Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

تحليل خلط التجانس في جهاز ميكروفلويديك التي كتبها الميكروسكيل انعراجي تقنية

Published: June 12, 2015 doi: 10.3791/52915
Automatic Translation
1, 2
1Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University, 2Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University of Science and Technology

Abstract

في هذه الورقة، ونحن نقدم استخدام تقنية انعراجي الميكروسكيل لقياس خلط التجانس في جهاز ميكروفلويديك. يتم إنشاء نظام انعراجي الميكروسكيل من هوفمان المجهر تعديل النقيض من ذلك، الذي يوفر سهولة الوصول إلى المستوى البؤري الخلفية للعدسة الهدف، عن طريق إزالة لوحة شق واستبدال المغير مع السكين. مبدأ عمل تقنية انعراجي الميكروسكيل يعتمد على الكشف عن انحراف الضوء الناجم عن اختلاف معامل الانكسار 1-3. ضوء نحيد إما يهرب أو عقبات بسبب السكين لإنتاج مشرق أو عصابة الظلام، على التوالي. إذا كان معامل الانكسار من خليط يختلف خطيا مع تكوينها، وتغير المحلي في شدة الضوء في الطائرة صورة يتناسب مع تركيز الانحدار الطبيعي أن المحور البصري. الصورة-انعراجي الصغير يعطي الإسقاط ثنائي الأبعاد للضوء بالانزعاج التي تنتجها التجانس ثلاثي الأبعاد.

لإنجاز التحليل الكمي، وصفنا إجراء معايرة تمزج بين اثنين من السوائل في T-متناهية. نحن إجراء المحاكاة العددية للحصول على التدرج التركيز في T-متناهية الذي يرتبط بشكل وثيق مع الصورة-انعراجي الصغيرة المقابلة. وعلى سبيل المقارنة، يتم تأسيس العلاقة بين قراءات تدرج الرمادي من الصورة-انعراجي الصغيرة والتدرجات تركيز المعروضة في جهاز ميكروفلويديك. باستخدام هذه العلاقة، ونحن قادرون على تحليل التجانس خلط من المنتسبين صورة-انعراجي الدقيقة وإظهار قدرة تقنية انعراجي الميكروسكيل مع القياسات في مذبذب ميكروفلويديك 4. للسوائل شفافة بصريا، تقنية انعراجي الميكروسكيل هو أداة تشخيصية جذابة لتوفير المعلومات الميدانية كامل لحظية التي تحتفظ الميزات ثلاثية الأبعاد من عملية الخلط.

Introduction

خلط السوائل مسألة مهمة التي يتم العثور عليها في كثير من العمليات الصناعية والنظم البيولوجية. مع ظهور على microfluidics، والاختلاط في الميكروسكيل جلبت الكثير من الاهتمام بسبب تحديها في الهيمنة نشرها بين آليات النقل الجماعي. منذ تصميم التحقق من صحة الكمي micromixer فعالية المطلوبة، وقد وضعت عدة طرق قياس 5-7. ومع ذلك، فإن هيكل ثلاثي الأبعاد، التي توجد عادة في micromixers كفاءة 5، يتطلب تمثيل أكثر دقة من مجال التركيز الذي فشلت تقنيات القياس مشتركة لتحقيق ذلك. يرجع ذلك إلى الحد من زاوية 8 أو رد فعل حركية 6، يجوز للطرق المذكورة أعلاه يؤدي إلى نتائج مضللة لا تمثل بشكل صحيح للتجانس الخليط.

