접근 가능한 미세유체 설정을 통해 전해질 용액의 분산 계수를 측정하기 위해 Taylor 분산 조정

우리 작업의 범위는 광범위한 기본 유체 질문에 답하는 데 적합한 접근 가능한 미세유체 실험 플랫폼을 설계하고 구현하는 것입니다. 가장 큰 과제는 저가형 장비를 활용하여 충분한 정밀도로 마이크로채널을 위한 재현 가능하면서도 유연한 제조 공정을 개발하는 것입니다. 우리의 연구는 전해질 종의 향상된 확산성을 측정하기 위해 쉽게 접근할 수 있고 정확한 실험 설정 및 프로토콜이 현재 부족한 문제를 해결하고자 합니다.

또한 당사의 플랫폼에서는 다종 이온 상호 작용을 시각화할 수 있습니다. 우리의 실험 설정과 프로토콜은 저렴하고 쉽게 접근할 수 있으며 정확합니다. 저비용 마이크로채널 제조 기술을 사용하면 몇 분 안에 맞춤형 설계 칩을 생산할 수 있습니다.

시작하려면 연결된 컴퓨터에서 크래프트 커터 설계 소프트웨어를 실행하십시오. 소프트웨어에서 직접 마이크로채널 상단을 설계하거나 외부 소프트웨어에서 호환되는 설계를 가져올 수 있습니다. 그런 다음 커팅 매트의 끈적끈적한 면에 21cm x 5cm 폴리에스터 직사각형을 부착합니다.

마스킹 테이프를 사용하여 네 개의 둘레 가장자리를 모두 테이프로 붙여 직사각형을 고정합니다. 그런 다음 표시된 가장자리를 장치의 화살표 표시기에 맞춰 절단 매트를 크래프트 커터에 로드합니다. 크래프트 커터의 첫 번째 캐리지 슬롯에 블레이드를 삽입합니다.

모니터의 디자인 페이지 오른쪽 상단에 있는 보내기를 클릭하여 검토 화면으로 진행합니다. 그런 다음 블레이드 깊이를 9로, 힘을 33으로, 패스를 1로, 속도를 1로 설정합니다. 이제 보내기를 클릭하여 크래프트 커터에 작업을 제출하고 절단 프로세스를 시작합니다.

커터에서 커팅 매트를 제거한 후 핀셋을 사용하여 컷 시트에서 네거티브 폴리에스터 소재를 제거합니다. 다음으로, 크래프트 커터 설계 소프트웨어를 사용하여 도넛 모양의 폴리아미드 개스킷을 설계하거나 호환 소프트웨어에서 개스킷 디자인을 가져옵니다. 끈적끈적한 면이 위를 향하도록 21cm 길이의 폴리아미드 테이프를 커팅 매트 위에 부착하고 네 가장자리를 따라 마스킹 테이프로 고정합니다.

블레이드 깊이 9, 힘 1, 패스 1, 속도 1로 폴리아미드 테이프의 절단 설정을 입력합니다. 보내기를 클릭하여 개스킷 절단 작업을 공예 절단기에 제출합니다. 그런 다음 절단된 폴리에스터 시트를 돌출부가 위쪽을 향하도록 깨끗하고 평평한 표면에 놓습니다.

핀셋을 사용하여 절단된 폴리아미드 테이프에서 개스킷 하나를 떼어내고 3D 프린팅 포트의 평평한 밑면에 놓습니다. 포트를 유입구 구멍에 맞추고 개스킷을 사용하여 평평한 폴리에스터 시트에 부착합니다. 이제 흄 후드에서 포트 둘레를 따라 소량의 슈퍼 접착제를 바르고 아래쪽으로 눌러 방수 밀봉을 만듭니다.

폴리아미드 마이크로채널 본체 제작의 경우 크래프트 커터 설계 소프트웨어를 사용하거나 호환되는 외부 디자인을 가져와 마이크로채널 본체를 설계하십시오. 21cm 길이의 폴리아미드 테이프 스트립을 끈적끈적한 면이 위로 향하도록 커팅 매트에 부착합니다. 그런 다음 표시된 가장자리를 장치의 화살표 표시기에 맞춰 절단 매트를 공예 절단기에 넣습니다.

디자인 페이지의 오른쪽 상단에 있는 보내기를 클릭하여 재료 및 절단 설정을 검토합니다. 개스킷에 사용된 것과 동일한 절삭 매개변수를 사용하십시오. 보내기를 클릭하여 절단 작업을 크래프트 커터에 제출합니다.

그런 다음 커터에서 커팅 매트를 제거하고 핀셋을 사용하여 채널 디자인에서 네거티브 폴리아미드 재료를 제거합니다. 이제 끈적끈적한 면이 위를 향하도록 폴리아미드 테이프를 평평하고 깨끗한 표면에 놓습니다. 폴리에스테르 직사각형을 노출된 폴리아미드 테이프 위에 조심스럽게 배치하고 폴리에스테르 너비를 가로질러 폴리아미드 스트립을 중앙에 배치합니다.

