Summary
Målet med denne prosedyren er å enkelt og raskt lage en microfluidic enhet med passelig geometri og motstand mot hevelse av organisk væsker for olje utvinning studier. En polydimethylsiloxane mold først genereres, og deretter brukes å kaste epoxy-baserte enheten. En representant forskyvning studie er rapportert.
Abstract
Microfluidic enheter er allsidig verktøy for å studere transport prosesser på en mikroskopisk skala. En etterspørsel finnes for microfluidic enheter som er resistente mot lav molekylvekt oljekomponenter, i motsetning til tradisjonelle polydimethylsiloxane (PDMS) enheter. Her viser vi en lettvint metode for å gjøre en enhet med denne egenskapen, og vi bruker produktet av denne protokollen for å undersøke pore skala mekanismer av hvilke skum gjenoppretter råolje. Et mønster er først utviklet bruker programvare for datamaskinassistert utforming (CAD) og trykt på gjennomsiktighet med en skriver med høy oppløsning. Dette mønsteret er deretter overført til en photoresist via en litografi prosedyre. PDMS er kastet på mønster, herdet i en ovn, og fjernet for å få en mold. En thiol-ene crosslinking polymer, brukte som optisk lim (OA), deretter strømmet ut mold og kurert under UV-lys. PDMS mold skrelles fra optisk selvklebende støpt. En barometer substrate så forberedt, og de to halvdelene av enheten er limt sammen. Optisk lim-baserte enheter er mer robust enn tradisjonelle PDMS microfluidic enheter. Epoxy strukturen er motstandsdyktig mot hevelse av mange organiske løsemidler, som åpner nye muligheter for eksperimenter med lys organisk væsker. I tillegg er overflate wettability virkemåten til disse enhetene mer stabilt enn PDMS. Byggingen av optisk lim microfluidic enheter er enkel, men krever gradvis mer innsats enn inngåelse av PDMS-baserte enheter. Selvklebende måleinstrumenter er stabil i organisk væsker, kan de også utvise redusert bindestyrke etter en lang tid. Optisk lim microfluidic enheter kan gjøres i geometrier som 2D-micromodels for porøse medier. Disse enhetene brukes i studiet av olje forskyvning å forbedre vår forståelse av pore skala mekanismer involvert i økt utvinning og akvifer Utbedring.
Introduction
Formålet med denne metoden er å visualisere og analysere multi-fase, multi-komponent væske interaksjoner og komplekse pore skala dynamikk i porøse medier. Strømning og transport i porøse medier har vært rundt i mange år fordi disse systemene er gjelder for flere geologiske prosesser som utvinning, akvifer Utbedring og hydraulisk oppsprekking1,2, 3 , 4 , 5. bruker micromodels for å etterligne disse komplekse pore-strukturer, unik innsikt oppnås ved å visualisere pore nivå dynamisk hendelser mellom de ulike væske fasene og media6,7,8 ,9,10,11.
Fabrikasjon av tradisjonelle silisium-baserte micromodels er dyrt, tidkrevende og utfordrende, men konstruere micromodels fra optisk lim tilbyr en relativt billig, rask og enkelt alternative12,13, 14,15. Sammenlignet med andre polymer-baserte micromodels, utstillinger optisk lim mer stabil overflate wetting egenskaper. For eksempel vil polydimethylsiloxane (PDMS) micromodel flater raskt bli hydrofobe i løpet av en typisk forskyvning eksperiment16. Videre er den unge modulus av PDMS 2,5 MPa mens det av optisk lim er 325 MPa13,17,18. Dermed er optisk lim mindre utsatt for press indusert deformasjon og kanal feil. Viktigere, er herdet optisk lim mye mer motstandsdyktig mot hevelse av lav molekylvekt organisk komponenter, som lar forsøk med råolje og lys løsemidler å være gjennomført18. Samlet, optisk lim er et godt alternativ til PDMS for forskyvning studier involverer råolje når silisium-baserte micromodels er prohibitively kompleks eller dyre og høy temperatur og trykk studier er ikke nødvendig.