للسوائل شفافة بصريا الاختلاط في بصريا المجهرية شفافة، تقنية انعراجي الميكروسكيل 3،9-14 13/09، 15 أو مرحلة الانحدار 16. الميكروسكيل فوائد تقنية انعراجي من كلا تخطيط البصرية بسيطة وحساسية عالية وتمكن ليس فقط التحقيق غير الغازية من ميزة التدفق التي تسبب اضطراب بصري ولكن هي مناسبة تماما للاستخدام في تقييم الاختلاط. في هذه الورقة، ونحن بناء النظام انعراجي الميكروسكيل عن طريق إدخال الحافة سكين في طائرة الوصل الخلفي للهدف المجهر، وصف إجراء المعايرة لتحقيق التحليل الكمي، والإبلاغ عن قياس التحقق من الصحة في مذبذب ميكروفلويديك 4. لتنفيذ القياسات، ويتم اختيار السوائل يعمل بشكل صحيح بحيث معامل الانكسار للسوائل مختلطة يختلف خطيا مع تكوينها، وسمك الجهاز ميكروفلويديك الهدف هو مطابق لفيالبريد المستخدمة في المعايرة. إلى جانب تركيز الأنواع، تقنية انعراجي الميكروسكيل يمكن تمديدها لقياس التدرج الكمية العددية الأخرى التي يرتبط خطيا إلى مؤشر الانكسار، مثل درجة الحرارة أو الملوحة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. تصنيع جهاز ميكروفلويديك

  1. استخدام برنامج تصميم الجرافيك (على سبيل المثال، أوتوكاد) لرسم الخطوط العريضة لT-متناهية. لT-متناهية، وقنوات تغذية هما 90 ميكرون واسع و 2،500 ميكرون طويلة، وقناة التقاء هو 180 ميكرون واسع و 3،000 ميكرون طويلة. ربط نهاية كل قناة لدائرة الفردية التي يبلغ قطرها 1100 ميكرون.
  2. علامة "واضحة" و "الظلام" لتعرض والمناطق التي تغطيها، على التوالي. لمقاومة للضوء سلبي (على سبيل المثال، SU-8)، على شكل T-متناهية هو 'واضح' والمحيطة "الظلام".
  3. استخدام مولد نمط الليزر مع الطول الموجي من 442 نانومتر، والحد الأدنى من حجم الميزة من 2 ميكرون لنقل نمط T-متناهية على الضوئية الرئيسية الكروم على الزجاج.
  4. استخدام الضوئية الرئيسية، وهي الركيزة (على سبيل المثال، من جانب واحد مصقول رقاقة السيليكون)، ومقاومة للضوء الايبوكسي دائم (على سبيل المثال.، SU-8) لجعل العفن من خلال عملية الطباعة الحجرية القياسية. طبقة مقاومة للضوء هي 55.2 ميكرون سميكة. بشكل عام، يجب أن يكون سمك مقاومة للضوء أرق من عمق الترابط بين العدسة الشيئية 17-19.
  5. استخدام قالب ومادة شفافة مثل polydimethylsiloxane (PDMS) لافتعال T-20 متناهية.
  6. للاتصال فلويديك، استخدام أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ 2 مم في القطر الخارجي لكمة من خلال الثقوب الانحياز إلى أنماط دائرية على PDMS.
  7. علاج أسطح PDMS وشريحة زجاجية مع البلازما الأكسجين في 60 W لمدة 30 ثانية. إرفاق PDMS إلى شريحة زجاجية. السطوح أكسدة من اثنين من المواد خلق رابطة قوية. وضع هيكل PDMS المستعبدين على طبق ساخن لمدة 5 دقائق في 120 ° C.
  8. إدراج أنابيب تفلون في ثقبا للاتصال فلويديك.

