Summary
A técnica proposta fornecerá uma abordagem nova, eficiente, frugal e não invasiva para a imagem do fluxo fluídico através de um leito de pó embalado, produzindo alta resolução espacial e temporal.
Abstract
O desenvolvimento de novas técnicas de imagem de transporte molecular e coloidal, incluindo nanopartículas, é uma área de investigação ativa em estudos microfluídicos e milifluídicos. Com o advento da impressão tridimensional (3D), um novo domínio de materiais surgiu, aumentando assim a demanda por novos polímeros. Especificamente, os pós poliméricos, com tamanhos médios de partículas da ordem de um mícron, estão experimentando um interesse crescente das comunidades acadêmicas e industriais. O controle da sintonia do material nas escalas de comprimento mesoscópica a microscópica cria oportunidades para desenvolver materiais inovadores, como materiais gradiente. Recentemente, a necessidade de pós poliméricos do tamanho de mícrons tem crescido, à medida que aplicações claras para o material estão se desenvolvendo. A impressão tridimensional fornece um processo de alto rendimento com uma ligação direta a novas aplicações, conduzindo investigações sobre as interações físico-químicas e de transporte em mesoescala. O protocolo discutido neste artigo fornece uma técnica não invasiva para o fluxo de fluido de imagem em leitos de pó embalados, proporcionando alta resolução temporal e espacial, aproveitando a tecnologia móvel que está prontamente disponível a partir de dispositivos móveis, como smartphones. Ao utilizar um dispositivo móvel comum, os custos de imagem que normalmente estariam associados a um microscópio óptico são eliminados, resultando em uma abordagem de ciência frugal. O protocolo proposto caracterizou com sucesso uma variedade de combinações de fluidos e pós, criando uma plataforma de diagnóstico para imagens rápidas e identificando uma combinação ideal de fluido e pó.
Introduction
O jateamento de aglutinante à base de jato de tinta em mídia de pó representa uma tecnologia importante na manufatura aditiva (impressão 3D). O processo de jateamento do aglutinante começa com a deposição de fluidos funcionais em mídia de pó usando um processo de impressão a jato de tinta de digitalização. Especificamente, uma cabeça de impressão a jato de tinta se traduz sobre a superfície do pó, depositando o agente de ligação líquido em uma superfície de pó e, assim, formando uma parte sólida de forma camada por camada1. As tecnologias de jato de aglutinante baseadas em jato de tinta geralmente incluem areia, pós metálicos e pós poliméricos. No entanto, para expandir o espaço dos materiais no jateamento de ligantes, é necessária uma abordagem fundamental para investigar as interações fluido-pó e pó-pó, tribologia, densidade de embalagem de pó e agregação de partículas. Especificamente, para interações fluido-pó, existe uma necessidade crítica para a capacidade de visualizar o fluxo de fluido através de leitos de pó em tempo real. Isso promete ser uma ferramenta poderosa para os pesquisadores incluírem como técnica de caracterização e, potencialmente, como método de triagem para diferentes combinações de fluidos e pós 2,3,4, bem como sistemas mais complexos, como sistemas de impressão 3D de concreto que utilizam métodos de leito de partículas.
O desenvolvimento de novas técnicas de imagem de transporte molecular e coloidal, incluindo nanopartículas, é uma área ativa de investigação em estudos microfluídicos e milifluídicos. Sondar interações intermoleculares por técnicas de imagem pode ser um desafio, já que pouco trabalho foi feito para investigar esses tipos de interações sob as condições de fluxo de fluido insaturado e instável. Muitos dos estudos relatados na literatura têm se concentrado em um meio saturado, pré-molhado e poroso, como o grânulo de vidro 5,6,7,8,9,10,11,12 e solos 13,14,15,16,17,18 . Essa técnica proporciona uma abordagem não invasiva, resultando em alta resolução temporal e espacial 2,3,4,19. Além disso, a técnica desenvolvida fornece um novo método para caracterizar e quantificar o transporte de partículas em nanoescala e em escala mícron em uma variedade de meios porosos, com foco em pós poliméricos.