Protokollen som beskrives i denne publikasjonen gir trinnvise fabrikasjon instruksjonene for optisk selvklebende micromodels og rapporter subtile triksene som lykkes i manipulering av små mengder av væske. Design og fabrikasjon av optisk selvklebende basert micromodels med myk litografi er først beskrevet. Deretter er væske forskyvning strategien gitt for ultra-lav flow priser som ofte uoppnåelig med masse flow-kontrollere. Deretter er et representativt eksperimentelle resultat gitt som et eksempel. Dette eksperimentet avslører skum destabilisering og forplantning atferd i nærvær av råolje og heterogene porøse medier. Til slutt, typisk image bearbeiding og dataanalyse er rapportert.
Metoden gitt her er egnet for applikasjoner med multi-fase strøm og interaksjoner i trange microchannel mellomrom. Spesielt denne metoden er optimalisert for karakteristiske mikro-funksjonen resolusjoner større enn 5 og mindre enn 700 µm. typisk flow priser er på 0,1 til 1 mL/t. I studier av råolje eller lett løsemiddel forskyvning av vandig eller gass væsker på parameterne optimalisert på omgivelsesforhold, bør denne protokollen være riktig.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Advarsel: Denne protokollen innebærer håndtering en høy temperatur ovn, giftige kjemikalier, og UV-lyset. Vennligst les alle Studer Produktdatablad nøye og Følg institusjonens kjemiske sikkerhetsretningslinjer.
1. enheten Design
- Utforme en photomask i et CAD-program.
- Tegne et rektangulært kanal som er 3 cm lange og 0,5 cm bredt (figur 1b-øverst til høyre).
- Opprette en rekke lukkede figurer som representerer kornene av porøse medier.
Merk: Disse formene kalles innlegg fordi de blir tredimensjonale strukturer under myke litografi prosessen. Den formen og størrelsen på innlegg skal være på titalls mikrometer, og ha en avstand på ti til hundre mikron. Flere innlegg størrelser kan brukes til å opprette heterogenitet og en del kan stå bare innlegg å simulere et brudd i media. - Tegne innløp og utløp kanaler som er omtrent en tredjedel så bredt som delen porøse medier. Tegne en kanal stammer fra innløpet porten til å fungere som et avløp.
- Tegne en ramme rundt hele design med minimum 1.0 cm klaring fra design.
Merk: Området mellom markeringsrammen og grenser design, i tillegg til innlegg, er skal gjøres gjennomsiktig på photomask.
- Sende CAD-filen til et selskap for CAD-høy oppløsning utskrift
Merk: Valgfritt: For forskyvning eksperimenter, design en microfluidic skum generator (figur 1a). Gjenta trinn 1, utelater design heterogenitet og markeringsrammen. En flyt-fokus geometri anbefales på innløpet før porøse mediedesign. Flyt områder skal være gjennomsiktig på photomask.
2. PDMS Mold fabrikasjon
- Opprette en photoresist-mønstret silisium wafer master mold i et rent rom
- Spin-coat en 20 µm laget av photoresist på en ny silicon wafer 2000 RPM for 30 s.
- Myk bake kjeks på en varm plate i to trinn: 65 ° C i 1 min etterfulgt av 95 ° C i 3 minutter.
- Bruke en maske aligner du mønsteret photoresist laget med CAD design med en konstant dosering av 150 mJ/cm2.
- Utføre en post-eksponering bake på en varm plate i to trinn: 65 ° C i 1 min etterfulgt av 95 ° C 3 min. Tillat kjeks avkjøles i 5 minutter.
- Fordype kjeks i 100 mL propylen-glykol-metyl-Eter-acetate på et glass krystallisering rett. Forsiktig agitere for hånd for 10 min å utvikle photoresist mønsteret. Skyll den med isopropanol og tørr kjeks under en strøm av tørr luft.
- Hardt bake kjeks på en varm plate i to trinn: 120 ° C i 5 min etterfulgt av 150 ° C i 10 min. Tillat kjeks avkjøles i 15 min.
- Kastet PDMS på silisium wafer master mold
- Bland totalt 30 g PDMS elastomer og herding agent i en 5:1-forhold inne en støvfritt disponibel beholder.