2. الإعداد التجريبية

  1. بناء على نظام انعراجي الميكروسكيل من Hoffmaن تعديل النقيض المجهر عن طريق إزالة لوحة شق في طائرة الوصل الأمامية للمكثف واستبدال المغير مع حافة سكين في طائرة الوصل الخلفي من الهدف 5X 3. عمق الارتباط، الذي يعتمد على الفتحة العددية الهدف 17-19، ينبغي أن يكون كافيا لتغطية عمق كامل للجهاز ميكروفلويديك. واسودت سطح السكين التي أكسيد الألومنيوم انوديك للحد من انعكاس لها.
  2. تركيب كاميرا عالية السرعة إلى أنبوب ثلاثي العينيات المجهر عبر محول C-جبل. لديها كاميرا تواجه مسار بصري المجهر من خلال الحزمة الخائن. توصيل الكاميرا إلى جهاز كمبيوتر سطح المكتب عبر كابل إيثرنت. تعيين تصحيح غاما إلى 1 للكاميرا بحيث قراءات في تدرج الرمادي يتناسب مع الإنارة الإدخال.
  3. بدوره على مصدر الضوء. من أجل تجنب الحرارة الزائدة، استخدام LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) إضاءة.
  4. استخدام برامج معالجة الصور (مثل </ م> وظيفة imread في MATLAB) للحصول على القيم تدرج الرمادي من الصورة المكتسبة. إزالة السكين، وضبط الإضاءة، والفتحة والتعرض الوقت بحيث يكون متوسط ​​قراءات تدرج الرمادي من الصورة هو حوالي 10٪ أقل من القيمة القصوى. هذا يدل على شدة خلفية لقطع 0٪ ونستخدم قيمة 230 صورة 8 بت.
  5. أدخل السكين لمنع الضوء الساقط تماما. تسجيل متوسط ​​قراءات الرمادي من الصورة. هذا يدل على شدة خلفية لقطع 100٪ والقيمة هي حوالي 15 لصورة 8 بت.
  6. ضبط الموقف من السكين مثل أن متوسط ​​قراءات تدرج الرمادي من الصورة المكتسبة تكمن في منتصف القيم 0٪ و 100٪ قطع. الآن يتم تعيين درجة من قطع إلى 50٪.
  7. إعداد اثنين من سوائل شفافة مع مؤشرات الانكسار معروف 21 التي هي غير قابلة للامتزاج تماما مع بعضها البعض كما في المكونات. لتقييم الاعتماد من دائرة الهجرة والجنسية الانكسارالسابقين على تركيز الخليط، والتحقق من الأدب 21 أو استخدام المعادلة جلادستون دايل 22. وإذا كان المنحنى غير الخطية على نطاق كامل، واختيار مكونات السوائل الأخرى. ثم، واختيار تركيبة معينة تحتها معامل الانكسار من الحل يختلف خطيا مع التركيز. على سبيل المثال، استخدم تمييع الإيثانول مائي مع جزء من كتلة 0.05 والمياه، والسوائل العمل.
  8. وضع T-متناهية على المسرح العينة. ترتيب T-متناهية حتى مع قناة موازية متموجة على حد السكين (الشكل 1).
  9. إعداد اثنين من الحقن متطابقة: شغل حقنة A مع وسائل العمل التي هي بمثابة السائل المرجعية (الماء)، وشغل حقنة B مع وسائل العمل الأخرى (تمييع الإيثانول مائي). حجم الحقنة يعتمد على المطلوب Q معدل تدفق ومواصفات ضخ حقنة: Q = πd 2 V / 4، حيث d هو القطر الداخلي للSYRإنجي وV هي سرعة المكبس. نبض تدفق عادة يمكن منعها عن طريق اختيار حقنة صغيرة لزيادة V 23.
  10. جمع السائل مخرج من T-متناهية في كوب. تم إصلاح ضمان أنبوب مخرج تفلون على جدار الكأس ونهايته هو دون مستوى السائل في كوب من أجل تجنب الاهتزاز التي من شأنها أن تكون ناجمة عن قطرة breakoff.