A técnica proposta utiliza um dispositivo móvel para registrar o transporte fluídico insaturado e instável através de meios poliméricos porosos com dimensões de partículas que são representativas dos pós usados em sistemas de impressão 3D que utilizam tecnologias de fusão fluídica em leito de pó. Essa técnica é vantajosa, pois as células de fluxo são econômicas, reutilizáveis, pequenas e de fácil manuseio, ilustrando os aspectos dominantes da ciência frugal. A capacidade de implementar esses experimentos simples em um estudo de campo é muito direta, eliminando as complicações, o custo e o tempo necessários na microscopia óptica. Dada a facilidade de criar a configuração, o acesso a resultados rápidos e o número mínimo de requisitos de amostra, essa técnica é uma plataforma ideal para triagem diagnóstica.
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Protocol
1. Preparação da célula de fluxo microfluídico
NOTA: Para este protocolo, uma célula de fluxo microfluídico comercial será utilizada. Ao usar um produto comercial projetado para penetração de luz a partir de um microscópio óptico, quaisquer desafios em relação à iluminação de campo brilhante da mídia serão minimizados.
- Comece a preparar a célula de fluxo microfluídico cobrindo a saída com parafilme para selar uma extremidade do canal, de modo que a célula de fluxo vazia possa ser embalada com pó polimérico. Antes de iniciar o experimento, confirme se o canal microfluídico está limpo e seco.
- Cole a régua métrica de papel diretamente abaixo do canal de fluxo.
- Pesar a célula de fluxo microfluídico com o parafilme e a régua ligada. A massa da célula de fluxo é a massa da célula de fluxo descompactada (mu).
2. Embalando o pó no canal
- Ao embalar o pó, use uma pipeta de plástico para transferir o pó. Observe que as partículas podem aderir ao exterior da ponta da pipeta, o que é resultado do tribocharging.
- Ao introduzir o pó no canal, toque na célula de fluxo pelo menos cinco vezes para compactar o pó. Continue embalando até que o pó atinja o início da abertura do canal de fluxo.
NOTA: Tocar compacta o pó dentro do canal com o objetivo de fornecer uma ferramenta de diagnóstico reprodutível. Para certas aplicações, esse esforço pode ser um nível mais alto, menor ou equivalente de compactação em pó do que a compactação observada na aplicação de interesse. Se houver problemas com a reprodutibilidade da torneira ou com o pó de embalagem dentro da aplicação, considere a realização da norma ASTM D7481-1820. - Remova o pó presente na superfície externa da célula de fluxo com um lenço embebido em álcool.
NOTA: Alguns tipos de partículas podem ser hidrofóbicos, de modo que a água pode não remover bem as partículas.
- Ao introduzir o pó no canal, toque na célula de fluxo pelo menos cinco vezes para compactar o pó. Continue embalando até que o pó atinja o início da abertura do canal de fluxo.
- Uma vez que os pós são embalados, inspecione visualmente a célula de fluxo para pó embalado frouxamente. Se o pó dentro da célula de fluxo aparecer embalado frouxamente (Figura 1), toque na célula de fluxo mais cinco vezes. Se a embalagem do pó parecer consistente e compacta, pesar a célula de fluxo para medir a massa do pó polimérico (m p- mu; ver Equação 1).
- Calcular a densidade de embalagem aparente (ρ) utilizando a diferença entre a massa da célula de fluxo não embalada (m u) e a massa da célula de fluxo embalada (mp) e dividindo-a pelo volume da célula de fluxo. O volume da célula de fluxo é então conhecido [comprimento (l): 50 mm, largura (w): 5 mm, profundidade do canal (h): 0,8 mm].
Eq 1 - Confirmar se a densidade de embalagem está na faixa típica de 0,45 g/mL a 0,55 g/mL para pós poliméricos 2,3,4,21. Deixe as células de fluxo no exaustor até que as etapas 3 e 4 sejam concluídas.
CUIDADO: Partículas com diâmetro inferior a 10 μm podem penetrar nos pulmões e potencialmente entrar na corrente sanguínea, o que pode causar problemas de saúde relacionados aos sistemas pulmonar e cardiovascular. Os pós poliméricos que foram utilizados neste experimento têm um diâmetro de partícula de aproximadamente 50 μm. Portanto, a inalação das partículas tem menos potencial para causar problemas de saúde, mas partículas menores estão presentes mesmo em distribuições estreitas de tamanho de partícula. Para o ambiente mais seguro, a preparação das células de fluxo deve ser feita em um exaustor.
