Taylor-dispersie aanpassen om de dispersiecoëfficiënt van elektrolytoplossingen te meten via een toegankelijke microfluïdische opstelling

Het doel van ons werk is het ontwerpen en implementeren van een toegankelijk experimenteel platform voor microfluïdica dat geschikt is om een breed scala aan fundamentele vloeistofvragen te beantwoorden. De grootste uitdaging is het ontwikkelen van een reproduceerbaar en toch flexibel productieproces voor microkanalen met voldoende precisie met behulp van goedkope apparatuur. Ons onderzoek probeert het huidige gebrek aan gemakkelijk toegankelijke en nauwkeurige experimentele opstellingen en protocollen aan te pakken om de verbeterde diffusie van een elektrolytsoort te meten.

Ons platform maakt het ook mogelijk om ioneninteracties met meerdere soorten te visualiseren. Onze experimentele opzet en protocol zijn goedkoop, gemakkelijk toegankelijk en nauwkeurig. De goedkope productietechniek voor microkanalen die wordt gebruikt, maakt de productie van op maat gemaakte chips in enkele minuten mogelijk.

Start om te beginnen de ontwerpsoftware voor ambachtelijke snijders op de aangesloten computer. Ontwerp de microkanaaltop rechtstreeks in de software of importeer een compatibel ontwerp van externe software. Bevestig vervolgens een polyester rechthoek van 21 centimeter bij vijf centimeter aan de plakkerige kant van de snijmat.

Plak met plakband alle vier de omtrekranden vast om de rechthoek vast te zetten. Laad vervolgens de snijmat in de knutselsnijder door de gemarkeerde randen uit te lijnen met de pijlindicatoren op het apparaat. Steek het mes in de eerste gleuf van de slede van de sledesnijder.

Klik op Verzenden in de rechterbovenhoek van de ontwerppagina op de monitor om door te gaan naar het beoordelingsscherm. Stel vervolgens de bladdiepte in op negen, kracht op 33, passes op één en snelheid op één. Klik nu op Verzenden om de taak naar de ambachtelijke snijder te sturen en het snijproces te starten.

Nadat u de snijmat van de snijder hebt verwijderd, gebruikt u een pincet om het negatieve polyestermateriaal van de gesneden plaat te verwijderen. Ontwerp vervolgens donutvormige polyamide pakkingen met behulp van de ontwerpsoftware voor ambachtelijke snijders of importeer het pakkingontwerp uit compatibele software. Bevestig een 21 centimeter lang stuk polyamidetape met de plakkerige kant naar boven op de snijmat en zet het vast met afplaktape langs alle vier de randen.

Voer de snij-instellingen voor de polyamide tape in met een mesdiepte van negen, kracht van één, gangen van één en snelheid van één. Klik op Verzenden om de snijtaak van de pakking naar de knutselsnijder te verzenden. Plaats vervolgens de gesneden polyesterplaat op een schone, vlakke ondergrond met de uitsteeksels naar boven.

Verwijder met een pincet een pakking van de doorgesneden polyamidetape en plaats deze op de platte onderkant van een 3D-geprinte poort. Lijn de poort uit met het gat in de stroominlaat en bevestig deze met behulp van de pakking aan de platgelegde polyesterplaat. Breng nu in een zuurkast een kleine hoeveelheid superlijm aan langs de omtrek van de poort terwijl u deze naar beneden drukt om een waterdichte afdichting te creëren.

Voor de fabricage van de polyamide microkanaalbehuizing ontwerpt u de microkanaalbehuizing met behulp van de ontwerpsoftware voor ambachtelijke snijders of door een compatibel extern ontwerp te importeren. Bevestig de 21 centimeter lange strook polyamide tape met de plakkerige kant naar boven op de snijmat. Laad vervolgens de snijmat in de knutselsnijder door de gemarkeerde randen uit te lijnen met de pijlindicatoren op het apparaat.

Klik op Verzenden rechtsboven op de ontwerppagina om de materiaal- en snij-instellingen te bekijken. Gebruik dezelfde snijparameters als voor de pakkingen. Klik op Verzenden om de snijtaak naar de ambachtelijke snijder te verzenden.

Verwijder vervolgens de snijmat van de snijder en verwijder met een pincet het negatieve polyamide materiaal van het kanaalontwerp. Plaats nu de polyamide tape met de plakkerige kant naar boven op een vlakke, schone ondergrond. Plaats de polyester rechthoek voorzichtig op de blootgestelde polyamide tape en centreer de polyamide strip over de breedte van het polyester.

Oefen met een rol gelijkmatige neerwaartse druk uit om grote luchtbellen te verwijderen en inspecteer visueel op vuil of kromtrekken. Draai daarna de polyamide tape-constructie om en verwijder de beschermkap van de zelfklevende zijde. Lijn de bovenste polyesterplaat die met de 3D-geprinte poort is gemonteerd uit met de in- en uitlaat van de polyamidetape en leg de polyesterplaat vervolgens voorzichtig over de polyamidelaag.

