우리는 다공성 매체 (휴스턴, 텍사스, 미국)에서 프로세스에 대 한 라이스 대학 컨소시엄에서 재정 지원을 인정 한다.

주의:이 프로토콜 고온 오븐, 독성 화학 물질 및 자외선 처리 작업이 포함 됩니다. 제발 신중 하 게 모든 재료 안전 데이터 시트를 읽어 하 고 기관의 화학 안전 지침을 따르십시오.
1. 장치 디자인
<ol><li>CAD 소프트웨어 응용 프로그램에서 포토 마스크를 디자인 합니다.<ol>
<li>그리기 사각형 채널을 3 ㎝ 길이, 0.5 c m 폭 (그림 1b-오른쪽 상단).</li>
		<li>동봉 된 모양의 다공성 매체의 곡물을 나타내는 배열을 만듭니다. 참고:이 모양 이라고 하 게시물 소프트 리소 그래피 과정에서 3 차원 구조 될 것 이다. 모양 및 게시물의 크기 해야 수십 미크론, 순서 수 있고 10에 1 백 미크론의 간격. 여러 게시물 크기 만들이, 사용할 수 있습니다 그리고 섹션 미디어에서 골절을 시뮬레이션 하는 게시물의 맨 남아 있을 수 있습니다.</li>
		<li>입구 및 출구 채널 다공성 미디어 섹션으로 넓은 약 1 / 3을 그립니다. 드레인으로 입구 포트에서 형태소 분석 채널을 그립니다.</li>
		<li>디자인에서의 클리어런스 1.0 cm의 최소 전체 디자인 경계 상자를 그립니다. 참고: 테두리 상자와 게시물을 뿐만 아니라, 디자인의 테두리 사이의 영역에서 포토 마스크에 투명 하 게 만들 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>고해상도 CAD에 대 한 회사에 CAD 파일 제출 인쇄 참고: 옵션: 거품 변위 실험 디자인 미세 거품 생성기 (그림 1a). 디자인이 생략 하 고 경계 상자 1 단계를 반복 합니다. 흐름 초점 기하학 다공성 미디어 디자인 전에 입구에서 것이 좋습니다. 흐름 공간에 포토 마스크에 투명 해야 합니다.</li>
</ol>2. PDMS 몰드 제작
<ol><li>클린 룸에서 포토 레지스트 패턴이 실리콘 웨이퍼 마스터 몰드를 만들기<ol>
<li>스핀-코트 20 µ m 층 30 2000 rpm에서 새로운 실리콘 웨이퍼에 감광의 s.</li>
		<li>부드러운 두 단위로 뜨거운 접시에 웨이퍼를 구워: 65 ° C 1 분 뒤에 3 분 동안 95 ° C.</li>
		<li>감광 레이어 150 mJ/cm2의 일정 한 복용량을 사용 하 여 CAD 디자인 패턴을 마스크 동기 기를 사용 합니다.</li>
		<li>두 단위로 뜨거운 접시에 사후 노출 빵을 수행: 95 ° c 3 분 허용 5 분을 웨이퍼에 따라 1 분에 65 ° C.</li>
		<li>프로필 렌-글리콜-메 틸-에테르-아세테이트의 유리 결정 화 접시에 100 mL에 웨이퍼를 담가. 부드럽게 교 반 하십시오 손으로 포토 레지스트 패턴을 개발 하기 위해 10 분. 소 프로 파 놀으로 그것을 씻어 하 고 건조 한 공기의 흐름에 따라 웨이퍼 건조.</li>
		<li>열심히 구워 두 단위로 뜨거운 접시에 웨이퍼: 150 ° c 10 분 허용 15 분 동안 냉각 하기 위하여 웨이퍼에 뒤에 5 분 동안 120 ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>실리콘 웨이퍼 마스터 몰드에 캐스트 PDMS<ol>
<li>PDMS 고무 및 경화제 먼지 무료 일회용 용기 안에 5:1 비율에 30 g의 총 혼합.</li>
