Name: Adaptando a dispersão de Taylor para medir o coeficiente de dispersão de soluções eletrolíticas por meio de uma configuração microfluídica acessível (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-10-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 56 s
Description: Aprenda a adaptar a dispersão de Taylor para medir coeficientes de difusão em soluções eletrolíticas usando microcanais de baixo custo. Este método acessível permite visualizar interações iônicas multispecíficas com precisão.

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<ol><li>Deen, W. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDeen%2C+WM+%22Analysis+of+Transport+Phenomena%22">Analysis of Transport Phenomena</a>. , Oxford University Press. New York. (1998).</li>
<li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dispersion+of+soluble+matter+in+solvent+flowing+slowly+through+a+tube%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+R+Soc+Lond+A%22%5BJournal%5D)">Dispersion of soluble matter in solvent flowing slowly through a tube.</a> Proc R Soc Lond A. 219 (1137), 186-203 (1953).</li>
<li>Bello, M. S., Rezzonico, R., Righetti, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+Taylor-Aris+dispersion+for+measurement+of+a+solute+diffusion+coefficient+in+thin+capillaries%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Use of Taylor-Aris dispersion for measurement of a solute diffusion coefficient in thin capillaries.</a> Science. 266 (5186), 773-776 (1994).</li>
<li>Ding, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shear+dispersion+of+multispecies+electrolyte+solutions+in+the+channel+domain%5BTitle%5D)+AND+%22J+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Shear dispersion of multispecies electrolyte solutions in the channel domain.</a> J Fluid Mech. 970, A27(2023).</li>
<li>Taylor, A. W., Harris, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+commercial+desktop+cutter+technique+for+rapid-prototyping+of+microfluidic+devices+and+application+to+Taylor+dispersion%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">Optimized commercial desktop cutter technique for rapid-prototyping of microfluidic devices and application to Taylor dispersion.</a> Rev Sci Instrum. 90 (11), 116102(2019).</li>
<li>Lee, G., Luner, A., Marzuola, J., Harris, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dispersion+control+in+pressure-driven+flow+through+bowed+rectangular+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Dispersion control in pressure-driven flow through bowed rectangular microchannels.</a> Microfluid Nanofluidics. 25, 1-11 (2021).</li>
<li>Stroock, A. D., Dertinger, S. K. W., Ajdari, A., Mezic, I., Stone, H. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chaotic+mixer+for+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Chaotic mixer for microchannels.</a> Science. 295 (5555), 647-651 (2002).</li>
<li>Walsh, D. J., Schinski, D. A., Schneider, R. A., Guironnet, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((General+route+to+design+polymer+molecular+weight+distributions+through+flow+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">General route to design polymer molecular weight distributions through flow chemistry.</a> Nat Commun. 11 (1), 3094(2020).</li>
<li>Aris, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+dispersion+of+a+solute+in+a+fluid+flowing+through+a+tube%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+R+Soc+Lond+A+Math+Phys+Sci%22%5BJournal%5D)">On the dispersion of a solute in a fluid flowing through a tube.</a> Proc R Soc Lond A Math Phys Sci. 235 (1200), 67-77 (1956).</li>
<li>Aminian, M., Bernardi, F., Camassa, R., Harris, D. M., McLaughlin, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+boundaries+shape+chemical+delivery+in+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">How boundaries shape chemical delivery in microfluidics.</a> Science. 354, 1252-1256 (2016).</li>
<li>Aminian, M., Bernardi, F., Camassa, R., Harris, D. M., McLaughlin, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+diffusion+of+passive+tracers+in+laminar+shear+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">The diffusion of passive tracers in laminar shear flow.</a> J Vis Exp. (135), e57205(2018).</li>
<li>Dutta, D., Ramachandran, A., Leighton, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+channel+geometry+on+solute+dispersion+in+pressure-driven+microfluidic+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Effect of channel geometry on solute dispersion in pressure-driven microfluidic systems.</a> Microfluid Nanofluidics. 2, 275-290 (2006).</li>
<li>Bontoux, N., Pépin, A., Chen, Y., Ajdari, A., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+characterization+of+hydrodynamic+dispersion+in+shallow+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Experimental characterization of hydrodynamic dispersion in shallow microchannels.</a> Lab Chip. 6 (7), 930-935 (2006).</li>
<li>Todd, D., Krasnogor, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Homebrew+photolithography+for+the+rapid+and+low-cost%2C%26%2334%3BDo+It+Yourself%26%2334%3B+prototyping+of+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Omega%22%5BJournal%5D)">Homebrew photolithography for the rapid and low-cost,&#34;Do It Yourself&#34; prototyping of microfluidic devices.</a> ACS Omega. 8 (38), 35393-35409 (2023).</li>
