소자를 만들 수 있습니다. 이 장치는 향상 된 오일 회수 및 대수층 치료에 관련 된 기 공-규모 메커니즘에 대 한 우리의 이해를 향상 시키기 위해 석유 변위의 연구에 적용 됩니다.

이 예제에서는 실험에 수성 거품 계층된 침투성 대비 이기종 다공성 매체에서 (5.4 cP의 점성)와 40 °의 API 중력 중동 원유를 치환 하 사용 됩니다. PDMS 거품 생성기는 원유로 완전히 포화 이전 되었다 광학 접착제 micromodel에 연결 된다. 그림 1a 는 PDMS에 대 한 포토 마스크의 CAD 디자인 거품 발생기, 포토 레지스트 패턴이 실리콘 웨이퍼 및 완성 된 거품 발생기 입구 및 출구 관 삽입을 보여 줍니다. 그림 1b 계층된 침투성 대비 이기종 광학 접착제 모델 다공성 미디어에 대 한 해당 이미지를 보여줍니다. 포토 마스크 디자인의 각각 투명 및 불투명 부분 note 그림 2에서처럼 조 악한 거품으로 가스와 액체는 공동 주입 흐름 초점 기하학에 의해 생성 됩니다. 이 데모에 대 한 선정 ...

이 절차의 목표는 쉽고 빠르게 사용자 정의 형상과 저항 유기 액체 기름 복구 연구 하 여 붓기와 미세 장치를 생산 하는입니다. 입니다 형 처음 생성 이며 에폭시 기반 장치를 캐스팅 하는 데 사용 합니다. 대표 변위 연구 보고 됩니다.

Microfluidic devices are versatile tools for studying transport processes at a microscopic scale. A demand exists for microfluidic devices that are ...