- Calcular a densidade de embalagem aparente (ρ) utilizando a diferença entre a massa da célula de fluxo não embalada (m u) e a massa da célula de fluxo embalada (mp) e dividindo-a pelo volume da célula de fluxo. O volume da célula de fluxo é então conhecido [comprimento (l): 50 mm, largura (w): 5 mm, profundidade do canal (h): 0,8 mm].
Eq 13. Preparação do solvente
- Preparar uma solução a 75 % em peso de etanol em água. Note que o solvente será referido como o fluido no resto deste manuscrito.
CUIDADO: Certifique-se de que o copo usado para preparar a solução esteja livre de surfactantes, pois os surfactantes afetarão os resultados.
4. Preparando a mesa de luz branca
- Para evitar inundar o detector (câmera) com muita luz, cubra a mesa de luz com um material opaco, como uma tampa impressa em 3D em filamento de ácido polilático preto (PLA) (Figura 1 Suplementar). Certifique-se de que o material tenha uma abertura do tamanho do microcanal (5 mm x 55 mm) para permitir que a luz ilumine o pó.
NOTA: Muita luz significa que a tela ou o monitor da câmera aparecerá branco e o microcanal não será visível. Portanto, o detector será incapaz de focar a lente no microcanal. - Para garantir que a câmera do dispositivo móvel possa capturar o contraste entre o pó úmido e seco, use a mesa de luz em uma intensidade de luz baixa a média.
NOTA: A intensidade da luz elevada é de 100%. As outras duas configurações são relativas à alta intensidade da luz; a configuração para baixa intensidade de luz é de ~30%, e a intensidade de luz média é de ~65%. - Alinhe a câmera no dispositivo móvel diretamente acima da mesa de luz. Confirme se a câmera está perpendicular à parte superior da tabela de luz (Figura 2).
- Oriente a câmera no dispositivo móvel para que o eixo longo do dispositivo móvel se alinhe com o eixo mais longo da célula de fluxo.
5. Iniciando o experimento
- Coloque a célula de fluxo na mesa de luz e foque a câmera no dispositivo móvel no canal de fluxo.
NOTA: Para obter os melhores resultados, um espaço de gravação mais escuro (iluminação aérea reduzida) normalmente fornecerá melhor resolução de imagem. Se um espaço escuro não estiver disponível, minimizar as mudanças na iluminação aérea (luzes sendo ligadas, desligadas ou escurecidas) durante a gravação deve melhorar os sinais gráficos e minimizar o ruído indesejado no experimento. - Depois de focar a câmera no dispositivo móvel, selecione o botão gravar. Adicione 125 μL de fluido à entrada aberta do microcanal usando um pipeta.
- Registar o caudal durante 2 minutos ou até que todo o pó esteja molhado visivelmente.
6. Analisando os dados
- Transfira o arquivo de vídeo do dispositivo móvel para o computador para facilitar o acesso. Observe que vídeos com mais de 2 minutos podem não ser carregados no software no momento, pois o tamanho do arquivo pode ser excessivamente grande.
- Baixe Tracker, um software gratuito do site Physlets22. Este software pode rastrear posição, velocidade e aceleração nos seguintes arquivos de vídeo: .mov, .avi, .mp4, .flv, .wmv, etc. Para as etapas a seguir, consulte Arquivo Suplementar.
NOTA: Para usuários de Mac, instale a versão mais recente do software para que o software funcione corretamente. Além disso, os usuários de Mac podem exigir um mecanismo de vídeo (Xuggle), arquivos GIF animados (.gif) ou sequências de imagens que consistam em uma ou mais imagens digitais (.jpg, .png ou coladas da área de transferência). - Depois que o software estiver instalado, abra o software Tracker. No menu Arquivo , selecione Abrir arquivo para carregar o arquivo de vídeo transferido da etapa 6.1 na área de trabalho do computador.
- Clique no ícone Configurações do clipe , que se parece com a tira de filme, para definir o Quadro inicial e o Tamanho da etapa.
Observação : colocar o mouse sobre um ícone irá identificar o ícone.- Defina o quadro inicial. O Quadro Inicial é definido como o quadro no qual o primeiro contraste (o contraste entre o pó úmido e seco) é observado.
