Summary
El objetivo de este procedimiento es fácil y rápidamente producir un dispositivo de microfluidos con geometría adaptable y resistencia a los inflamación por fluidos orgánicos para estudios de recuperación de aceite. Un molde de polidimetilsiloxano se generan por primera vez y luego utilizado para el dispositivo basado en epoxy. Se divulga un estudio representativo del desplazamiento.
Abstract
Dispositivos microfluídicos son versátiles herramientas para el estudio de los procesos de transporte en una escala microscópica. Existe una demanda de dispositivos microfluídicos componentes son resistentes a la baja de peso molecular de aceite, a diferencia de los dispositivos tradicionales de polidimetilsiloxano (PDMS). Aquí, demostramos un método fácil para hacer un dispositivo con esta característica, y utilizamos el producto de este protocolo para examinar los mecanismos de la escala de poro por que crudo se recupera de la espuma. Un patrón primero se diseña utilizando el software de diseño asistido por ordenador (CAD) e imprimir en una transparencia con una impresora de alta resolución. Este patrón es trasladado a una fotoprotección mediante un procedimiento de litografía. PDMS es fundido en el patrón, curado en un horno y eliminados para obtener un molde. Un polímero reticulación tiol-ene, de uso general como pegamento óptico (OA), luego se vierte sobre el molde y curado bajo la luz ultravioleta. El molde PDMS se pela lejos el elenco pegamento óptico. Luego se prepara un sustrato de vidrio, y las dos mitades del aparato están unidas entre sí. Dispositivos ópticos de pegamento son más robustos que los tradicionales dispositivos de microfluidos PDMS. La estructura de epoxi es resistente a los inflamación por muchos solventes orgánicos, que abre nuevas posibilidades para experimentos con luz líquidos orgánicos. Además, el comportamiento de la humectabilidad superficial de estos dispositivos es más estable que el de PDMS. La construcción de dispositivos microfluídicos adhesivo óptico es simple, pero requiere progresivamente más esfuerzo que la fabricación de dispositivos basados en PDMS. También, aunque dispositivos adhesivos ópticos son estables en líquidos orgánicos, pueden exhibir fuerza de adherencia reducida después de un largo tiempo. Dispositivos microfluídicos adhesivo óptico se pueden hacer en geometrías que actúan como micromodels 2-D para medios porosos. Estos dispositivos se aplican en el estudio de desplazamiento de aceite para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos de la escala de poro involucrados en la remediación de acuíferos y la recuperación mejorada del petróleo.
Introduction
El propósito de este método es visualizar y analizar interacciones fluidas multifásica, varios componentes y dinámica de la escala de poro complejo en medios porosos. Flujo y transporte en medios porosos han sido de interés durante muchos años porque estos sistemas son aplicables a diversos procesos subsuperficiales como la recuperación del petróleo, remediación del acuífero y de1,fracturamiento hidráulico2, 3 , 4 , 5. usando micromodels imitar estas estructuras complejas de poros, perspectivas únicas son ganados por visualizar eventos dinámicos a nivel de poro entre las fases líquidas y media6,7,8 ,9,10,11.
La fabricación de tradicional micromodels basados en sílice es caro, lento y difícil, pero construir micromodels pegamento óptico ofrece una relativamente barata, rápida y fácil alternativa12,13, 14,15. En comparación con otros micromodels basados en polímeros, pegamento óptico exhibe propiedades de adherencia de soldadura superficial más estables. Por ejemplo, superficies de micromodel polydimethylsiloxane (PDMS) se convertirá rápidamente en hidrofóbicas en el transcurso de un experimento típico desplazamiento de16. Además, módulo de Young de PDMS es 2,5 MPa mientras que la de pegamento óptico es 325 MPa13,17,18. Por lo tanto, pegamento óptico es menos propensa a presión inducida por la falta deformación y canal. Lo importante, el adhesivo curado óptico es mucho más resistente a los inflamación por componentes orgánicos de bajo peso molecular, que permite experimentos con petróleo y solventes ligeros para ser llevado a cabo18. En general, óptica adhesivo es una alternativa superior a PDMS para estudios de desplazamiento con petróleo crudo cuando micromodels basados en sílice son prohibitivamente complejos o caros y altos estudios de temperatura y presión no son necesarios.