이 절차의 전반적인 목표는 오일 회수 연구에 사용하기 위해 사용자 정의 가능한 형상을 가진 미세 유체 장치를 신속하게 생산하는 것입니다. 이 방법을 사용하면 다공성 매체에서 다상 흐름을 연구할 수 있습니다. 이러한 유형의 복잡한 흐름을 실제로 시각화할 수 있는 미세유체 시스템을 사용함으로써 대규모 저류층 시스템을 위한 향상된 오일 회수 방법을 설계할 수 있습니다.이 기술의 가장 큰 장점은 안전하고 비용 효율적인 방식으로 데이터와 다양한 향상된 오일 회수 방법을 신속하게 수집할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 향상된 오일 회수 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 또한 CO2 격리 및 대수층 개선과 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다.먼저 CAD 소프트웨어를 사용하여 게시물 배열로 채워진 직사각형 채널로 구성된 포토 마스크를 설계합니다. 이 패턴을 20미크론의 포토 레지스트로 코팅된 실리콘 웨이퍼에 노출시킵니다. 그리고 이 마스터를 사용하여 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 PDMS 금형을 생성합니다.깨끗한 PDMS 몰드 패턴 면이 위로 향하게 하여 먼지가 없는 150mm 플라스틱 페트리 접시 바닥에 놓습니다. PDMS가 10초 동안 플라스틱에 부착되도록 한 다음 투명 플라스틱 테이프로 PDMS 표면을 보호합니다. 이 시점에서 절차가 일시 중지될 수 있습니다.그런 다음 패턴 표면에서 테이프를 제거하고 광학 접착제를 금형 상단 표면에서 약 0.9cm 깊이까지 접시에 붓습니다. 면봉을 사용하여 형성된 거품을 부드럽게 제거합니다. 이제 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 UV 광 경화 시스템을 사용하여 광학 접착제를 경화합니다.그런 다음 상자 절단기를 사용하여 금형에서 광학 접착제를 조심스럽게 분리합니다. 그런 다음 튼튼한 가위를 사용하여 디자인 가장자리에서 여분의 광학 접착제를 제거합니다. 광학 접착제 퍽에서 PDMS 금형을 천천히 떼어냅니다.1mm 생검 펀치를 사용하여 장치에 입구, 출구 및 배수구를 만듭니다. 마지막으로, 투명 테이프를 사용하여 광학 접착제 및 PDMS 표면의 패턴이 있는 부분을 보호합니다. 새 유리 슬라이드를 스핀 코팅기에 놓고 슬라이드에 1mm의 광학 접착제를 분배합니다.슬라이드를 스핀 코팅하는 것은 2 단계로 이루어집니다. 먼저 500RPM으로 5초 동안 돌린 다음 RPM을 4000으로 높이고 20초 동안 돌립니다. 기판을 자외선 처리로 빠르게 옮기고 자외선 아래에서 얇은 광학 접착 층을 30초 동안 부분적으로 경화시킵니다.다음으로, 광학 접착제 캐스트 패턴이 위로 향하게 하고 코팅된 면이 위로 향하게 기판을 산소 플라즈마 세정제에 넣습니다. 진공을 540밀리토르로 당깁니다. 그런 다음 플라즈마로 20초 동안 표면을 처리합니다.완료되면 조각을 제거하고 원치 않는 모든 공기 주머니가 최소화되거나 제거될 때까지 두 개의 처리된 표면을 함께 단단히 누릅니다. 그런 다음 장치를 다시 자외선 아래에 놓고 20분 동안 완전히 경화시킵니다. 그런 다음 18시간 동안 섭씨 50도로 가열된 열판에 장치를 놓습니다.완료되면 0.58mm ID 저밀도 폴리에틸렌 튜브의 6인치 길이 세그먼트를 장치의 각 포트에 삽입합니다. 그런 다음 퀵셋 에폭시를 추가하여 튜브를 제자리에 고정합니다. 테이프를 사용하여 고속 카메라가 장착된 도립 현미경에 미세유체 장치를 고정합니다.4x 목표를 선택하고 관심 영역에 초점을 맞춥니다. 여기에 장치의 입구 영역이 표시됩니다. 그런 다음 23게이지 산업용 디스펜싱 팁이 장착된 10ml 유리 주사기에 3ml의 원유 또는 모달 오일을 로드합니다.주사기를 주사기 펌프 홀더에 고정하고 주사기 펌프 설정에서 적절한 직경 값을 설정합니다. 다음으로, 1밀리리터의 변위 유체를 23게이지 산업용 디스펜싱 팁이 장착된 3리터 플라스틱 주사기에 넣습니다. 주사기 펌프 홀더에 주사기를 고정하고 다시 주사기 펌프 설정에서 적절한 직경 값을 설정합니다.바늘 끝을 튜브에 삽입하여 변위 유체를 장치 입구에 연결합니다. 그런 다음 오일이 채워진 주사기를 포트에 연결합니다. 시간당 2밀리리터의 속도로 장치의 출구 포트로 오일을 흐르게 하는 동시에 시간당 0.8밀리리터의 속도로 치환 유체를 입구 포트로 흐르게 합니다.이 시연에는 옵션인 폼 생성기가 사용됩니다. 두 액체가 모두 배수 포트로 흘러나올 때까지 20ml 유리 바이알에 부유한 것을 모으십시오. 치환액은 다공성 매체로 들어가서는 안 되며, 카메라가 제자리에 있고 촬영이 시작될 때까지 배수구로 직접 나가야 합니다.다공성 미디어 장치에서 원하는 현상을 캡처할 수 있을 만큼 빠른 프레임 속도로 관심 영역 촬영을 시작합니다. 또한 100% 오일 포화 영역의 정지 이미지를 캡처합니다. 그런 다음 오일에 흐르는 튜브를 신속하고 동시에 절단하면서 배수관을 5cm 바인더 클립으로 고정합니다.오일 변위가 안정된 상태에 도달하거나 카메라의 메모리가 부족할 때까지 변위 유체가 장치에 침입하도록 합니다. 오일 포화 마이크로 모델의 일반적인 결과가 여기에 나와 있습니다. 파괴 영역에서 거품은 예상대로 투과성이 낮은 매트릭스로 전환됩니다.거품은 핀치 오프 (pinch-off)와 라멜라 분열 (lamella division)로 설명 될 수있는 두 가지 주요 메커니즘을 통해 생성됩니다. 거품 파괴는 coalescence, capillary suction 및 diffusion coarsening의 형태로 쉽게 식별할 수 있습니다. 이 방법에 따라, 우리는 실제로 이러한 미세유체 시스템을 사용하여 알칼리성 범람, 폴리머 범람, 계면활성제 범람과 같은 다른 향상된 오일 회수 공정을 연구할 수 있을 뿐만 아니라 대수층 개선과 같은 다른 복잡한 다공성 매체 공정을 연구하는 데 사용할 수 있습니다.따라서 또 다른 관심 분야는 실제로 이러한 미세유체 장치를 사용하여 탄소 포집 및 격리를 연구하는 것입니다. 우리는 실제로 이러한 미세유체 시스템을 통해 이산화탄소가 다공성 매체 내에 갇히는 메커니즘을 볼 수 있습니다.

microfluidic-devices-for-characterizing-pore-scale-event-processes

Research

연구

JoVE Journal

Environment

환경

Microfluidic 장치는 실시간으로 적절한 물리적인 비늘에서 복잡한 자연의 프로세스를 시각화하는 데 사용할 수 있습니다. 우리는 표면 하의에 박테리아의 성장과 교통 수단을 공부하고 자연 다공성 매체의 주요 기능을 모방한 것이었 간단한 microfluidic 장치를 개발했습니다.

다공성 매체에서 미생물 교통 유학에 대한 간단한 Microfluidic 시스템 : 미생물의 창

출처: Scheidweiler, D. 외. 유체 장치와 현미경 및 유동 세포분석을 결합하여 공간적 규모를 넘어 다공성 배지 내 미생물 수송을 연구합니다. J. Vis. 경험 (2020).이 영상은 무작위로 배열된 기둥들로 구성된 다공성 매트릭스를 통해 박테리아의 운동성을 정량화하기 위해 마이크로플루이딕 장치를 사용하는 방법을 시연합니다. 형광 표지된 박테리아를 장치에 투입하고, 다공성 매트릭스를 통과해 관찰 채널로 이동하는 동안 현미경으로 영상화한 후 분석하여 돌파 곡선(BTC)을 생성합니다.