- Defina o tamanho da etapa. Tamanho da etapa refere-se ao tamanho da etapa do quadro, que o software analisaria. De experimentos anteriores, o tamanho ideal do passo é 10.
- Clique na Ferramenta de calibração, o ícone com a régua azul, à direita do botão Configurações do clipe . Em Novo, selecione Vara de calibração.
- Para ampliar a régua no vídeo, clique com o botão direito do mouse na área a ser ampliada e selecione Ampliar na lista. Uma vez devidamente ampliado, defina o início e o fim de 1 mm na régua colada ao microcanal e Tipo 1 mm para definir a distância.
- Clique na Ferramenta Eixo de Coordenadas, que é o ícone roxo, à direita da Ferramenta de Calibração. Defina a Origem para os eixos x e y, usando o quadro inicial ao executar esta etapa.
- Para definir o ponto inicial de análise, crie uma Massa de Ponto. Clique em Criar e, em seguida, selecione Point Mass. Use Shift + Control para alterar o tamanho do retângulo. O ponto inicial é onde a entrada e o canal se conectam.
NOTA: O retângulo indica o domínio, definido pelo usuário, que o software irá digitalizar para encontrar o pó úmido e seco contrastante. O limite permite que o usuário defina a região onde o ponto inicial será observado.- Clique em Pesquisar em Avançar algumas vezes para verificar se o software está analisando a área correta. Se o software estiver funcionando corretamente, clique em Pesquisar e aguarde até que o software termine de analisar o vídeo. Se o software não conseguir encontrar automaticamente uma intensidade de imagem correspondente do quadro anterior para o quadro atual, o software será interrompido e aguardará que o usuário redefina a área de pesquisa.
NOTA: Para reprodutibilidade e capacidade de comparar diferentes resultados experimentais, escolha o ponto mais rápido ou mais lento da frente de fluxo fluídico (região de contraste entre o pó molhado e seco) para cada amostra. - Se um erro de análise for observado nos dados plotados ao vivo no lado direito da tela do Rastreador, clique no Ponto de Dados uma vez na etapa anterior ao ponto de dados errado. Na tela principal, modifique o local da área de pesquisa retangular vermelha para pesquisar a região de interesse e repita a etapa 6.8.1.
Observação : se houver um erro, clique com o botão direito do mouse no ponto de dados impreciso e desmarque o ponto para análise posterior.
- Clique em Pesquisar em Avançar algumas vezes para verificar se o software está analisando a área correta. Se o software estiver funcionando corretamente, clique em Pesquisar e aguarde até que o software termine de analisar o vídeo. Se o software não conseguir encontrar automaticamente uma intensidade de imagem correspondente do quadro anterior para o quadro atual, o software será interrompido e aguardará que o usuário redefina a área de pesquisa.
- Quando a análise estiver concluída, copie e cole os resultados em uma planilha. Os resultados salvos na planilha compreendem os dados de distância e tempo.
- Plote os dados copiados na planilha como a distância de transporte de fluido através do leito de pó em função do tempo.
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Representative Results
Na seção sobre análise de dados, os dados para as imagens de lapso de tempo na Figura 3 ilustram a solução de etanol a 75% em peso infiltrada no pó de policarbonato (PC). A fluoresceína foi adicionada à solução para melhorar a qualidade da imagem desta publicação. Nas imagens de lapso de tempo, o processo resolvido pelo tempo começa quando o fluido é adicionado à entrada. O tempo, t, começa assim que o fluido começa a penetrar no canal. A série de imagens demonstra a progressão do fluido e da fluoresceína. No PC, o fluido e a fluoresceína são transportados na mesma taxa de fluxo. Os círculos vermelhos abertos no gráfico da Figura 4 representam o tempo e a distância exatos das informações compiladas encontradas na Tabela 1. A infiltração do fluido no leito de pó combinada com os passos de tempo incrementais (círculos vermelhos) são representados visualmente na Figura 3.
