Summary
Предлагаемый метод обеспечит новый, эффективный, бережливый и неинвазивный подход к визуализации текучего потока через упакованный слой порошка, что дает высокое пространственное и временное разрешение.
Abstract
Разработка новых методов визуализации молекулярного и коллоидного транспорта, включая наночастицы, является областью активных исследований в микрофлюидных и миллифлюидных исследованиях. С появлением трехмерной (3D) печати появилась новая область материалов, тем самым увеличивая спрос на новые полимеры. В частности, полимерные порошки со средним размером частиц порядка микрона вызывают растущий интерес со стороны академических и промышленных сообществ. Контроль перенастраиваемости материала на мезоскопическом и микроскопическом масштабах длины создает возможности для разработки инновационных материалов, таких как градиентные материалы. В последнее время потребность в полимерных порошках микронного размера растет, поскольку развиваются четкие применения материала. Трехмерная печать обеспечивает высокопроизводительный процесс с прямой связью с новыми приложениями, стимулируя исследования физико-химических и транспортных взаимодействий на мезомасштабе. Протокол, который обсуждается в этой статье, предоставляет неинвазивный метод для изображения потока жидкости в упакованных порошковых слоях, обеспечивая высокое временное и пространственное разрешение при использовании мобильных технологий, которые легко доступны с мобильных устройств, таких как смартфоны. При использовании общего мобильного устройства затраты на визуализацию, которые обычно связаны с оптическим микроскопом, устраняются, что приводит к экономному научному подходу. Предложенный протокол успешно охарактеризовал различные комбинации жидкостей и порошков, создав диагностическую платформу для быстрой визуализации и определения оптимальной комбинации жидкости и порошка.
Introduction
Струйная струйная струя связующего в порошковую среду представляет собой важную технологию в аддитивном производстве (3D-печать). Процесс струйной печати связующего начинается с осаждения функциональных жидкостей в порошковые среды с использованием процесса сканирующей струйной печати. В частности, струйная печатающая головка транслирует по поверхности порошка, нанося жидкий связующий агент на поверхность порошка и тем самым образуя твердую часть послойно1. Технологии струйного связующего на основе струйной печати обычно включают песок, металлические порошки и полимерные порошки. Однако для расширения пространства материалов в струйной обработке связующего требуется фундаментальный подход к исследованию взаимодействия жидкости с порошком и порошком и порошком и порошком, трибологии, плотности упаковки порошка и агрегации частиц. В частности, для взаимодействия жидкости и порошка существует критическая потребность в возможности изображения потока жидкости через порошковые слои в режиме реального времени. Это обещает стать мощным инструментом для исследователей, чтобы включить в качестве метода характеристики и, возможно, в качестве метода скрининга для различных комбинаций жидкостей и порошков 2,3,4, а также более сложных систем, таких как конкретные системы 3D-печати, которые используют методы слоя частиц.
Разработка новых методов визуализации молекулярного и коллоидного транспорта, включая наночастицы, является активной областью исследований в микрофлюидных и миллифлюидных исследованиях. Зондирование межмолекулярных взаимодействий с помощью методов визуализации может быть сложной задачей, поскольку было проделано мало работы по исследованию этих типов взаимодействий в условиях ненасыщенного и нестационарного потока жидкости. Многие из исследований, о которых сообщается в литературе, были сосредоточены на насыщенных, предварительно смаченных, пористых средах, таких как стеклянные шарики 5,6,7,8,9,10,11,12 и почвы 13,14,15,16,17,18 . Этот метод обеспечивает неинвазивный подход, что приводит к высокому временному и пространственному разрешению 2,3,4,19. Кроме того, разработанный метод обеспечивает новый метод характеристики и количественной оценки переноса частиц в нано- и микронном масштабе в различных пористых средах, уделяя особое внимание полимерным порошкам.