El protocolo descrito en esta publicación proporciona las instrucciones paso a paso fabricación de micromodels adhesivo óptico e informes los trucos sutiles que aseguran el éxito en la manipulación de pequeñas cantidades de líquidos. En primer lugar se describe el diseño y fabricación de óptica micromodels base adhesiva con Litografía blanda. Entonces, la estrategia de desplazamiento de líquido se da por las tasas de flujo bajas que son comúnmente inalcanzables con controladores de flujo másico. A continuación, un resultado experimental representativo se da como un ejemplo. Este experimento revela espuma desestabilización y propagación comportamiento en presencia de petróleo crudo y medios porosos heterogéneos. Por último, análisis de datos y procesamiento de imagen típica se divulga.
El método proporciona aquí es apropiado para aplicaciones de visualización con flujo multifásico y las interacciones en espacios confinados con microcanales. Específicamente, este método está optimizado para resoluciones de micro-característica característica mayores de 5 y menos de 700 μm. típico caudales son del orden de 0.1 a 1 mL/h. En estudios de petróleo crudo o luz desplazamiento de solvente por fluidos acuosos o gaseosos del orden de los parámetros optimizados en el ambiente, este protocolo debe ser apropiado.
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Protocol
PRECAUCIÓN: Este protocolo incluye un horno de alta temperatura, productos químicos tóxicos y la luz UV. Por favor lea todas las hojas de datos de seguridad material y seguir las pautas de seguridad química de la institución.
1. dispositivo de diseño
- Diseño de un photomask en una aplicación de software de CAD.
- Dibujar un canal rectangular de 3 cm de largo y 0,5 cm de ancho (Figura 1b-arriba a la derecha).
- Crear una matriz de formas cerradas que representan los granos del medio poroso.
Nota: Estas formas se denominan mensajes porque se convierten en estructuras tridimensionales durante el proceso de litografía blanda. La forma y el tamaño de los postes deben ser del orden de decenas de micras y con un espacio de diez a cien micras. Múltiples tamaños de poste pueden emplearse para crear heterogeneidad y puede dejar una sección de posts para simular una fractura en los medios de comunicación. - Dibujar los canales de entrada y salida que son aproximadamente un tercio de igual ancho como la sección de medios porosos. Dibujar un canal del puerto de entrada para actuar como un drenaje.
- Dibuje un cuadro delimitador alrededor de todo el diseño con un mínimo de 1.0 cm de espacio libre desde el diseño.
Nota: El área entre el cuadro delimitador y las fronteras del diseño, así como los postes, deben hacerse transparente en el photomask.
- Enviar el archivo de CAD a una empresa para CAD alta resolución impresión
Nota: Opcional: para un experimento de desplazamiento de espuma, diseñar un generador de espuma de microfluidos (Figura 1a). Repita el paso 1, omitiendo la heterogeneidad del diseño y el cuadro delimitador. Una geometría de flujo de enfoque se recomienda en la entrada antes del diseño de medios porosos. Los espacios de flujo deben ser transparentes en el photomask.
2. PDMS fabricación del molde
- Crear un molde maestro de oblea photoresist-patrón silicio en una sala limpia
- Spin-capa una capa de 20 μm de photoresist sobre una oblea de silicio nuevo a 2.000 rpm durante 30 s.
- Suave, cueza al horno la oblea en un plato caliente en dos incrementos: 65 ° C durante 1 min seguido de 95 ° C durante 3 minutos.
- Utilizar un alineador de máscara para la capa de photoresist del patrón con el diseño de CAD con una dosis constante de 150 mJ/cm2.
- Realizar un post-exposición cueza al horno en una placa caliente en dos incrementos: 65 ° C durante 1 min seguido de 95 ° C durante 3 minutos deje que la oblea se enfríe durante 5 minutos.
- Sumerja la oblea en 100 mL de propileno glicol-metil-éter-acetato en un plato de cristalización de vidrio. Frote suavemente con la mano durante 10 minutos desarrollar el patrón del photoresist. Enjuague con isopropanol y seque la oblea con un chorro de aire seco.
- Duro, cueza al horno la oblea en un plato caliente en dos incrementos: 120 ° C por 5 min seguido de 150 ° C durante 10 minutos deje que la oblea se enfríe durante 15 minutos.