3. معايرة

  1. الحصول على الصور من اثنين من السوائل الاختلاط وصور المرجعية.
    1. في رينولدز عدد معين إعادة تعيين معدل تدفق مضخات المحاقن، ويتم احتساب س. س من س = μ (W + D) رد / 4ρ، حيث μ وρ هي اللزوجة والكثافة من وسائل العمل، وW وD هي عرض وعمق القناة التقاء T-متناهية، على التوالي.
    2. تحميل مضخة واحدة مع حقنة ألف ومضخة أخرى مع سيخواتم B. الاتصال اثنين من مداخل من T-متناهية لحقنة ألف وحقنة B عبر تفلون أنابيب. بدء تشغيل مضخات حقنة لتقديم السوائل العمل في T-متناهية في متطابقة معدلات تدفق الصوت.
    3. الانتظار حتى يضع تدفق مستمر. يتم تعريف حالة تدفق مستمر من قبل ظهور نمط انعراجي ثابتة.
    4. استخدام الكاميرا تسيطر برنامج لتسجيل والعشرين لقطة من خلط فلويديك في معدل إطارات من 30 إطارا في الثانية.
    5. وقف ضخ التي يتم تحميلها مع حقنة B. ضخ فقط السائل المرجعية (الماء) من خلال فتحة واحدة في قناة التقاء T-متناهية في معدل ثابت.
    6. الانتظار حتى يتم التوصل إلى حالة تدفق مستمر ولم يلاحظ نمط انعراجي.
    7. استخدام الكاميرا التي تسيطر عليها البرنامج لأخذ صورة إشارة، عندما لا التجانس البصرية موجود في T-متناهية. تسجيل العشرين إطارات في معدل إطارات من 30 إطارا في الثانية.
    8. كرر 3.1.1 إلى 3.1.7 في مختلف رقم رينولدز: رد = 1و 5 و 10 و 20 و 50 بحيث لم يظهر هيكل تدفق المعقد في المنطقة التقاء T-24 متناهية.
  2. استخدام برامج معالجة الصور لتقسيم الصورة المكتسبة I (ط، ي) من خلال صورة إشارة I 0 (ط، ي) 25، حيث i و j هي مؤشرات بكسل.
  3. توظف مجموعة CFD (ديناميات الموائع الحسابية) لمحاكاة خلط السوائل المخصصة في T-متناهية.
    1. بناء نموذج ثلاثي الأبعاد للهندسة T-متناهية. Discretize مجال التدفق في شبكات منظم. لزيادة دقة، وتوظيف شبكة الدقيقة في التقاء والمنطقة الوسطى من T-متناهية.
    2. تعيين الخصائص الفيزيائية للسوائل وتهيئة الظروف الحدود إلى المجال التدفق. أثناء عملية حل، وتحديد معامل الانتشار تعتمد على التركيز من تركيز حصلت في الماضيالتكرار 26 من أجل استكمال تركيز المحلية.
    3. دراسة الحساسيات من النتائج المحسوبة عن طريق إجراء دراسة الشبكة (27).
  4. لكل عقدة (خ ط، ص ط) على -plane س ص، توظيف CFD أداة مرحلة ما بعد المعالجة لأخذ متوسط ​​قيم الحقل التركيز عبر قناة عمق بحكم شبه منحرف: ث (خ ط، ذ ي) = {Σ ك [ث (خ ط، ذ ي، ض ك) + ث (خ ط، ذ ي، ض ك +1)] ∙ (ض ك +1 - ي ك) / 2} / D 28، حيث D هو عمق القناة. استخدام نظام يفرق المركزي لحساب derivaTIVE التركيز فيما يتعلق الاتجاه عبر الدفق: (∂ ث / ∂ ص) ط، ي = [ث (خ ط، ذ ي +1) - ث (خ ط، ذ ي -1)] / (ذ ي +1 - ذ ي -1).
  5. لكل من التدرجات الإيجابية والسلبية، واستخراج نسبة القيم تدرج الرمادي I / I 0 (تم الحصول عليها في 3.2) والتدرج من جزء من كتلة ∂ ث / ∂ ص (التي تم الحصول عليها في 3.4) في مواقع محددة مثل ص = 0 (محور، streamwise الاتجاه) أو مختلف خ معين (الاتجاه عبر تيار).
  6. رسم النتائج وتحديد العلاقة بين I / I 0 و∂ ث / ∂ Y، I / I 0 ∂ 1 ث / ∂ Y + C 2 (C 1 و 2 C هي الثوابت)، مع الانحدار الخطي.

