Анализируя смешивания неоднородности в микрожидкостных устройств по Микромасштабные шлирен техники

Общая цель этой процедуры заключается в неинвазивном измерении градиента концентрации в микрофлюидном устройстве с использованием микромасштабной методики schlarin. Это достигается путем создания микромасштабной шлариновой системы на основе модуляционно-контрастного микроскопа Хоффмана. Снимите щелевую пластину конденсатора и установите модулятор на заднее фокальное место объектива с ножевой кромкой.

Вторым шагом является установка Т-образного микроканала и запуск процедуры калибровочного смешивания. Визуализируйте Т-канал для получения микроизображений в оттенках серого. Затем сравните изображения микроларинов с вычислительным гидродинамическим моделированием.

Чтобы найти взаимосвязь между шкалой серого и градиентами концентрации, заключительными шагами является загрузка целевого микрофлюидного устройства. Сделайте микрошлейновое изображение смешивания и используйте калибровочную кривую для преобразования значений оттенков серого в градиенты концентрации. В конечном счете, метод микромасштабного шляйна используется для количественного отображения смешивания в микрофлюидном устройстве в режиме реального времени.

Основное преимущество этого метода перед существующими методами, такими как флуоресцентная визуализация или тени, заключается в том, что он позволяет нестационарно выполнять измерения градиента концентрации, которые выявляют трехмерность в однородности микрофлюидного устройства. Демонстрировать эту процедуру будет доктор А, недавний выпускник лаборатории. Первым шагом является подготовка микрофлюидного устройства для использования в эксперименте.

Это т-микроканальное устройство было изготовлено методом формования полидиметилслоуна. На схеме устройства показаны его каналы подачи и канал слияния. Каждый канал соединен с круглой областью, которая будет местом соединения жидкости.

Для эксперимента установите микрофлюидное устройство на предметное стекло и вставьте тефлоновые трубки. Чтобы сделать жидкостные соединения, отложите устройство в сторону. По мере подготовки эксперимента постройте микромасштабную систему Шляйна с помощью модуляционно-контрастного микроскопа Хоффмана.

Подготовьте лезвие ножа, чтобы вставить его в оптический путь. Эта режущая кромка изготовлена по индивидуальному заказу для использования в этой системе и чернена для снижения отражательной способности. Держите лезвие ножа под рукой и приступайте к модификации микроскопа портом.

Снимите щелевую пластину перед фокальной плоскостью конденсатора. Далее извлеките модулятор из задней фокальной плоскости объектива с пятью х. Возьмите лезвие ножа и вставьте его на место модулятора.

Для захвата видео используется высокоскоростная камера, установленная на трехинокляционной трубке микроскопа и подключенная к компьютеру. Включите источник света и начните отправку видео в оттенках серого на компьютер. Далее сделайте снимок и обработайте изображение.

Запишите изображение из видеопотока и используйте программное обеспечение для обработки изображений для получения значения оттенков серого. Вернитесь к микроскопу и снимите лезвие ножа на компьютере. Следите за средним считыванием оттенков серого, регулируя освещение и диафрагму.

Остановитесь, когда среднее считывание изображения в оттенках серого будет примерно на 10% меньше максимального значения. Это интенсивность фона для отсечки 0%. Теперь вставьте лезвие ножа, чтобы полностью перекрыть падающий свет.

За компьютером. Запишите среднее считывание изображения в оттенках серого. Это интенсивность фона для 100% отсечки.

Затем итеративно отрегулируйте положение лезвия ножа, отслеживая среднее считывание оттенков серого на захваченных изображениях. Остановка. Когда среднее считывание изображения по шкале серого находится посередине между нулевыми и 100%значениями, это устанавливает степень отсечения на 50%Теперь вернитесь к микроскопу для установки Т-микроканального устройства. Поместите его на предметный столик так, чтобы сливающийся канал был параллелен лезвию ножа.

Примерно отрегулируйте фокусировку, как только устройство будет на месте. Отремонтируйте жидкости для эксперимента. Выберите две прозрачные жидкости без показателей преломления, которые полностью пропущены друг с другом.