Предлагаемый метод использует мобильное устройство для регистрации ненасыщенного, нестационарного переноса жидкости через пористые полимерные среды с размерами частиц, которые являются репрезентативными для порошков, используемых в системах 3D-печати, в которых используются технологии плавления с псевдоожиженным порошковым слоем. Этот метод выгоден, поскольку проточные ячейки являются экономически эффективными, многоразовыми, маленькими и легко обрабатываемыми, иллюстрируя доминирующие аспекты бережливой науки. Возможность реализовать эти простые эксперименты в полевом исследовании очень проста, устраняя осложнения, стоимость и время, которые требуются для оптической микроскопии. Учитывая простоту создания установки, доступ к быстрым результатам и минимальное количество требований к образцам, этот метод является оптимальной платформой для диагностического скрининга.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Подготовка микрофлюидной проточной клетки
ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого протокола будет использоваться коммерческая микрофлюидная проточная ячейка. Используя коммерческий продукт, предназначенный для проникновения света из оптического микроскопа, любые проблемы, связанные с ярким освещением среды, будут сведены к минимуму.
- Начните подготовку микрофлюидной проточной ячейки, покрыв выходное отверстие парапленкой для герметизации одного конца канала, чтобы пустая проточная ячейка могла быть упакована полимерным порошком. Перед началом эксперимента подтвердите, что микрофлюидный канал чистый и сухой.
- Лента метрической бумажной линейки непосредственно под каналом потока.
- Взвесьте микрофлюидную проточную ячейку с прикрепленной парапленкой и линейкой. Масса проточной ячейки представляет собой неупакованную массу проточной ячейки (мед).
2. Упаковка порошка в канал
- При упаковке порошка используйте пластиковую пипетку для переноса порошка. Обратите внимание, что частицы могут прилипать к внешней стороне наконечника пипетки, что является результатом трибозарядки.
- При введении порошка в канал постукивайте по проточной ячейке не менее пяти раз, чтобы уплотнить порошок. Продолжайте упаковку до тех пор, пока порошок не достигнет начала открытия проточного канала.
ПРИМЕЧАНИЕ: Постукивание уплотняет порошок в канале с целью обеспечения воспроизводимого диагностического инструмента. Для некоторых применений это усилие может быть более высоким, более низким или эквивалентным уровнем уплотнения порошка, чем уплотнение, которое наблюдается при применении интереса. Если есть проблемы с воспроизводимостью постукивания или с упаковочным порошком в пределах применения, рассмотрите возможность выполнения ASTM D7481-1820. - Удалите порошок, присутствующий на внешней поверхности проточной ячейки, салфеткой, смоченной в спирте.
ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые типы частиц могут быть гидрофобными, поэтому вода может плохо удалять частицы.
- При введении порошка в канал постукивайте по проточной ячейке не менее пяти раз, чтобы уплотнить порошок. Продолжайте упаковку до тех пор, пока порошок не достигнет начала открытия проточного канала.
- После того, как порошки упакованы, визуально осмотрите проточную ячейку на наличие неплотно упакованного порошка. Если порошок внутри проточной ячейки кажется свободно упакованным (рисунок 1), коснитесь проточной ячейки еще пять раз. Если упаковка порошка кажется однородной и компактной, взвесьте проточную ячейку для измерения массы полимерного порошка (mp- mu; см. Уравнение 1).
- Рассчитайте плотность насыпной упаковки (ρ), используя разницу между неупакованной (му)) и упакованной массой проточной ячейки (мр) и разделив ее на объем проточной ячейки. Затем известен объем проточной ячейки [длина (д): 50 мм, ширина (ш): 5 мм, глубина канала (в): 0,8 мм].
Экв. 1 - Подтвердить, что плотность упаковки находится в типичном диапазоне от 0,45 г/мл до 0,55 г/мл для полимерных порошков 2,3,4,21. Оставьте проточные ячейки в вытяжном шкафу до тех пор, пока не будут завершены шаги 3 и 4.