롤러를 사용하여 아래쪽으로 균일한 압력을 가하여 큰 기포를 제거하고 잔해물이나 뒤틀림이 있는지 육안으로 검사합니다. 그런 다음 폴리아미드 테이프 어셈블리를 뒤집고 접착면에서 보호 커버를 제거합니다. 3D 프린팅 포트에 장착된 상단 폴리에스터 시트를 폴리아미드 테이프의 입구와 출구에 정렬한 다음 폴리에스테르 시트를 폴리아미드 층 위에 조심스럽게 놓습니다.

주사기 펌프 설정의 경우 0.5밀리리터 유리 주사기에 탈이온수를 채웁니다. 주사기를 프로그래밍 가능한 주사기 펌프에 장착하고 주사기 팁에서 물이 나오기 시작할 때까지 빨리 감기 버튼을 누릅니다. 그런 다음 50cm 길이의 폴리테트라플루오로에틸렌 튜브를 자릅니다.

핀셋을 사용하여 튜브를 팁 위에 삽입하고 아래쪽으로 당겨 튜브의 두 끝을 27게이지 주사기 팁에 연결합니다. 팁 개구부에 볼록한 메니스커스가 형성될 때까지 연결된 주사기 팁과 튜브에 탈이온수를 채웁니다. 펌프의 프리미엄 장착 유리 주사기에 팁을 부착하여 주사기나 팁에 기포가 없는지 확인합니다.

주사기 펌프를 주입 모드로만 설정합니다. 주사기 유형과 크기를 0.5밀리리터로 펌프 인터페이스에 입력합니다. 2.54cm 너비의 마스킹 테이프를 사용하여 완전히 조립된 미세유체 팁을 라이트 패널에 테이프로 붙입니다.

그런 다음 20mm F2 매크로 렌즈를 카메라에 장착하고 원격 트리거에 연결합니다. 삼각대를 설치하고 카메라를 라이트 패널 위에 장착하여 실험을 향하도록 아래쪽으로 기울입니다. 폴리아미드 테이프에서 절단된 캡처 지점의 중심에 뷰를 배치합니다.

원격 트리거를 통해 카메라를 프로그래밍하여 1초마다 이미지를 촬영합니다. 액체가 빠져나가는 것을 방지하기 위해 트레이서 입구 구멍 위에 투명 테이프 층을 붙이고 테이프의 한쪽 가장자리를 접어 쉽게 제거할 수 있도록 작은 탭을 형성합니다. 프로그래밍 가능한 주사기 펌프를 연결하고 실행하여 매우 낮은 유속으로 탈이온수로 마이크로채널을 부드럽게 범람시킵니다.

그런 다음 0.5마이크로리터 마이크로 피펫 팁에 준비된 추적자 용액을 채웁니다. 접힌 탭을 사용하여 추적자 입구 구멍을 덮고 있는 테이프를 벗겨냅니다. 보푸라기가 적은 물티슈의 모서리를 사용하여 입구 구멍에서 과도한 탈이온수를 가볍게 흡수하고 해안가가 안정될 때까지 30초 동안 기다립니다.

30초 후 피펫을 사용하여 추적자 용액을 입구 구멍에 분배합니다. 최소한의 압력과 지속적인 동작을 사용하여 테이프를 구멍 위로 즉시 매끄럽게 펴서 입구를 다시 밀봉합니다. 주사기 펌프가 목표 체적 유량으로 프로그래밍되었는지 확인한 후 주사기 펌프를 시작하고 동시에 원격 카메라를 트리거하여 이미징을 시작합니다.

직사각형 오버레이의 수평 가장자리가 마이크로채널 벽과 정렬되지 않은 경우 커서를 직사각형 모서리 위로 가져간 다음 수평 벽이 채널 벽과 평행하게 정렬될 때까지 이미지를 클릭하고 회전합니다. 아무 키나 눌러 계속 진행합니다. 이미지 팝업이 닫혔다가 수정된 방향으로 다시 열립니다.

클릭하고 드래그하여 측면이 채널 너비와 같고 캡처 지점 중앙에 있는 정사각형 영역을 선택합니다. 아무 키나 눌러 계속하면 이미지 팝업이 닫힙니다. 그런 다음 RGB 이미지에서 선택한 자르기 영역 내의 각 픽셀에서 파란색 채널 강도를 추출합니다.

최대 파란색 채널 값인 255에서 각각을 빼서 값을 반전시킵니다. 잘린 영역의 모든 픽셀에 걸쳐 반전된 파란색 채널의 평균 강도 값을 계산합니다. 각 계산된 값을 저장하여 캡처 지점에서 평균 반전된 파란색 채널 강도의 시계열을 생성합니다.

코드에서 비선형 곡선 피터 도구 상자를 사용하여 평균 반전 파란색 채널 강도의 전체 시간 계열을 입력합니다. 시간 경과에 따른 평균 역청색 채널 강도를 플로팅하고 실험 데이터와 이론적 재단자 분산 적합 사이에 밀접한 일치를 보여주었으며 140초, 150초 및 200초의 시점이 명확하게 표시되었습니다. 세 가지 다른 종횡비에서 실험한 분산 계수 결과는 이론적 예측과 잘 일치하는 것으로 나타났습니다.