		<li>30 분 동안 진공 desiccator에서 PDMS 드</li>
		<li>150 m m 유리 페 트리 접시에에서 포토 레지스트 패턴이 실리콘 웨이퍼 마스터 몰드에 PDMS를 붓는 다.</li>
		<li>웨이퍼와 1 시간에 80 ° C 오븐에서 PDMS를 포함 하는 페 트리 접시를 놓습니다.</li>
		<li>페 트리 접시는 오븐에서 제거 하 고 실내 온도 도달 하는 내용을 허용. 참고: 프로시저 수 있습니다 수 일시 중지이 시점에서.</li>
	</ol>
</li>
	<li>광학 접착제 패턴 전송에 대 한 PDMS 몰드를 준비<ol>
<li>조심 스럽게 PDMS 몰드는 메스를 사용 하 고 웨이퍼에서 금형 껍질.</li>
		<li>깨끗 하 고 투명 접착 테이프를 사용 하 여 PDMS 몰드를 보호. 참고: 프로시저 수 있습니다 수 일시 중지이 시점에서.</li>
		<li>PDMS 몰드를, 먼지 무료 60 m m 플라스틱 페 트리 접시의 바닥에, 패턴 사이드를 놓습니다. 10 허용 플라스틱에 충실 하는 PDMS에 대 한 s.</li>
		<li>3.1.1 단계까지 투명 한 플라스틱 테이프를 가진 PDMS의 표면 보호. 참고: 옵션: 거품 생성기 수 있도록, 단계 2.1 반복. 2.3.2 통해. 거품 생성기 디자인에 대 한.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 광학 접착제 장치 제조
<ol><li>PDMS 몰드에 캐스트 광학 접착제<ol>
<li>PDMS의 패턴화 된 표면에서 테이프를 제거 하 고 150 mm 페 트리 접시 PDMS 몰드의 상단 표면 위에 약 0.9 cm의 깊이 광학 접착제를 부 어. 부드럽게 면봉의 모든 종류와 모든 거품을 제거 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>단계 3.2.1-3.2.5 PSD UV 시스템에서에 명시 된 대로 총 40 분의 자외선 아래 광학 접착제를 치료. 주의: 자외선을 작업할 때 적절 한 보호를 착용 하십시오.<ol>
<li>페 트리 접시 UV 빛에 노출 (254 nm) 5 분.</li>
		<li>하단의 지금 직면 하 고 UV 소스를 페 트리 접시를 반전 하 고 5 분 동안 UV 빛 아래 측면을 노출.</li>
		<li>페 트리 접시를 반전, 수직 위치를 반환 하 고 다시 5 분 동안 자외선을 상단 측면을 노출.</li>
		<li>거꾸로 다시, 페 트리 접시를 반전 하 고 다시 10 분 동안 자외선을 하단 측면을 노출.</li>
		<li>수직 위치에 다시 배양 접시를 반전 하 고 다시 15 분 동안 자외선을 상단 측면을 노출. 참고: 단계 3.2.5 통해 3.2.1 치료 절차는 적용 경우에 지정 된 PSD UV 장치 사용 (자료 테이블). 치료 시간 및 광학 접착제 층의 정확한 두께에 사용 되는 특정 램프 따라 달라 집니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>PDMS 몰드에서 치료 광학 접착제 제거<ol>
<li>상자 절단기를 사용 하 여 신중 하 게 페 트리 접시 금형 광학 접착제를 휴식. 주의: 상자 커터 블레이드 매우 샤 프 하 고 쉽게 살을 자를 수 있다. 깨진된 접시의 날카로운 가장자리 주위에 작업 하는 경우 주의 해야 합니다.</li>
