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

O escopo do nosso trabalho é projetar e implementar uma plataforma experimental de microfluídica acessível adequada para responder a uma ampla gama de questões fundamentais sobre fluidos. O maior desafio é desenvolver um processo de fabricação reprodutível e flexível para microcanais com precisão suficiente, utilizando equipamentos de baixo custo. Nossa pesquisa busca abordar a atual falta de configurações e protocolos experimentais facilmente acessíveis e precisos para medir a difusividade aprimorada de uma espécie de eletrólito.

Nossa plataforma também permite a visualização de interações de íons multiespécies. Nossa configuração e protocolo experimental são baratos, facilmente acessíveis e precisos. A técnica de fabricação de microcanais de baixo custo empregada permite a produção de chips de design personalizado em minutos.

Para começar, inicie o software de design do cortador artesanal no computador conectado. Projete a parte superior do microcanal diretamente no software ou importe um design compatível de software externo. Em seguida, prenda um retângulo de poliéster de 21 centímetros por cinco centímetros no lado adesivo da esteira de corte.

Usando fita adesiva, prenda todas as quatro bordas do perímetro para prender o retângulo. Em seguida, carregue a base de corte no cortador artesanal alinhando as bordas marcadas com os indicadores de seta no dispositivo. Insira a lâmina na primeira ranhura do carro do cortador artesanal.

Clique em Enviar localizado no canto superior direito da página de design do monitor para prosseguir para a tela de revisão. Em seguida, defina a profundidade da lâmina para nove, a força para 33, os passes para um e a velocidade para um. Agora clique em Enviar para enviar o trabalho para o cortador de artesanato e iniciar o processo de corte.

Depois de remover a esteira de corte do cortador, use uma pinça para remover o material de poliéster negativo da folha cortada. Em seguida, projete juntas de poliamida em forma de rosquinha usando o software de design de cortador artesanal ou importe o design da junta de um software compatível. Prenda um pedaço de fita adesiva de poliamida de 21 centímetros de comprimento com o lado adesivo voltado para cima na esteira de corte e prenda-o com fita adesiva nas quatro bordas.

Insira as configurações de corte para a fita de poliamida com profundidade de lâmina de nove, força de um, passagens de um e velocidade de um. Clique em Enviar para enviar o trabalho de corte de junta para o cortador artesanal. Em seguida, coloque a folha de poliéster cortada em uma superfície limpa e plana com as saliências voltadas para cima.

Usando uma pinça, retire uma junta da fita de poliamida cortada e coloque-a na parte inferior plana de uma porta impressa em 3D. Alinhe a porta com o orifício de entrada de fluxo e, usando a junta, prenda-a à folha de poliéster plana. Agora, em uma capela de exaustão, aplique uma pequena quantidade de super cola ao longo do perímetro da porta enquanto a pressiona para baixo para criar uma vedação à prova d'água.

Para a fabricação do corpo do microcanal de poliamida, projete o corpo do microcanal usando o software de design do cortador artesanal ou importando um design externo compatível. Prenda a tira de fita de poliamida de 21 centímetros de comprimento com o lado adesivo para cima na esteira de corte. Em seguida, carregue a base de corte no cortador artesanal alinhando as bordas marcadas com os indicadores de seta no dispositivo.

Clique em Enviar no canto superior direito da página de design para revisar as configurações de material e corte. Use os mesmos parâmetros de corte usados para as juntas. Clique em Enviar para enviar o trabalho de corte para o cortador artesanal.

Em seguida, remova a esteira de corte do cortador e, usando uma pinça, remova o material de poliamida negativa do desenho do canal. Agora coloque a fita de poliamida com o lado adesivo voltado para cima em uma superfície plana e limpa. Posicione cuidadosamente o retângulo de poliéster na fita de poliamida exposta, centralizando a tira de poliamida em toda a largura do poliéster.

Usando um rolo, aplique pressão descendente uniforme para eliminar grandes bolhas de ar e inspecione visualmente se há detritos ou deformações. Em seguida, vire o conjunto da fita de poliamida e remova a tampa protetora do lado adesivo. Alinhe a folha de poliéster superior montada com a porta impressa em 3D com a entrada e saída da fita de poliamida e, em seguida, coloque cuidadosamente a folha de poliéster sobre a camada de poliamida.