- Degas PDMS i et vakuum desiccator i 30 min.
- Hell PDMS på photoresist-mønstret silisium wafer master mold i et 150 mm glass Petriskål.
- Plass Petriskål inneholder wafer og PDMS i en 80 ° C ovnen i 1 time.
- Fjerne Petriskål fra ovnen og la innholdet til romtemperatur.
Merk: Prosedyren kan pauses på dette punktet.
- Forberede PDMS mold for mønster overføring til optiske lim
- Nøye klippe PDMS mold ut ved hjelp av en skalpell og Skrell mold fra kjeks.
- Rengjør og Beskytt PDMS mold bruker klart teip.
Merk: Prosedyren kan pauses på dette punktet. - Plass PDMS mold, mønster-side opp, i bunnen av en støvfritt 60 mm plast Petriskål. Tillate 10 s for PDMS å holde seg til plast.
- Beskytte overflaten av PDMS med klar plast tape til trinn 3.1.1.
Merk: Valgfritt: for å gjøre skum generator, Gjenta 2.1. gjennom 2.3.2. for skum-generator design.
3. optisk selvklebende enhet fabrikasjon
- Kastet optisk lim på PDMS mold
- Fjerne tapen fra mønstret overflaten av PDMS, og hell optisk limet i den 150 mm Petriskål til en dybde på ca 0.9 cm over overflaten av PDMS mold. Fjern bobler med alle typer bomullspinne.
- Kurere optisk limet under UV-lys for totalt 40 min som beskrevet i fremgangsmåten 3.2.1 - 3.2.5 i en PSD-UV-systemet.
Forsiktig: Bruk passende beskyttelse når du arbeider med UV-lyset.- Utsette Petriskål UV lys (254 nm) i 5 min.
- Invertere Petriskål slik at bunnen er nå vendt mot UV-kilde, og utsette siden under UV-lys for 5 min.
- Invertere Petriskål, gå tilbake til stående og å utsette oversiden for UV-lys for 5 min.
- Invertere Petriskål opp ned igjen, og å utsette undersiden for UV-lys for 10 min.
- Invertere Petriskål tilbake til stående posisjon, og å utsette oversiden for UV-lys i 15 min.
Merk: Herding prosedyren i trinn 3.2.1 gjennom 3.2.5 gjelder bare når angitte PSD-UV apparatet brukes (Tabell for materiale). Kur ganger varierer avhengig av bestemt lampen som brukes og nøyaktig tykkelsen av optisk lim laget.
- Fjerne herdet optisk limet fra PDMS mold
- Bruk en boks cutter nøye bryte optisk limet av Petriskål mold.
Forsiktig: Boks cutter knivene er svært skarpe og kan lett skjære kjøtt. Vær forsiktig når du arbeider rundt skarpe kanter på ødelagte Petri retter. - Bruk et solid par saks for å fjerne overflødig optisk lim fra kanten av design.
- Sakte skrelle PDMS mold fra optisk selvklebende pucken. Beskytte de mønstrede delene av den optiske selvklebende overflaten og PDMS overflaten med klart bånd.
- Bruk en 1.0 mm biopsi punch til å opprette innløp og utløp avløp hull. Beskytte mønstret optisk limet med klart bånd.
- Bruk en boks cutter nøye bryte optisk limet av Petriskål mold.
- Forberede underlaget
- Dispensere 1 mL av optisk lim på et glass lysbilde og spinn-coat lysbildet i to trinn: 500 rpm for 5 s så 4000 rpm for 20 s.
- Raskt overføre underlaget til UV lys behandling og delvis kurere tynn optisk lim laget under UV-lys for 30 s.
- Bånd optisk limet til underlaget
- Plass optisk selvklebende støpt, mønstret side opp og underlaget, belagt-side opp, i en O2 plasma renere. Plasma rengjør overflaten for 20 s på 540 mTorr.
- Fast trykk to behandlet flatene sammen til alle uønskede luftlommer er minimert eller fjernet.
- Fullt cure enheten under UV-lys for 20 min.
Advarsel: For UV-lys, bruk passende beskyttelse som beskytter briller, laboratoriefrakk, hansker, etc. - Plass enheten på en stekeplate ved 50 ° C i 18 t.
