Assemblage en karakterisering van een externe driver voor het genereren van sub-kilohertz oscillerende stroming in microkanalen

Onze techniek brengt oscillerende stromen naar biologen en chemici met behulp van microfluïdica. Dit apparaat is snel te monteren, gemakkelijk te gebruiken en is een plug-and-play-methode voor het produceren van hifi-oscillerende stromen. De procedure wordt gedemonstreerd door Giridar Vishwanathan, een promovendus uit mijn laboratorium.

Klem om te beginnen de alligatorclipuiteinden van een paar alligators vast om draden vast te pinnen aan de aansluitingen van een 15 watt luidspreker met een conus van acht centimeter. Plaats de chip van de aux-controller op een isolerende component. Steek de uiteinden van de pen in de schroefdozen van de aux-chip.

Draai vast met een schroevendraaier om connectiviteit te garanderen. Sluit het ene uiteinde van een aux-kabel aan op de controllerchip en het andere uiteinde op een aux-poort op een computer. Sluit een 12 volt gelijkstroomadapter aan op de voeding.

Schakel de controllerchip in door het coaxiale uiteinde van de DC-adapter aan te sluiten op het stopcontact. Navigeer met behulp van een internetbrowser naar een online tone generator-website. Typ de gewenste frequentie tussen 5 en 1200 Hertz in de online applicatie en scrol de volumebalk naar de gewenste hoeveelheid.

Klik op het golftype generatorsymbool en selecteer de gewenste golfvorm zoals teken, vierkant, driehoek of zaagtand. De standaardinstelling is een tekengolfformulier. Druk op Afspelen om de luidspreker te activeren.

Plak de luidspreker en de controllerchip op de 3D-geprinte luidsprekerheuvel voor positionering op het microscooppodium. Plaats de 3D-geprinte adapter concentrisch op de luidsprekerconus. Breng siliconenkit royaal aan langs de randen van de adapter en laat twee uur uitharden.

Knip een micropipettepunt van 200 microliter ongeveer twee centimeter van het smalle uiteinde en gooi de bredere helft van de punt weg waar het smalle conische uiteinde zal dienen als een wigafdichting voor omkeerbare bevestiging. Sluit de polyethyleenbuis aan op de microkanaaluitgang door eerst door de micropipette-punt te rijgen en vervolgens door het coaxiale uiteinde van de adapter en ten slotte via de zijkant naar buiten. Wig het smalle uiteinde van de pipetpunt stevig in het coaxiale uiteinde van de adapter om een afneembare, strakke afdichting te creëren.

Voeg tracerdeeltjes toe aan een injectieflacon met een gewicht van 22 gewichtsprocent glyceroloplossing om een neutraal drijvende suspensie te produceren met een volumefractie van 0,01% tot 0,1% polystyreen in vloeistof bij 20 graden Celsius. Meng krachtig door te schudden om een homogene suspensie te produceren. Laad een injectiespuit met één milliliter inlaat met één milliliter monster.

Plaats de geladen spuit op een automatische spuitpomp en bevestig deze. Steek de naald van de spuit in de inlaatbuis van het apparaat om een waterdichte afdichting te creëren. Zorg ervoor dat de uitlaatbuis door de adapterassemblage en in een reservoir is geworteld.

Schakel de spuitpomp in, selecteer met behulp van het aanraakscherm het type spuit als Becton-Dickinson 1 ml en selecteer vervolgens Infuseren. Selecteer vervolgens het vereiste debiet van het debiet. Start de constante stroom met behulp van de spuitpomp.

Wacht totdat de uitlaatbuis is gevuld met vloeistof tot aan de luidspreker. Selecteer een vereiste frequentieamplitude en golfvorm in de toongeneratortoepassing en druk op Afspelen om oscillerende stroom in het microkanaal te genereren. Monteer het apparaat op de microscoop.

Stel de optische configuratie in door een objectieflens te selecteren met een vergroting tussen 10X en 40X, en het brandpuntsvlak aan te passen en het podium te positioneren. Om metingen in een goed gedefinieerd brandpuntsvlak te verkrijgen, moet u ervoor zorgen dat de scherptediepte van de objectieflens met een factor vijf of meer kleiner is dan de kanaaldiepte. Om de oscillerende stroom te observeren, gebruikt u een hogesnelheidscamera met een framesnelheid van ten minste tweemaal de oscillatiefrequentie.

Voor een bruikbare resolutie van de golfvorm meet u ten minste 10 punten per periode met een 10 keer grotere framesnelheid dan de oscillatiefrequentie. Als alternatief, om langdurige effecten van positieve stromen te observeren, voert u stroboscopische beeldvorming uit door de waarneming in te stellen op een perfecte deler van de oscillatiefrequentie. Gebruik voor zowel directe als stroboscopische beeldvorming een camera die is uitgerust met een globale sluiter om het jello-effect te voorkomen.

Houd in beide gevallen de belichtingstijd aanzienlijk kleiner dan de oscillatietijd met een factor 10 of meer om strepen te voorkomen. Om de oscillatieamplitude te meten zonder een hogesnelheidscamera, neemt u op met een framesnelheid die dicht bij maar niet bij de stroboscopische framesnelheid wordt gehouden, wat resulteert in een sterk vertraagde oscillatie waaruit de amplitude nauwkeurig kan worden gemeten, observeren en opnemen van de amplitudemetingen. De rupsverplaatsing van tracerdeeltjes in het middenvlak van het kanaal toonde een harmonisch signaal voor de oscillatiefrequenties 100, 200, 400 en 800 Hertz.

In een plot van oscillatieamplitude versus frequentie voor alle luidsprekervolume-instellingen, had de karakteristieke curve een resonantiepiek van ongeveer 180 Hertz waarboven de amplitude met toenemende frequentie afneemt. Het effect van verschillende parameters op de oscillerende amplitude over het bereik van operationele frequenties ten opzichte van het referentiegeval, toonde aan dat wanneer de viscositeit van de werkvloeistof wordt verhoogd, de amplitude met een factor van bijna twee afneemt. Wanneer de microfluïdische buisdiameter voor hetzelfde materiaal wordt vergroot, neemt de amplitude toe ten opzichte van het referentiegeval met een factor tussen 1,5 en 3, afhankelijk van de frequentie.

Wanneer de buislengte voor hetzelfde materiaal wordt verhoogd, neemt de amplitude aanzienlijk toe in de buurt van de resonantiefrequentie. Deeltjesverplaatsingssporen voor niet-sinusoïdale golfvormen toonden aan dat zeer scherpe veranderingen in positie geassocieerd met vierkante en zaagtandgolfvormen niet mogelijk zijn in echte systemen. Niettemin waren de Fourierspectra in goede overeenstemming met de ideale spectra, althans tot aan de derde harmonische.

Het is belangrijk om te bevestigen dat de uitlaatbuis volledig gevuld is met vloeistof. Dit zorgt ervoor dat de amplitude maximaal is en dat deze constant is met de tijd. Een camera met een globale sluiter moet ook worden gebruikt.

We hebben deze techniek gebruikt om nauwkeurig te observeren en te meten hoe microndeeltjes zich gedragen nadat ze een zeer lange afstand in een microkanaal hebben afgelegd. Dit heeft ons in staat gesteld om nieuwe microfluïdische manipulatietechnieken te implementeren.