ВНИМАНИЕ: Частицы диаметром менее 10 мкм могут проникать в легкие и потенциально попадать в кровоток, что может вызвать проблемы со здоровьем, связанные с легочной и сердечно-сосудистой системами. Полимерные порошки, которые использовались в этом эксперименте, имеют диаметр частиц приблизительно 50 мкм. Таким образом, вдыхание частиц имеет меньший потенциал для возникновения проблем со здоровьем, но более мелкие частицы присутствуют даже в узких распределениях частиц по размерам. Для наиболее безопасной среды подготовка проточных ячеек должна производиться в вытяжном шкафу.
- Рассчитайте плотность насыпной упаковки (ρ), используя разницу между неупакованной (му)) и упакованной массой проточной ячейки (мр) и разделив ее на объем проточной ячейки. Затем известен объем проточной ячейки [длина (д): 50 мм, ширина (ш): 5 мм, глубина канала (в): 0,8 мм].
Экв. 13. Приготовление растворителя
- Готовят 75 мас.% раствор этанола в воде. Обратите внимание, что растворитель будет называться жидкостью в остальной части этой рукописи.
ВНИМАНИЕ: Убедитесь, что стакан, используемый для приготовления раствора, свободен от каких-либо поверхностно-активных веществ, так как поверхностно-активные вещества будут влиять на результаты.
4. Подготовка стола белого света
- Чтобы предотвратить затопление детектора (камеры) слишком большим количеством света, накройте световой стол непрозрачным материалом, таким как 3D-печатная крышка из черной нити накаливания полимолочной кислоты (PLA) (дополнительный рисунок 1). Убедитесь, что материал имеет отверстие размером с микроканал (5 мм х 55 мм), чтобы свет освещал порошок.
ПРИМЕЧАНИЕ: Слишком много света означает, что экран или монитор камеры будут выглядеть белыми, а микроканал не будет виден. Поэтому детектор не сможет сфокусировать объектив на микроканале. - Чтобы убедиться, что камера на мобильном устройстве может улавливать контраст между влажным и сухим порошком, используйте световой стол с низкой и средней интенсивностью света.
ПРИМЕЧАНИЕ: Высокая интенсивность света составляет 100%. Две другие настройки относятся к высокой интенсивности света; настройка для низкой интенсивности света составляет ~ 30%, а средняя интенсивность света - ~ 65%. - Выровняйте камеру на мобильном устройстве непосредственно над световым столом. Убедитесь, что камера перпендикулярна верхней части светового стола (рисунок 2).
- Ориентируйте камеру на мобильном устройстве так, чтобы длинная ось мобильного устройства совпадала с самой длинной осью проточной ячейки.
5. Начало эксперимента
- Поместите проточную ячейку на световой стол и сфокусируйте камеру на мобильном устройстве на канале потока.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для достижения оптимальных результатов более темное (с уменьшенным верхним освещением) пространство для записи обычно обеспечивает лучшее разрешение изображения. Если темное пространство недоступно, минимизация изменений в верхнем освещении (включение, выключение или затемнение света) во время записи должна улучшить графические сигналы и свести к минимуму нежелательный шум в эксперименте. - После фокусировки камеры на мобильном устройстве нажмите кнопку записи. Добавьте 125 мкл жидкости в открытое входное отверстие микроканала с помощью пипетки.
- Запишите поток в течение 2 минут или до тех пор, пока весь порошок не смачивается визуально.
6. Анализ данных
- Перенесите видеофайл с мобильного устройства на компьютер для удобного доступа. Обратите внимание, что видео более 2 минут могут не загружаться в программное обеспечение в это время, так как размер файла может быть чрезмерно большим.
- Скачайте Tracker, бесплатное программное обеспечение с сайта Physlets22. Это программное обеспечение может отслеживать положение, скорость и ускорение в следующих видеофайлах: .mov, .avi, .mp4, .flv, .wmv и т. Д. Для следующих шагов, пожалуйста, обратитесь к Дополнительному файлу.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для пользователей Mac установите последнюю версию программного обеспечения для правильной работы программного обеспечения. Кроме того, пользователям Mac может потребоваться видеодвигатель (Xuggle), анимированные GIF-файлы (.gif) или последовательности изображений, состоящие из одного или нескольких цифровых изображений (.jpg, .png или вставленных из буфера обмена). - После установки программного обеспечения откройте программное обеспечение Tracker. В меню Файл выберите Команду Открыть файл , чтобы загрузить переданный видеофайл из шага 6.1 на рабочий стол компьютера.