4. الكميات

  1. كرر الخطوات من 3،1-3،2 لخلط في الجهاز ميكروفلويديك الهدف. يجب أن يكون عمق الجهاز ميكروفلويديك هدف مماثل أو قريب من ذلك من T-متناهية. إذا كان من المتوقع ظاهرة غير مستقرة، والحصول على مقطع فيديو (سلسلة من الصور) في الخطوة 3.1.4 بدلا من ذلك. يجب أن يكون ارتفاع معدل الإطار بما فيه الكفاية لحل ديناميكية تدفق العابرين بشكل واضح، في حين أن وقت التعرض يجب أن تكون مطابقة للقيمة المستخدمة في 2.4، 2.5، 3.1.4 و 3.1.7.
  2. استخدام العلاقة حصلت عليه في الخطوة 3.6 لتحويل نسبة من القيم تدرج الرمادي إلى التدرج من جزء الشامل في الجهاز ميكروفلويديك الهدف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

نسبة درجات الرمادي I / I 0 تحت رقم رينولدز مختلفة لكل من التدرجات الإيجابية والسلبية للجزء الشامل يظهر (الشكل 2) مع فرقة متناظرة الظهور في منتصف T-متناهية. في انخفاض عدد رينولدز، يتم توسيع الذيل من الفرقة انعراجي وغير واضحة نظرا لتشتت عبر واجهة الاختلاط. كما يزيد من عدد رينولدز، وطول نشر تقصير يؤدي إلى أضيق نطاق. في مواقع المصب مختلفة، وأشكال مختلفة من ΔI تغيير الكثافة / I 0 على طول اتجاه عبر تيار وصفت كميا (الشكل 3). النتائج من عملية المعايرة ممثلة (الشكل 4A و4B). العلاقة بين I / I 0 و∂ ث / ∂ ص غير الخطي ومستقل لارقام رينولدزنوفمبر. من تحليل الانحدار، I / I 0 = -110 ∂ ث / ∂ Y + 1.03 ل∂ ث / ∂ ص> 0 و I / I 0 = -160 ∂ ث / ∂ Y + 0.83 ل∂ ث / ∂ ص <0 ، ∂ ث / ∂ ص في ميكرون -1. الشكوك النسبية هي ± 3.8٪ و ± 3.2٪ في الشكل 4A و 4B، على التوالي. وصلت الى حد كشف حيث مستوى نقاط البيانات بها. وتجدر الإشارة إلى أن الانحراف في سفوح التدرجات الإيجابية والسلبية ليس من غير المألوف 3. باستخدام هذه المعادلات، وينظر الى اختلاف نسبة التدرج الشامل مع مرور الوقت في مذبذب ميكروفلويديك 4 (الشكل 5). وتسديدة واجهة خلط في المنطقة تجويف وتتدفق عدم الاستقرار جommences. هذا الرقم فيديو يكشف بوضوح طبيعة المتذبذبة من تدفق في مذبذب ميكروفلويديك ويدل على قدرة تقنية انعراجي الميكروسكيل للاستيلاء على كامل الحقل تركيز التدرج وقت حل في جهاز ميكروفلويديك.

الشكل 1
الشكل 1. تخطيطي من الإعداد البصرية. وتوجه السكين تنتج الفرقة المظلمة مع التدرج الإيجابي لمؤشر الانكسار. ضوء ينحرف نحو اتجاه زيادة معامل الانكسار. لأن عدسة الهدف المقلوب الصورة، وعرقلة - المنطقة ذ الدروع ضوء مشوهة وتنتج الفرقة المظلمة.

الرقم 2
الشكل 2. نسبة قراءات الرمادي لخلط في T-متناهية unde ص التكوين تدفق مختلف. إيجابي والتدرجات السلبية تؤدي إلى عصابات الظلام ومشرقة، على التوالي. كما يزيد عدد رينولدز، وتصبح الفرقة أكثر تركيزا.

الشكل (3)
الشكل 3. الاختلاف في تغيير شدة على طول اتجاه عبر تيار لالتدرجات الإيجابية والسلبية. رد = 1 وإعادة = 5.

الرقم 4
الرقم 4. العلاقة بين التدرج من جزء من كتلة ونسبة تدرج الرمادي. لالتدرجات سواء كانت إيجابية أو سلبية، ونسبة تدرج الرمادي يختلف خطيا مع جزء التدرج الشامل.