<li>Chatwin, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+approach+to+normality+of+the+concentration+distribution+of+a+solute+in+a+solvent+flowing+along+a+straight+pipe%5BTitle%5D)+AND+%22J+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">The approach to normality of the concentration distribution of a solute in a solvent flowing along a straight pipe.</a> J Fluid Mech. 43 (2), 321-352 (1970).</li>
<li>Gimadutdinova, L., Ziyatdinova, G., Davletshin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+voltammetric+sensor+for+the+simultaneous+quantification+of+Tartrazine+and+Brilliant+Blue+FCF%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Selective voltammetric sensor for the simultaneous quantification of Tartrazine and Brilliant Blue FCF.</a> Sensors (Basel). 23 (3), 1094(2023).</li>
<li>Bharadwaj, R., Santiago, J. G., Mohammadi, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+optimization+of+on-chip+capillary+electrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Design and optimization of on-chip capillary electrophoresis.</a> Electrophoresis. 23 (16), 2729-2744 (2002).</li>
</ol>

Neste relatório, apresentamos uma configuração e protocolo experimental repetível e acessível para adaptar o experimento de dispersão de Taylor à escala microfluídica. Aproveitamosuma técnica de xurografia 5 existente para fabricar nossos microcanais internamente a baixo custo usando impressão 3D e um cortador artesanal de mesa. O padrão atual da indústria para fabricação de microcanais envolve a criação de moldes mestres nos quais os canais podem ser fundidos. Em comparação com a técnica discutida neste manuscrito, esses métodos podem ter resolução de canal e tamanho de recurso significativamente melhores (alguns tão pequenos quanto 0,1 μm), mas têm a desvantagem de custos indiretos muito mais altos, até dezenas de milhares de US$14. Além do custo indireto inicial, qualquer alteração nos recursos de design do canal requer a criação de um novo molde mestre e a cura de novos canais, aumentando o tempo de inatividade. Em contraste, o custo inicial do equipamento de fabricação de canal usado neste relatório é de aproximadamente 300 USD; isso é comparável à maneira mais barata de produzir um molde mestre (como o uso de técnicas baseadas em polidimetilsiloxano (PDMS), mas tem a vantagem de que as mudanças no design do canal e a impressão de novos canais levam significativamente menos tempo, mantendo a rugosidade da superfície comparável às principais técnicas de fabricação para canais de 200 μm de largura5. Somos capazes de cortar um chip microfluídico em menos de 5 minutos e por menos de 1 USD.
Neste protocolo, os dados são gravados em um ponto de captura fixo a jusante da entrada do traçador por meio de imagens de campo claro usando uma câmera D-SLR montada com uma lente macro. Embora o protocolo tenha sido desenvolvido usando uma solução de sal de sódio fluoresceína em água deionizada (DI), esse método de imagem é aplicável a outros tipos de corante, como corante alimentar, desde que haja uma relação linear entre a intensidade e a concentração do traçador. A gama potencial de produtos químicos a serem usados pode ser expandida ainda mais considerando seu espectro de absorção e iluminação de fundo. No entanto, notamos que alguns corantes alimentares são derivados de materiais vegetais e podem conter mais de uma espécie química; Deve-se ter cuidado ao selecionar o corante alimentar a ser usado para evitar resultados conflitantes.
A validade dessa configuração e protocolo foi verificada calculando o fator de dispersão experimental, f, para variar a razão de aspecto do canal e a vazão experimental, e comparando-o com seus valores teóricos para microcanais de seções transversais retangulares, conforme mostrado na Figura 7. Também calculamos o coeficiente de difusão, κ, para traçadores passivos de uma única espécie sob essas condições experimentais variadas. A Tabela 1 relata o coeficiente de difusão molecular do sal de sódio fluoresceína obtido nesta investigação experimental. Especificamente, os valores κ tabulados foram calculados a partir da equação (3) usando ajustes experimentais para o coeficiente de dispersão aprimorado, K, e valores teóricos para o fator de dispersão, f. Relatamos valores médios para quatro experimentos em microcanais com proporções variáveis (λ = 0,1, 0,25 e 0,5) e taxas de fluxo (0,05, 0,1 e 0,2 cm / s). Para cada um, também incluímos o erro relativo em relação ao valor teórico10,11, κ = 5,70 x 10-6 cm 2/s, demonstrando a precisão do nosso método. Finalmente, para cada conjunto de parâmetros experimentais, relatamos o número de Péclet e o intervalo de tempo não dimensional definido dividindo-se o tempo dimensional t quando a curva de intensidade experimental se desvia da linha de base, pelo tempo de difusão td = h2 / (4κ). Incluímos o intervalo de tempo experimental não dimensionalizado para demonstrar que nosso sistema entrou no regime de dispersão de Taylor e, portanto, pode ser bem aproximado por um perfil gaussiano15. De fato, os tempos de observação relatados nas duas últimas colunas da Tabela 1 são aproximadamente 2 a 5 (ou mais) vezes o tempo de difusão td.