No intervalo de 1 s a 2 s, a distância percorrida pelo fluido dobrou. Durante o intervalo de 2 s a 5 s, a distância que o fluido percorreu também dobra. De 5 s a 10 s, o fluido ainda está se movendo rapidamente. No entanto, após 15 s, a taxa de fluxo está diminuindo para uma taxa de aproximadamente 2 mm a cada 5 s. Para uma única combinação de pó e fluido, cinco testes são realizados em um único grupo. O número total de testes pode variar para cada grupo. Por exemplo, se um dos cinco experimentos falhar, um novo microcanal embalado será analisado em vez do teste com falha. A falha é definida como um fluido que não penetra no leito de pó ou penetra apenas parcialmente no leito de pó por causa das bolhas que se formam no canal resultantes da embalagem de pó inconsistente. Para observar o desvio padrão entre um conjunto de testes em um grupo, consulte Donovan 21, especificamente a Figura 19 e a Figura 21.
Figura 1: Pó polimérico embalado vagamente em uma célula de fluxo microfluídico que pode resultar em um experimento fracassado se não for abordado. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Uma representação em desenho animado da configuração experimental. Esta imagem não é desenhada em escala. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Uma série representativa de lapso de tempo de imagens de um único experimento. Imagens da esquerda para a direita exemplificam o fluxo de solvente (aprimorado com corante fluorescente para visualização) através do leito poroso embalado. Observe que a frente principal não é uniforme, portanto, uma distância média da frente de propagação é normalmente usada. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Representação quantitativa da distância média de propagação (Δl) versus tempo (t) à medida que o fluido penetra no leito de pó embalado. Os círculos vermelhos representam pontos de dados para cada incremento de tempo visto na Figura 3. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Tempo(es) | Distância (mm) |
| 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 |
Tabela 1: Valores de distância e tempo para os pontos vermelhos mostrados na Figura 4.
Figura 1 suplementar: Desenho CAD da tampa opaca da impressora 3D em filamento de ácido polilático preto (PLA). Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo Suplementar: Capturas de tela das etapas envolvidas na análise de dados usando o software de rastreamento. Clique aqui para baixar este arquivo.
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Discussion
O protocolo fornecido é altamente dependente das características materiais das partículas escolhidas. As propriedades do material que impactam o fluxo incluem a distribuição do tamanho das partículas 2,3,4,5,11,21, a rugosidade da superfície das partículas 11, as propriedades químicas na superfície das partículas 2,3,4,5,11,16,21,23, 24,25, momentos de dipolo molecular, forma de partícula 11 e interações partícula-partícula 2,3,4,5,11,16,23,24,25,26,27 . Essas propriedades afetam diretamente a densidade de embalagem do pó no canal microfluídico e, consequentemente, o comportamento do fluxo capilar do fluido à medida que ele molha as partículas 2,3,4,5,7,8,14,15.
A densidade de embalagem do pó desempenha um papel muito importante nesta técnica. Se o pó não for embalado com densidade suficiente, pode ocorrer a formação de bolhas de ar ou a segregação do pó durante a imagem, impedindo uma amostra reprodutível. Portanto, tocar no canal microfluídico (etapa 2.1.1) durante a embalagem em pó é um passo muito crucial. A Figura 1 representa uma célula de fluxo microfluídico com pó embalado inconsistente depois que o fluido se infiltrou em todo o canal. A segregação dos pós pode ser vista em direção à entrada do canal. Uma vez que a célula é embalada, antes de executar o experimento, verificar a densidade da embalagem de pó na caixa de luz é uma maneira útil de evitar esses tipos de experimentos fracassados. Os pós apresentados neste protocolo foram analisados utilizando um teste padronizado de densidade da torneira, especificamente ASTM D7481-18, para relatar a densidade da embalagem a granel em função das torneiras20. A ASTM D7481-18 não precisa ser conduzida para que o protocolo proposto seja concluído, mas a ASTM fornecerá informações suplementares sobre o pó.
