私たちの技術は、マイクロ流体学を使用して生物学者や化学者に振動の流れをもたらします。このデバイスは、組み立てが迅速で使いやすく、忠実度の高い振動フローを生成するためのプラグアンドプレイ方法です。手順を実演するのは、私の研究室の博士課程の学生であるGiridar Vishwanathanです。
まず、一対のワニのワニクリップの端をクランプして、8センチメートルの円錐形の15ワットスピーカーの端子にワイヤを固定します。aux コントローラチップを絶縁部品の上に置きます。ピンの端を aux チップのネジソケットに挿入します。
ドライバーで締め付けて、接続性を確保します。auxケーブルの一方の端をコントローラチップに接続し、もう一方の端をコンピュータのauxポートに接続します。12ボルトの直流アダプターを電源装置に接続します。
DCアダプタの同軸端を電源ソケットに接続して、コントローラチップの電源を入れます。インターネットブラウザを使用して、オンライントーンジェネレータのWebサイトに移動します。オンラインアプリケーションで5~1200ヘルツの周波数を入力し、ボリュームバーを必要な量までスクロールします。
波型ジェネレータシンボルをクリックし、記号、正方形、三角形、または鋸歯のような所望の波形を選択します。デフォルト設定は符号波形です。再生を押してスピーカーを作動させます。
スピーカーとコントローラーチップを 3D プリントされたスピーカーマウンドにテープで固定し、顕微鏡ステージに配置します。3D プリントされたアダプターをスピーカーコーンに同心円状に置きます。アダプターの端に沿ってシリコーンシーラントをたっぷりと塗布し、2時間硬化させます。
200マイクロリットルのマイクロピペットチップを狭い端から約2センチメートル切り取り、狭い円錐形の端がリバーシブル取り付け用のくさびシールとして機能する先端の広い半分を処分します。ポリエチレンチューブをマイクロ流路出力に接続するには、まずマイクロピペットチップを通し、次にアダプターの同軸端を通し、最後に側面から外します。ピペットチップの狭い端をアダプターの同軸端にしっかりとくさび込み、取り外し可能なタイトシールを作成します。
22重量%重量グリセロール溶液のバイアルにトレーサー粒子を加え、摂氏20度の液体中の体積分率が0.01%〜0.1%ポリスチレンを有する中性浮力懸濁液を生成する。振とうして激しく混合し、均質な懸濁液を生成する。1ミリリットルの入口シリンジに1ミリリットルのサンプルを装填する。
マウンドに上がり、装填されたシリンジを自動シリンジポンプに固定します。シリンジ針をデバイスの入口チューブに挿入して、防水シールを作成します。アウトレットチューブがアダプターアセンブリーを通ってリザーバーに根付いていることを確認します。
シリンジポンプの電源を入れ、タッチスクリーンを使用してシリンジタイプをベクトンディッキンソン1mLとして選択し、インフューズを選択します。次に、必要な流量の流量を選択します。シリンジポンプを使用して安定した流れを開始します。
アウトレットチューブがスピーカーまでの液体で満たされるまで待ちます。トーンジェネレータアプリケーションで必要な周波数振幅と波形を選択し、Playを押してマイクロチャンネル内に振動流を生成します。デバイスを顕微鏡に取り付けます。
光学構成を設定するには、倍率10倍~40倍の対物レンズを選択し、焦点面を調整してステージを配置します。明確に定義された焦点面での測定値を得るには、対物レンズの被写界深度がチャネル深度よりも 5 倍以上小さいことを確認します。振動の流れを観察するには、発振周波数の2倍以上のフレームレートの高速カメラを使用してください。
波形の有用な解像度を得るには、発振周波数の10倍のフレームレートで、一定期間あたり少なくとも10ポイントを測定します。あるいは、正の流れの長時間の影響を観察するには、観測値を発振周波数の任意の完全な除数に設定してストロボイメージングを実行します。直接撮影でもストロボ撮影でも、グローバルシャッター付きのカメラを使用してジェロ効果を回避してください。
いずれの場合も、ストリークを防ぐために、露光時間を発振時間より10倍以上かなり短くしてください。高速度カメラなしで発振振幅を測定するには、ストロボスコープのフレームレートに近いフレームレートで記録すると、振幅を正確に測定、観察、記録できる非常に遅い振動になります。チャネル中間面における追跡されたトレーサ粒子の変位は、発振周波数100、200、400、および800ヘルツの高調波信号を示した。
すべてのスピーカの音量設定の振動振幅対周波数のプロットでは、特性曲線は約180ヘルツに共振ピークがあり、それを超えると振幅は周波数の増加とともに減少します。基準ケースに対する動作周波数の範囲にわたる振動振幅に対する異なるパラメータの影響は、作動液体の粘度が増加すると、振幅がほぼ2倍に減少することを示した。同じ材料のマイクロ流体チューブの直径を大きくすると、振幅は基準ケースと比較して周波数に応じて1.5〜3倍に増加します。
同じ材料のチューブ長を長くすると、振幅は共振周波数の近くで大幅に増加します。非正弦波波形の粒子変位トラックは、正方形および鋸歯状波形に関連する位置の非常に急激な変化が実際のシステムでは不可能であることを示した。それにもかかわらず、フーリエスペクトルは、少なくとも第3高調波までは、理想的なスペクトルとよく一致していた。
出口チューブが液体で完全に満たされていることを確認することが重要です。これにより、振幅が最大になり、時間とともに一定になります。グローバルシャッター付きのカメラも使用する必要があります。
この技術を使用して、ミクロンサイズの粒子がマイクロチャネル内で非常に長い距離を移動した後にどのように振る舞うかを正確に観察および測定しました。これにより、新しいマイクロ流体操作技術を実装することができました。