Em seguida, estendemos o protocolo para investigar a interação e separação de íons multiespécies. Relatamos abaixo nossos resultados da aplicação do experimento de dispersão de Taylor a uma solução eletrolítica multiespécie feita pela mistura de sal de sódio fluoresceína e corante alimentar azul em água DI. A Figura 8 mostra a evolução temporal das curvas de intensidade do canal azul invertido no ponto de captura da câmera para três solutos: solução de corante alimentar azul em água DI (–), solução de sal de sódio fluoresceína em água DI (...) e solução mista de corante alimentício azul e sal de sódio fluoresceína em água DI (----). Cada curva é a média de cinco tentativas experimentais com um desvio padrão em cada direção (sombreamento). As curvas mostram os experimentos com corante alimentar azul sozinho (–) atingindo um mínimo primeiro, em comparação com a escala de tempo do máximo para os experimentos de sal de sódio com fluoresceína (...). Isso é consistente com o fato de que o sal de fluoresceína sódica tem um coeficiente de difusão molecular uma ordem de magnitude menor que o do azul 1, o ingrediente corante para o corante alimentar azul usado16. Os experimentos de solução mista (----) destacam essa diferença de escala de tempo e a conseqüente separação de íons visível através de uma mudança de concavidade no perfil de intensidade; A curva mergulha abaixo da linha de base antes de virar para cima e atingir o pico acima da linha de base. Na Figura 9 , plotamos a mesma curva de intensidade do canal azul invertido da solução mista (----) sobreposta com uma curva obtida pela soma das contribuições individuais dos experimentos de corante alimentar azul e dos experimentos de sal de sódio fluoresceína (+++). A diferença entre as duas curvas sublinha o efeito que a interação íon-íon tem na curva de intensidade da solução mista. Ao simplesmente adicionar as duas contribuições individuais de soluto, a curva (+++) apresenta um mínimo mais profundo impulsionado pela forte contribuição abaixo da linha de base da solução de corante azul (mostrada como – na Figura 8), antes que a concavidade mude em uma escala de tempo mais longa em comparação com a curva de solução mista (----). Finalmente, a curva de soma mostra novamente um pico mais alto acima da linha de base em comparação com a curva mista, devido ao comportamento da solução salina de sódio fluoresceína (mostrado como ... na Figura 8). O pico mais suave, juntamente com o encurtamento da escala de tempo, é uma indicação da interação entre o corante alimentar azul e os íons de sal de sódio fluoresceína.
Os perfis de intensidade na Figura 6, Figura 8 e Figura 9 exibem assimetria; isso pode ser devido a algumas diferenças entre a teoria clássica da dispersão de Taylor 2,5,9 e a quantidade medida nos experimentos. O perfil de concentração previsto pela equação (2) é simétrico no espaço, mas em nossa configuração experimental a medição é feita em um ponto de captura fixo a jusante do local de injeção do traçador em função do tempo. Quando visto em função do tempo, o perfil resultante é inerentemente distorcido. Essa assimetria temporal é consistente com observações relatadas em estudos anteriores, incluindo Taylor e Harris (2019)5. Outra possível causa de assimetria é a influência da área finita da janela de captura de imagem experimental. Uma possível alternativa ao ajuste gaussiano descrito na equação (1) envolve o ajuste dos dados experimentais à integral da expressão gaussiana na equação (2) sobre a região finita de captura de imagens (em x), como feito em Bharadwaj, Santiago e Mohammadi (2002)17. Essa contribuição para a assimetria torna-se particularmente relevante quando o tamanho da caixa de captura é comparável ao desvio padrão da curva gaussiana; aqui, o comprimento de nossa janela de captura é sempre pelo menos uma ordem de magnitude menor que o desvio padrão do gaussiano.