- Sett inn et 6-tommers lang segment av 0.58 mm ID lav tetthet polyetylen rør (PE/3) i hver av portene på enheten.
- Bruk en 5 min rask epoxy for å sikre slangen på plass.
Merk: Valgfritt: for å fullføre skum generator, Gjenta trinn 3.5.1, 3.5.2, 3.6 og 3.7. bruke skum-generator-PDMS lysbilde støpt og nye glass, i stedet for optisk selvklebende cast og forberedt underlag, henholdsvis.
4. olje forskyvning eksperiment
- Klargjør microfluidic enheten til å bli avbildet på en invertert mikroskop utstyrt med et høyhastighets kamera. Fastsette enheten til mikroskopet scenen med tape. Bruker et 4 X mål, Fokuser på området av interesse (AOI).
- Forberede injeksjon væsker
Merk: For tre-fase systemer, en farge skal legges til fjern fortrenger væsker å gi fargekontrasten for bildeanalyser.- Last 3 mL olje eller modell olje prøve 10 mL glass sprøyter utstyrt med en 23 til måle industrielle dispensering tips. Feste sprøyten i sprøyten pumpe holderen og setter den riktige diameter på sprøyten pumpe innstillingene.
- Last 1 mL av fortrenger væsken inn i en 3 mL plastsprøyte utstyrt med en 23 måle industrielle dispensering tips. Feste sprøyten i sprøyten pumpe holderen og setter den riktige diameter på sprøyten pumpe innstillingene.
Merk: Valgfritt: For eksperimenter med skum generasjon, koble 10 m lang 25 µm diameter kapillær røret til en N2 gass tank og sette gasstrykket til ønsket verdi for nødvendige gass flow rate som hentes fra en kalibreringskurven. Tillate 10 min for gasstrømmen til equilibrate.
- Mette optisk SELVKLEBENDE modell porøse mediaenheten med olje
- Koble fortrenger væsken i innløpet til enheten ved å sette inn pinne-spissen i PE/3 slangen.
Merk: Valgfritt: Når skum som fortrenger fasen, koble fortrenger væske sprøyten til mengden av skum generatoren. Koble av gass kapillær til den andre innløp på skum generatoren ved å sette inn kapillarrør i en 23-gauge industrielle dispensering tips og tetting ringrommet med rask epoxy. Utløpet av skum generatoren er deretter koblet til mengden av optisk selvklebende enheten bruker en 23-gauge kobling. - Koble Oljefylte sprøyten i innløpet til enheten ved å sette inn pinne-spissen i PE/3 slangen.
- Starte flyter oljen til uttaket porten på optisk SELVKLEBENDE enheten på 2 mL/t mens samtidig strømmer fortrenger væsken i innløpet porten på 0,8 mL/t slik at to væsker både flow sluttboksen avløp. Fortrenger væsken ikke bør gå inn i porøse medier. Samle avløpsvann i en 20 mL hetteglass.
- Koble fortrenger væsken i innløpet til enheten ved å sette inn pinne-spissen i PE/3 slangen.
- Begynn filming AOI på porøse mediaenheten på en bildefrekvens raskt nok til å fange den ønskede fenomen. En typisk bildefrekvens er 50 fps. Ta et stillbilde av 100% olje-mettet området.
- Raskt og samtidig kutt PE/3 slangen som flyter i olje med saks mens clamping avløpsrør med en 5 cm dokumentordner klemme.
- La fortrenger væske invadere enheten inntil olje forskyvning når stabil eller kameraet går tom for minne.
5. bilde og dataanalyse
- Bruk en gratis analyseprogramvare som bildet J eller bruk bilde analyse verktøykassen i MATLAB analysere opptakene fra eksperimentet.
- Bruke stillbildet av 100% olje-mettet kanalen, beregne porøsitet i antall prosent for det porøse mediet AOI.