- Щелкните значок «Параметры клипа», который выглядит как полоса пленки, чтобы определить начальный кадр и размер шага.
ПРИМЕЧАНИЕ: Наведение указателя мыши на значок определит его.- Определите начальный кадр. Стартовый кадр определяется как кадр, в котором наблюдается первый контраст (контраст между влажным и сухим порошком).
- Задайте размер шага. Step Size относится к размеру шага кадра, который программное обеспечение будет анализировать. Из предыдущих экспериментов оптимальный размер шага равен 10.
- Нажмите на инструмент калибровки, значок с синей линейкой, справа от кнопки Настройки клипа . В разделе Создать выберите Калибровочный стик.
- Чтобы увеличить масштаб линейки в видео, щелкните правой кнопкой мыши область для увеличения и выберите Увеличить из списка. После соответствующего увеличения определите начало и конец 1 мм на линейке, прикрепленной к микроканалу, и введите 1 мм, чтобы определить расстояние.
- Нажмите на инструмент «Координатная ось», который представляет собой фиолетовый значок, справа от инструмента калибровки. Задайте Origin для осей x и y, используя начальный кадр при выполнении этого шага.
- Чтобы определить начальную точку анализа, создайте точечную массу. Нажмите « Создать», затем выберите «Массу точек». Используйте Shift + Control для изменения размера прямоугольника. Начальная точка — это место, где соединяются входное отверстие и канал.
ПРИМЕЧАНИЕ: Прямоугольник указывает домен, определенный пользователем, который программное обеспечение будет сканировать, чтобы найти контрастный влажный и сухой порошок. Граница позволяет пользователю определить область, где будет наблюдаться начальная точка.- Нажмите «Поиск далее» пару раз, чтобы убедиться, что программное обеспечение анализирует правильную область. Если программное обеспечение работает правильно, нажмите «Поиск» и подождите, пока программное обеспечение завершит анализ видео. Если программное обеспечение не может автоматически найти соответствующую интенсивность изображения от предыдущего кадра к текущему кадру, программное обеспечение остановится и подождет, пока пользователь переопределит область поиска.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для воспроизводимости и возможности сравнения различных экспериментальных результатов выберите самую быструю или самую медленную точку фронта текучего потока (область контраста между смачиваемым и сухим порошком) для каждого образца. - Если ошибка анализа наблюдается на динамических построенных данных в правой части экрана Tracker, нажмите на точку данных один раз на шаге перед ошибочной точкой данных. На главном экране измените местоположение красной прямоугольной области поиска для поиска интересующей области и повторите шаг 6.8.1.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если ошибка существует, щелкните правой кнопкой мыши на точке неточных данных и отмените выбор точки для дальнейшего анализа.
- Нажмите «Поиск далее» пару раз, чтобы убедиться, что программное обеспечение анализирует правильную область. Если программное обеспечение работает правильно, нажмите «Поиск» и подождите, пока программное обеспечение завершит анализ видео. Если программное обеспечение не может автоматически найти соответствующую интенсивность изображения от предыдущего кадра к текущему кадру, программное обеспечение остановится и подождет, пока пользователь переопределит область поиска.
- После завершения анализа скопируйте и вставьте результаты в электронную таблицу. Результаты, сохраненные в электронной таблице, включают данные о расстоянии и времени.
- Отобразите скопированные данные в электронной таблице как расстояние переноса жидкости через порошковый слой в зависимости от времени.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В разделе, посвященном анализу данных, данные для покадровых изображений на рисунке 3 иллюстрируют 75 мас.% раствор этанола, проникающий в порошок поликарбоната (ПК). Флуоресцеин был добавлен в раствор для улучшения качества изображения для этой публикации. На покадровых изображениях процесс с временным разрешением начинается, когда жидкость добавляется на вход. Время, т, начинается, как только жидкость начинает проникать в канал. Серия изображений демонстрирует прогрессирование жидкости и флуоресцеина. В ПК жидкость и флуоресцеин транспортируются с одинаковой скоростью потока. Открытые красные круги на графике на рисунке 4 представляют точное время и расстояние скомпилированной информации, найденной в таблице 1. Инфильтрация жидкости в слой порошка в сочетании с инкрементными временными шагами (красными кругами) визуально представлена на фиг.3.