Para a configuração da bomba de seringa, encha uma seringa de vidro de 0,5 mililitro com água deionizada. Monte a seringa em uma bomba de seringa programável e pressione o botão de avanço rápido até que a água comece a sair da ponta da seringa. Em seguida, corte um pedaço de tubo de politetrafluoretileno de 50 centímetros de comprimento.

Usando uma pinça, conecte as duas extremidades do tubo às pontas da seringa de calibre 27, inserindo o tubo sobre as pontas e puxando-o para baixo. Encha a ponta da seringa e o tubo conectados com água deionizada até que um menisco convexo se forme na abertura da ponta. Prenda a ponta à seringa de vidro montada na bomba, certificando-se de que não haja bolhas de ar presentes na seringa ou na ponta.

Defina a bomba de seringa apenas para o modo de infusão. Insira o tipo e o tamanho da seringa como 0.5 mililitros na interface da bomba. Usando fita adesiva de 2,54 centímetros de largura, cole a ponta microfluídica totalmente montada no painel de luz.

Em seguida, monte uma lente macro F2 de 20 milímetros na câmera e conecte-a a um gatilho remoto. Monte um tripé e monte a câmera acima do painel de luz, inclinada para baixo para enfrentar o experimento. Centralize a vista no ponto de captura cortado na fita de poliamida.

Programe a câmera através do gatilho remoto para tirar fotos a cada segundo. Aplique uma camada de fita transparente sobre o orifício de entrada do traçador para evitar que o líquido escape, garantindo que uma borda da fita seja dobrada para formar uma pequena aba para facilitar a remoção. Conecte e opere a bomba de seringa programável para inundar suavemente o microcanal com água deionizada a uma taxa de fluxo muito baixa.

Em seguida, encha uma ponta de micropipeta de 0,5 microlitro com uma solução traçadora preparada. Usando a aba dobrada, retire a fita que cobre o orifício de entrada do traçador. Usando o canto de um pano de fiapos, retire levemente o excesso de água deionizada do orifício de entrada e aguarde 30 segundos para que as orlas se estabilizem.

Após 30 segundos, distribuir a solução traçadora no orifício de entrada com a pipeta. Alise imediatamente a fita de volta sobre o orifício usando pressão mínima e um movimento contínuo para selar novamente a entrada. Depois de garantir que a bomba de seringa esteja programada para a vazão volumétrica desejada, ligue a bomba de seringa e acione a câmera remota simultaneamente para iniciar a geração de imagens.

Se as bordas horizontais da sobreposição de retângulo não estiverem alinhadas com as paredes do microcanal, passe o cursor sobre um canto do retângulo, clique e gire a imagem até que as paredes horizontais se alinhem paralelamente às paredes do canal. Pressione qualquer tecla para prosseguir. O pop-up da imagem fechará e reabrirá com a orientação corrigida.

Clique e arraste para selecionar uma região quadrada com lados iguais à largura do canal, centralizada no ponto de captura. Pressione qualquer tecla para continuar e o pop-up da imagem será fechado. Em seguida, extraia a intensidade do canal azul em cada pixel dentro da região de corte selecionada da imagem RGB.

Inverta os valores subtraindo cada um de 255, o valor máximo do canal azul. Calcule o valor médio de intensidade do canal azul invertido em todos os pixels na região cortada. Salve cada valor calculado para gerar uma série temporal de intensidade média do canal azul invertido no ponto de captura.

Use a caixa de ferramentas de ajuste de curva não linear no código para inserir a série de tempo integral de intensidades médias de canal azul invertido. As intensidades médias do canal azul invertido ao longo do tempo foram plotadas e mostraram estreita concordância entre os dados experimentais e o ajuste teórico da dispersão do alfaiate, com pontos de tempo em 140 segundos, 150 segundos e 200 segundos claramente mostrados. Os resultados do fator de dispersão de experimentos em três proporções diferentes mostraram boa concordância com as previsões teóricas.