Este método experimental de baixo custo fornece uma abordagem acessível para o experimento de dispersão de Taylor em microescala. A etapa mais delicada do protocolo é a fabricação e remoção do negativo do microcanal. Durante o processo de fabricação, deve-se tomar cuidado extra para garantir que o canal esteja seguro antes do corte para evitar cortes incorretos. Ao remover o negativo, certifique-se de que nenhum material seja deixado para trás e evite qualquer contato com as paredes laterais do canal, que precisam ser lisas, paralelas e retas para garantir resultados experimentais confiáveis. Uma limitação desse método é o limite de resolução de xurografia inerente. Neste manuscrito, os canais mais difíceis de produzir são aqueles com largura w = 200 μm (e proporção λ = 0,5), que ultrapassaram o limiteda resolução 5 do cortador artesanal. A principal causa de erro é o motor de passo empregado pelo cortador artesanal, que move as lâminas em incrementos de passo definidos com base em engrenagens mecânicas. Quando os projetos exigem que os cortes estejam entre o incremento de etapa definido, um erro maior é introduzido. Trabalhos aprofundados identificando os limites de resolução desse método de xurografia estão disponíveis na literatura5.
Este procedimento experimental fornece uma maneira simples de calcular o fator de dispersão aprimorado, K, e o coeficiente de difusão molecular, κ, de traçadores passivos de uma única espécie. Além disso, o protocolo oferece uma maneira direta de visualizar a dinâmica de interação e separação entre as espécies de íons. Dada a acessibilidade e versatilidade da plataforma, este método é adequado para analisar a dinâmica entre as espécies de íons e entender melhor a complexa interação dos fenômenos de transporte e pode ser prontamente empregado em aplicações como um micromixer.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td colspan="2">Tempo adimensional</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Proporção, λ</td>
			<td>Taxa de fluxo (cm/s)</td>
			<td>Experimental κ (cm2/s)</td>
			<td>Erro relativo</td>
			<td>Número de Péclet (Pe)</td>
			<td>tmin/td</td>
			<td>tmax/td</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.1</td>
			<td>0.02</td>
			<td>5.813 x 10-6 ± 3.797 x 10-7</td>
			<td>1,982 x 10-2</td>
			<td>~ 18</td>
			<td>~ 30</td>
			<td>~ 52</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>0.05</td>
			<td>5.333 x 10-6 ± 4.179 x 10-7</td>
			<td>6.443 x 10-2</td>
			<td>~ 44</td>
			<td>~ 11</td>
			<td>~ 27</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>0.1</td>
			<td>5.655 x 10-6 ± 2.822 x 10-7</td>
			<td>7.838 x 10-3</td>
			<td>~ 88</td>
			<td>~ 6</td>
			<td>~ 16</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>0.2</td>
			<td>5.978 x 10-6 ± 1.724 x 10-7</td>
			<td>4.884 x 10-2</td>
			<td>~ 175</td>
			<td>~algarismo</td>
			<td>~ 10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.5</td>
			<td>0.1</td>
			<td>5.444 x 10-6 ± 4.790 x 10-7</td>
			<td>4.496 x 10-2</td>
			<td>~ 88</td>
			<td>~ 6</td>
			<td>~ 16</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Quadro 1: Coeficiente de difusão molecular experimental (κ) para o sal de fluoresceína sódica. Os resultados são calculados a partir da equação (3) usando ajustes experimentais para o coeficiente de dispersão aprimorado, K, e valores teóricos para o fator de dispersão, f. Cada linha relata o valor κ médio (e desvio padrão relacionado) para quatro experimentos em microcanais com uma proporção especificada (λ = 0,1, 0,25 ou 0,5) e vazão (0,05, 0,1 ou 0,2 cm/s). Para cada um, incluímos o erro relativo em relação ao valor teórico10,11, κ = 5,70 x 10-6 cm 2/s, para demonstrar a precisão do nosso método. Além disso, para cada linha, listamos o número de Péclet experimental e o intervalo de tempo não dimensional definido dividindo o tempo dimensional t quando a curva de intensidade experimental se desvia da linha de base, pelo tempo de difusão td = h2 / (4κ).