915 / 52915fig5.jpg "/>
الرقم 5 (الشكل فيديو). يتم التقاطها تطور نسبة الانحدار الشامل في مذبذب ميكروفلويديك في إعادة = 250. والسمة خلط من خلال التذبذب تدفق بنجاح بواسطة تقنية الميكروسكيل انعراجي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

لخلط فلويديك في جهاز ميكروفلويديك وتقنية الميكروسكيل انعراجي قادرة على قياس حجم تركيز التدرج من خلال قياس التغير في شدة الضوء. لأن مبدأ هذه التقنية تعتمد على الكشف عن اختلاف انتشار الضوء، والسوائل العمل والجهاز ميكروفلويديك يجب أن تكون شفافة للضوء الحادث. وبالإضافة إلى ذلك، فإن البروتوكول يتطلب وجود علاقة خطية بين معامل الانكسار من الحل وتكوينها بحيث تقييم أولي للسوائل العمل أمر ضروري. إلى جانب حل الإيثانول مائي أثبت هنا، يتم تطبيق تقنية الميكروسكيل انعراجي بنجاح لقياس ملوحة التدرج الحراري 29 و 30 solutocapillary. لقياسات دقيقة، مجموعة الفتحة، ومستوى الإضاءة، ومدة التعرض، عدسة موضوعية وعمق متناهية المستخدمة في إجراء المعايرة يجب أن تكون مطابقة لتلك المستخدمة في إجراء الكميات. وعلاوة على ذلك، وعمق الترابط بين العدسة الشيئية أن تكون كبيرة بما يكفي لتغطية عمق كامل للجهاز ميكروفلويديك.

عملية معايرة خلط في T-متناهية هي الخطوة الأكثر أهمية في الكميات دقيقة من تقنية الميكروسكيل انعراجي. للنجاح في تنفيذ الطريقة المقترحة، يحتاج المستخدمون إلى محاذاة اتصال أنبوب بشكل صحيح، استغلال حقنة صغيرة أو الخصائص الميكانيكية للتسليم السوائل لتجنب تدفق التذبذب 23، استخدام مصدر ضوء LED للحد من الحرارة الزائدة، إجراء عملية المعايرة في أرقام رينولدز منخفضة 24، ووضع الجهاز ميكروفلويديك في التركيز على القضاء على النظام أعلى التأثيرات البصرية 31. أدنى التدرج للقياس (نمط مشرق، ∂ ث / ∂ ص <0) مرتبط مجموعة ديناميكية من الكاميرا، في حين أن أعلى التدرج للقياس (نمط الظلام، ∂ ث / ∂ ص> 0) وصلت عند حد السكين كتل تماما الضوء المنعكس. للكشف عن مجموعة واسعة من تركيز الانحدار، وقيمة عالية ISO هو مفيد طالما ناقص أو التعرض المفرط لا يحدث. حد الكشف، الذي دونه النظام انعراجي الصغير غير قادر على تمييز، ويعتمد على تغير كثافة الحد الأدنى أن الكاميرا قادرة على حلها. يتم تقييد التغيير كثافة الحد الأدنى من درجة الضوضاء ومستويات التدرج اللوني. وبالتالي، هو المطلوب كاميرا عالية الحساسية مع عمق البكسل كبير لتطبيق منخفضة إشارة.

أهمية تقنية انعراجي الميكروسكيل هي ضعفين. من ناحية، فإنه يمكن القياسات الميدانية كامل متقلب في الوقت الحقيقي مع تكوين بصري بسيط. من ناحية أخرى، فمن غير الغازية بحيث يتم عرض أي مادة غريبة لزعزعة مجال التدفق. لأن تقنية المتناهية الصغر انعراجي تنتج الإسقاط ثنائية الأبعاد من التجانس ثلاثي الأبعاد في microfجهاز luidic، ظاهرة خلط المعقدة التي لا تزال المحجبات بواسطة الأساليب القائمة يمكن رؤيتها بوضوح. وتشمل التطبيقات المستقبلية لهذه التقنية قياس التدرجات تركيز أثناء عملية كهروكيميائية أو تحديد التدرج المواد الغذائية لدراسة الكيميائي الميكروبي في بيئة تدفق الصغيرة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