		<li>튼튼한가 위의 쌍을 사용 하 여 디자인의 가장자리에서 과잉 광학 접착제를 제거.</li>
		<li>광학 접착제 퍽에서 PDMS 몰드는 천천히 껍질. 광학 접착제 표면 및 명확한 테이프로 PDMS 표면 무늬 부분을 보호 합니다.</li>
		<li>1.0 m m 생 검 펀치를 사용 하 여 만들 입구, 출구, 및 드레인 구멍. 명확한 테이프와 꽃무늬 광학 접착제를 보호 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>기판 준비<ol>
<li>새로운 유리 슬라이드, 스핀 코트 두 단계에서 슬라이드에 광학 접착제의 1 mL를 분배: 5 s 다음 20 4000 rpm을 위해 500 rpm s.</li>
		<li>신속 하 게 기판 UV 빛 처리, 전송 및 30 자외선 아래 얇은 광학 접착제 층을 부분적으로 치료 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>기판에 캐스팅 광학 접착제 본드<ol>
<li>광학 접착제 캐스트, 꽃무늬 쪽, 고 기판, 코팅-측면, 청소기 O2 플라즈마에 놓습니다. 플라즈마 20 표면을 청소 540 mTorr에서 s.</li>
		<li>모든 원치 않는 공기 주머니 최소화 되거나 제거 될 때까지 함께 두 처리 표면 눌러 단단히.</li>
		<li>20 분 동안 UV 빛에서 장치는 완전히 치료. 주의: UV 빛에 대 한 적절 한 보호 보호 안경, 연구실 코트, 장갑 등착용.</li>
		<li>18 h 50 ° C에서 뜨거운 접시에 장치를 놓습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>각 장치에 포트 (PE/3) 튜브는 0.58 m m ID 저밀도 폴 리 에틸렌의 6 인치 긴 세그먼트를 삽입 합니다.</li>
	<li>5 분 빠른 세트 에폭시를 사용 하 여 안전한 장소에 튜브. 참고: 옵션: 거품 생성기를 완료 하려면 단계 3.5.1, 3.5.2, 3.6, 3.7를 반복. 거품 생성기 PDMS를 사용 하 여 캐스트와 새로운 유리 슬라이드, 광학 접착제 캐스트 및 준비 기판 대신 각각.</li>
</ol>4. 오일 변위 실험
<ol><li>미세 장치는 거꾸로 한 현미경 장착 된 고속 카메라에 이미지를 준비 합니다. 수정 테이프를 사용 하 여 현미경 무대 장치. 4 X 목표를 사용 하 여, 관심 (아오이)의 지역에 초점.</li>
	<li>주입 액체를 준비 참고: 3 상 시스템에 대 한 염료는 전치 체액 이미지 분석을 위한 색상 대비를 제공를 추가 되어야 합니다.<ol>
<li>부하 원유 또는 모델 10 mL 유리 주사기는 23 장착으로 오일 샘플의 3 mL 게이지 산업 분배 팁. 주사기 펌프 홀더에 주사기를 장악 하 고 주사기 펌프 설정에 적절 한 직경 값 설정.</li>
		<li>부하는 23를 갖춘 3 mL 플라스틱 주사기로 전치 하는 액체의 1 mL 게이지 산업 분배 팁. 주사기 펌프 홀더에 주사기를 장악 하 고 주사기 펌프 설정에 적절 한 직경 값 설정. 참고: 옵션: 거품 생성 실험, 10 m 긴 25 µ m 직경 유리 모 세관 튜브는 N2 가스 탱크에 연결 하 고 보정 곡선으로 가스 압력 필요한 가스 유량에 대 한 원하는 값을 설정. Equilibrate 가스 흐름에 대 일 분을 허용 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>광학 접착제 모델 다공성 미디어 장치 기름으로 포화<ol>