- PDMS de fundido en el molde principal de oblea de silicio
- Mezclar un total de 30 g del elastómero PDMS y agente endurecedor en una proporción de 5:1 dentro de un envase desechable libre de polvo.
- Desgasificar el PDMS en un desecador de vacío durante 30 minutos.
- Vierta el PDMS en el molde principal de oblea photoresist-patrón silicio en un cristal de 150 mm plato de Petri.
- Coloque la placa de Petri que contiene la oblea y PDMS en un horno de 80 ° C durante 1 hora.
- Retire la placa de Petri del horno y permita que el contenido a temperatura ambiente.
Nota: El procedimiento puede hacer una pausa en este punto.
- Preparar el molde PDMS para la transferencia del patrón al pegamento óptico
- Cuidadosamente corte el molde PDMS utilizando un bisturí y pelar el molde de la oblea.
- Limpiar y proteger el molde PDMS usando cinta adhesiva transparente.
Nota: El procedimiento puede hacer una pausa en este punto. - Coloque el molde PDMS, patrón-hacia arriba, en la parte inferior de un plástico libre de polvo 60 mm plato de Petri. Permite 10 s para el PDMS para pegarse a la plástica.
- Proteger la superficie de PDMS con cinta de plástico transparente hasta el paso 3.1.1.
Nota: Opcional: para hacer que el generador de espuma, repita los pasos 2.1. a través de 2.3.2. para el diseño de generador de espuma.
3. fabricación de dispositivo adhesivo óptico
- Pegamento óptico fundido en el molde PDMS
- Retire la cinta de la superficie modelada de los PDMS y vierta pegamento óptico en la 150 mm plato de Petri a una profundidad de aproximadamente 0,9 cm sobre la superficie superior del molde PDMS. Retire suavemente las burbujas con cualquier tipo de hisopo de algodón.
- Curar el adhesivo óptico bajo UV luz para un total de 40 minutos como se indica en pasos 3.2.1 - 3.2.5 en un sistema de PSD-UV.
PRECAUCIÓN: Use protección adecuada cuando se trabaja con luz UV.- Exponer la placa Petri a la luz UV (254 nm) durante 5 minutos.
- Invertir la placa Petri, tal que la parte inferior se enfrenta ahora a la fuente de UV y exponer la parte de abajo a la luz UV durante 5 minutos.
- Invertir la placa Petri, volver a la posición vertical y volver a exponer la parte superior a la luz durante 5 minutos UV.
- Invertir la placa Petri boca abajo otra vez y volver a exponer la parte inferior a la luz durante 10 minutos UV.
- Invertir la placa Petri a la posición vertical y volver a exponer la parte superior a la luz durante 15 min UV.
Nota: El procedimiento de curado en pasos 3.2.1 a 3.2.5 sólo es aplicable cuando se utiliza el aparato de PSD-UV especificado (Tabla de materiales). Los tiempos de curado variará dependiendo de la lámpara específica que se utiliza y el grueso exacto de la capa de adhesivo óptico.
- Desmoldar el adhesivo curado óptico PDMS
- Utilice un cúter para romper cuidadosamente el adhesivo óptico fuera el molde de plato de Petri.
PRECAUCIÓN: Cuchillas de caja están muy afiladas y pueden cortar fácilmente la carne. Tenga cuidado cuando se trabaja alrededor de los bordes de quebradas de Petri. - Use un robusto par de tijeras para quitar exceso de pegamento óptico desde el borde del diseño.
- Pele lentamente el molde PDMS del disco adhesivo óptico. Proteger las porciones de modelado de la superficie óptica del adhesivo y la superficie PDMS con cinta transparente.
- Utilizar un punch de biopsia de 1.0 mm para crear entrada, salida y desagüe agujeros. Proteger el adhesivo con motivos óptico con cinta transparente.
- Utilice un cúter para romper cuidadosamente el adhesivo óptico fuera el molde de plato de Petri.
- Preparar el sustrato
- Dispensar 1 mL de pegamento óptico en un portaobjetos de vidrio nuevo y spin-capa deslizante en dos pasos: 500rpm para 5 s y 4,000 rpm durante 20 s.
- Transferir rápidamente el sustrato para el tratamiento de la luz UV y cura parcialmente la capa delgada de adhesivo óptica bajo UV luz para 30 s.