마이크로플루이딕 장치를 이용한 박테리아 운동성 평가

출처: Kurz, D. L. 외 다공성 매질에서 생체 클로깅을 연구하기 위한 마이크로플루이딕 플랫폼. J. Vis. 경험 (2022)이 영상은 바이오필름 형성을 연구하기 위해 마이크로플루이딕 장치를 사용하는 방법을 시연합니다. 박테리아 현탁액이 마이크로채널에 주입된 후 바이오필름 현상을 위해 배양합니다. 그 후 유동을 재개하고, 압력 모니터링과 영상을 사용하여 시간에 따른 바이오필름 형성과 기공 폐쇄를 감지합니다.

바이오필름 형성 중 실시간 영상 및 압력 추적을 위한 마이크로유체 장치

우리는 X선 현미경 촬영을 사용하여 저장소 조건에서 여러 유체 위상을 이미징하는 방법론을 제시합니다. 우리는 탄산염 암석 샘플에서 모세관 포집의 몇 가지 대표적인 결과를 보여줍니다.

여러 유체 페이즈 저수지 조건 기공 크기의 이미징 X 레이 Microtomography 사용

싱크로 빠르게 단층 촬영 저장 조건에서 CO 2 포화 된 염수의 존재하에 동적으로 석회석 화상 용해 하였다. 100 스캔을 2 시간에 걸쳐 6.1 ㎛의 해상도로 촬영 하였다.

싱크로 빠른 단층 촬영을 사용하여 탄산염의 반응의 동적 기공 규모의 저수지 조건 이미징

우리 제조 및 미세 장치 여러 입자 추적 소프트 문제에 반복된 상전이의 유 변 학적 효과 연구 microrheology 측정을 가능 하 게의 사용을 보여 줍니다.

반복된 단계 전환 시 부드러운 물질의 유 변 학적 특성을 결정 하는 마이크로 및 Microrheology 결합

이 프로토콜은 표면 조건에 선 microtomography 하 여 얻은 3 차원 이미지를 사용 하 여 불투명 한 다공성 매체 (탄화수소 공기 통 바위)의 복잡 한 일로 조건 특성 제공 됩니다.

기 공-규모 이미징 및 x 선 Microtomography를 사용 하 여 표면 상태에 탄화수소 공기 통 바위 습윤의 특성

획기적인 곡선(BtC)은 다공성 미디어에서 박테리아의 운반을 연구하는 효율적인 도구입니다. 여기에서는 현미경 검사법과 유동 세포계 계수와 함께 유체 장치를 기반으로 한 도구를 소개하여 BtC를 획득합니다.

유체 장치를 현미경 검사법과 유동 세포측정과 결합하여 공간 저울을 가로지르는 다공성 미디어에서 미생물 수송을 연구합니다.

이 논문은 고압 조건에 적합한 두 개의 미세 유체 제조 기술, 즉 광석 촬영/습식 에칭/열 결합 및 선택적 레이저 유도 에칭(SLE)에 대한 비교 연구와 함께 프로토콜을 설명합니다. 이러한 기술은 저수지 조건 하에서 대리 투과성 매체 및 골절된 시스템에서 유체 흐름을 직접 관찰할 수 있는 플랫폼을 구성합니다.

골절된 비전통적인 저수지에서 마이크로스케일 초임계 CO2 폼 수송의 고압 테스트를 위한 미세 유체 제조 기술

미세 투석 프로파일러는 최소한의 방해로 현장에서 산화-무산소 토양-물 경계면에 용해된 공극수 용질을 샘플링하는 것으로 설명됩니다. 이 장치는 토양-물 경계면 및 그 너머의 교란으로 인해 유발된 농도-깊이 프로파일의 급격한 변화를 포착하도록 설계되었습니다.

Microdialysis Profilers를 사용한 Oxic-Anoxic 토양-물 계면에서의 용존 용질 샘플링

본 프로토콜은 고해상도 현미경 이미징과 동시 압력 차이 측정을 결합하여 준 2D 다공성 배지에서 생물막 발달을 연구하는 미세 유체 플랫폼을 설명합니다. 이 플랫폼은 다공성 매체의 공극 크기와 유체 유속이 생물 막힘에 미치는 영향을 정량화합니다.

다공성 매체의 생물 막힘을 연구하기 위한 미세유체 플랫폼

배우세요 다공질 매질에서 다상 유동을 시각화하는 맞춤형 미세유체 장치 제작 방법. 이 기술은 향상된 석유 회수 메커니즘 연구와 대규모 저수지 관리에 필수적인 데이터를 안전하고 경제적으로 수집합니다.

다공성 매체에 있는 기 공-규모 이벤트 프로세스 오일 복구 응용 프로그램에 대 한 특성화를 위한 미세 장치

더 많은 동영상 탐색