<li>PE/3 튜브에 바늘 끝을 삽입 하 여 전치 유체 소자의 입구에 연결 합니다. 참고: 옵션: 전치 위상으로 거품을 사용 하는 경우 전치 액체 주사기 거품 발생기의 입구에 연결. 23 게이지 산업 분배 팁으로 모 세관 튜브를 삽입 하 고 빠른 세트 에폭시와 환대를 씰링 가스 모 세관 거품 발생기에 두 번째 입구 포트에 연결 합니다. 거품 생성기의 출구 다음 23 게이지 커넥터를 사용 하 여 광학 접착제 장치의 입구에 연결 됩니다.</li>
		<li>PE/3 튜브에 바늘 끝을 삽입 하 여 소자의 입구에 석유로 가득한 주사기를 연결 합니다.</li>
		<li>드레인 포트는 두 체액 두 흐름을 동시에 0.8 mL/h에서 입구 포트에 전치 액체 흐르는 동안 2 mL/h 광학 접착제 장치의 출구 포트에 기름 흐르는 시작. Displacing 액체 팬 들은 다공성 미디어의 정보를 입력 하지 해야 합니다. 20 mL 유리 유리병에 폐수를 수집 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>충분히 빨리 원하는 현상 캡처 프레임 속도로 다공성 미디어 장치에 아오이 촬영 시작 합니다. 전형적인 프레임 속도가 50 fps입니다. 100% 오일 포화 영역의 스틸 이미지를 캡처하십시오.</li>
	<li>신속 하 고 동시에 5 cm 바인더 클램프와 드레인 관을 클램핑 하는 동안가 위를 사용 하 여 기름에 흐르는 PE/3 튜브를 잘라.</li>
	<li>오일 변위 정상 상태에 도달 하거나 카메라 메모리 부족 실행 될 때까지 장치를 침공 하 전치 액체 허용.</li>
</ol>5. 이미지 및 데이터 분석
<ol><li>이미지 J 등 무료 이미지 분석 소프트웨어를 사용 하거나 분석 실험에서 푸티지를 MATLAB에서 이미지 분석 도구 상자를 사용 하 여.<ol>
<li>100% 오일 포화 채널의 스틸 이미지를 사용 하 여, 다공성 미디어 아오이 대 한 %의 단위에 다공성을 계산 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>다음 수식을 사용 하 여 기 공 볼륨을 계산: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56592/56592eq1.jpg">
</li>
	<li>이미지 분석 소프트웨어를 사용 하 여 오일 채도 전체 흐름 공간 실험에서 비디오 영상의 각 프레임의 일부분으로 결정. 두 위상 변위 실험, 대 한 각 프레임에서 전치 단계 채도로 계산 수 있습니다. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56592/56592eq2.jpg">
</li>
	<li>오일 주입된 액체의 기 공 볼륨 대 %에서 채도의 음모를 준비 참고: 옵션: 3 거품 변위 실험의 시스템 상, 대 한 MATLAB 이미지 분석 도구 상자를 사용 하 여 각 단계에 대 한 특성 RGB 범위를 사용 하 여 색상에 의해 각 displacing 단계를 분류 하. Saturations의 주입된 공 볼륨으로 모든 3 단계를 보여주는 플롯을 준비.</li>
</ol>

