Mikroakışkan Cihazlar Pasif pompalanması için Yüksek Hızlı Damlacık tabanlı Dağıtım Sistemi

Pasif pompalama, çıkışa büyük bir damla ve girişe küçük bir damla yerleştirilmesini gerektirir. Bu, akışı sağlamak için gereken basınç farkına neden olacaktır. Farklı sıvıların alternatif damlaları, paketlerin kanalda uçmasına ve sonunda çıkışta toplanmasına neden olacaktır.

Girişte stabil bir akışkan kabuğu elde etmek için yeterince yüksek bir frekansta düşük hacimli damlacıklar verilerek yüksek akış hızları elde edilebilir. Merhaba, ben Wisconsin Üniversitesi Tıp Fakültesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü'ndeki Justin Williams laboratuvarından Pedro Reto. Ve ben Brian Mogan, yine Williams laboratuvarından.

Ve ben Profesör S Lab'den Aaron Burier, aynı zamanda W Medicine'de biyomedikal mühendisliği bölümündeyim. Bugün size mikroakışkan cihazlarda pasif pompalama yapmak için bir prosedür göstereceğiz. Laboratuvarımızda, mikro kanallar içindeki akışı incelemek ve biyolojik uygulamalar için kanal içindeki akışkan değişimini incelemek için bu prosedürü kullanıyoruz.

Öyleyse başlayalım. İlk olarak, yumuşak litografi tekniğini kullanarak, polimetil suboxone kullanarak mikroakışkan bir cihaz oluşturun. Ardından, cihazı kesin ve ardından geri dönüşümlü olarak kesin.

PDMS cihazını, sürgünün üzerine bastırarak ve hava kabarcıklarını sıkarak bir cam sürgüye takın. Ters çevrilebilir bir bağlantı, cihazın birden çok kez yeniden kullanılmasına izin verir. Şimdi cihazı sıvı ile doldurun.

Gıda boyası ile su kullanıyoruz. Sıvı kendi kendine kanala girmezse, girişe bir damla sıvı koyun ve sıvıyı kanaldan emmek için karşı ucunda bir pipet kullanın. Cihazı sıvı ile doldurduktan sonra, girişe küçük bir damla ve çıkışa daha büyük bir damla yerleştirin.

Çıkış damlası büyürken, girişteki küçük damlanın çökmesini izleyerek sıvının hareket ettiğinden emin olun. Daha ileri gitmeden önce, pasif pompalamanın temel ilişkilerini açıklayalım. Pompalanan damlaların dinamiği birkaç şeye, yükseklik ve uzunluk ile kanal boyutlarına ve girişe yerleştirilen damlanın boyutuna bağlıdır.

Bu faktörlerin akışı nasıl etkilediği konusunda size daha iyi bir fikir vermek için birkaç örnek vereceğiz. İki benzer kanalla başlayalım. Aynı genişlik ve yüksekliğe sahiptirler, ancak biri diğerinden daha uzundur.

Şimdi her kanalın girişine aynı boyutta damlalar yerleştiriyoruz. Daha kısa kanal giriş düşüşünün, daha uzun kanalların düşüşünden daha hızlı nasıl çöktüğünü izleyin. Bunun nedeni, daha uzun bir kanalın daha fazla sıvı direncine sahip olması ve içindeki akışın daha yavaş olmasıdır.

Ardından, aynı uzunluk ve yüksekliğe sahip, ancak farklı genişliklere sahip iki kanalı daha keşfedelim. Her kanalın girişine aynı damlaları yerleştirelim ve çökmelerini izleyelim. Daha ince kanalın giriş damlasını daraltmasının nasıl daha uzun sürdüğünü gördünüz mü?

Bunun nedeni, daha ince kanalın, daha geniş kanaldan daha büyük akışkan direncine sahip olmasıdır. Son olarak, iki özdeş kanalı ele alalım ve her birinin girişine farklı boyutta damlalar yerleştirelim. Daha büyük giriş damlasının çökmesinin, daha küçük giriş damlasından daha uzun sürdüğüne dikkat edin.

Bunun nedeni, daha küçük bir düşüşün, daha büyük olandan daha az hacme ve daha fazla iç basınca sahip olmasıdır. Daha küçük damlaların daha büyük olanlardan daha iyi olduğunu bilmek. Ve bu küçük damlaların ne kadar hızlı çökebileceğini gözlemledikten sonra, şimdi kendimize biyolojik deneyler yapabileceğimiz şekilde bir kanalın girişine hacimsel olarak hassas damlaları nasıl ileteceğimizi soruyoruz.

Lee Company'nin mikro dağıtım başlangıç kitini kullanarak, her biri vol valfi, 0.0100 inç delik boyutuna sahip bir nozul ve yumuşak bir tüp adaptöründen oluşan bir veya daha fazla valfi bir araya getirin. Yani burada, önceki adımda yaptığımız tüp valf konektörleri aracılığıyla kontrol kutusuna bağlı valfe sahibiz. Ve sonra bir ani voltaj kaynağımız var, bu da buradaki kök.