- Beregne pore volumet ved hjelp av følgende ligning:
- Bruk analyseprogramvare for å fastslå olje metning, som en brøkdel av den totale flyt plassen, i hvert videoopptak fra eksperimentet. For to fase forskyvning eksperimenter, kan fortrenge fase metning i hver ramme beregnes som:
- Forberede en tomt olje metning i prosent kontra pore mengder injisert væske
Merk: Valgfritt: For systemer som de av eksperimenter med skum forskyvning trefase, bruker MATLAB bildet analyse verktøykassen til å kategorisere hver fortrenger fase av fargen karakteristiske RGB området for hver fase. Forberede en tomt viser metning i alle tre faser med injisert pore volumer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I denne eksempel eksperimentet brukes vandig skum til å fortrenge Midtøsten råolje (en viskositet på 5,4 cP) og API alvoret i 40 ° i en heterogen porøse medier med lagdelt permeabilitet kontrast. En PDMS skum generator er koblet til en optisk lim micromodel som tidligere var helt mettet med råolje. Figur 1a viser CAD design av photomask for PDMS skum generator, photoresist-mønstret silisium kjeks og fullførte skum generator med innløp og utløp rør inn. Figur 1b viser tilsvarende bilder for heterogene optisk selvklebende modell porøse medier med lagdelt permeabilitet kontrast. Merk de respektive transparent og ugjennomsiktige delene av photomask. Som vist i figur 2, er grov skum generert av en flyt-fokus geometri som gass og væske er co injisert. Totalt infusjonshastigheten valgt for denne demonstrasjonen er 0,8 mL/t med en nitrogen gass brøk flyt av ca 90%. Surfactant løsningen er en 1:1 ratio av alpha olefiner sulfonate C14-16 til lauryl betaine i en konsentrasjon av 1 wt %. En 1 wt % konsentrasjon blå mat grade fargestoff brukes i den vandige fasen som hjelp til å skille denne fasen fra enheten innlegg. En finere skum tekstur produseres som skum fra delen flyt-fokus overført gjennom homogen skum-generator micromodel. Mindre bobler er vanligvis observert avslutter mønstret matrix enn de som er laget av flyt-fokus geometrien alene. Når jevn skum generasjon er oppnådd, viderekoblet skum flyt deretter til den optiske lim micromodel å forskyve råolje. Videoer av forskyvning prosessen ble tatt ved 50 fps av et høyhastighets kamera, som tillot bilde for bilde behandling av opptakene. I Figur 3var metning profiler for hver flytende fase skal tegnes som en funksjon av totale injisert væske pore volumer.
Bildebehandlingen teknikker også aktivere oss å kvantifisere væske avledning og skum fase separasjon i forskjellige lag. Kapillære krefter mellom ulike faser vil kjøre flere av væsken regionen for lavere permeabilitet og mer gass til høyere permeabilitet regionen. Figur 4 viser metning endringene som har skjedd under råolje forskyvning eksperimentere som en funksjon av totale injisert væske pore volumer. Som spådd, ved steady state var gass metning signifikant høyere i regionen høy permeabilitet forhold i regionen lavpermeabel.
I tillegg til å analysere metning endringen under olje forskyvning eksperimentet, kan en rekke pore nivå hendelser som skum destabilisering, boble generasjon, olje lamellae dannelse og råolje emulgering også lett identifiseres. I figur 5vises noen av disse skum dynamikken i nærvær av råolje. I denne illustrasjonen farges bobler rundt grønn. Skum er thermodynamically metastable og coalesces i porøse medier av mekanismer som kapillær sugekraft (figur 5 c), gassoppløsningen (figur 5e), termisk eller mekanisk svingninger. Råolje har også en skadelig effekt på skum (figur 5b og figur5 d). Suksessen av skum flom avhenger av ulike mekanismer for boble gjenfødelse. Vi identifisere på plass skum generasjon mekanismer som boble knip-off (figur 5a) og lamell divisjon (figur 5f).