- Enlace óptico adhesivo en el sustrato
- Coloque el molde adhesivo óptico, estampado hacia arriba y el sustrato, recubierto hacia arriba, en un plasma de2 O más limpia. Plasma Limpie la superficie de 20 s en 540 mTorr.
- Presione firmemente las superficies tratadas dos juntos hasta que todos bolsas de aire no deseadas se han minimizado o eliminado.
- Curar completamente el dispositivo bajo luz UV para 20 minutos.
PRECAUCIÓN: Para la luz ultravioleta, use protección adecuada tales como bata, guantes, gafas protectoras, etcetera. - Coloque el dispositivo sobre una placa caliente a 50 ° C por 18 h.
- Insertar un segmento largo de 6 pulgadas de polietileno de baja densidad 0,58 mm ID (PE/3) de la tubería en cada uno de los puertos del dispositivo.
- Utilice un epoxi rápida de 5 minutos para fijar el tubo en su lugar.
Nota: Opcional: para completar el generador de espuma, repita los pasos del 3.5.1, 3.5.2, 3.6 y 3.7. utilizando el generador de espuma PDMS elenco y un nuevo vidrio diapositiva, en lugar del fundido adhesivo óptico y sustratos preparados, respectivamente.
4. experimento de desplazamiento de aceite
- Prepare el dispositivo de microfluidos para ser reflejada en un microscopio invertido, dotado de una cámara de alta velocidad. Fije el aparato a la platina del microscopio usando cinta adhesiva. Utilizando un objetivo de X 4, se centran en el área de interés (AOI).
- Preparar los fluidos de inyección
Nota: Para sistemas de tres fases, un colorante se debe agregar para DESPLAZANTES líquidos para proporcionar contraste de color para análisis de imagen.- Carga 3 mL de petróleo crudo o de muestra de aceite del modelo en una jeringa de vidrio 10 mL equipada con un 23 calibre industrial punta dispensadora. Sujetar la jeringa en el soporte de la bomba de jeringa y establecer el valor de diámetro apropiado en la configuración de la bomba de jeringa.
- Carga 1 mL del desplazamiento fluido en una jeringa de plástico de 3 mL equipado con un 23 calibre industrial punta dispensadora. Sujetar la jeringa en el soporte de la bomba de jeringa y establecer el valor de diámetro apropiado en la configuración de la bomba de jeringa.
Nota: Opcional: para experimentos de generación de espuma, conecte un 10 m largo 25 μm diámetro tubo capilar de cristal a un tanque de gas N2 y la presión del gas al valor deseado para el caudal de gas requerido, obtenidos de una curva de calibración. Permite 10 min para el flujo de gas se equilibren.
- Saturar el dispositivo de medios porosos modelo óptico adhesivo con aceite
- Conecte el desplazamiento fluido a la entrada del dispositivo insertando la punta de la aguja en el tubo de PE/3.
Nota: Opcional: cuando la espuma se utiliza como la fase de desplazamiento, conecte la jeringa de líquido desplaza a la entrada del generador de espuma. Conecte el tubo de gas para el segundo puerto de entrada en el generador de espuma insertando el tubo capilar en una punta dispensadora industrial calibre 23 y sellado del anillo epoxi rápida. La salida del generador de espuma se conecta a la entrada del dispositivo adhesivo óptico usando un conector calibre 23. - Conectar la jeringa llena de aceite a la entrada del dispositivo insertando la punta de la aguja en el tubo de PE/3.
- Comience a fluir el aceite en el orificio de salida del dispositivo óptico adhesivo a 2 mL/h mientras que al mismo tiempo que fluye el fluido desplazador en el puerto de entrada de 0,8 mL/h tal que los dos fluidos fluyen hacia fuera el puerto de drenaje. El líquido desplaza no debe entrar los medios porosos. Recoger el eluido en un frasco de vidrio de 20 mL.
- Conecte el desplazamiento fluido a la entrada del dispositivo insertando la punta de la aguja en el tubo de PE/3.
- Comenzar a filmar la AOI en el dispositivo de medio poroso a una velocidad lo suficientemente rápido para capturar los fenómenos deseados. Una velocidad típica es de 50 fps. Capturar una imagen fija de la zona saturada de aceite 100%.