<ol>
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저자는 공개 없다.

광학 접착제 micromodels에서 기름 복구 프로세스를 공부이 프로토콜 비 고분자 micromodels-유리 또는 실리콘-, PDMS 미세 소자의 손쉬운 제작 등의 견고성 사이의 균형을 친다. Micromodels 유리 또는 광학 접착제, 달리 PDMS 장치 빛 유기 종에 저항을 부족 합니다. PDMS micromodels가 없습니다 또한 많은 실험을 위한 이상적인 있기 때문에이 소자의 표면에는 불안정 한 일로 속성이 폴리머 매트릭스19...

이 방법의 목적은 시각화 하 고 다중 위상, 다 성분 액체 상호 작용 및 다공성 매체에 있는 복잡 한 기 공-스케일 역학 분석. 유체 흐름 및 다공성 매체에 있는 수송의 많은 년 동안 이러한 시스템 기름 복구, 대수층 수정, 유압 골절1,2, 등 여러 가지 표면 처리에 적용 되는 때문에 3 , 4 , 5. 이러한 복잡 한 기 공 구조를 모방 하기 위해 micromodels를 사용 하 여, 독특한 통찰력 다른 액체 단계와 미디어6,,78 사이 공 수준 동적 이벤트 시각화에 의해 주어진 다 9,,1011.
전통적인 실리 카 기반 micromodels의 제조는 비싼, 시간이 소모 및 도전, 아직 상대적으로 저렴 한, 빠르고 쉽게 대체12,13, 제공 하는 광학 접착제에서 micromodels 건설 , 1415. 다른 폴리머 기반 micromodels와 비교해, 광학 접착제 보다 안정적인 표면 젖 음 특성을 전시 한다. 예를 들어입니다 (PDMS) micromodel 표면 될 것입니다 신속 하 게 소수 일반적인 변위 실험16의 과정. 또한, PDMS의 영의 계수는 반면 광학 접착제의 325 MPa13,,17182.5 MPa 이다. 따라서, 광학 접착제는 덜 유발된 변형 및 채널 실패 압력 하 경향이 있다. 중요 한 것은, 치료 광학 접착제는 훨씬 더 낮은 분자량 유기 구성 요소, 붓기 원유 및 실시18수 빛 용 매를 포함 하는 실험을 수 있는. 전반적으로, 광학 접착제 실리 카 기반 micromodels는 엄청나게 복잡 하거나 비싼 하 고 높은 온도 압력 연구 필요 하지 않은 원유를 포함 하는 변위 연구에 대 한 PDMS에 우수한 대안 이다.
이 책에서 설명한 프로토콜 광학 접착제 micromodels에 대 한 단계별 제조 지침을 제공 하 고 작은 양의 체액의 조작에 성공을 보장 하는 미묘한 속임수를 보고 합니다. 설계 및 제조와 소프트 리소 그래피 광학 접착제 기반된 micromodels의 처음 설명 이다. 다음, 유체 변위 전략은 일반적으로 질량 유량 컨트롤러와 달성 하지 않은 매우 낮은 흐름 속도 대 한 주어 집니다. 다음으로, 대표적인 실험 결과 예를 들어 주어 집니다. 이 실험 밝혀 거품 불안 및 전파 동작 원유 및 이기종 다공성 미디어의 존재입니다. 마지막으로, 일반적인 이미지 프로세싱 및 데이터 분석 보고 됩니다.
방법을 제공 여기 다 상 흐름 및 한정 된 아닌 공간에서 상호 작용 하는 어플리케이션에 대 한 적절 한입니다. 특히,이 메서드는 특성 마이크로 기능 해상도 5 보다 최적화 되어 있으며 700 µ m. 전형적인 흐름 속도 0.1 ~ 1 mL/h의 순서. 원유 또는 수성 기체 유체 주변 조건에서 이러한 최적화 된 매개 변수 순서에 의해 가벼운 솔벤트 변위의 연구,이 프로토콜은 적절 한 해야 합니다.

