Высокоскоростной капли основе Delivery System для пассивного Насосные в микрожидкостных устройств

Пассивная прокачка требует установки большой капли на выходе и маленькой капли на входе. Это приведет к разнице давлений, необходимой для управления потоком. Чередование капель различных жидкостей приведет к тому, что пакеты будут разлетаться по каналу и в конечном итоге собираться на выходе.

Высокая скорость потока может быть достигнута за счет подачи капель малого объема с частотой, достаточной для достижения стабильной оболочки жидкости на входе. Здравствуйте, меня зовут Педро Рето из лаборатории Джастина Уильямса на факультете биомедицинской инженерии Медицинского университета Висконсина. Меня зовут Брайан Моган, я тоже из лаборатории Уильямса.

Меня зовут Аарон Буриер (Aaron Burier) из профессорской лаборатории S Lab, который также работает на кафедре биомедицинской инженерии в W Medicine. Сегодня мы покажем вам процедуру пассивной откачки в микрофлюидных устройствах. В нашей лаборатории мы используем эту процедуру для изучения потока в микроканалах и для изучения жидкостного обмена в канале для биологических применений.

Итак, приступим. Во-первых, используя технику мягкой литографии, создать микрофлюидное устройство с использованием полиметилсубоксона. Далее вырежьте устройство и затем обратимся.

Прикрепите устройство PDMS к предметному стеклу, прижав его к предметному стеклу и выдавив все пузырьки воздуха. Двусторонняя насадка позволяет многократно использовать устройство. Теперь наполните прибор жидкостью.

Используем воду с пищевым красителем. Если жидкость не попадает в канал самостоятельно, поставьте каплю жидкости на входе и с помощью пипетки на противоположном конце отсосите жидкость через канал. После наполнения устройства жидкостью поместите маленькую каплю на входное отверстие и большую каплю на выпускное.

Убедитесь, что жидкость движется, наблюдая за тем, как небольшая капля на входе разрушается, в то время как капля на выходе становится больше. Прежде чем мы продолжим, давайте объясним основные взаимосвязи пассивной пампинга. Динамика откачиваемых капель зависит от нескольких факторов: размеров канала с высотой и длиной, а также от размера капли, которая размещается на входе.

Чтобы дать вам лучшее представление о том, как эти факторы влияют на поток, мы приведем несколько примеров. Давайте начнем с двух похожих каналов. Они имеют одинаковую ширину и высоту, но один длиннее другого.

Теперь мы размещаем капли одинакового размера на входе в каждый канал. Посмотрите, как короткий входной патрубок каналов разрушается быстрее, чем сброс более длинных каналов. Это связано с тем, что более длинный канал имеет большее жидкостное сопротивление, и поток внутри него медленнее.

Далее рассмотрим еще два канала с одинаковой длиной и высотой, но разной ширины. Давайте разместим идентичные капли на входе каждого канала и посмотрим, как они разрушаются. Видите, как более тонкому каналу требуется больше времени, чтобы свернуть впускной капли?

Это связано с тем, что более тонкий канал обладает большим жидкостным сопротивлением, чем более широкий канал. Наконец, давайте возьмем два одинаковых канала и поместим капли разного размера на входе в каждый из них. Обратите внимание, что большая впускная капля разрушается дольше, чем меньшая впускная капля.

Это связано с тем, что меньшая капля имеет меньший объем и большее внутреннее давление, чем большая. Знание того, что мелкие капли лучше, чем крупные. И после того, как мы увидели, с какой скоростью эти маленькие капли могут схлопываться, мы теперь задаемся вопросом, как доставить объемно точные капли на вход в канал таким образом, чтобы мы могли проводить биологические эксперименты.

Используя пусковой комплект для микродозирования компании Lee, соберите один или несколько клапанов, каждый из которых состоит из объемного клапана, сопла с размером отверстия 0,0100 дюйма и адаптера для мягкой трубки. Итак, здесь у нас есть клапан, подключенный к блоку управления через соединители трубчатых клапанов, что мы сделали на предыдущем шаге. И затем у нас есть источник пикового напряжения, который является корнем здесь.