В этом видео вода используется в качестве эталонной жидкости, а водный раствор этанола является другой и s плюс от показателя преломления в зависимости от концентрации. И выбираем массовую долю водного этанола так, чтобы она попадала в линейную область. В этом эксперименте используется массовая доля 0,05 для дозирования жидкости для ремонта.

Два одинаковых шприца наполняют один шприц водой, а другой разбавляет водный этанол, соединяя шприцы с Т-микроканалом. Используйте тефлоновую трубку для подключения каждого из двух входных отверстий Т-микроканала к одному из шприцев. Установите два шприцевых насоса для подачи жидкостей к входным отверстиям микроканалов.

Загрузите один насос с помощью шприца с эталонной жидкостью. Загрузите другой насос с помощью шприца с разбавленным этанолом, но конец выпускной трубки поместите в контейнер и закрепите его на стенке контейнера. Начните калибровку, чтобы присвоить им число Рейнольдса, установив скорость потока шприцевых насосов.

Запустите шприцевые насосы для одновременной подачи рабочих жидкостей с одинаковым объемным расходом. Используйте камеру для точного наблюдения за микроканалом. Настройте фокус и подождите, пока устойчивый поток стабилизируется и сигнализируется неподвижным SL и паттерном.

Используйте частоту кадров 30 кадров в секунду для записи 20 кадров жидкостного смешивания. Эти кадры и являются приобретенным изображением. Когда закончите, подготовьте насосы, чтобы получить еще один набор рам.

Остановите шприцевой насос для разбавленного этанола и продолжайте прокачивать воду через одно входное отверстие. Наблюдайте за потоком и подождите, пока не появится устойчивое течение с нолем и узором. Записывайте 20 кадров изображений со скоростью 30 кадров в секунду.

Эти кадры являются эталонным изображением. Продолжайте съемку этанола и воды, а затем изображения только воды для каждого интересующего вас числа Рейнольдса. Когда все данные будут собраны, обратитесь к компьютеру, чтобы продолжить калибровку.

Используйте программное обеспечение для обработки изображений, чтобы разделить полученные изображения на эталонное изображение для каждой ошибки числа Рейнольдса. Выборка полученных изображений для момента, когда водный этанол поступает из канала в верхней части изображения и канала в нижней части, деленной на эталонное изображение, дает данные о соотношении оттенков серого на заданном расстоянии вдоль потока. Выберите точки в направлении поперечного потока и извлеките соотношение оттенков серого в каждой из них.

Сделайте это для нескольких точек вдоль потока и нанесите данные на график для сравнения. Выполните вычислительное гидродинамическое моделирование эксперимента. Используйте это для вычисления производной массовой доли по отношению к производной поперечного потока.

Затем используйте ожидаемую линейную зависимость между отношением оттенков серого и производной с помощью линейной регрессии. Чтобы найти линию регрессии после калибровки, используйте метод микрошляйна для изучения целевого устройства. Сначала отсоедините и снимите Т-микроканальное устройство с предметного столика.

Замените его на целевое микрофлюидное устройство примерно равной глубины. Подключите устройство к воде и водному раствору этанола с камерой, записывающей входную воду, и разведите этанол с равными объемными скоростями потока на компьютере. Подождите, пока поток стабилизируется, и запишите 20 кадров для полученного изображения.

Затем остановите шприцевой насос для водного этанола и введите в целевое микрофлюидное устройство только воду. Вернитесь к компьютеру для получения эталонного изображения. Отношение оттенков серого при различных числах Рейнольдса для градиентов положительной и отрицательной массовой доли имеет полосу, появляющуюся в середине микроканала T при низком числе Рейнольдса.

Хвост полосы Шляйна расширяется и размывается из-за дисперсии по границе микширования. По мере увеличения числа Рейнольдса длина диффузии сокращается, что приводит к сужению полосы. В этом видео линейная зависимость, обнаруженная между отношением оттенков серого и производной массовой доли, была использована для фиксации колебательной природы потока в микрофлюидном осцилляторе с числом Рейнольдса, равным 250.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как реализовать технику микромасштабного наслоения для количественного определения градиентов концентрации в микрофлюидном устройстве.