<table><tbody><tr><td>3 mL Leur-Lok Syringe</td><td>Fischer Scientific</td><td>14-823-435</td><td></td></tr><tr><td>10 mL Glass Syringe</td><td>Fischer Scientific</td><td>1482698G</td><td></td></tr><tr><td>Photomask</td><td>CAD/Art Services</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Silicon Wafer</td><td>University Wafer</td><td>452</td><td></td></tr><tr><td>Propylene-Glycol-Methyl-Ether-Acetate&amp;nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>484431-4L</td><td></td></tr><tr><td>150 mm Glass Petri Dish</td><td>Carolina Biological Supply</td><td>#721134</td><td></td></tr><tr><td>60 mm Plastic Petri Dish</td><td>Carolina Biological Supply</td><td>#741246</td><td></td></tr><tr><td>Mask Aligner</td><td>EV Group</td><td>EVG 620</td><td></td></tr><tr><td>1 mm Biopsy Punch</td><td>Miltex, Plainsboro, NJ</td><td>69031-01</td><td></td></tr><tr><td>Industrial Dispensing Tip</td><td>CML Supply</td><td>Gauge 23</td><td></td></tr><tr><td>Inverted Microscope</td><td>Olympus</td><td>IX-71</td><td></td></tr><tr><td>Plasma System</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td>Plasma cleaner</td></tr><tr><td>Polydimehtylsiloxane (PDMS)</td><td>Dow Corning, Midland, MI</td><td>SYLGARD 184</td><td></td></tr><tr><td>Norland Optical Adhesive 81 (NOA81) or (OA)</td><td>Norland Products Inc.</td><td>8116</td><td>Optical adhesive</td></tr><tr><td>Quick-Set Epoxy</td><td>Fisher Scientific</td><td>4001</td><td></td></tr><tr><td>Glass Slides</td><td>Globe Scientic Inc.</td><td>1321</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2015 Photoresist</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2015</td><td>Photo resist</td></tr><tr><td>Syringe Pump</td><td>Harvard Apparatus</td><td>Fusion 400</td><td></td></tr><tr><td>Glass Capillary Tubing</td><td>SGE Analytical Science</td><td>1154710C</td><td></td></tr><tr><td>High-Speed Camera</td><td>Vision Research</td><td>V 4.3</td><td></td></tr><tr><td>Polyethylene Tubing</td><td>Scientific Commodities Inc.</td><td>#BB31695-PE/3</td><td></td></tr></tbody></table>

microfluidic devices for characterizing pore-scale event processes in porous media for oil recovery applications

미세 소자 공부 미세한 규모에서 전송 프로세스에 대 한 다양 한 도구가 있습니다. 수요는 전통적인입니다 (PDMS) 장치에 달리는 낮은 저항 분자 무게 기름 구성 요소 미세 장치에 대 한 존재합니다. 여기,이 속성을 가진 장치를 만들기 위한 손쉬운 방법을 설명 하 고 복구 원유는 거품에 의해 기 공-규모 메커니즘을 조사 하기 위한이 프로토콜의 제품 사용. 패턴은 처음 설계 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어를 사용 하 여 투명도 고해상도 프린터에 인쇄. 이 패턴 리소 그래피 절차를 통해 한 감광 다음 전송 됩니다. PDMS 패턴에 캐스팅, 오븐, 치료 이며 몰드를 제거 합니다. Thiol ene 가교 폴리머, 광학 접착제 (OA)로 일반적으로 사용 되는 금형에 부 어 그리고 UV 빛에서 치료는. PDMS 몰드는 광학 접착제 캐스트에서 벗 겨. 유리 기판 다음 준비 하 고 장치의 두 개의 반쪽 함께 보 세. 광학 접착제 기반 장치는 기존의 PDMS 미세 소자 보다 더 강력한. 에폭시 구조는 빛 유기 액체를 포함 하는 실험에 대 한 새로운 가능성을 열고 있는 많은 유기 용 매에 의해 붓기. 또한,이 소자의 표면 습윤 동작 PDMS의 그것 보다 더 안정적입니다. 광학 접착제 미세 소자의 건설은 간단, 아직 PDMS 기반 장치의 제작 보다 점차적으로 더 많은 노력을 요구 한다. 또한, 광학 접착제 장치는 유기 액체에서 안정, 오랜 시간 후 감소 본드 강도 전시 수 있습니다 그들은. 다공성 미디어에 대 한 2 차원 micromodels 역할을 형상에 광학 접착제 미세 소자를 만들 수 있습니다. 이 장치는 향상 된 오일 회수 및 대수층 치료에 관련 된 기 공-규모 메커니즘에 대 한 우리의 이해를 향상 시키기 위해 석유 변위의 연구에 적용 됩니다.

