Proponowana technika zapewni nowatorskie, wydajne, oszczędne i nieinwazyjne podejście do obrazowania przepływu płynów przez upakowane złoże proszkowe, co zapewni wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Proponowana technika zapewni nowatorskie, wydajne, oszczędne i nieinwazyjne podejście do obrazowania przepływu płynów przez upakowane złoże proszkowe, co zapewni wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową.
Rozwój nowatorskich technik obrazowania transportu molekularnego i koloidalnego, w tym nanocząstek, jest obszarem aktywnych badań w badaniach mikroprzepływowych i milifluidycznych. Wraz z pojawieniem się druku trójwymiarowego (3D) pojawiła się nowa dziedzina materiałów, zwiększając tym samym zapotrzebowanie na nowatorskie polimery. W szczególności proszki polimerowe, o średnich rozmiarach cząstek rzędu mikrona, cieszą się rosnącym zainteresowaniem ze strony środowisk akademickich i przemysłowych. Kontrolowanie przestrajania materiału w mezoskopowych i mikroskopijnych skalach długości stwarza możliwości opracowywania innowacyjnych materiałów, takich jak materiały gradientowe. W ostatnim czasie rośnie zapotrzebowanie na proszki polimerowe o rozmiarach mikronów, ponieważ rozwijają się wyraźne zastosowania tego materiału. Druk trójwymiarowy zapewnia proces o wysokiej przepustowości z bezpośrednim połączeniem z nowymi zastosowaniami, napędzając badania nad interakcjami fizykochemicznymi i transportowymi w mezoskali. Protokół omówiony w tym artykule zapewnia nieinwazyjną technikę obrazowania przepływu płynów w upakowanych złożach proszku, zapewniając wysoką rozdzielczość czasową i przestrzenną przy jednoczesnym wykorzystaniu technologii mobilnej, która jest łatwo dostępna z urządzeń mobilnych, takich jak smartfony. Dzięki wykorzystaniu zwykłego urządzenia mobilnego wyeliminowano koszty obrazowania, które normalnie byłyby związane z mikroskopem optycznym, co skutkuje oszczędnym podejściem naukowym. Proponowany protokół z powodzeniem scharakteryzował różnorodne kombinacje płynów i proszków, tworząc platformę diagnostyczną do szybkiego obrazowania i identyfikacji optymalnej kombinacji płynu i proszku.
Natryskiwanie spoiwa na bazie atramentu do mediów proszkowych stanowi ważną technologię w produkcji addytywnej (druk 3D). Proces natryskiwania spoiwa rozpoczyna się od osadzenia płynów funkcjonalnych w mediach proszkowych za pomocą skanującego procesu druku atramentowego. W szczególności atramentowa głowica drukująca przesuwa się po powierzchni proszku, osadzając płynny środek wiążący na powierzchni proszku, a tym samym tworząc stałą część w sposób warstwa po warstwie1. Technologie natryskiwania spoiwa na bazie atramentów zazwyczaj obejmują piasek, proszki metali i proszki polimerowe. Jednak, aby rozszerzyć przestrzeń materiałów w natryskiwaniu spoiwa, wymagane jest podstawowe podejście do badania interakcji płyn-proszek i proszek-proszek, trybologii, gęstości upakowania proszku i agregacji cząstek. W szczególności w przypadku interakcji płyn-proszek istnieje krytyczna potrzeba możliwości obrazowania przepływu płynu przez złoża proszku w czasie rzeczywistym. Zapowiada się, że będzie to potężne narzędzie dla badaczy, które można wykorzystać jako technikę charakterystyki i potencjalnie jako metodę przesiewową dla różnych kombinacji płynów i proszków2,3,4, a także bardziej złożone systemy, takie jak systemy druku 3D z betonu, które wykorzystują metody oparte na złożu cząstek.
Rozwój nowatorskich technik obrazowania transportu molekularnego i koloidalnego, w tym nanocząstek, jest aktywnym obszarem badań w badaniach mikroprzepływowych i milifluidowych. Sondowanie oddziaływań międzycząsteczkowych za pomocą technik obrazowania może być trudne, ponieważ wykonano niewiele pracy w celu zbadania tego typu oddziaływań w warunkach nienasyconego i niestabilnego przepływu płynu. Wiele badań, które są opisywane w literaturze, koncentrowało się na nasyconych, wstępnie zwilżonych, porowatych mediach, takich jak szklane koraliki5,6,7,8,9,10,11,12 i soils13,14,15,16,17,18. Ta technika zapewnia nieinwazyjne podejście, co skutkuje wysoką rozdzielczością czasową i przestrzenną2,3,4,19. Co więcej, opracowana technika zapewnia nowatorską metodę charakterystyki i ilościowego określania transportu cząstek w skali nano i mikronowej w różnych porowatych ośrodkach, koncentrując się na proszkach polimerowych.