Vul voor de opstelling van de spuitpomp een glazen spuit van 0,5 milliliter met gedeïoniseerd water. Monteer de spuit op een programmeerbare spuitpomp en druk op de knop voor snel vooruitspoelen totdat er water uit de spuitpunt begint te komen. Snijd vervolgens een 50 centimeter lang stuk polytetrafluorethyleenbuis.

Verbind met een pincet de twee uiteinden van de slang met de uiteinden van de 27 gauge spuit door de slang over de uiteinden te steken en naar beneden te trekken. Vul de aangesloten spuitpunt en slang met gedeïoniseerd water totdat er een convexe meniscus ontstaat bij de tipopening. Bevestig de punt aan de vooraf gemonteerde glazen spuit op de pomp en zorg ervoor dat er geen luchtbellen in de spuit of de punt aanwezig zijn.

Zet de spuitpomp alleen in de infuusmodus. Voer het type en de grootte van de spuit in als 0,5 milliliter in de interface van de pomp. Plak met 2,54 centimeter brede afplaktape de volledig geassembleerde microfluïdische punt op het lichtpaneel.

Monteer vervolgens een 20 millimeter F2-macrolens op de camera en sluit deze aan op een externe trigger. Zet een statief op en monteer de camera boven het lichtpaneel, naar beneden gericht om het experiment onder ogen te zien. Centreer de weergave op het opnamepunt dat in de polyamide tape is uitgesneden.

Programmeer de camera via de afstandsbediening om elke seconde foto's te maken. Breng een laag transparante tape aan op het inlaatgat van de tracer om te voorkomen dat er vloeistof ontsnapt, en zorg ervoor dat een rand van de tape is omgevouwen om een klein lipje te vormen dat gemakkelijk kan worden verwijderd. Sluit de programmeerbare spuitpomp aan en laat deze draaien om het microkanaal voorzichtig te overspoelen met gedeïoniseerd water met een zeer laag debiet.

Vul vervolgens een micropipetpunt van 0,5 microliter met een bereide traceroplossing. Trek met het gevouwen lipje de tape los die het inlaatgat van de tracer bedekt. Gebruik de hoek van een doekje met weinig pluisjes, voer overtollig gedeïoniseerd water lichtjes af uit het inlaatgat en wacht 30 seconden totdat de waterkant is gestabiliseerd.

Doseer na 30 seconden de traceroplossing met behulp van de pipet in het inlaatgat. Strijk de tape onmiddellijk weer over het gat met minimale druk en een continue beweging om de inlaat opnieuw af te dichten. Nadat u ervoor hebt gezorgd dat de spuitpomp is geprogrammeerd op het beoogde volumedebiet, start u de spuitpomp en activeert u tegelijkertijd de externe camera om met beeldvorming te beginnen.

Als de horizontale randen van de rechthoekige overlay niet zijn uitgelijnd met de microkanaalwanden, beweegt u de cursor over een rechthoek, klikt en roteert u de afbeelding totdat de horizontale wanden evenwijdig aan de kanaalwanden zijn uitgelijnd. Druk op een willekeurige toets om door te gaan. De pop-up van de afbeelding wordt gesloten en opnieuw geopend met de gecorrigeerde richting.

Klik en sleep om een vierkant gebied te selecteren met zijden gelijk aan de kanaalbreedte, gecentreerd op het opnamepunt. Druk op een willekeurige toets om door te gaan en de pop-up van de afbeelding wordt gesloten. Extraheer vervolgens de blauwe kanaalintensiteit bij elke pixel binnen het geselecteerde bijsnijdgebied uit de RGB-afbeelding.

Keer de waarden om door ze af te trekken van 255, de maximale waarde voor het blauwe kanaal. Bereken de gemiddelde intensiteitswaarde van het omgekeerde blauwe kanaal voor alle pixels in het bijgesneden gebied. Sla elke berekende waarde op om een tijdreeks te genereren met de gemiddelde intensiteit van het omgekeerde blauwe kanaal op het opnamepunt.

Gebruik de gereedschapskist voor niet-lineaire curve-fitter in de code om de voltijdse reeks van gemiddelde omgekeerde blauwe kanaalintensiteiten in te voeren. De gemiddelde intensiteit van het omgekeerde blauwe kanaal in de loop van de tijd werd uitgezet en vertoonde een nauwe overeenkomst tussen experimentele gegevens en de theoretische tailor dispersion fit, met tijdstippen op 140 seconden, 150 seconden en 200 seconden duidelijk weergegeven. Dispersiefactorresultaten van experimenten met drie verschillende beeldverhoudingen toonden een goede overeenkomst met theoretische voorspellingen.