A distribuição granulométrica, característica mensurável, impacta diretamente a densidade de embalagem a granel23,24,25. Em um sistema de embalagem, partículas maiores criarão um grande espaço vazio, fornecendo uma posição para as pequenas partículas se estabelecerem. Medir a proporção de partículas grandes para pequenas fornece informações sobre o volume de espaço vazio para o fluido penetrar no pó. Ao embalar a célula de fluxo microfluídico para um experimento, todas as pequenas partículas preencherão o espaço vazio que é feito por partículas maiores. Minimizar os espaços vazios disponíveis afetará o transporte de fluidos, além de fornecer mais locais para que a retenção molecular e de partículas ocorra. Para melhorar ainda mais a técnica, as partículas de tamanho semelhante (por exemplo, aquelas partículas de 60 μm a 65 μm) precisam ser mais investigadas para determinar se essa técnica tem a sensibilidade de diferenciar entre partículas com um tamanho médio de partícula de apenas alguns mícrons de diferença.
A densidade aparente não é uma propriedade intrínseca do pó, pois é muito dependente de como o material é manuseado26. Se o pó foi feito internamente ou transportado por avião, trem ou carro pode afetar muito o valor da densidade de embalagem a granel, afetando a distribuição do tamanho das partículas. Se as amostras de pó são selecionadas do topo versus o fundo de um recipiente também pode afetar os resultados. Imagine abrir uma caixa de cereais; o material na parte superior é composto de todas as peças grandes, e o material na parte inferior da caixa é composto por todas as peças menores. Da mesma forma, um pó que tenha experimentado estresse (vibrações) de viagem terá um gradiente de tamanho de partícula em todo o recipiente.
Para pós poliméricos, verificar se as superfícies internas das células de fluxo receberam um tratamento hidrofóbico é integral. Se as paredes da célula de fluxo microfluídico não tiverem sido tratadas, os efeitos da parede geralmente ocorrem ao visualizar o transporte de fluido. Os efeitos da parede são observados quando o fluido viaja ao longo da parede muito mais rápido e mais longe do que o fluxo de fluido a granel através do pó de interesse. Se a parede não for hidrofóbica, ela permite um caminho de menor resistência à forma, e o fluido fluirá ao longo desse caminho (a parede) e não através do pó. Portanto, a utilização de células hidrofóbicas permite um estudo mais representativo do fluxo de sistemas aquosos através de um meio poroso, enquanto as células hidrofílicas devem ser utilizadas para sistemas orgânicos.
Para alguns pós poliméricos, um efeito tribocharging26,27 que ocorre entre as partículas de pó e a ponta do tubo de plástico pode estar presente. Como resultado, o pó pode aderir ao exterior da ponta da pipeta ao carregar a pipeta com partículas de pó. A adesão do pó não causou nenhum problema com a transferência do pó ou da embalagem de partículas. No entanto, se a adesão de partículas se tornar um problema, algumas modificações que podem reduzir a ocorrência de partículas aderindo ao pipeto podem ser tentadas. Uma opção é umedecer a ponta externa da pipeta com água e secar a ponta para interromper a eletricidade estática. Outra opção é usar um pipeta de vidro em vez de plástico. Uma terceira opção é transferir as partículas de pó em um ambiente mais úmido.
A técnica é um método frugal para uma medição unidimensional (1D) do comprimento de intrusão de fluido dentro de um leito de partículas 3D. Portanto, a técnica só será capaz de explicar o caminho de fluxo preferencial na direção do interesse.
O protocolo atual discute o transporte fluídico através de um meio poroso, utilizando uma configuração frugal e eliminando as complicações e despesas de um microscópio óptico. Além disso, com uma mesa de transiluminação UV para excitar as espécies fluorescentes e fotoluminescentes, a técnica também poderia ser usada para obter imagens do destino e transporte molecular e de nanopartículas. Para essa configuração, o protocolo de solvente precisaria ser modificado para os sistemas molecular e de nanopartículas.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Nenhum.
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
- Redwood, B., Schoffer, F., Garret, B. The 3D Printing Handbook. , 3D HUBS. Amsterdam, NL. (2018).
- Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210087418. , Available from: https://uspto.report/patent/app/20210087418 (2021).
- Emamjomeh, A., et al. Three dimensional printing, Patent ID: 20210095152. , Available from: https://uspto.report/patent/app/2021009515.2 (2021).
- Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Midrez, N., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210107216. , Available from: https://uspto.report/patent/app/20210107216#C00011 (2021).
- Petosa, A. R., Brennan, S. J., Rajput, F., Tufenkji, N. Transport of two metal oxide nanoparticles in saturated granular porous media: Role of water chemistry and particle coating. Water Research. 46 (4), 1273-1285 (2012).