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig8.jpg"> 
Figura 8: Evolução temporal da intensidade média do traçador de canal azul invertido no ponto de captura da câmera para três traçadores. Evolução temporal da intensidade média do marcador de canal azul invertido no ponto de captura da câmara para três marcadores: solução de corante alimentar azul em água DI (na razão de concentração: DI = 1:20 mL, –), solução de sal de sódio fluoresceína em água DI (na concentração de 0,6 g/L, ...), e uma solução mista contendo corante alimentar azul e sal de sódio fluoresceína com as mesmas concentrações que nas suas experiências individuais com marcadores (----), ou seja, corante alimentar azul: DI = 1:20 mL e 0,6 g/L de fluoresceína. Cada curva é a média de cinco tentativas experimentais com um desvio padrão em cada direção (sombreamento). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig8large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig9.jpg"> 
Figura 9: Evolução temporal da intensidade média do traçador do canal azul invertido no ponto de captura da câmera para solução mista. Evolução temporal da intensidade média do traçador do canal azul invertido no ponto de captura da câmera para solução mista contendo corante alimentar azul e sal de sódio fluoresceína (----) com corante alimentício azul: DI = 1:20 mL e 0,6 g/L de fluoresceína e uma curva de soma (+++) combinando a intensidade dos experimentos de solução de corante alimentar azul (curva sólida na Figura 8, –) e experimentos de solução de sal de sódio fluoresceína (curva pontilhada na Figura 8, ...). A curva mista é a média de cinco ensaios experimentais com um desvio padrão em cada direção (sombreamento). O desvio padrão da curva de soma é calculado tomando a raiz quadrada da soma dos desvios padrão ao quadrado dos experimentos com cada solução traçadora individual. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig9large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

<table><tbody><tr><td>Pipeta de volume ajustável, 0.5&ndash; 10 &mu; L</td><td>MUHWA&nbsp;</td><td>B08TBPMKZL</td><td>Transformado em mesa</td></tr><tr><td>Tapete de Corte Cameo, 12 x 12 in</td><td>Silhueta América</td><td>8.19177E+11</td><td>Função aphabetize usada na tabela</td></tr><tr><td>Bateria plug-in da câmera</td><td>NEEWER</td><td>B0B5WY8T96</td><td>portas impressas em 3D removidas</td></tr><tr><td>Tripé da câmera&nbsp;</td><td>Vanguarda</td><td>B00CCA1Y3S</td><td>adicionada impressora 3D Form 2 adicionada impressora 3D Form 2</td></tr><tr><td>Resina transparente V5</td><td>Formlabs</td><td><a href="https://formlabs.com/store/materials/clear-resin/">https://formlabs.com/store/materials/clear-resin/</a></td><td>Resina para impressão 3D</td></tr><tr><td>Acelerador de cola de cianoacrilato (CA)</td><td>Elo Estelar</td><td>B00BUVAZ5S</td><td>adicionou uma resina também</td></tr><tr><td>Câmera D-SLR</td><td>Nikon</td><td>D500</td><td>adicionado software de impressora</td></tr><tr><td>Software de painel</td><td>Formlabs</td><td><a href="https://formlabs.com/software/dashboard/">https://formlabs.com/software/dashboard/</a></td><td>Software de impressão 3D adicionou CAD solidworks</td></tr><tr><td>Água desionizada</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Adicionado Matlab</td></tr><tr><td>Painel de iluminação LED regulável</td><td>Kaiser Fototechnik</td><td>202455</td><td>Slimlite Plano 5000K 19.6 x 13.8 in mudou o lote FSS para número de catálogo</td></tr><tr><td>Fita de poliimida de dupla face, rolo de 1 pol x 36 jardas</td><td>Bertech</td><td>B00HFN6E0K</td><td></td></tr><tr><td>Corante de sal de sódio de fluoresceína - 100 g</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Rolamento 5184A17</td><td></td></tr><tr><td>Impressora 3D Form 2</td><td>Formlabs</td><td><a href="https://formlabs.com/3d-printers/form-2/">https://formlabs.com/3d-printers/form-2/</a></td><td></td></tr><tr><td>Seringa de vidro com ponta Luer, 500 &micro; L</td><td>Companhia Hamilton</td><td>PN: 80801</td><td></td></tr><tr><td>Pinças de alta precisão, 0,004 pol de largura x 0,002 pol de espessura</td><td>McMaster Carr</td><td>ECCN: EAR99</td><td>Ponta pontiaguda padrão</td></tr><tr><td>KimWipes</td><td>Kimtech</td><td>B0013HT2QW</td><td>4,4 x 8,4 pol.