В интервале от 1 с до 2 с расстояние, пройденное жидкостью, удвоилось. Во время интервала от 2 с до 5 с расстояние, которое прошла жидкость, также удваивается. От 5 с до 10 с жидкость все еще движется быстро. Однако через 15 с скорость потока замедляется примерно до 2 мм каждые 5 с. Для одной комбинации порошка и жидкости в одной группе проводятся пять тестов. Общее количество тестов может варьироваться для каждой группы. Например, если один из пяти экспериментов потерпит неудачу, то вместо неудачного теста будет проанализирован новый упакованный микроканал. Разрушение определяется как жидкость, которая не проникает в порошковый слой или только частично проникает в порошковый слой из-за пузырьков, образующихся в канале в результате непоследовательной упаковки порошка. Чтобы наблюдать стандартное отклонение между набором тестов в группе, обратитесь к Доновану21, в частности к рисунку 19 и рисунку 21.
Рисунок 1: Полимерный порошок, свободно упакованный в микрофлюидную проточную ячейку, которая может привести к неудачному эксперименту, если не будет рассмотрена. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Карикатурное представление экспериментальной установки. Это изображение не нарисовано в масштабе. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Репрезентативная покадровая серия изображений из одного эксперимента. Изображения слева направо иллюстрируют поток растворителя (усиленного флуоресцентным красителем для визуализации) через упакованный пористый слой. Обратите внимание, что ведущий фронт не является однородным, поэтому обычно используется среднее расстояние от распространяющегося фронта. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Количественное представление среднего расстояния распространения (Δл) по отношению ко времени (t) при проникновении жидкости в упакованный слой порошка. Красные круги представляют точки данных для каждого временного приращения, показанного на рисунке 3. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
| Время (ы) | Расстояние (мм) |
| 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 |
Таблица 1: Значения расстояния и времени для красных точек, показанных на рисунке 4.
Дополнительный рисунок 1: CAD-чертеж непрозрачной крышки 3D-принтера в черной нити полимолочной кислоты (PLA). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл: скриншоты шагов, связанных с анализом данных с помощью программного обеспечения для отслеживания. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Предоставляемый протокол сильно зависит от материальных характеристик выбранных частиц. Свойства материала, влияющие на поток, включают распределение частиц по размерам 2,3,4,5,11,21, шероховатость поверхности частиц 11, химические свойства на поверхности частиц 2,3,4,5,11,16,21,23, 24,25, молекулярные дипольные моменты, формачастицы 11 и взаимодействия частица-частица 2,3,4,5,11,16,23,24,25,26,27 . Эти свойства непосредственно влияют на плотность упаковки порошка в микрофлюидном канале и, следовательно, на поведение капиллярного потока жидкости при ее смачивании частиц 2,3,4,5,7,8,14,15.
Плотность упаковки порошка играет очень важную роль в этой технике. Если порошок не упакован достаточно плотно, может произойти образование пузырьков воздуха или сегрегация порошка во время визуализации, что препятствует воспроизведению образца. Поэтому постукивание по микрофлюидному каналу (этап 2.1.1) при упаковке порошка является очень важным этапом. Рисунок 1 представляет собой микрофлюидную проточную ячейку с непоследовательным упакованным порошком после того, как жидкость проникла во весь канал. Сегрегацию порошков можно увидеть на входе канала. После того, как клетка упакована, перед запуском эксперимента, проверка плотности упаковки порошка на лайтбоксе является полезным способом избежать этих типов неудачных экспериментов. Порошки, представленные в настоящем протоколе, были проанализированы с использованием стандартизированного теста плотности крана, в частности ASTM D7481-18, для представления информации о насыпной плотности упаковки в зависимости от кранов20. Для завершения работы над предлагаемым протоколом не требуется проводить asTM D7481-18, но ASTM предоставит дополнительную информацию о порошке.