- Giordano, S. Effective medium theory for dispersions of dielectric ellipsoids. Journal of Electrostatics. 58 (1-2), 59-76 (2003).
- Toloni, I., Lehmann, F., Ackerer, P. Modeling the effects of water velocity on TiO2 nanoparticles transport in saturated porous media. Journal of Contaminant Hydrology. 171, 42-48 (2014).
- Dang-Vu, T., Hupka, J. Characterization of porous materials by capillary rise method. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 39, 47-65 (2005).
- Huang, W. E., Smith, C. C., Lerner, D. N., Thornton, S. F., Oram, A. Physical modelling of solute transport in porous media: evaluation of an imaging technique using UV excited fluorescent dye. Water Research. 36 (7), 1843-1853 (2002).
- Zhao, J., Li, H., Cheng, G., Cai, Y. On predicting the effective elastic properties of polymer nanocomposites by novel numerical implementation of asymptotic homogenization method. Composite Structures. 135, 297-305 (2016).
- Seymour, M. B., Chen, G., Su, C., Li, Y. Transport and retention of colloids in porous media: Does shape really matter. Environmental Science and Technology. 47 (15), 8391-8398 (2013).
- Ochiai, N., Kraft, E. L., Selker, J. S. Methods for colloid transport visualization in pore networks. Water Resources Research. 42 (12), (2006).
- Rottman, J., Sierra-Alvarez, R., Shadman, F. Real-time monitoring of nanoparticle retention in porous media. Environmental Chemistry Letters. 11 (1), 71-76 (2013).
- Xing, Y., Chen, X., Chen, X., Zhuang, J. Colloid-mediated transport of pharmaceutical and personal care products through porous media. Scientific Reports. 6 (1), 1-10 (2016).
- Dathe, A., et al. Functional models for colloid retention in porous media at the triple line. Environmental Science and Pollution Research. 21 (15), 9067-9080 (2014).
- Zhang, T., et al. Investigation of nanoparticle adsorption during transport in porous media. SPE Journal. 20 (4), 667-677 (2015).
- Zhang, Q., Karadimitriou, N. K., Hassanizadeh, S. M., Kleingeld, P. J., Imhof, A. Study of colloids transport during two-phase flow using a novel polydimethylsiloxane micro-model. Journal of Colloid and Interface Science. 401, 141-147 (2013).
- Environmental Protection Agency. Health and environmental effects of particulate matter (PM). EPA. , Available from: https://www.epa.gov/pm-pollution/health-and-environmental-effects-particulate-matter-pm (2021).
- Bridge, J. W., Banwart, S. A., Heathwaite, A. L. Noninvasive quantitative measurement of colloid transport in mesoscale porous media using time lapse fluorescence imaging. Environmental Science & Technology. 40 (19), 5930-5936 (2006).
- ASTMInternational. Standard test methods for determining loose and tapped bulk densities of powders using a graduated cylinder. ASTMInternational. , (2018).
- Donovan, K. J. Microfluidic investigations of capillary flow and surface phenomena in porous polymeric media for 3D printing. , Oregon State University. (2019).
- Brown, D., et al. 34;Try Tracker Online." Tracker Video Analysis and Modeling Tool for Physics Education. , Available from: https://physlets.org/tracker/ (2022).
- Janssen, P. H. M., Depaifve, S., Neveu, A., Francqui, F., Dickhoff, B. H. J. Impact of powder properties on the rheological behavior of excipients. Pharmaceutics. 13 (8), 1198 (2021).
- Boschini, F., Delaval, V., Traina, K., Vandewalle, N., Lumay, G. Linking flowability and granulometry of lactose powders. International Journal of Pharmaceutics. 494 (1), 312-320 (2015).
- Yablokova, G., et al. Rheological behavior of β-Ti and NiTi powders produced by atomization for SLM production of open porous orthopedic implants. Powder Technology. 283, 199-209 (2015).
- Lumay, G., Fiscina, J., Ludewig, F., Vandewalle, N. Influence of cohesive forces on the macroscopic properties of granular assemblies. AIP Conference Proceedings. 1542, 995 (2013).
- Lumay, G., et al. Effect of relative air humidity on the flowability of lactose powders. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 35, 207-212 (2016).