- Rápidamente y al mismo tiempo cortar la tubería de PE/3 que está fluyendo en el aceite con unas tijeras mientras apriete el tubo con una abrazadera de carpeta de 5 cm.
- Permiten el desplazamiento fluido invadir el dispositivo hasta que el desplazamiento de aceite alcanza el estado estacionario o la cámara se queda sin memoria.
5. imagen y análisis de datos
- Utiliza un software de análisis de imágenes como imagen J o utilice la caja de herramientas de análisis de imagen en MATLAB para analizar las imágenes del experimento.
- La imagen del canal saturado de aceite 100%, calcular la porosidad en unidades de % para medios porosos AOI.
- Calcular el volumen de poro utilizando la siguiente ecuación:
- Utilizar software de análisis de imagen para determinar la saturación de aceite como una fracción del espacio total del flujo, en cada fotograma de las imágenes del experimento. Para experimentos de desplazamiento de la fase dos, la saturación desplazamiento de fase en cada fotograma puede calcularse como:
- Preparar un diagrama de saturación de aceite en % vs poro volúmenes de líquido inyectado
Nota: Opcional: para trifásicos sistemas como los de los experimentos de desplazamiento de espuma, usar la caja de herramientas de análisis de imagen MATLAB para categorizar cada fase desplaza por color usando el rango característico de RGB para cada fase. Preparar un diagrama que muestra las saturaciones de las tres fases con volúmenes de poro inyectado.
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Representative Results
En este experimento ejemplo, espuma acuosa se utiliza para desplazar el crudo de Oriente Medio (viscosidad 5,4 cP) y gravedad API de 40 ° en un medio poroso heterogéneo con contraste de capas de permeabilidad. Un generador de espuma PDMS está conectado a un óptico micromodel adhesivo que previamente estaba completamente saturada con petróleo crudo. Figura 1a se muestra el diseño CAD de la fotomáscara para el PDMS espuma generador, la oblea de silicio con dibujos la fotoresistencia y el generador de espuma completo con tubos de entrada y salida insertados. Figura 1b muestra imágenes correspondientes para los medios porosos heterogéneos modelo adhesivo óptico con contraste de capas de permeabilidad. Tenga en cuenta las respectivas porciones transparentes y las opacas del photomask diseño. Como se muestra en la figura 2, una geometría de flujo de enfoque en el cual el gas y líquido son co-inyección genera espuma gruesa. El caudal total seleccionado para esta demostración es 0,8 mL/h con un flujo fraccional del gas del nitrógeno de aproximadamente 90%. La solución de surfactante utilizada es una relación 1:1 de sulfonato de olefina alfa C14-16 a lauril betaína en una concentración de 1% en peso. Un 1 wt % de concentración de colorante de grado de alimentos azul se utiliza en la fase acuosa para facilitar la distinción de esta fase de las entradas de dispositivo. Se produce una textura más fina de la espuma como espuma de la sección de enfoque flujo propagada a través del generador de espuma homogénea micromodel. Burbujas más pequeñas por lo general se observan salir de la matriz de modelado que los que son hechos por la geometría de flujo centrándose solamente. Una vez que se logra la generación de espuma estable, flujo de espuma es desviada hacia la óptica micromodel adhesivo para desplazar petróleo crudo. Videos del proceso de desplazamiento fueron capturados a 50 fps por una cámara de alta velocidad, que permitió para el procesamiento de fotograma a fotograma de las imágenes. En la figura 3, se trazaron perfiles de saturación para cada fase del fluido en función de volúmenes de fluido inyectado total del poro.
Técnicas de procesamiento de imagen también nos permiten cuantificar la separación de la fase líquida espuma y diversión en diferentes capas. Las fuerzas capilares entre diferentes fases conducirá a más del líquido a la región de permeabilidad más baja y más del gas a la región de más alta permeabilidad. Figura 4 muestra los cambios de saturación que se produjeron el desplazamiento de crudo experimentan en función del total inyectado líquido poro volúmenes. Como se predijo, en estado estacionario, la saturación de gas fue significativamente mayor en la región de alta permeabilidad en comparación con la de la región de baja permeabilidad.