Измеряемая характеристика распределения частиц по размерам непосредственно влияет на насыпную плотность упаковки 23,24,25. В упаковочной системе более крупные частицы создадут большое пустое пространство, обеспечивая положение для оседания мелких частиц. Измерение соотношения крупных и мелких частиц дает представление об объеме пустотного пространства для жидкости, проникающей в порошок. При упаковке микрофлюидной проточной ячейки для эксперимента все мелкие частицы заполнят пустоту, которая состоит из более крупных частиц. Минимизация доступных пустот повлияет на перенос жидкости, а также обеспечит больше мест для удержания молекул и частиц. Для дальнейшего совершенствования метода частицы аналогичного размера (например, частицы от 60 мкм до 65 мкм) должны быть дополнительно исследованы, чтобы определить, обладает ли этот метод чувствительностью для дифференциации частиц со средним размером частиц всего в пару микрон разницы.
Насыпная плотность не является неотъемлемым свойством порошка, так как она очень зависит от того, как обрабатывается материал26. Независимо от того, был ли порошок изготовлен собственными силами или транспортирован самолетом, поездом или автомобилем, это может сильно повлиять на величину плотности насыпной упаковки, влияя на распределение частиц по размерам. Выбор образцов порошка сверху по сравнению с нижней частью контейнера также может повлиять на результаты. Представьте себе, что вы открываете коробку с хлопьями; материал в верхней части состоит из всех крупных частей, а материал в нижней части коробки состоит из всех более мелких частей. Точно так же порошок, который испытал напряжение (вибрации) от путешествия, будет иметь градиент размера частиц по всему контейнеру.
Для полимерных порошков проверка того, что внутренние поверхности проточных клеток получили гидрофобную обработку, является интегральной. Если стенки микрофлюидной проточной клетки не были обработаны, то эффекты стенок часто возникают при визуализации транспорта жидкости. Эффекты стенки наблюдаются, когда жидкость движется вдоль стенки намного быстрее и дальше, чем объемная жидкость, протекающая через интересующий порошок. Если стенка не является гидрофобной, она позволяет сформировать путь наименьшего сопротивления, и жидкость будет течь по этому пути (стенке), а не через порошок. Таким образом, использование гидрофобных клеток позволяет более репрезентативно изучать поток водных систем через пористую среду, тогда как гидрофильные клетки должны использоваться для органических систем.
Для некоторых полимерных порошков может присутствовать эффект трибозарядки 26,27, который возникает между частицами порошка и наконечником пластикового пипетки. В результате порошок может прилипать к внешней стороне наконечника пипетки при загрузке пипетки частицами порошка. Адгезия порошка не вызвала никаких проблем с переносом порошка или упаковки частиц. Однако, если адгезия частиц действительно становится проблемой, можно попытаться внести несколько модификаций, которые могут уменьшить возникновение частиц, прилипших к пипетке. Одним из вариантов является смачивание наружного наконечника пипетки водой и промокшение кончика насухо, чтобы нарушить статическое электричество. Другой вариант – использовать стеклянную пипетку вместо пластика. Третий вариант заключается в переносе частиц порошка в более влажную среду.
Метод представляет собой экономный метод одномерного (1D) измерения длины проникновения жидкости в 3D-слой частиц. Поэтому методика сможет учесть только предпочтительный путь потока в интересующем направлении.
В текущем протоколе обсуждается перенос жидкости через пористую среду, используя бережливую установку и устраняя осложнения и затраты на оптический микроскоп. Кроме того, с УФ-трансиллюминирующей таблицей для возбуждения флуоресцентных и фотолюминесцентных видов, этот метод также может быть использован для изображения судьбы и переноса молекулярных и наночастиц. Для этой установки протокол растворителя должен быть изменен для молекулярных и наночастиц систем.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Никакой.
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).