</td></tr><tr><td>Pontas pipetadoras de pipeta líquidas, 1000 pçs/saco</td><td>MUHWA&nbsp;</td><td>B07S1WJCHP</td><td>1 necessário por ensaio experimental</td></tr><tr><td>Lente macro 20 mm f/2</td><td>Mitakon Zhongyi</td><td>B075JRGWW1</td><td></td></tr><tr><td>Fita adesiva, 0,70 pol x 54,6 jardas</td><td>Marca Scotch</td><td>B00347A8E4</td><td></td></tr><tr><td>Software MATLAB, edição 2023b</td><td>Obras matemáticas</td><td><a href="https://www.mathworks.com/products/matlab.html">https://www.mathworks.com/products/matlab.html</a></td><td></td></tr><tr><td>Cola CA Média, 2 oz.&nbsp;</td><td>Elo Estelar</td><td>126150047</td><td>Super cola de cianoacrilato premium</td></tr><tr><td>Cartão de memória, 64 GB</td><td>San Disk</td><td>&lrm; B09X7C7NCZ</td><td></td></tr><tr><td>Cores alimentares sortidas neon e Corante de ovo, 1,5 fl oz</td><td>McCormick & Companhia, Inc.</td><td>B09PFV6275</td><td>Rosa, verde e azul. Apenas 1 frasco de corante alimentar azul é necessário. Ingredientes corantes alimentares azuis: água, propilenoglicol, FD & C azul 1, propilparabeno (conservante).</td></tr><tr><td>Balança de precisão</td><td>Instrumentos de laboratório Sartorius</td><td>BCE224 - 1S</td><td>Entris&reg; II Linha Essencial. Usado para pesar o pó de sal de sódio fluoresceína para mistura de traçadores.</td></tr><tr><td>Microtubos de PTFE, 0,012" ID x 0,030" OD</td><td>Cole Parer</td><td>MP-00060882</td><td>Tubo de transferência Microbore. Mínimo necessário: 50 cm.</td></tr><tr><td>Gatilho programável remoto</td><td>Pixel Pro</td><td>TW-283DC0/DC2</td><td></td></tr><tr><td>Tesoura</td><td>Amazona</td><td>B01BRGUAT6</td><td></td></tr><tr><td>Fita adesiva</td><td>Marca Scotch</td><td>B01C5IHGJW</td><td></td></tr><tr><td>Cortador de Artesanato Silhouette Cameo 4</td><td>Silhueta América</td><td>8.19177E+11</td><td></td></tr><tr><td>Silhueta Cameo AutoBlade (Tipo B)</td><td>Silhueta América</td><td>8.19177E+11</td><td>2 necessários</td></tr><tr><td>Software Silhouette Studio Basic Edition versão 4.5</td><td>Silhueta América</td><td><a href="https://www.silhouetteamerica.com/silhouette-studio">https://www.silhouetteamerica.com/silhouette-studio</a></td><td>Se importar o arquivo . Os arquivos de modelo DXF fornecidos como parte dos arquivos suplementares nesta versão do software, primeiro defina as configurações de importação do software para ler o tamanho do arquivo 'como está' clicando em: Editar > preferências > Importar > DXF > Abrir > no estado em que se encontra.</td></tr><tr><td>Brayer de borracha macia, 4,75 x 1,75 x 6,62 pol.</td><td>Speedball</td><td>B003IFY622</td><td></td></tr><tr><td>Software SOLIDWORKS, Education Edition</td><td>SOLIDWORKS</td><td><a href="https://www.solidworks.com/solution/job-functions/educators">https://www.solidworks.com/solution/job-functions/educators</a></td><td></td></tr><tr><td>Bomba de seringa de infusão / retirada 11 elite padrão</td><td>Aparelho de Harvard</td><td>70-4504</td><td></td></tr><tr><td>Ponta de seringa com trava Luer, tamanho da ponta: 0,5 pol, calibre 27, transparente</td><td>Metcal&nbsp;</td><td>B00F4B9W40</td><td>2 necessários</td></tr><tr><td>Folhas de poliéster ultra transparentes, 12 x 12 x 0,007 pol.</td><td>Grafix</td><td>B001K7Q6Z0</td><td></td></tr></tbody></table>

adaptando a dispersão de taylor para medir o coeficiente de dispersão de soluções eletrolíticas por meio de uma configuração microfluídica acessível

Adapting Taylor Dispersion to Measure the Dispersion Coefficient of Electrolyte Solutions via an Accessible Microfluidic Setup

As etapas de fabricação do chip microfluídico são mostradas na Figura 1. Incluímos na Figura 2 as etapas sugeridas para conectar a tubulação de PTFE à ponta da seringa usada para injetar o fluxo de fundo de água deionizada (DI) no chip microfluídico através da bomba de seringa programável. A Figura 3 inclui uma foto rotulada da configuração experimental completa. A Figura 4 inclui diagramas de não escala da vista superior (Figura 4A) e da vista lateral (Figura 4B) da configuração experimental, destacando o chip microfluídico relativo e o posicionamento da câmera. A Figura 5 relata a sequência de operações aplicadas às imagens experimentais durante a fase de processamento de dados do protocolo. Na Figura 5A , mostramos como o código alinha o microcanal horizontalmente (se necessário) e, em seguida, a Figura 5B mostra o corte da região quadrada de interesse centralizada em torno do ponto de captura e com o comprimento lateral definido pela largura do microcanal, w. A Figura 5C isola o canal azul da imagem RGB completa na região recortada de interesse, e, finalmente, a Figura 5D mostra o valor de intensidade invertida para o canal azul da região recortada obtido subtraindo-o de 255 (a intensidade máxima para cada canal de cor).