이 예제에서는 실험에 수성 거품 계층된 침투성 대비 이기종 다공성 매체에서 (5.4 cP의 점성)와 40 °의 API 중력 중동 원유를 치환 하 사용 됩니다. PDMS 거품 생성기는 원유로 완전히 포화 이전 되었다 광학 접착제 micromodel에 연결 된다. 그림 1a 는 PDMS에 대 한 포토 마스크의 CAD 디자인 거품 발생기, 포토 레지스트 패턴이 실리콘 웨이퍼 및 완성 된 거품 ?...

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Microfluidic Devices for Characterizing Pore-scale Event Processes in Porous Media for Oil Recovery Applications

이 절차의 목표는 쉽고 빠르게 사용자 정의 형상과 저항 유기 액체 기름 복구 연구 하 여 붓기와 미세 장치를 생산 하는입니다. 입니다 형 처음 생성 이며 에폭시 기반 장치를 캐스팅 하는 데 사용 합니다. 대표 변위 연구 보고 됩니다.

다공성 매체에 있는 기 공-규모 이벤트 프로세스 오일 복구 응용 프로그램에 대 한 특성화를 위한 미세 장치

Microfluidic devices are versatile tools for studying transport processes at a microscopic scale. A demand exists for microfluidic devices that are ...

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Research

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Environment

10.4K 조회수.  Rice University. 이 절차의 목표는 쉽고 빠르게 사용자 정의 형상과 저항 유기 액체 기름 복구 연구 하 여 붓기와 미세 장치를 생산 하는입니다. 입니다 형 처음 생성 이며 에폭시 기반 장치를 캐스팅 하는 데 사용 합니다. 대표 변위 연구 보고 됩니다.

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Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space of a carbonate rock at pressures and temperatures representative of typical formations used for CO2 storage. Chemical equilibrium between the CO2, brine and rock phases was maintained using a high pressure high temperature reactor, replicating conditions far away from the injection site. Fluid flow was controlled using high pressure high temperature syringe pumps. To maintain representative in-situ conditions within the micro-CT scanner a carbon fiber high pressure micro-CT coreholder was used. Diffusive CO2 exchange across the confining sleeve from the pore-space of the rock to the confining fluid was prevented by surrounding the core with a triple wrap of aluminum foil. Reconstructed brine contrast was modeled using a polychromatic x-ray source, and brine composition was chosen to maximize the three phase contrast between the two fluids and the rock. Flexible flow lines were used to reduce forces on the sample during image acquisition, potentially causing unwanted sample motion, a major shortcoming in previous techniques. An internal thermocouple, placed directly adjacent to the rock core, coupled with an external flexible heating wrap and a PID controller was used to maintain a constant temperature within the flow cell. Substantial amounts of CO2 were trapped, with a residual saturation of 0.203 &#177; 0.013, and the sizes of larger volume ganglia obey power law distributions, consistent with percolation theory.

We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

여러 유체 페이즈 저수지 조건 기공 크기의 이미징 X 레이 Microtomography 사용

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

연구

공학

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.

단 분산 미세 방울의 크기가 제어 형성을위한 모세관 기반 원심 미세 유체 장치

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Combining Fluidic Devices with Microscopy and Flow Cytometry to Study Microbial Transport in Porous Media Across Spatial Scales