وأيد هذا العمل من قبل وزارة العلوم والتكنولوجيا في تايوان تحت منحة رقم 101-2221-E-002-064-MY3.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Permanent Epoxy Negative Photoresist MicroChem SU-8 2150
single side polished silicon wafer Light Technology S4W1PP5SABUP1 p-type,
diameter: 100±0.5 mm, thickness: 525±25 mm, orientation: (1 0 0)
syringe pump kdScientific kds210
syringe, i.e. 10 ml Terumo SS-10L2138
Hoffman modulation contrast microscope Leica Microsystems DM IL LED
5X objective lens Leica Microsystems N PLAN NA = 0.12
knife-edge custom made part
camera, i.e. high speed Integrated Design Tools NX7-S1
C-mount adapter HC 0.63x Leica Microsystems 541537
camera operating software Integrated Design Tools MotionPro X Studio 2.02.01
polydimethylsiloxane (PDMS) Dow Corning Sylgard-184 silicone elastomer kit
Teflon tubing, i.e. O.D. x I.D. 1/16 in. x 0.031 in. Supelco 58700-U
micro glass slide Matsunami Glass S2215
hot plate Yeong-Shin HP-303DN
distilled water, i.e. HPLC grade Alps Chemicals
ethyl alcohol, i.e. reagent grade Nihon Shiyaku Reagent EA448652
image processing software Mathworks MATLAB R2009a
computational fluid dynamics package ESI group CFD-ACE+ 2008