Figur 1: fabrikasjon av porøse medier micromodel enheter. (a) PDMS-baserte skum Generator: CAD design, photoresist mold på en silica wafer og fullførte enheten. (b) optisk lim-baserte heterogene porøse medier micromodel med lagdelt permeabilitet kontrast: CAD design, photoresist mold, PDMS mold og fullførte enheten. Skala stolper angir cirka én tomme. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: skum i PDMS basert homogen micromodel. Grov skum er generert gjennom flyten fokus enhet som blir finere når skum passerer enheten. Baren skala angir 1 mm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: karakteriserer råolje forskyvning av skum. (a) opprinnelig tilstand: 100% olje metning (råolje i brunt, innlegg i hvitt); (b) binære bakgrunnsbilde for micromodel; (c) en prøve ramme fra råolje forskyvning video; (d) konvertert bildet etter Matlab behandling å skille distinkte faser der grønn = gass, blå = vandige fasen, rød = olje fase; (e) metning historie (svarte pilen indikerer tiden når (c) ble tatt). Baren skala angir 400 µm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: metning historie ved regioner vise væske avledning og skum fase separasjon. (a) høy permeabilitet regionen. (b) lav permeabilitet regionen. (c) brudd regionen. Etiketten på de loddrette aksene står for metning av hver fase (%).
Figur 5: skum dynamikken i nærvær av råolje. (a) skum generasjon av boble snev av mekanisme; (b) boble Koalesens i nærvær av råolje; (c) boble Koalesens av kapillær sugekraft; (d) skum ødeleggelse i regionen brudd; (e) skum coarsening av gassoppløsningen; (f) skum generasjon av lamell-divisjonen. Gassboblene rundt farges grønn. Baren skala angir 400 µm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Denne protokollen for å studere olje utvinning prosesser i optisk lim micromodels streiker en balanse mellom robusthet av ikke-polymere micromodels-som glass eller silisium- og lettvinte fabrikasjon av PDMS microfluidic enheter. I motsetning til micromodels laget av glass eller optisk selvklebende, mangler PDMS enheter motstand mot lys organisk arter. PDMS micromodels er heller ikke ideelt for mange eksperimenter fordi overflater av disse enhetene har ustabile wetting egenskaper, og polymer matrise er permeabel gass19. I kontrast, optisk lim har vist mye mer stabil wettability enn PDMS, og det er mye mindre permeable gass20,21,22. Spesielt vann kontakt vinkel optisk selvklebende forblir stabil dager etter O2 plasma behandling, sammenlignet med timer for PDMS21. Derfor med minimal ekstra innsats gir konstruere micromodels optisk lim, i stedet for PDMS, bedre løsemidler motstand, mer stabil wetting egenskaper og lavere permeabilitet til gass. optisk lim erstatter glass verken silisium micromodels, men som disse materialene kan tåle mye høyere temperaturer og trykk. Videre kan optisk lim microfluidic enheter utvise bond fornedrelse under langsiktige eksperimenter14. Gitt vanskeligheter og bekostning av konstruere glass og silisium micromodels, er optisk lim fortsatt materiale til valg for kortsiktige ambient forskyvning eksperimenter med lys organiske stoffer. Derfor er ansette optisk lim micromodels for å studere olje utvinning prosesser med råolje en lettvint og kostnadseffektivt alternativ til å bruke arbeidskrevende glass og silisium micromodels.
Oppmerksomheten skal betales til flere viktige sider ved den photoresist-mønstret silisium wafer master-mold forberedelse delen av protokollen å unngå mislykkede resultater. Første, beste praksis tilsier en gradvis temperaturene sakte (5 ° C per min) i alle bakervarer trinnene. Rask oppvarming kan føre til termisk stress frakturer i kjeks. Photoresist vedheft til silisium kjeks bør andre fremmes som nødvendig. Når du bruker en ny wafer, separasjon hendelser skal forekomme sjelden, men hvis separasjon av herdet photoresist fra kjeks er et problem, så forebyggende tiltak kan iverksettes. En rask isopropylalkohol skylling etterfulgt av litt før bake på 110 ° C i 10 min kan resultere i bedre photoresist affinitet for overflaten av kjeks. Tredje, Merk at parametrene i prosedyren for UV dosering, bakervarer ganger baking temperaturer og utvikle ganger kan være følsomme for endringer i forhold, instrument merkevare og kjemiske partinummeret. Dermed skal ressurser tildeles for flere forsøk å stille inn disse viktige parametere for å eliminere problemer som over polymerisasjon, mindre utviklede funksjoner, uløste funksjoner eller dårlig vedheft til kjeks. Forutsatt at tipsene tas i betraktning, bør silisiumskiver være vellykket mønstret med relativ letthet.