A Figura 6 sobrepõe os resultados de uma execução experimental (tracejada) com o ajuste extrapolado correspondente (sólido). Aqui, cada ponto de dados experimental é o valor médio da intensidade do canal azul invertido calculado por meio das etapas de processamento de dados mostradas na Figura 5. No ponto de captura fixo a jusante da entrada do traçador, a teoria da dispersão de Taylor 2,5,9 prevê que a evolução da concentração do traçador ao longo do tempo é descrita por:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq2v5.jpg">(2)
em que C(t) é a concentração média transversal do traçador (g/L), que se verificou estar linearmente relacionada com a intensidade medida do marcador; C0 é a concentração inicial do traçador (g/L), U é a vazão (cm/s), t é o tempo (s) e x (cm) é a coordenada axial no canal em relação ao local de injeção do traçador. K é o coeficiente de dispersão aprimorado do traçador (cm2/s) devido à interação de advecção e difusão molecular. Inserimos os parâmetros experimentais e usamos o aplicativo de ajuste de curva não linear do código (curveFitter) para encontrar o melhor valor de ajuste para K. Três quadros experimentais para o tempo t = 140 s, 150 s e 200 s são mostrados ao lado das curvas experimentais (tracejadas) e ajustadas (sólidas) produzidas para uma corrida experimental a uma taxa de fluxo U = 0,1 cm / s em um microcanal de comprimento 18,77 cm e proporção λ = 1/4; isso corresponde ao número de Péclet Pe <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq10.jpg" style="opacity: 0.9; margin: 0px;"> 88. Aqui, o traçador consiste em 0,6 g/L de sal de sódio fluoresceína diluído em água DI com coeficiente de difusão molecular relatado na literatura10,11 como κ = 5,70 x 10-6 cm 2/s. Todos os experimentos relatados neste manuscrito foram executados a uma temperatura ambiente de 22 ° C.
O coeficiente de dispersão experimental aprimorado, K, pode ser usado para comparar a validade de nossa configuração e protocolo experimental calculando uma quantidade relacionada - o fator de dispersão 2,5,9,12, f. Este parâmetro depende da geometria do canal e é calculado como 5,12,13:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq3v5.jpg">(3)
onde κ é o coeficiente de difusão molecular do traçador (cm2/s) e h/2 é o comprimento característico escolhido. O número de Péclet é um parâmetro adimensional que quantifica a razão entre os efeitos advectivos e difusivos, Pe = Uh/(2κ). A Figura 7 mostra boa concordância entre os resultados do fator de dispersão de execuções experimentais em microcanais com seções transversais retangulares de três diferentes proporções e taxas de fluxo, e o comportamento teórico do fator de dispersão 5,12,13.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig1.jpg"> 
Figura 1: Fabricação de chips microfluídicos. (A) Projeto para a folha superior de poliéster de um chip de 21 x 5 cm. Três furos são cortados pelo cortador artesanal de mesa, da esquerda para a direita, para servir como entrada de fluxo, entrada do traçador e saída de fluxo, respectivamente. (B) Projeto para um microcanal de poliimida de 18,77 cm com ponto de captura 15 cm a jusante da entrada do traçador. (C) Vista explodida do conjunto do chip microfluídico, de baixo para cima: camada inferior de poliéster, camada de microcanal de poliimida, camada superior de poliéster com junta de poliimida e porta impressa em 3D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig2.jpg"> 
Figura 2: Diagrama mostrando como conectar o tubo de PTFE a uma ponta de seringa. O diâmetro interno do tubo é de 0,3048 mm e o diâmetro externo da ponta da seringa 27-G é de 0,4064 mm, portanto, fazer um pequeno corte de aproximadamente 1 mm (esquerda) pode ser útil para fornecer uma área de abertura mais ampla para guiar a ponta da seringa (centro). Use uma pinça para inserir o tubo sobre a ponta da seringa e puxe para baixo (direita). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig3.jpg"> 
Figura 3: Foto rotulada da configuração experimental. Da esquerda para a direita: Uma câmera D-SLR com uma lente macro de 20 mm f/2 é montada voltada para baixo em um tripé para capturar o microcanal colado no painel de luz iluminado. Uma seringa de vidro de 0,5 mL conectada ao microcanal através de tubulação de PTFE é colocada na bomba de seringa programável. O gatilho remoto é usado para ativar a câmera durante as execuções experimentais. A micropipeta é usada para gerar a condição inicial do traçador, conforme descrito na etapa 3.2 do protocolo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig4.jpg"> 