Ve sonra kontrol voltaj kaynağımız var, ardından tutma voltaj kaynağı geliyor. Ve son olarak, toprakla bağlantılı olarak Girişe nişan alırken valfleri yerinde tutmak için. Biyobilim araçlarını, minyatür tutucuları kullanın.

Bunlar, valfi belirli bir konumda hassas bir şekilde hedeflemek ve tutmak için bir yol sağlar. Deney sırasında, üç çeyrek onsluk şırınga kullanarak, PDMS cihazının birkaç fit yukarısına yerleştirilecek bir rezervuar sistemi yapın. Rezervuar, nozulları sürmek için bir basınç kafası sağlar.

Şırıngaya bir şırınga iğnesi takın. Şimdi şırınga iğnesini 1.14 milimetre iç boruya takın ve ardından bunu 1.58 milimetre iç çaplı boruya takın. PDMS'yi sızdırmazlık maddesi olarak kullanma.

Şimdi 1.58 milimetre iç çaplı boruyu valfin yumuşak boru adaptörüne bağlayın. Artık şırınga iğnesi ile valf arasında bir çizgi olduğuna göre, valfleri boşaltmak için şırınga rezervuarlarını sıvıyla doldurun ve borunun suyla dolmasına izin verin. Valfin yan tarafına bir mıknatıs yerleştirin ve sıvının rezervuardan valften ve 0,01 inçlik nozuldan dışarı akmaya başlamasını izleyin.

Bu sistemi, laboratuvar görünümü ve Lee Company'nin spike and hold kontrol kutusunu kullanan bir bilgisayarla kontrol ediyoruz. Sistemi kalibre etmek için, bir valfi tartmak için bir Petri kabına veya bir peynir altı suyu teknesine doğrultun. Şimdi vanayı istediğiniz süre boyunca açın ve nozuldan çıkan toplam su hacmini tartın.

Bu hacmi sistemin toplam açık kalma süresine bölün. Bu kalibrasyon, kullanıcının herhangi bir süre boyunca nozuldan çıkan su hacmini bulmasını sağlar. Sistemi kalibre ettikten sonra, nozuldan önceki kalibrasyon çekimine dayalı olarak nozulu bir kanalın girişine doğrultun, kanalın girişinde bir karışıklığa neden olacak kadar büyük veya fark edilemeyecek kadar küçük bir damla atılacak şekilde bir hacim.

Deneyler arasında baloncukları çıkarmayı unutmayın. Artık pasif pompalamanın temel prensipleri anlaşıldığına ve sistem kalibrasyonu açıklandığına göre, işlerin doğru gidip gitmediğini bir kullanıcının ne görmesi gerektiğine bakalım. Aşağıdaki video, düşük frekanslarda daha yüksek hacimlerden yüksek frekanslarda düşük hacimlere giden bir mikroakışkan kanaldan geçen bir akıştır.

Bu, kullanıcıya otomatik bir akışkan dağıtım sistemi ile birlikte geçmiş pompalamanın yeteneklerini anlamasını sağlamalıdır. Aşağıdaki videolarda kullanılan cihaz boyutları 2.22 milimetre genişlik, 10 milimetre uzunluk ve 260 mikrometredir. Yükseklik giriş ve çıkış çapları sırasıyla 1.78 milimetre ve 5.11 milimetredir.

Gösterildiği gibi alternatif akışlar oluşturmak için iki veya daha fazla valf gereklidir. Sonraki, kullanılmakta olan mevcut cihazdan mümkün olan maksimum akış hızını gösteren bir videodur. Bu durumda sıvıyı iletmek için tek bir valf kullanılır.

Sistem dengesini korumak için, vanayı doğrudan girişin üstünden hedeflemek önemlidir. Damlanın girişte oluşturduğu kabuğa dikkat edin. Bu, cihazın pasif olarak pompalayabildiği kadar hızlı bir şekilde girişe su verilerek sağlanan sabit basıncı temsil eder.

Ayrıca, giriş damlasının bir noktada nasıl taştığına dikkat edin. Bu büyük olasılıkla tedirginlikten, çıkış düşüşünden kaynaklanır. Girişteki taşmayı ortadan kaldırarak sistem yeniden dengeye gelir ve akış devam eder.

Normalde, piyasada bulunan mikro nozulları kullanarak pasif bir pompalama sisteminin nasıl kurulacağını, kalibre edileceğini ve çalıştırılacağını gösterdik. Bu deneyleri yaparken, baloncukların kanalınıza girmesini önlemek için sabit bir basınç kaynağına sahip olmayı unutmamak, istenen akışları ve değişimleri elde etmek için kanal geometrisi, damla boyutu arasındaki ödünleşimleri bilmek her zaman önemlidir. Örneğin, priz düşüşünün çok büyümesine izin vermemek için, ortalığı karıştırır veya girişinize ulaşır ve PDMS cihazlarınızı temiz ve kuru tutar.

İşte bu kadar. İzlediğiniz için teşekkür ederiz ve deneyleriniz için iyi şanslar.