Senere i protokollen, kan flere nyanser av apparat fabrikasjon og eksperimentelle trinnene i denne fremgangsmåten bidra betydelig til vellykkede resultater. For eksempel har PDMS komponent forholdet et par fordeler. Vanligvis for PDMS cross-linking brukes en 10:1 elastomer herding agent forholdet; 5:1 forholdet kan imidlertid for en tøffere polymer som kurer raskere og kan brukes på nytt flere ganger. Selve optisk selvklebende enheten forberedelse, burde ettall note at herding trinnene er alle nøyaktig innstilt for å unngå potensielle feller. Som sådan, er delvis herding det tynne laget av optisk lim på underlaget for enheten avgjørende for en ekstra sterk bond cast-delen. Videre er optisk limet kurert fra begge sider å sikre selv herding gjennom. Hvis den optiske lim ikke har fullstendig helbredet, kan deretter PDMS mold bli revet under fjerning av kastet. Omvendt, hvis optisk limet er helbredet for lenge, så materialet blir negativt tøff. Over kurert epoxy kan potensielt bryte boksesekk verktøyet brukes til å lage port hullene. Hvis kastet over kurert, kan portene være sand sprengt eller boret med litt 1 mm diameter bore på en drill trykk. Endelig mens gjennomfører forskyvning eksperimenter, bør fortrenger væsken ikke være lov å oppgi micromodel før råolje. Wettability av mikro-kanalene er gjort utgangspunktet olje-vått første kontakter råolje, men slik at komponentene fortrenge væske til å endre micromodel overflater kan endre ytelsen for forskyvning strategien. Etter disse trinnene nøye i microfluidic enheten bygging og forskyvning eksperimentet vil bidra ressurser ikke gå til sløseri.
I fremtiden, vil optisk lim micromodels fortsette å være et verdifullt verktøy for microfluidics forskning. Disse enhetene kan fungere som en robust screening plattform for injeksjon væsker tilpasset bestemte råolje. I tillegg kan disse verktøyene brukes til å studere grunnleggende mekanismer for utvinning, mobilitet kontroll, skum flyt eller anaerob mikrobiell forbedret olje utvinning (EOR) eksperimenter. Den kostnadseffektivitet og gunstige egenskaper for optisk lim micromodels naturlig låne verktøyene en fordel i feltet microfluidic olje utvinning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Vi erkjenner økonomisk støtte fra Rice University konsortiet for prosesser i porøse medier (Houston, TX, USA).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3 mL Leur-Lok Syringe | Fischer Scientific | 14-823-435 | |
| 10 mL Glass Syringe | Fischer Scientific | 1482698G | |
| Photomask | CAD/Art Services | ||
| Silicon Wafer | University Wafer | 452 | |
| Propylene-Glycol-Methyl-Ether-Acetate | Sigma Aldrich | 484431-4L | |
| 150 mm Glass Petri Dish | Carolina Biological Supply | #721134 | |
| 60 mm Plastic Petri Dish | Carolina Biological Supply | #741246 | |
| Mask Aligner | EV Group | EVG 620 | |
| 1 mm Biopsy Punch | Miltex, Plainsboro, NJ | 69031-01 | |
| Industrial Dispensing Tip | CML Supply | Gauge 23 | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX-71 | |
| Plasma System | Harrick Plasma | PDC-32G | Plasma cleaner |
| Polydimehtylsiloxane (PDMS) | Dow Corning, Midland, MI | SYLGARD 184 | |
| Norland Optical Adhesive 81 (NOA81) or (OA) | Norland Products Inc. | 8116 | Optical adhesive |
| Quick-Set Epoxy | Fisher Scientific | 4001 | |
| Glass Slides | Globe Scientic Inc. | 1321 | |
| SU-8 2015 Photoresist | MicroChem | SU-8 2015 | Photo resist |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | Fusion 400 | |
| Glass Capillary Tubing | SGE Analytical Science | 1154710C | |
| High-Speed Camera | Vision Research | V 4.3 | |
| Polyethylene Tubing | Scientific Commodities Inc. | #BB31695-PE/3 |
References
- Blaker, T., et al. Foam for Gas Mobility Control in the Snorre Field: The FAWAG Project. SPE Reserv Eval Eng. 5 (04), 317-323 (2002).
