Montagem e Caracterização de um Driver Externo para a Geração de Fluxo Oscilatório Sub-Kilohertz em Microcanais

O protocolo demonstra um método conveniente para produzir fluxo oscilatório harmônico de 10-1000 Hz em microcanais. Isso é realizado interligando um diafragma de alto-falante controlado por computador ao microcanal de forma modular.

Nossa técnica traz fluxos oscilatórios para biólogos e químicos usando microfluidos. Este dispositivo é rápido de montar, fácil de usar, e é um método de plug and play para produzir fluxos oscilatórios de alta fidelidade. Demonstrando o procedimento estará Giridar Vishwanathan, um estudante de doutorado do meu laboratório.

Para começar, aperte as extremidades do clipe do jacaré para fixar fios nos terminais de um alto-falante de 15 watts com um cone de oito centímetros. Coloque o chip do controlador aux em um componente isolante. Insira as extremidades do pino nas tomadas de parafuso do chip aux.

Aperte com uma chave de fenda para garantir a conectividade. Conecte uma extremidade de um cabo aux ao chip controlador e a outra extremidade a uma porta aux em um computador. Conecte um adaptador de corrente direta de 12 volts à fonte de alimentação.

Ligue o chip do controlador conectando a extremidade coaxial do adaptador DC à tomada de energia. Usando um navegador de internet, navegue até um site de gerador de tons online. Digite a frequência desejada entre 5 a 1200 Hertz no aplicativo online e role a barra de volume até a quantidade necessária.

Clique no símbolo do gerador do tipo de onda e selecione a forma de onda desejada como sinal, quadrado, triângulo ou dente de serra. A configuração padrão é um formulário de onda de sinais. Pressione Play para acionar o alto-falante.

Grave o alto-falante e o chip do controlador no monte de alto-falante impresso em 3D para posicionamento no estágio do microscópio. Coloque o adaptador impresso em 3D concentricamente no cone do alto-falante. Aplique o selante de silicone generosamente ao longo das bordas do adaptador e deixe a cura por duas horas.

Corte uma ponta de micropipette de 200 microliteres aproximadamente dois centímetros de sua extremidade estreita e descarte a metade mais larga da ponta onde a extremidade cônica estreita servirá como uma vedação de cunha para fixação reversível. Conecte a tubulação de polietileno à saída do microcanal, primeiro enfiando através da ponta da micropipette, e depois através da extremidade coaxial dos adaptadores, e finalmente, para fora através do lado. Coloque firmemente a extremidade estreita da ponta da pipeta na extremidade coaxial dos adaptadores para criar uma vedação apertada destacável.

Adicione partículas rastreadoras em um frasco de 22% de peso por solução de glicerol de peso para produzir uma suspensão de flutuação neutra com uma fração de volume de 0,01% a 0,1% poliestireno em líquido a 20 graus Celsius. Misture vigorosamente tremendo para produzir uma suspensão homogênea. Carregue uma seringa de entrada de um mililitro com um mililitro de amostra.

Monte e aperte a seringa carregada em uma bomba de seringa automática. Insira a agulha da seringa na tubulação de entrada do dispositivo para criar uma vedação apertada. Certifique-se de que o tubo de saída está enraizado através do conjunto do adaptador e em um reservatório.

Ligue a bomba de seringa, usando a tela sensível ao toque selecione o tipo de seringa como Becton-Dickinson 1 mL e selecione Infuse. Em seguida, selecione a taxa de fluxo necessária do volume de fluxo. Inicie o fluxo constante usando a bomba de seringa.

Aguarde até que o tubo de saída esteja cheio de líquido até o alto-falante. Selecione uma amplitude de frequência necessária e forma de onda na aplicação do gerador de tons e pressione Play para gerar fluxo oscilatório dentro do microcanal. Monte o dispositivo no microscópio.

Configure a configuração óptica selecionando uma lente objetiva com uma ampliação entre 10X e 40X, e ajustando o plano focal e posicionando o estágio. Para obter medições em um plano focal bem definido, certifique-se de que a profundidade de campo da lente objetiva seja menor do que a profundidade do canal por um fator de cinco ou mais. Para observar o fluxo oscilatório, use uma câmera de alta velocidade com uma taxa de quadro de pelo menos o dobro da frequência de oscilação.

Para uma resolução útil da forma de onda, meça pelo menos 10 pontos por período de tempo com taxa de quadro 10 vezes maior do que a frequência de oscilação. Alternativamente, observar efeitos de longa data de fluxos positivos realizam imagens estroboscópicas definindo a observação para qualquer divisor perfeito da frequência de oscilação. Para imagens diretas e estroboscópicas, use uma câmera equipada com um obturador global para evitar o efeito gelatina.

Em ambos os casos, mantenha o tempo de exposição consideravelmente menor do que o período de oscilação por um fator de 10 ou mais para evitar a estria. Para medir a amplitude de oscilação sem uma câmera de alta velocidade, grave em uma taxa de quadros mantida perto, mas não à taxa de quadros estroboscópicos, o que resulta em uma oscilação altamente lenta a partir da qual a amplitude pode ser medida com precisão, observar e registrar as medidas de amplitude. O deslocamento rastreado de partículas rastreadoras no plano médio do canal mostrou um sinal harmônico para as frequências de oscilação 100, 200, 400 e 800 Hertz.

Em um gráfico de amplitude de oscilação versus frequência para todas as configurações de volume de alto-falantes, a curva característica teve um pico ressonante em torno de 180 Hertz além do qual a amplitude diminui com a frequência crescente. O efeito de diferentes parâmetros sobre a amplitude oscilatória sobre a faixa de frequências operacionais em relação ao caso de referência, mostrou que quando a viscosidade do líquido de trabalho é aumentada, a amplitude diminui em um fator de quase dois. Quando o diâmetro do tubo microfluido para o mesmo material é aumentado, a amplitude aumenta em relação ao caso de referência por um fator entre 1,5 a 3, dependendo da frequência.

Quando o comprimento do tubo para o mesmo material é aumentado, a amplitude aumenta significativamente perto da frequência ressonante. As faixas de deslocamento de partículas para formas de ondas não sinusoidais mostraram que mudanças muito acentuadas na posição associadas às formas de ondas quadradas e de dente-de-serra não são possíveis em sistemas reais. No entanto, os espectros fourier estavam em boa concordância com o espectro ideal, pelo menos até o terceiro harmônico.

É importante confirmar que o tubo de saída está totalmente cheio de líquido. Isso garante que a amplitude seja máxima e que seja constante com o tempo. Uma câmera com um obturador global também deve ser usada.

Usamos essa técnica para observar e medir com precisão como as partículas do tamanho de míccros se comportam depois de viajarem uma longa distância dentro de um microcanal. Isso nos permitiu implementar novas técnicas de manipulação microfluidica.