Además de analizar el cambio de la saturación durante el experimento de desplazamiento de aceite, una serie de eventos a nivel de poro como desestabilización de la espuma, la generación de burbuja, formación de laminillas de aceite y emulsión de petróleo crudo podría también ser fácilmente identificada. En la figura 5, se muestran algunas de estas dinámicas de espuma en presencia de petróleo crudo. En esta figura, las burbujas de interés son de color verde. Espuma es termodinámicamente metaestable y se une en medios porosos por mecanismos tales como succión capilar (figura 5C), difusión de gas (figura 5e), las fluctuaciones térmicas o mecánicas. Petróleo crudo también tiene un efecto perjudicial sobre la espuma (figura 5b y figura5 d). El éxito de la inundación de espuma depende de varios mecanismos para la regeneración de la burbuja. Identificar mecanismos de generación de espuma in situ como bubble pinch-off (figura 5a) y división de laminilla (figura 5f).
Figura 1: la fabricación de dispositivos de medios porosos micromodel. (a) generador de espuma base de PDMS: el diseño CAD, el molde de la fotoresistencia en una oblea de silicio y el dispositivo terminado; (b) óptica medios porosos heterogéneos basados en adhesivo micromodel con contraste de capas de permeabilidad: el diseño CAD, el molde de la fotoprotección, el molde PDMS y el dispositivo terminado. Las barras de escala indican aproximadamente una pulgada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: generación de espuma en el PDMS base homogénea micromodel. Espuma gruesa se genera a través del flujo dispositivo que se convierte en la más fina como la espuma pasa a través del dispositivo de centrado. La barra de escala indica mm 1. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: caracterización de desplazamiento de petróleo por la espuma de. (a) inicial condición: saturación de 100% aceite (crudo en marrón, entradas en blanco); (b) imagen binaria fondo micromodel; (c) un marco de muestra por el desplazamiento de crudo video; (d) convertidas imagen después de procesamiento de Matlab para distinguir fases distintas donde verde = gas, azul = fase acuosa, rojo = fase de aceite; historia de saturación (e) (flecha negra indica el tiempo cuando fue necesario (c) ). La barra de escala indica 400 μm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: historia de saturación en diferentes regiones para mostrar la separación de fases líquida desviación y espuma. (a) región de alta permeabilidad; (b) región de baja permeabilidad; región de fractura (c) . La etiqueta de los ejes vertical significa saturación de cada fase (%).
Figura 5: dinámica en la presencia de petróleo crudo de la espuma. (a) generación de espuma por burbuja pinzamiento mecanismo; coalescencia de burbujas (b) en presencia de petróleo crudo; (c) coalescencia de burbujas por succión capilar; (d) de la espuma de destrucción en la región de la fractura; (e) espuma aspereza por la difusión del gas; generación de espuma (f) por la división de la laminilla. Burbujas de gas de interés son de color verde. La barra de escala indica 400 μm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
Este protocolo para el estudio de procesos de recuperación de aceite en micromodels adhesivo óptico consigue un equilibrio entre la robustez de micromodels no poliméricos, tales como vidrio o silicio y la fabricación fácil de dispositivos microfluídicos PDMS. A diferencia de micromodels de vidrio o pegamento óptico, dispositivos PDMS carecen de resistencia a la luz las especies orgánicas. PDMS micromodels no son ideales para muchos experimentos porque las superficies de estos dispositivos tienen propiedades humectantes inestable, y la matriz del polímero es permeable a los gases19. En cambio, pegamento óptico ha mostrado mucho más estable mojabilidad de PDMS, y es mucho menos permeable a gas20,21,22. En concreto, el agua ángulo de contacto de óptica adhesivo permanece estable durante días después del tratamiento de plasma O2 , en comparación con horas de PDMS21. Por lo tanto, con un mínimo esfuerzo adicional, construyendo micromodels pegamento óptico, en lugar de PDMS, otorga mejor resistencia solvente, más estables propiedades de humectación y baja permeabilidad al gas. pegamento óptico sustituye micromodels ni vidrio ni silicon, sin embargo, como estos materiales pueden soportar tanto temperaturas más altas y presiones. Además, dispositivos microfluídicos adhesivo óptico pueden presentar degradación de bonos durante experimentos a largo plazo14. Dada la dificultad y el costo de la construcción vidrio y silicio micromodels, pegamento óptico sigue siendo el material de elección para experimentos de desplazamiento ambiental a corto plazo que implican sustancias orgánicas ligeras. Por lo tanto, empleando micromodels adhesivo óptico para el estudio de procesos de recuperación de petróleo con petróleo es una alternativa fácil y económica al uso intensivo vidrio y silicio micromodels.