Затем у нас есть источник управляющего напряжения, за которым следует источник напряжения удержания. И, наконец, в связи с заземлением удерживать клапаны на месте во время наведения на входное отверстие. Используйте бионаучные инструменты, миниатюрные держатели.

Они обеспечивают возможность точного наведения и удержания клапана в определенном положении. Во время эксперимента, используя шприцы емкостью три четверти унции, создайте систему резервуаров, которая будет размещена на несколько футов выше устройства PDMS. Резервуар обеспечивает напорный напор для привода форсунок.

Приложите к шприцу иглу для шприца. Теперь прикрепите иглу шприца к внутренней трубке диаметром 1,14 мм, а затем прикрепите ее к трубке внутреннего диаметра 1,58 мм. Использование PDMS в качестве герметика.

Теперь подсоедините трубку внутреннего диаметра 1,58 мм к переходнику мягкой трубки клапана. Теперь, когда между иглой шприца и клапаном есть линия, заполните резервуары шприца жидкостью, чтобы продуть клапаны и позволить трубке наполниться водой. Поместите магнит сбоку от клапана и наблюдайте, как жидкость начинает вытекать из резервуара через клапан и выходить через сопло диаметром 0,01 дюйма.

Мы управляем этой системой с помощью компьютера, используя лабораторный вид и блок управления Lee Company. Чтобы откалибровать систему, направьте один клапан на чашку Петри или сывороточную лодку для взвешивания. Теперь откройте клапан на любое количество времени, которое вы выберете, и взвесьте общий объем воды, выходящей из форсунки.

Разделите этот объем на общее время открытия системы. Эта калибровка позволяет пользователю определить объем воды, который вырывается из форсунки за любой заданный период времени. Откалибровав систему, направьте сопло на вход в канал на основе предыдущей калибровки выстрела из сопла таким объемом, чтобы капля выстрелила на входе канала, не будучи слишком большой, чтобы вызвать беспорядок, или слишком маленькой, чтобы остаться незамеченной.

Не забывайте удалять пузыри между экспериментами. Теперь, когда мы понимаем основные принципы пассивной накачки и объясняем калибровку системы, давайте посмотрим, что должен увидеть пользователь, если все идет правильно. Следующее видео представляет собой поток через микрофлюидный канал, идущий от более высокого объема на низких частотах к низкому на высоких частотах.

Это должно дать пользователю понимание возможностей откачки в прошлом вместе с автоматизированной системой подачи жидкости. Размеры устройства, используемые в следующих видеороликах: 2,22 миллиметра в ширину, 10 миллиметров в длину и 260 микрометров. Высота входного и выпускного отверстий составляет 1,78 миллиметра и 5,11 миллиметра соответственно.

Два или более клапана необходимы для создания чередующихся потоков, как показано на рисунке. Далее идет видео, показывающее максимально возможный расход от используемого в данный момент устройства. Для подачи жидкости в этом случае используется один клапан.

Для поддержания баланса системы важно направлять клапан непосредственно с верхней части впускного отверстия. Обратите внимание на раковину, которую капля образует на входе. Это представляет собой постоянное давление, поддерживаемое за счет подачи воды на вход со скоростью, с которой устройство может пассивно прокачивать ее.

Кроме того, обратите внимание, как в какой-то момент входная капля переполняется. Скорее всего, это вызвано возмущением, падением выходного отверстия. При удалении перелива на входе система восстанавливает равновесие, и поток продолжается.

Как правило, мы только что показали вам, как настроить, откалибровать и эксплуатировать пассивную насосную систему с использованием имеющихся в продаже микрофорсунок. При проведении этих экспериментов всегда важно помнить о постоянном источнике давления, чтобы избежать попадания пузырей в ваш канал, знать компромиссы между геометрией канала, размером капли для достижения желаемых потоков и обменов. Например, чтобы капля выпускного отверстия не стала слишком большой, она создаст беспорядок или достигнет входного отверстия, а также чтобы устройства PDMS оставались чистыми и сухими.

Вот и все. Спасибо за просмотр и удачи в ваших экспериментах.