- Mannhardt, K., Svorstøl, I. Effect of oil saturation on foam propagation in Snorre reservoir core. J Petrol Sci Eng. 23 (3-4), 189-200 (1999).
- Falls, A. H., Lawson, J. B., Hirasaki, G. J. The Role of Noncondensable Gas in Steam Foams. J Petrol Technol. 40 (01), 95-104 (1988).
- Hirasaki, G. J., Miller, C. A., Szafranski, R., Lawson, J. B., Akiya, N. Surfactant/Foam Process for Aquifer Remediation. , International Symposium on Oilfield Chemistry. Houston, Texas. (1997).
- Lv, Q., Li, Z., Li, B., Li, S., Sun, Q. Study of Nanoparticle-Surfactant-Stabilized Foam as a Fracturing Fluid. Ind Eng Chem Res. 54 (38), 9468-9477 (2015).
- Conn, C. A., Ma, K., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Visualizing oil displacement with foam in a microfluidic device with permeability contrast. Lab Chip. 14 (20), 3968-3977 (2014).
- Ma, K., Liontas, R., Conn, C. A., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Visualization of improved sweep with foam in heterogeneous porous media using microfluidics. Soft Matter. 8 (41), 10669 (2012).
- Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels. Appl Phys Lett. 82 (3), 364 (2003).
- Gauteplass, J., Chaudhary, K., Kovscek, A. R., Fernø, M. A. Pore-level foam generation and flow for mobility control in fractured systems. Colloid Surface A. 468, 184-192 (2015).
- Kovscek, A. R., Radke, C. J. Gas bubble snap-off under pressure-driven flow in constricted noncircular capillaries. Colloid Surface A. 117 (1-2), 55-76 (1996).
- Géraud, B., Jones, S. A., Cantat, I., Dollet, B., Méheust, Y. The flow of a foam in a two-dimensional porous medium: FOAM FLOW IN A 2-D POROUS MEDIUM. Water Resour Res. 52 (2), 773-790 (2016).
- Lin, Y. -J., et al. Examining Asphaltene Solubility on Deposition in Model Porous Media. Langmuir. 32 (34), 8729-8734 (2016).
- Bartolo, D., Degré, G., Nghe, P., Studer, V. Microfluidic stickers. Lab Chip. 8 (2), 274-279 (2008).
- Kenzhekhanov, S. Chemical EOR process visualization using NOA81 micromodels. , Master's degree Thesis (2017).
- Zhuang, Y. G., et al. Experimental Investigation of Asphaltene Deposition in a Transparent Microchannel. Proceedings of the 1st Thermal and Fluid Engineering Summer Conference. , New York, NY, USA. (2016).
- Ma, K., Rivera, J., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Wettability control and patterning of PDMS using UV-ozone and water immersion. J Colloid Interf Sci. 363 (1), 371-378 (2011).
- Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane). Anal Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).
- Sollier, E., Murray, C., Maoddi, P., Di Carlo, D. Rapid prototyping polymers for microfluidic devices and high pressure injections. Lab Chip. 11 (22), 3752 (2011).
- Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices. Anal Chem. 75 (23), 6544-6554 (2003).
- Silvestrini, S., et al. Tailoring the wetting properties of thiolene microfluidic materials. Lab Chip. 12 (20), 4041 (2012).
- Wägli, P., Homsy, A., de Rooij, N. F. Norland optical adhesive (NOA81) microchannels with adjustable wetting behavior and high chemical resistance against a range of mid-infrared-transparent organic solvents. Sensor Actuat B-Chem. 156 (2), 994-1001 (2011).
- Hung, L. -H., Lin, R., Lee, A. P. Rapid microfabrication of solvent-resistant biocompatible microfluidic devices. Lab Chip. 8 (6), 983 (2008).