Mucho cuidado debe prestarse atención a varios aspectos críticos de la porción de maestro el molde preparación de oblea photoresist-patrón silicio del protocolo para evitar resultados infructuosos. En primer lugar, mejor práctica dicta incrementando la temperatura lentamente (5 ° C por minuto) durante todos los pasos para hornear. Calefacción rápida puede causar fracturas de estrés térmicas en la oblea. En segundo lugar, fotoresistencia adherencia a la oblea de silicio debe promoverse según sea necesario. Cuando se utiliza una oblea nueva, incidentes de separación deben ocurrir con poca frecuencia, pero si la separación de la fotoresistencia curado de la oblea es un problema, entonces medidas preventivas pueden tomarse. Un enjuague de alcohol isopropílico rápida seguido por un paso pre-cocer al horno a 110 ° C durante 10 minutos puede resultar en mejor afinidad de fotoprotección para la superficie de la oblea. Tercero, tenga en cuenta que los parámetros dados en el procedimiento de dosis de UV, tiempos de cocción, temperaturas de horneado y desarrollo veces pueden ser sensibles a los cambios en las condiciones ambientales, instrumento marca y número de lote del producto químico. Así, los recursos deben asignarse varios ensayos ajustar estos parámetros importantes para eliminar problemas como excesiva polimerización, características subdesarrolladas, características sin resolver o mala adherencia a la oblea. Siempre estos consejos se tienen en cuenta, las obleas de silicio deben ser con éxito con motivos con relativa facilidad.
Más adelante en el protocolo, varios matices de la fabricación de dispositivos y medidas experimentales de este procedimiento pueden contribuir significativamente a resultados exitosos. Por ejemplo, la proporción de componente no estándar de PDMS ofrece unas ventajas. Comúnmente para PDMS reticulación, se utiliza un elastómero 10:1 al cociente del agente de curado; sin embargo, una proporción de 5:1 permite un polímero más resistente que cura más rápido y puede reutilizarse más veces. Para la preparación de dispositivo adhesivo óptico real, se debe tener en cuenta que lo cura todo precisamente está ajustados para evitar peligros potenciales. Como tal, parcialmente curado de la capa delgada de pegamento óptico sobre el sustrato del dispositivo es crucial para una adherencia extra fuerte a la parte del molde. Además, se cura el adhesivo óptico de ambos lados para asegurar un curado incluso a lo largo. Si el pegamento óptico no ha curado totalmente, el molde PDMS puede ser rasgado durante retiro del elenco. Por el contrario, si el pegamento óptico es curado durante demasiado tiempo, entonces el material se convierte en desfavorable duro. Exceso de curado epoxi potencialmente puede romper la troqueladora utilizada para hacer los agujeros del puerto. Si el molde es demasiado curado, los puertos pueden ser arena arruinada o perforado con una broca de 1 mm de diámetro en una prensa del taladro. Por último, durante la realización de los experimentos de desplazamiento, el desplazamiento líquido no se debe entrar la micromodel antes el petróleo crudo. La mojabilidad de los canales de micro realiza inicialmente aceite mojado primero ponerse en contacto con el crudo, pero permite componentes del fluido desplaza a alterar las superficies micromodel podrían cambiar el funcionamiento de la estrategia de desplazamiento. Siguiendo estos pasos con cuidado en la construcción de dispositivos microfluídicos y el desplazamiento experimento asegurará recursos no van a la basura.
En el futuro, micromodels adhesivo óptico seguirá siendo una herramienta valiosa para la investigación de la microfluídica. Estos dispositivos pueden servir como una plataforma de proyección robusta para los fluidos de inyección a la medida específica de los crudos. Además, estas herramientas pueden utilizarse para el estudio de los mecanismos fundamentales de la recuperación del petróleo, el control de movilidad, flujo de espuma o experimentos de recuperación (EOR) mejorada microbiana anaerobia del petróleo. La costo efectividad y propiedades favorables de óptica micromodels adhesivo natural prestan estas herramientas una ventaja en el campo de recuperación de aceite de microfluidos.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Reconocemos el apoyo financiero de la Rice University Consortium para procesos en medios porosos (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
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