Figura 4: Diagramas da configuração experimental (sem escala). (A) Vista superior, da esquerda para a direita: bomba de seringa programável montada com uma seringa de vidro de 0,5 mL; Tubulação de PTFE conectando a bomba de seringa ao chip microfluídico; chip microfluídico colado em um painel de luz a 1 cm de distância da borda; micropipeta usada para injetar a solução traçadora através do orifício de entrada do traçador; Câmera D-SLR com lente macro montada no tripé voltada para baixo para enquadrar o ponto de captura. (B) Vista lateral, da esquerda para a direita: tubulação de PTFE conectando a bomba de seringa ao chip microfluídico; ponta da seringa e porta impressa em 3D no chip microfluídico; micropipeta usada para injetar a solução traçadora através do orifício de entrada do traçador; Câmera D-SLR com lente macro montada voltada para baixo 1 cm acima do ponto de captura. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig5.jpg"> 
Figura 5: Etapas de processamento de imagem no código fornecido (consulte o Arquivo Suplementar 5). (A) Imagem experimental girada para que o microcanal fique horizontal. Barra de escala: 1000 μm. (B) Seleção quadrada para a região de interesse (ROI) a ser cortada com comprimento lateral correspondente à distância entre as paredes do microcanal; aqui, 400 μm. (C) ROI recortado onde o canal azul é selecionado na imagem vermelha, verde e azul (RGB) completa. Barra de escala: 200 μm. (D) Canal azul invertido para o ROI recortado. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig6.jpg"> 
Figura 6: Intensidade do traçador média transversal vs. tempo no ponto de captura da câmera para o traçador de fluoresceína (tracejado) sobreposto com o ajuste da curva extrapolada (sólido). Este ensaio foi realizado com 0,6 g/L de sal de fluoresceína sódica em traçador de água DI, em um microcanal com comprimento de 18,77 cm e razão de aspecto λ = 1/4, a uma taxa de fluxo de 0,1 cm/s e Pe <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/69040/69040eq10.jpg" style="opacity: 0.9; margin: 0px;"> 88. A intensidade do canal azul invertido para três quadros experimentais às vezes 140 s (azul), 150 s (laranja) e 200 s (verde) é mostrada acima do gráfico com o brilho dobrado para maior clareza. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig6large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69040/69040fig7.jpg"> 
Figura 7: Fator de dispersão vs. proporção do microcanal. Comparação de valores teóricos (curva azul) e experimentais (pontos de dados pretos) para o fator de dispersão, f. A curva teórica é obtida usando o solucionador de equações diferenciais parciais do método dos elementos finitos embutido no Wolfram Mathematica (NDSolve)12. Mostramos a média e o desvio padrão dos dados experimentais para: quatro tentativas com λ = 0,1 e vazão de 0,02 cm/s; doze tentativas com λ = 0,25 e vazões de 0,05 cm/s (quatro), 0,1 cm/s (quatro) e 0,2 cm/s (quatro); quatro ensaios com λ = 0,5 e vazão de 0,1 cm/s. Todos os experimentos foram conduzidos em microcanais de 6,07 cm de comprimento (com ponto de captura 3 cm a jusante da entrada do traçador); Os resultados foram então comparados em microcanais de 18,77 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/69040fig7large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
Arquivo Suplementar 1: Arquivo .sdlprt para o port <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/3DPort_revised" target="_blank">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>
Arquivo Suplementar 2: . Arquivo de modelo DXF da camada superior do chip. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/Chip_top.dxf" target="_blank">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>
Arquivo Suplementar 3: . Arquivo de modelo DXF das juntas de cavacos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/Chip_gaskets.dxf" target="_blank">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>
Arquivo Suplementar 4: . Arquivo de modelo DXF do microcanal do chip. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/Chip_microchannel.dxf" target="_blank">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>
Arquivo Suplementar 5: Arquivos de código MATLAB usados para processamento de dados. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69040/MATLAB%20files%20documentation.pdf" target="_blank">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>

Adaptando a dispersão de Taylor para medir o coeficiente de dispersão de soluções eletrolíticas por meio de uma configuração microfluídica acessível

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