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Merzkirch, W. Flow Visualization. , Academic Press. New York. (1974).
  2. Settles, G. S. Schlieren and Shadowgraph Techniques. , 2nd edn, Springer. New York. (2001).
  3. Sun, C. -l, Hsiao, T. -h Quantitative analysis of microfluidic mixing using microscale schlieren technique. Microfluidics and Nanofluidics. 15 (2), 253-265 (2013).
  4. Sun, C. -l, Sun, C. -Y. Effective mixing in a microfluidic oscillator using an impinging jet on a concave surface. Microsystem Technologies. , (2011).
  5. Strook, A. D. Chaotic mixer for microchannels. Science. 295 (5555), 647-651 (2002).
  6. Wheat, P. M., Posner, J. D. Quantifying mixing using equilibrium reactions. Physics of Fluids. 21 (3), 037101 (2009).
  7. Liu, R. H. Passive mixing in a three-dimensional serpentine microchannel. Journal of Microelectromechanical Systems. 9 (2), 190-197 (2000).
  8. Munson, M. S., Yager, P. Simple quantitative optical method for monitoring the extent of mixing applied to a novel microfluidic mixer. Analytica Chimica Acta. 507 (1), 63-71 (2004).
  9. Bradfield, W. S., Sheppard, J. J. Microschlieren-a technique for the study of details in compressible flow. Aero/Space Engineering. 5 (18), 37-56 (1959).
  10. Scroggs, S. D., Settles, G. S. An experimental study of supersonic microjets. Experiments in Fluids. 21, 401-409 (1996).
  11. Phalnikar, K. A., Alvi, F. S., Shih, C. 31st AIAA Fluid Dynamics Conference & Exhibit. , Anaheim, California. (2001).
  12. Phalnikar, K. A., Kumar, R., Alvi, F. S. Experiments on free and impinging supersonic microjets. Experiments in Fluids. 44 (5), 819-830 (2008).
  13. Micro-schlieren characterization of a high momentum micro-fluidic actuator. Naughton, J. W., Bishop, D. S., Walrath, D. E., Lindberg, W. R. 22rd AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference, St. Louis, MS, USA, , The American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). (2002).
  14. Chen, H. -M., Wu, H. -W., Lee, J. -N., Ting, C. -C. 23th National Conference of the Chinese Society of Mechanical Engineers. , YongKang, Tainan, Taiwan. (2006).
  15. Davidson, G. P., Emmony, D. C. A schlieren probe method for the measurement of the refractive index profile of a shock wave in a fluid. Journal of Physics E: Scientific Instruments. 13, 92-97 (1980).
  16. Xie, H. Schlieren confocal microscopy for phase-relief imaging. Optics Letters. 39, 1238-1241 (2014).
  17. Inoué, S., Spring, K. R. Video Microscopy: The Fundamentals. , 2nd edn, Plenum Press. New York. (1997).
  18. Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Gray, M. H. B. Volume illumination for two-dimensional particle image velocimetry. Measurement Science and Technology. 11 (6), 809-814 (2000).
  19. Olsen, M. G., Adrian, R. J. Out-of-focus effects on particle image visibility and correlation in microscopic particle image velocimetry. Experiments in Fluids. 29 (1), S166-S174 (2000).
  20. Friend, J., Yeo, L. Fabrication of microfluidic devices using polydimethylsiloxane. Biomicrofluidics. 4 (2), 026502 (2010).
  21. Wohlfarth, C. Landolt-Börnstein: Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology. Optical Constants: Refractive Indices of Pure Liquids and Binary Liquid Mixtures (Supplement to III/38). Lechner, M. D. 47, Springer. Berlin. (2008).
  22. Heller, W. Remarks on refractive index mixture roles. Journal of Physical Chemistry. 69 (4), 1123-1129 (1965).
  23. Korczyk, P. M., Cybulski, O., Makulska, S., Garstecki, P. Effects of unsteadiness of the rates of flow on the dynamics of formation of droplets in microfluidic systems. Lab on a Chip. 11 (1), 173-175 (2011).
  24. Dreher, S., Engler, M., Kockmann, N., Woias, P. Theoretical and experimental investigations of convective micromixers and microreactors for chemical reactions. Micro and Macro Mixing: Analysis, Simulation and Numerical Calculation. Bockhorn, H., Mewes, D., Peukert, W., Warnecke, H. .-J. , Springer-Verlag. Berlin, Germany. (2010).
  25. Huang, C. Y., Gregory, J. W., Sullivan, J. P. A Modified schlieren technique for micro flow visualization. Measurement Science & Technology. 18 (5), N32-N34 (2007).
  26. Tyn, M. T., Calus, W. F. Temperature and concentration dependence of mutual diffusion coefficients of some binary liquid systems. Journal of Chemicaland Engineering Data. 20 (3), 310-316 (1975).
  27. Celik, I. B. Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications. Journal of Fluids Engineering. 130 (7), 078001 (2008).
  28. Tasić, A. Ž, Djordjević, B. D., Grozdanić, D. K., Radojković, N. Use of mixing rules in predicting refractive indices and specific refractivities for some binary liquid mixtures. Journal of Chemical and Engineering Data. 37 (3), 310-313 (1992).
  29. A comparison of coarse-resolution numerical simulation with experimental measurements of wind turbine aerodynamic performance. Hsiao, P. -J., Chen, S. -T., Hsiao, T. -H., Sun, C. -l 37th National Conference on Theoretical and Applied Mechanics & The 1st International Conference on Mechanics, , ScienceDirect. Hsinchu, Taiwan. (2013).
  30. Sun, C. -l, Huang, C. -Y. Microscale schlieren visualization of near-bubble mass transport during boiling of 2-propanol/water mixtures in a square capillary. Experiments in Fluids. 55 (7), 1778 (2014).
  31. Panigrahi, P. K., Muralidhar, K. Schlieren and Shadowgraph Methods in Heat and Mass Transfer. , Springer. New York. (2012).

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 100، الفيزياء والبصريات انعراجي، على microfluidics، تحليل الصور، وتدفق التصور، والقياسات الميدانية كامل، والاختلاط
تحليل خلط التجانس في جهاز ميكروفلويديك التي كتبها الميكروسكيل انعراجي تقنية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sun, C. l., Hsiao, T. h. Analyzing… More

Sun, C. l., Hsiao, T. h. Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique. J. Vis. Exp. (100), e52915, doi:10.3791/52915 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter