Summary
प्रस्तावित तकनीक एक पैक पाउडर बेड के माध्यम से द्रव प्रवाह की इमेजिंग के लिए एक नया, कुशल, मितव्ययी और गैर-इनवेसिव दृष्टिकोण प्रदान करेगी, जिससे उच्च स्थानिक और अस्थायी रिज़ॉल्यूशन प्राप्त होगा।
Abstract
नैनोकणों सहित आणविक और कोलाइडल परिवहन की नई इमेजिंग तकनीकों का विकास, माइक्रोफ्लुइडिक और मिलिफ्लुइडिक अध्ययनों में सक्रिय जांच का एक क्षेत्र है। त्रि-आयामी (3 डी) प्रिंटिंग के आगमन के साथ, सामग्री का एक नया डोमेन उभरा है, जिससे नए पॉलिमर की मांग बढ़ गई है। विशेष रूप से, एक माइक्रोन के क्रम पर औसत कण आकार के साथ बहुलक पाउडर, अकादमिक और औद्योगिक समुदायों से बढ़ती रुचि का अनुभव कर रहे हैं। मेसोस्कोपिक से माइक्रोस्कोपिक लंबाई तराजू पर सामग्री ट्यूनेबिलिटी को नियंत्रित करने से अभिनव सामग्री विकसित करने के अवसर पैदा होते हैं, जैसे कि ढाल सामग्री। हाल ही में, माइक्रोन आकार के बहुलक पाउडर की आवश्यकता बढ़ रही है, क्योंकि सामग्री के लिए स्पष्ट अनुप्रयोग विकसित हो रहे हैं। त्रि-आयामी मुद्रण नए अनुप्रयोगों के लिए सीधे लिंक के साथ एक उच्च-थ्रूपुट प्रक्रिया प्रदान करता है, जो एक मेसोस्केल पर फिजियो-केमिकल और परिवहन इंटरैक्शन में जांच करता है। इस लेख में चर्चा किए गए प्रोटोकॉल पैक पाउडर बेड में द्रव प्रवाह की छवि बनाने के लिए एक गैर-इनवेसिव तकनीक प्रदान करता है, जो मोबाइल तकनीक का लाभ उठाते हुए उच्च अस्थायी और स्थानिक रिज़ॉल्यूशन प्रदान करता है जो मोबाइल उपकरणों से आसानी से उपलब्ध है, जैसे कि स्मार्टफोन। एक सामान्य मोबाइल डिवाइस का उपयोग करके, इमेजिंग लागत जो आमतौर पर ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से जुड़ी होती है, समाप्त हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप मितव्ययी-विज्ञान दृष्टिकोण होता है। प्रस्तावित प्रोटोकॉल ने तरल पदार्थ और पाउडर के विभिन्न प्रकार के संयोजनों को सफलतापूर्वक चित्रित किया है, जिससे जल्दी से इमेजिंग के लिए एक नैदानिक मंच बनाया गया है और तरल पदार्थ और पाउडर के इष्टतम संयोजन की पहचान की गई है।
Introduction
पाउडर मीडिया में इंकजेट-आधारित बाइंडर जेटिंग एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (3 डी प्रिंटिंग) में एक महत्वपूर्ण तकनीक का प्रतिनिधित्व करता है। बाइंडर जेटिंग प्रक्रिया स्कैनिंग इंकजेट प्रिंटिंग प्रक्रिया का उपयोग करके पाउडर मीडिया में कार्यात्मक तरल पदार्थ के जमाव के साथ शुरू होती है। विशेष रूप से, एक इंकजेट प्रिंट हेड पाउडर की सतह पर अनुवाद करता है, तरल बाइंडिंग एजेंट को पाउडर की सतह पर जमा करता है, और इस तरह परत-दर-परत फैशन1 में एक ठोस हिस्सा बनाता है। इंकजेट-आधारित बाइंडर जेटिंग प्रौद्योगिकियों में आम तौर पर रेत, धातु पाउडर और बहुलक पाउडर शामिल होते हैं। हालांकि, बाइंडर जेटिंग में सामग्री के स्थान का विस्तार करने के लिए, द्रव-पाउडर और पाउडर-पाउडर इंटरैक्शन, ट्राइबोलॉजी, पाउडर पैकिंग घनत्व और कण एकत्रीकरण की जांच के लिए एक मौलिक दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से, द्रव-पाउडर इंटरैक्शन के लिए, वास्तविक समय में पाउडर बेड के माध्यम से द्रव प्रवाह की छवि बनाने की क्षमता के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता मौजूद है। यह शोधकर्ताओं के लिए एक लक्षण वर्णन तकनीक के रूप में और संभावित रूप से तरल पदार्थ और पाउडर 2,3,4 के विभिन्न संयोजनों के लिए स्क्रीनिंग विधि के रूप में शामिल करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण होने का वादा करता है, साथ ही अधिक जटिल सिस्टम, जैसे कि कंक्रीट 3 डी-प्रिंटिंग सिस्टम जो कण-बिस्तर विधियों का उपयोग करते हैं।
नैनोकणों सहित आणविक और कोलाइडल परिवहन की नई इमेजिंग तकनीकों का विकास, माइक्रोफ्लुइडिक और मिलीफ्लुइडिक अध्ययनों में जांच का एक सक्रिय क्षेत्र है। इमेजिंग तकनीकों द्वारा इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन की जांच करना चुनौतीपूर्ण हो सकता है, क्योंकि असंतृप्त और अस्थिर द्रव प्रवाह की स्थितियों के तहत इस प्रकार की बातचीत की जांच करने के लिए बहुत कम काम किया गया है। साहित्य में रिपोर्ट किए गए कई अध्ययनों ने संतृप्त, पूर्व-गीले, छिद्रपूर्ण मीडिया पर ध्यान केंद्रित किया है, जैसे कि ग्लास बीड 5,6,7,8,9,10,11,12 और मिट्टी 13,14,15,16,17,18 . यह तकनीक एक गैर-इनवेसिव दृष्टिकोण प्रदान करती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च अस्थायी और स्थानिक संकल्प 2,3,4,19 होता है। इसके अलावा, विकसित तकनीक विभिन्न प्रकार के छिद्रपूर्ण मीडिया में नैनो-स्केल और माइक्रोन-स्केल कण परिवहन को चिह्नित करने और मात्रा निर्धारित करने के लिए एक नई विधि प्रदान करती है, जो बहुलक पाउडर पर ध्यान केंद्रित करती है।
प्रस्तावित तकनीक कण आयामों के साथ छिद्रपूर्ण बहुलक मीडिया के माध्यम से असंतृप्त, अस्थिर द्रव परिवहन को रिकॉर्ड करने के लिए एक मोबाइल डिवाइस का उपयोग करती है जो 3 डी प्रिंटिंग सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले पाउडर के प्रतिनिधि हैं जो द्रव पाउडर-बेड संलयन प्रौद्योगिकियों का उपयोग करते हैं। यह तकनीक फायदेमंद है क्योंकि प्रवाह कोशिकाएं लागत प्रभावी, पुन: प्रयोज्य, छोटी और आसानी से संभाली जाती हैं, जो मितव्ययी विज्ञान के प्रमुख पहलुओं को दर्शाती हैं। एक क्षेत्र अध्ययन में इन सरल प्रयोगों को लागू करने की क्षमता बहुत सरल है, जो ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी में आवश्यक जटिलताओं, लागत और समय को समाप्त करती है। सेटअप बनाने में आसानी, त्वरित परिणामों तक पहुंच और नमूना आवश्यकताओं की न्यूनतम संख्या को देखते हुए, यह तकनीक नैदानिक स्क्रीनिंग के लिए एक इष्टतम मंच है।
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Protocol
1. माइक्रोफ्लुइडिक प्रवाह सेल तैयार करना
नोट: इस प्रोटोकॉल के लिए, एक वाणिज्यिक माइक्रोफ्लुइडिक प्रवाह सेल का उपयोग किया जाएगा। एक वाणिज्यिक उत्पाद का उपयोग करके जो ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से प्रकाश प्रवेश के लिए डिज़ाइन किया गया है, मीडिया के उज्ज्वल क्षेत्र रोशनी के बारे में किसी भी चुनौती को कम किया जाएगा।
- चैनल के एक छोर को सील करने के लिए पैराफिल्म के साथ आउटलेट को कवर करके माइक्रोफ्लुइडिक फ्लो सेल तैयार करना शुरू करें ताकि खाली प्रवाह सेल को बहुलक पाउडर के साथ पैक किया जा सके। प्रयोग शुरू करने से पहले, पुष्टि करें कि माइक्रोफ्लुइडिक चैनल साफ और सूखा है।
- प्रवाह चैनल के नीचे सीधे मीट्रिक पेपर शासक को टेप करें।
- पैराफिल्म और संलग्न शासक के साथ माइक्रोफ्लुइडिक प्रवाह कोशिका का वजन करें। प्रवाह सेल का द्रव्यमान अनपैक्ड फ्लो सेल मास (एमयू) है।
2. पाउडर को चैनल में पैक करना
- पाउडर पैक करते समय, पाउडर को स्थानांतरित करने के लिए एक प्लास्टिक पाइप का उपयोग करें। ध्यान दें कि कण पिपेट टिप के बाहर का पालन कर सकते हैं, जो ट्राइबोचार्जिंग का परिणाम है।
- चैनल में पाउडर पेश करते समय, पाउडर को कॉम्पैक्ट करने के लिए फ्लो सेल को कम से कम पांच बार टैप करें। पैकिंग तब तक जारी रखें जब तक कि पाउडर प्रवाह चैनल के उद्घाटन की शुरुआत तक नहीं पहुंच जाता।
नोट: टैपिंग एक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य नैदानिक उपकरण प्रदान करने के लक्ष्य के साथ चैनल के भीतर पाउडर को कॉम्पैक्ट करता है। कुछ अनुप्रयोगों के लिए, यह प्रयास ब्याज के आवेदन में देखे जाने वाले संघनन की तुलना में पाउडर संघनन का उच्च, निम्न या समकक्ष स्तर हो सकता है। यदि आवेदन के भीतर टैपिंग या पैकिंग पाउडर की प्रजनन क्षमता के साथ समस्याएं हैं, तो एएसटीएम डी 7481-1820 करने पर विचार करें। - अल्कोहल में भिगोए गए पोंछे के साथ प्रवाह कोशिका की बाहरी सतह पर मौजूद पाउडर को हटा दें।
नोट: कुछ प्रकार के कण हाइड्रोफोबिक हो सकते हैं, इसलिए पानी कणों को अच्छी तरह से नहीं हटा सकता है।
- चैनल में पाउडर पेश करते समय, पाउडर को कॉम्पैक्ट करने के लिए फ्लो सेल को कम से कम पांच बार टैप करें। पैकिंग तब तक जारी रखें जब तक कि पाउडर प्रवाह चैनल के उद्घाटन की शुरुआत तक नहीं पहुंच जाता।
- एक बार पाउडर पैक हो जाने के बाद, शिथिल रूप से पैक किए गए पाउडर के लिए प्रवाह सेल का निरीक्षण करें। यदि प्रवाह सेल के भीतर पाउडर शिथिल रूप से पैक किया हुआ दिखाई देता है (चित्रा 1), तो प्रवाह सेल को पांच और बार टैप करें। यदि पाउडर पैकिंग सुसंगत और कॉम्पैक्ट दिखाई देती है, तो बहुलक पाउडर के द्रव्यमान को मापने के लिए प्रवाह सेल का वजन करें (एमपी- एमयू; समीकरण 1 देखें)।
- अनपैक्ड (एमयू) और पैक किए गए फ्लो सेल मास (एम पी) के बीच अंतर का उपयोग करके थोक पैकिंग घनत्व () की गणना करें और इसे प्रवाह सेल की मात्रा से विभाजित करें। प्रवाह सेल की मात्रा तब ज्ञात होती है [लंबाई (एल): 50 मिमी, चौड़ाई (डब्ल्यू): 5 मिमी, चैनल गहराई (एच): 0.8 मिमी]।
Eq 1 - पुष्टि करें कि पैकिंग घनत्व पॉलिमरिक पाउडर 2,3,4,21 के लिए 0.45 ग्राम / एमएल से 0.55 ग्राम / एमएल की विशिष्ट सीमा में है। चरण 3 और 4 पूरा होने तक प्रवाह कोशिकाओं को फ्यूम हुड में छोड़ दें।
सावधानी: 10 μm से कम व्यास वाले कण फेफड़ों में प्रवेश कर सकते हैं और संभावित रूप से रक्तप्रवाह में प्रवेश कर सकते हैं, जो फुफ्फुसीय और हृदय प्रणालियों से संबंधित स्वास्थ्य समस्याओं का कारण बन सकता है। इस प्रयोग में उपयोग किए गए बहुलक पाउडर में लगभग 50 μm का कण व्यास है। इसलिए, कणों के साँस लेने से स्वास्थ्य समस्याएं पैदा करने की क्षमता कम होती है, लेकिन छोटे कण संकीर्ण कण आकार वितरण में भी मौजूद होते हैं। सबसे सुरक्षित वातावरण के लिए, प्रवाह कोशिकाओं की तैयारी एक फ्यूम हुड में की जानी चाहिए।
- अनपैक्ड (एमयू) और पैक किए गए फ्लो सेल मास (एम पी) के बीच अंतर का उपयोग करके थोक पैकिंग घनत्व () की गणना करें और इसे प्रवाह सेल की मात्रा से विभाजित करें। प्रवाह सेल की मात्रा तब ज्ञात होती है [लंबाई (एल): 50 मिमी, चौड़ाई (डब्ल्यू): 5 मिमी, चैनल गहराई (एच): 0.8 मिमी]।
Eq 13. विलायक तैयार करना
- पानी में इथेनॉल का 75 डब्ल्यूटी% घोल तैयार करें। ध्यान दें कि विलायक को इस पांडुलिपि के बाकी हिस्सों में तरल पदार्थ के रूप में संदर्भित किया जाएगा।
सावधानी: सुनिश्चित करें कि समाधान तैयार करने के लिए उपयोग किया जाने वाला बीकर किसी भी सर्फेक्टेंट से मुक्त है, क्योंकि सर्फेक्टेंट परिणामों को प्रभावित करेंगे।
4. सफेद प्रकाश तालिका तैयार करना
- डिटेक्टर (कैमरा) को बहुत अधिक प्रकाश से भरने से रोकने के लिए, प्रकाश तालिका को एक अपारदर्शी सामग्री के साथ कवर करें, जैसे कि काले पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए) फिलामेंट में 3 डी मुद्रित कवर (पूरक चित्र 1)। सुनिश्चित करें कि सामग्री में एक उद्घाटन है जो माइक्रोचैनल (5 मिमी x 55 मिमी) के आकार का है ताकि प्रकाश पाउडर को रोशन कर सके।
नोट: बहुत अधिक प्रकाश का मतलब है कि कैमरे की स्क्रीन या मॉनिटर सफेद दिखाई देगा और माइक्रोचैनल दिखाई नहीं देगा। इसलिए, डिटेक्टर माइक्रोचैनल पर लेंस को केंद्रित करने में असमर्थ होगा। - यह सुनिश्चित करने के लिए कि मोबाइल डिवाइस पर कैमरा गीले और सूखे पाउडर के बीच के अंतर को कैप्चर कर सकता है, कम से मध्यम प्रकाश तीव्रता पर प्रकाश तालिका का उपयोग करें।
नोट: उच्च प्रकाश तीव्रता 100% पर है। अन्य दो सेटिंग्स उच्च प्रकाश तीव्रता के सापेक्ष हैं; कम प्रकाश तीव्रता के लिए सेटिंग ~ 30% है, और मध्यम प्रकाश की तीव्रता ~ 65% है। - मोबाइल डिवाइस पर कैमरे को सीधे प्रकाश तालिका के ऊपर संरेखित करें। पुष्टि करें कि कैमरा प्रकाश तालिका के शीर्ष के लंबवत है (चित्रा 2)।
- मोबाइल डिवाइस पर कैमरे को उन्मुख करें ताकि मोबाइल डिवाइस की लंबी धुरी प्रवाह सेल की सबसे लंबी धुरी के साथ संरेखित हो।
5. प्रयोग शुरू करना
- फ्लो सेल को लाइट टेबल पर रखें और फ्लो चैनल पर मोबाइल डिवाइस पर कैमरे को केंद्रित करें।
नोट: इष्टतम परिणामों के लिए, एक गहरा (कम ओवरहेड लाइटिंग) रिकॉर्डिंग स्पेस आमतौर पर बेहतर छवि रिज़ॉल्यूशन प्रदान करेगा। यदि एक अंधेरा स्थान उपलब्ध नहीं है, तो रिकॉर्डिंग के दौरान ओवरहेड लाइटिंग (रोशनी चालू, बंद या मंद हो रही है) में परिवर्तन को कम करने से ग्राफिक संकेतों में सुधार होना चाहिए और प्रयोग में अवांछित शोर को कम करना चाहिए। - मोबाइल डिवाइस पर कैमरा केंद्रित करने के बाद, रिकॉर्ड बटन का चयन करें। पाइप का उपयोग करके माइक्रोचैनल के खुले इनलेट में 125 μL तरल पदार्थ जोड़ें।
- प्रवाह को 2 मिनट के लिए रिकॉर्ड करें या जब तक कि सभी पाउडर स्पष्ट रूप से गीला न हो जाए।
6. डेटा का विश्लेषण
- आसान पहुँच के लिए वीडियो फ़ाइल को मोबाइल डिवाइस से कंप्यूटर पर स्थानांतरित करें. ध्यान दें कि 2 मिनट से अधिक के वीडियो इस समय सॉफ़्टवेयर में लोड नहीं हो सकते हैं, क्योंकि फ़ाइल का आकार अत्यधिक बड़ा हो सकता है।
- ट्रैकर डाउनलोड करें, फिजिकल्स वेबसाइट22 से एक मुफ्त सॉफ्टवेयर। यह सॉफ्टवेयर निम्नलिखित वीडियो फ़ाइलों में स्थिति, वेग और त्वरण को ट्रैक कर सकता है: .mov, .avi, .mp4, .flv, .wmv, आदि। निम्नलिखित चरणों के लिए, कृपया पूरक फ़ाइल देखें।
नोट: मैक उपयोगकर्ताओं के लिए, सॉफ़्टवेयर को ठीक से काम करने के लिए सॉफ़्टवेयर का नवीनतम संस्करण स्थापित करें। इसके अतिरिक्त, मैक उपयोगकर्ताओं को एक वीडियो इंजन (Xuggle), एनिमेटेड GIF फ़ाइलों (.gif), या छवि अनुक्रमों की आवश्यकता हो सकती है जिसमें एक या अधिक डिजिटल छवियां (.jpg, .png, या क्लिपबोर्ड से चिपकाया जाता है)। - एक बार सॉफ्टवेयर स्थापित हो जाने के बाद, ट्रैकर सॉफ़्टवेयर खोलें। फ़ाइल मेनू से, कंप्यूटर के डेस्कटॉप पर चरण 6.1 से स्थानांतरित वीडियो फ़ाइल लोड करने के लिए फ़ाइल खोलें का चयन करें।
- प्रारंभ फ़्रेम और चरण आकार को परिभाषित करने के लिए, क्लिप सेटिंग आइकन पर क्लिक करें, जो फिल्म पट्टी की तरह दिखता है.
नोट: माउस को एक आइकन पर रखने से आइकन की पहचान होगी।- प्रारंभिक फ़्रेम को परिभाषित करें. स्टार्टिंग फ्रेम को उस फ्रेम के रूप में परिभाषित किया गया है जिसमें पहला कंट्रास्ट (गीला और सूखा पाउडर के बीच का अंतर) देखा जाता है।
- चरण आकार सेट करें। चरण आकार फ्रेम चरण आकार को संदर्भित करता है, जिसका सॉफ्टवेयर विश्लेषण करेगा। पूर्व प्रयोगों से, इष्टतम चरण आकार 10 है।
- क्लिप सेटिंग्स बटन के दाईं ओर अंशांकन उपकरण, नीले शासक के साथ आइकन पर क्लिक करें। नए से, अंशांकन स्टिक का चयन करें।
- वीडियो में शासक पर ज़ूम इन करने के लिए, सूची से ज़ूम इन को बड़ा करने और चुनने के लिए क्षेत्र पर राइट-क्लिक करें। एक बार उचित रूप से आवर्धित होने के बाद, माइक्रोचैनल पर टैप किए गए शासक पर 1 मिमी की शुरुआत और अंत को परिभाषित करें, और दूरी को परिभाषित करने के लिए टाइप 1 मिमी।
- अंशांकन उपकरण के दाईं ओर समन्वय एक्सिस टूल पर क्लिक करें, जो बैंगनी आइकन है। इस चरण को करते समय शुरुआती फ्रेम का उपयोग करके एक्स- और वाई-अक्ष के लिए उत्पत्ति सेट करें।
- विश्लेषण के प्रारंभिक बिंदु को परिभाषित करने के लिए, एक बिंदु द्रव्यमान बनाएं। बनाएँ पर क्लिक करें, फिर बिंदु द्रव्यमान का चयन करें. आयत का आकार बदलने के लिए Shift + Control का उपयोग करें। प्रारंभिक बिंदु वह है जहां इनलेट और चैनल कनेक्ट होते हैं।
नोट: आयत उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित डोमेन को इंगित करता है, जिसे सॉफ्टवेयर विपरीत गीले और सूखे पाउडर को खोजने के लिए स्कैन करेगा। सीमा उपयोगकर्ता को उस क्षेत्र को परिभाषित करने की अनुमति देती है जहां प्रारंभिक बिंदु देखा जाएगा।- यह सत्यापित करने के लिए कि सॉफ़्टवेयर सही क्षेत्र का विश्लेषण कर रहा है, खोज अगला पर क्लिक करें। यदि सॉफ़्टवेयर ठीक से काम कर रहा है, तो खोज पर क्लिक करें और सॉफ़्टवेयर द्वारा वीडियो का विश्लेषण समाप्त करने की प्रतीक्षा करें। यदि सॉफ़्टवेयर स्वचालित रूप से पिछले फ्रेम से वर्तमान फ्रेम तक एक मिलान छवि तीव्रता नहीं ढूंढ सकता है, तो सॉफ़्टवेयर रुक जाएगा और उपयोगकर्ता द्वारा खोज क्षेत्र को फिर से परिभाषित करने की प्रतीक्षा करेगा।
नोट: प्रजनन क्षमता और विभिन्न प्रयोगात्मक परिणामों की तुलना करने की क्षमता के लिए, प्रत्येक नमूने के लिए द्रव प्रवाह के सामने (गीले और सूखे पाउडर के बीच विपरीत का क्षेत्र) का सबसे तेज़ या सबसे धीमा बिंदु चुनें। - यदि ट्रैकर स्क्रीन के दाईं ओर लाइव प्लॉट किए गए डेटा पर कोई विश्लेषण त्रुटि देखी जाती है, तो गलत डेटा बिंदु से पहले चरण पर एक बार डेटा पॉइंट पर क्लिक करें। मुख्य स्क्रीन पर, रुचि के क्षेत्र की खोज करने के लिए लाल आयताकार खोज क्षेत्र स्थान को संशोधित करें और चरण 6.8.1 दोहराएं।
नोट: यदि कोई त्रुटि मौजूद है, तो गलत डेटा बिंदु पर राइट-क्लिक करें और आगे के विश्लेषण के लिए बिंदु का चयन करें।
- यह सत्यापित करने के लिए कि सॉफ़्टवेयर सही क्षेत्र का विश्लेषण कर रहा है, खोज अगला पर क्लिक करें। यदि सॉफ़्टवेयर ठीक से काम कर रहा है, तो खोज पर क्लिक करें और सॉफ़्टवेयर द्वारा वीडियो का विश्लेषण समाप्त करने की प्रतीक्षा करें। यदि सॉफ़्टवेयर स्वचालित रूप से पिछले फ्रेम से वर्तमान फ्रेम तक एक मिलान छवि तीव्रता नहीं ढूंढ सकता है, तो सॉफ़्टवेयर रुक जाएगा और उपयोगकर्ता द्वारा खोज क्षेत्र को फिर से परिभाषित करने की प्रतीक्षा करेगा।
- एक बार विश्लेषण पूरा हो जाने के बाद, परिणामों को स्प्रेडशीट में कॉपी और पेस्ट करें। स्प्रेडशीट में सहेजे गए परिणामों में दूरी और समय डेटा शामिल है।
- स्प्रेडशीट में कॉपी किए गए डेटा को समय के कार्य के रूप में पाउडर बेड के माध्यम से द्रव परिवहन की दूरी के रूप में प्लॉट करें।
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Representative Results
डेटा का विश्लेषण करने के अनुभाग में, चित्रा 3 में समय-व्यपगत छवियों के लिए डेटा पॉली कार्बोनेट (पीसी) पाउडर में घुसपैठ करने वाले 75 डब्ल्यूटी% इथेनॉल समाधान को दर्शाता है। इस प्रकाशन के लिए छवि की गुणवत्ता को बढ़ाने के लिए समाधान में फ्लोरेसिन जोड़ा गया था। टाइम-लैप्स छवियों में, समय-समाधान प्रक्रिया तब शुरू होती है जब तरल पदार्थ को इनलेट में जोड़ा जाता है। समय, टी, शुरू होता है जैसे ही तरल पदार्थ चैनल में प्रवेश करना शुरू करता है। छवियों की श्रृंखला द्रव और फ्लोरेसिन की प्रगति को प्रदर्शित करती है। पीसी में, तरल पदार्थ और फ्लोरेसिन को एक ही प्रवाह दर पर ले जाया जाता है। चित्र 4 में प्लॉट पर खुले लाल घेरे तालिका 1 में पाई गई संकलित जानकारी के सटीक समय और दूरी का प्रतिनिधित्व करते हैं। पाउडर बिस्तर में तरल पदार्थ की घुसपैठ वृद्धिशील समय चरणों (लाल घेरे) के साथ संयुक्त रूप से चित्र 3 में दर्शाया गया है।
1 सेकंड से 2 सेकंड के अंतराल में, तरल पदार्थ द्वारा तय की गई दूरी दोगुनी हो गई है। 2 सेकंड से 5 सेकंड के अंतराल के दौरान, तरल पदार्थ ने जो दूरी तय की है, वह भी दोगुनी हो जाती है। 5 एस से 10 सेकंड तक, तरल पदार्थ अभी भी तेजी से आगे बढ़ रहा है। हालांकि, 15 सेकंड के बाद, प्रवाह दर लगभग 2 मिमी हर 5 सेकंड की दर तक धीमी हो रही है। एकल पाउडर और द्रव संयोजन के लिए, एक ही समूह में पांच परीक्षण किए जाते हैं। प्रत्येक समूह के लिए कुल परीक्षणों की संख्या भिन्न हो सकती है। उदाहरण के लिए, यदि पांच प्रयोगों में से एक विफल रहता है, तो असफल परीक्षण के बदले एक नया पैक माइक्रोचैनल का विश्लेषण किया जाएगा। विफलता को एक तरल पदार्थ के रूप में परिभाषित किया जाता है जो पाउडर बिस्तर में प्रवेश नहीं करता है या असंगत पाउडर पैकिंग के परिणामस्वरूप चैनल में बनने वाले बुलबुले के कारण केवल आंशिक रूप से पाउडर बिस्तर में प्रवेश करता है। एक समूह में परीक्षणों के एक सेट के बीच मानक विचलन का निरीक्षण करने के लिए डोनोवन21, विशेष रूप से चित्रा 19 और चित्रा 21 देखें।
चित्र 1: पॉलीमेरिक पाउडर को शिथिल रूप से एक माइक्रोफ्लुइडिक प्रवाह सेल में पैक किया जाता है जिसके परिणामस्वरूप यदि संबोधित नहीं किया जाता है तो असफल प्रयोग हो सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 2: प्रयोगात्मक सेटअप का एक कार्टून प्रतिनिधित्व। यह छवि पैमाने पर नहीं खींची गई है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 3: एक एकल प्रयोग से छवियों की एक प्रतिनिधि समय-चूक श्रृंखला। बाएं से दाएं की छवियां पैक किए गए छिद्रपूर्ण बिस्तर के माध्यम से विलायक (विज़ुअलाइज़ेशन के लिए फ्लोरोसेंट डाई के साथ बढ़ाया गया) के प्रवाह का उदाहरण देती हैं। ध्यान दें कि अग्रणी मोर्चा एक समान नहीं है, इसलिए प्रचार मोर्चे की औसत दूरी आमतौर पर उपयोग की जाती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 4: प्रसार की औसत दूरी का मात्रात्मक प्रतिनिधित्व (ए एल) बनाम समय (टी) क्योंकि द्रव पैक पाउडर बेड में प्रवेश करता है। लाल वृत्त प्रत्येक बार वृद्धि के लिए डेटा बिंदुओं का प्रतिनिधित्व करते हैं जो चित्र 3 में देखा गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
| समय (ओं) | दूरी (मिमी) |
| 0 | 0 |
| 1 | 2.1 |
| 2 | 4.1 |
| 5 | 8.3 |
| 10 | 12.8 |
| 15 | 15.8 |
| 20 | 17.9 |
| 25 | 20.1 |
| 30 | 22.1 |
तालिका 1: चित्र 4 में दिखाए गए लाल बिंदुओं के लिए दूरी और समय मान।
पूरक चित्रा 1: काले पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए) फिलामेंट में अपारदर्शी 3 डी प्रिंटर कवर का सीएडी ड्राइंग। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.
पूरक फ़ाइल: ट्रैकिंग सॉफ़्टवेयर का उपयोग करडेटा विश्लेषण में शामिल चरणों के स्क्रीनशॉट। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.
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Discussion
प्रदान किया गया प्रोटोकॉल चुने गए कणों की भौतिक विशेषताओं पर अत्यधिक निर्भर है। प्रवाह को प्रभावित करने वाले भौतिक गुणों में कण आकार वितरण 2,3,4,5,11,21, कण सतह खुरदरापन 11, कण सतह पर रासायनिक गुण 2,3,4,5,11,16,21,23 शामिल हैं, 24,25, आणविक द्विध्रुवीय क्षण, कण आकार11, और कण-कण इंटरैक्शन 2,3,4,5,11,16,23,24,25,26,27 . ये गुण सीधे माइक्रोफ्लुइडिक चैनल में पाउडर के पैकिंग घनत्व को प्रभावित करते हैं और, परिणामस्वरूप, द्रव के केशिका प्रवाह व्यवहार को प्रभावित करते हैं क्योंकि यहकणों को 2,3,4,5,7,8,14,15 गीला करता है।
पाउडर पैकिंग घनत्व इस तकनीक में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यदि पाउडर को पर्याप्त रूप से पैक नहीं किया जाता है, तो एयर बबल गठन या इमेजिंग के दौरान पाउडर का पृथक्करण हो सकता है, जिससे प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य नमूने को रोका जा सकता है। इसलिए, पाउडर पैक करते समय माइक्रोफ्लुइडिक चैनल (चरण 2.1.1) को टैप करना एक बहुत ही महत्वपूर्ण कदम है। चित्रा 1 एक माइक्रोफ्लुइडिक प्रवाह सेल का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें असंगत पैक पाउडर होता है जब तरल पदार्थ पूरे चैनल में घुसपैठ करता है। पाउडर का पृथक्करण चैनल के इनपुट की ओर देखा जा सकता है। एक बार सेल पैक हो जाने के बाद, प्रयोग चलाने से पहले, लाइटबॉक्स पर पाउडर पैकिंग घनत्व की जांच करना इस प्रकार के असफल प्रयोगों से बचने का एक सहायक तरीका है। इस प्रोटोकॉल में प्रस्तुत पाउडर का विश्लेषण एक मानकीकृत नल घनत्व परीक्षण, विशेष रूप से एएसटीएम डी 7481-18 का उपयोग करके किया गया है, ताकि नल20 के कार्य के रूप में थोक पैकिंग घनत्व की रिपोर्ट की जा सके। एएसटीएम डी 7481-18 को प्रस्तावित प्रोटोकॉल को पूरा करने के लिए आयोजित करने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन एएसटीएम पाउडर पर पूरक जानकारी प्रदान करेगा।
कण आकार वितरण, एक औसत दर्जे की विशेषता, सीधे थोक पैकिंग घनत्व 23,24,25 को प्रभावित करती है। एक पैकिंग प्रणाली में, बड़े कण एक बड़ा शून्य स्थान बनाएंगे, जो छोटे कणों को बसने के लिए एक स्थिति प्रदान करेंगे। बड़े से छोटे कणों के अनुपात को मापने से पाउडर में प्रवेश करने के लिए तरल पदार्थ के लिए शून्य स्थान की मात्रा में अंतर्दृष्टि मिलती है। एक प्रयोग के लिए माइक्रोफ्लुइडिक प्रवाह सेल को पैक करते समय, सभी छोटे कण बड़े कणों द्वारा बनाए गए शून्य स्थान को भर देंगे। उपलब्ध शून्य रिक्त स्थान को कम करने से द्रव परिवहन प्रभावित होगा, साथ ही आणविक और कण प्रतिधारण के लिए अधिक साइटें प्रदान करेंगे। आगे की तकनीक में सुधार के लिए, समान आकार के कणों (उदाहरण के लिए, 60 μm से 65 μm तक के कणों) को यह निर्धारित करने के लिए आगे की जांच करने की आवश्यकता है कि क्या इस तकनीक में केवल कुछ माइक्रोन अंतर के औसत कण आकार वाले कणों के बीच अंतर करने की संवेदनशीलता है।
थोक घनत्व पाउडर की एक आंतरिक संपत्ति नहीं है, क्योंकि यह इस बात पर बहुत निर्भर करता है कि सामग्री कोकैसे संभाला जाता है। चाहे पाउडर इन-हाउस बनाया गया हो या विमान, ट्रेन या कार द्वारा ले जाया गया हो, थोक पैकिंग घनत्व के लिए मूल्य को बहुत प्रभावित कर सकता है, कण आकार वितरण को प्रभावित कर सकता है। क्या पाउडर के नमूने एक कंटेनर के ऊपर बनाम नीचे से चुने जाते हैं, यह भी परिणामों को प्रभावित कर सकता है। अनाज का एक बॉक्स खोलने की कल्पना करें; शीर्ष पर सामग्री में सभी बड़े टुकड़े शामिल हैं, और बॉक्स के निचले भाग में सामग्री में सभी छोटे टुकड़े शामिल हैं। उसी तरह, एक पाउडर जिसने यात्रा से तनाव (कंपन) का अनुभव किया है, उसके पास पूरे कंटेनर में कण आकार ढाल होगा।
बहुलक पाउडर के लिए, यह सत्यापित करना कि प्रवाह कोशिकाओं की आंतरिक सतहों को हाइड्रोफोबिक उपचार प्राप्त हुआ है, अभिन्न अंग है। यदि माइक्रोफ्लुइडिक प्रवाह सेल की दीवारों का इलाज नहीं किया गया है, तो द्रव परिवहन की इमेजिंग करते समय दीवार प्रभाव अक्सर होता है। दीवार प्रभाव तब देखा जाता है जब तरल पदार्थ ब्याज के पाउडर के माध्यम से थोक द्रव प्रवाह की तुलना में दीवार के साथ बहुत तेजी से और दूर तक यात्रा करता है। यदि दीवार हाइड्रोफोबिक नहीं है, तो यह कम से कम प्रतिरोध के मार्ग को बनाने की अनुमति देता है, और तरल पदार्थ उस पथ (दीवार) के साथ बहेगा और पाउडर के माध्यम से नहीं। इसलिए, हाइड्रोफोबिक कोशिकाओं का उपयोग एक छिद्रपूर्ण मीडिया के माध्यम से जलीय प्रणालियों के प्रवाह के अधिक प्रतिनिधि अध्ययन की अनुमति देता है, जबकि हाइड्रोफिलिक कोशिकाओं का उपयोग कार्बनिक प्रणालियों के लिए किया जाना चाहिए।
कुछ बहुलक पाउडर के लिए, पाउडर कणों और प्लास्टिक पाइपेट की नोक के बीच होने वाला ट्राइबोचार्जिंग प्रभाव 26,27 मौजूद हो सकता है। नतीजतन, पाउडर कणों के साथ पिपेट लोड करते समय पाउडर पिपेट टिप के बाहर का पालन कर सकता है। पाउडर आसंजन ने पाउडर या कण पैकिंग को स्थानांतरित करने के साथ कोई समस्या नहीं की है। हालांकि, यदि कण आसंजन एक मुद्दा बन जाता है, तो कुछ संशोधन जो पिपेट का पालन करने वाले कणों की घटना को कम कर सकते हैं, का प्रयास किया जा सकता है। एक विकल्प पाइप के बाहरी सिरे को पानी से कम करना और स्थैतिक बिजली को बाधित करने के लिए नोक को सूखाना है। एक अन्य विकल्प प्लास्टिक के बजाय ग्लास पाइप का उपयोग करना है। एक तीसरा विकल्प पाउडर कणों को अधिक आर्द्र वातावरण में स्थानांतरित करना है।
तकनीक एक 3 डी कण बिस्तर के भीतर द्रव घुसपैठ की लंबाई के एक आयामी (1 डी) माप के लिए एक मितव्ययी विधि है। इसलिए, तकनीक केवल ब्याज की दिशा में अधिमान्य प्रवाह पथ के लिए जिम्मेदार होने में सक्षम होगी।
वर्तमान प्रोटोकॉल एक छिद्रपूर्ण मीडिया के माध्यम से तरल परिवहन पर चर्चा करता है, एक मितव्ययी सेटअप का उपयोग करता है और ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप की जटिलताओं और खर्चों को समाप्त करता है। इसके अतिरिक्त, फ्लोरेसिंग और फोटोलुमिनेसेंट प्रजातियों को उत्तेजित करने के लिए एक यूवी-ट्रांसल्यूमिनेटिंग टेबल के साथ, तकनीक का उपयोग आणविक और नैनोपार्टिकल भाग्य और परिवहन की छवि बनाने के लिए भी किया जा सकता है। इस सेटअप के लिए, आणविक और नैनोपार्टिकल सिस्टम के लिए विलायक प्रोटोकॉल को संशोधित करने की आवश्यकता होगी।
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Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।
Acknowledgments
कोई नहीं।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| µ-Slide I Luer | ibidi | 80191 | Microfluidic flow cell |
| Beaker | Southern Labware | BG1000-800 | Glassware |
| CALIBRE 301-58 LT Natural Polycarbonate Resin | TRINSEO LLC | CALIBRETM 301-58 LT | Natural polycarbonate resin |
| Ethanol | Sigma Aldrich | 1.00983 | Solvent |
| Fume Hood | Kewaunee | Supreme Air LV Fume Hoods | Used with 92 FPM at 18" opening |
| iPhone 7 plus | Apple | Camera | |
| Opaque 3D printed material | The CAD drawing is provided in the supplemental file | ||
| ORGASOL 2002 ES 6 NAT 3 | ARKEMA | A12135 | Polyamide powder |
| Pipet | VWR | 10754-268 | Disposable Transfer Pipet |
| Pipette | Globe Scientific Inc. | 3301-200 | Pipette that can hold 125 µL of fluid |
| Polystyrene | Advanced Laser Materials, LLC. | PS200 | Polystyrene for sintering |
| Tracker | Video analysis and modeling tool | ||
| VariQuest 100 White Light Model 3-3700 | FOTODYNE | 3-3700 | White light |
| Water | Distilled water |
References
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