Proponowana technika wykorzystuje urządzenie mobilne do rejestrowania nienasyconego, niestabilnego transportu płynów przez porowate media polimerowe o wymiarach cząstek, które są reprezentatywne dla proszków używanych w systemach druku 3D, które wykorzystują technologie fuzji fluidycznej w łożu proszkowym. Technika ta jest korzystna, ponieważ komory przepływowe są opłacalne, wielokrotnego użytku, małe i łatwe w obsłudze, co ilustruje dominujące aspekty oszczędnej nauki. Możliwość wdrożenia tych prostych eksperymentów do badania terenowego jest bardzo prosta, eliminując komplikacje, koszty i czas, które są wymagane w mikroskopii optycznej. Biorąc pod uwagę łatwość tworzenia konfiguracji, dostęp do szybkich wyników i minimalną liczbę wymagań dotyczących próbek, technika ta jest optymalną platformą do diagnostycznych badań przesiewowych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie mikrofluidycznej celi przepływowej
UWAGA: W tym protokole zostanie wykorzystana komercyjna mikrofluidyczna komora przepływowa. Zastosowanie komercyjnego produktu zaprojektowanego z myślą o przenikaniu światła z mikroskopu optycznego pozwoli zminimalizować problemy związane z oświetleniem poletka w polu jasnym.
2. Pakowanie proszku do kanału
Równ. 13. Przygotowanie rozpuszczalnika
4. Przygotowanie stołu do światła białego
5. Rozpoczęcie eksperymentu
6. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W sekcji dotyczącej analizy danych, dane dla obrazów w technice time-lapse w Rysunek 3 Przedstawiono proces infiltracji proszku poliwęglanu (PC) 75% wag. roztworem etanolu. W celu poprawy jakości obrazu na potrzeby niniejszej publikacji do roztworu dodano fluoresceinę. Na obrazach z lapse-time proces rozdzielony w czasie rozpoczyna się w momencie dodania cieczy do wlotu. Czas, t, rozpoczyna się w momencie, gdy ciecz zaczyna wnikać do kanału. Seria obrazów przedstawia progresję ciecz...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dostarczony protokół jest w dużym stopniu zależny od właściwości materiałowych wybranych cząstek. Właściwości materiału wpływające na przepływ obejmują rozkład wielkości cząstek 2,3,4,5,11,21, chropowatość powierzchni cząstek11, właściwości chemiczne na powierzchni cząstek<...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| µ-Slide I Luer | ibidi | 80191 | Mikroprzepływowa |
| zlewka | przepływowa Southern Labware | BG1000-800 | Szkło |
| CALIBRE 301-58 LT Naturalna żywica poliwęglanowa | TRINSEO LLC | CALIBRETM 301-58 LT | Naturalna żywica poliwęglanowa |
| Etanol | Sigma Aldrich | 1.00983 | Wyciąg rozpuszczalnikowy |
| Kewaunee | Okapy wyciągowe Supreme Air LV | używane z 92 FPM przy 18-calowym otworze | |
| iPhone 7 plus | Apple | Camera | |
| Nieprzezroczysty materiał | Rysunek CAD znajduje się w pliku uzupełniającym | ||
| ORGASOL 2002 ES 6 NAT 3 | ARKEMA | A12135 | Pipeta do proszków poliamidowych |
| VWR | 10754-268 | Jednorazowa pipeta | |
| transferowaPipeta | Globe Scientific Inc. | 3301-200 | Pipeta, która może pomieścić 125 &mikro; L płynnego |
| polistyrenu | Advanced Laser Materials, LLC. | PS200 | Polistyren do spiekania |
| Tracker | Narzędzie do analizy i modelowania wideo | ||
| VariQuest 100 White Light Model 3-3700 | FOTODYNE& | nbsp; 3-3700 | |
| Woda | jasna Woda destylowana |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.