Understanding the transport, dispersion and deposition of microorganisms in porous media is a complex scientific task comprising topics as diverse as hydrodynamics, ecology and environmental engineering. Modeling bacterial transport in porous environments at different spatial scales is critical to better predict the consequences of bacterial transport, yet current models often fail to up-scale from laboratory to field conditions. Here, we introduce experimental tools to study bacterial transport in porous media at two spatial scales. The aim of these tools is to obtain macroscopic observables (such as breakthrough curves or deposition profiles) of bacteria injected into transparent porous matrices. At the small scale (10-1000 &#181;m), microfluidic devices are combined with optical video-microscopy and image processing to obtain breakthrough curves and, at the same time, to track individual bacterial cells at the pore scale. At larger scale, flow cytometry is combined with a self-made robotic dispenser to obtain breakthrough curves. We illustrate the utility of these tools to better understand how bacteria are transported in complex porous media such as the hyporheic zone of streams. As these tools provide simultaneous measurements across scales, they pave the way for mechanism-based models, critically important for upscaling. Application of these tools may not only contribute to the development of novel bioremediation applications but also shed new light on the ecological strategies of microorganisms colonizing porous substrates.

Breakthrough curves (BTCs) are efficient tools to study the transport of bacteria in porous media. Here we introduce tools based on fluidic devices in combination with microscopy and flow cytometric counting to obtain BTCs.

유체 장치를 현미경 검사법과 유동 세포측정과 결합하여 공간 저울을 가로지르는 다공성 미디어에서 미생물 수송을 연구합니다.

Understanding the transport, dispersion and deposition of microorganisms in porous media is a complex scientific task comprising topics as diverse as ...

환경과학

Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement during previous phase changes and applied shear. To determine the extent of these changes, we have developed a microfluidic device that enables repeated phase transitions induced by exchange of the surrounding fluid and microrheological characterization while limiting shear on the sample. This technique is &#181;2rheology, the combination of microfluidics and microrheology. The microfluidic device is a two-layer design with symmetric inlet streams entering a sample chamber that traps the gel sample in place during fluid exchange. Suction can be applied far away from the sample chamber to pull fluids into the sample chamber. Material rheological properties are characterized using multiple particle tracking microrheology (MPT). In MPT, fluorescent probe particles are embedded into the material and the Brownian motion of the probes is recorded using video microscopy. The movement of the particles is tracked and the mean-squared displacement (MSD) is calculated. The MSD is related to macroscopic rheological properties, using the Generalized Stokes-Einstein Relation. The phase of the material is identified by comparison to the critical relaxation exponent, determined using time-cure superposition. Measurements of a fibrous colloidal gel illustrate the utility of the technique. This gel has a delicate structure that can be irreversibly changed when shear is applied. &#181;2rheology data shows that the material repeatedly equilibrates to the same rheological properties after each phase transition, indicating that phase transitions do not play a role in microstructural changes. To determine the role of shear, samples can be sheared prior to injection into our microfluidic device. &#181;2rheology is a widely applicable technique for the characterization of soft matter enabling the determination of rheological properties of delicate microstructures in a single sample during phase transitions in response to repeated changes in the surrounding environmental conditions.

We demonstrate the fabrication and use of a microfluidic device that enables multiple particle tracking microrheology measurements to study the rheological effects of repeated phase transitions on soft matter.

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement ...

Pore-scale Imaging and Characterization of Hydrocarbon Reservoir Rock Wettability at Subsurface Conditions Using X-ray Microtomography

In situ wettability measurements in hydrocarbon reservoir rocks have only been possible recently. The purpose of this work is to present a protocol to characterize the complex wetting conditions of hydrocarbon reservoir rock using pore-scale three-dimensional X-ray imaging at subsurface conditions. In this work, heterogeneous carbonate reservoir rocks, extracted from a very large producing oil field, have been used to demonstrate the protocol. The rocks are saturated with brine and oil and aged over three weeks at subsurface conditions to replicate the wettability conditions that typically exist in hydrocarbon reservoirs (known as mixed-wettability). After the brine injection, high-resolution three-dimensional images (2 &#181;m/voxel) are acquired and then processed and segmented. To calculate the distribution of the contact angle, which defines the wettability, the following steps are performed. First, fluid-fluid and fluid-rock surfaces are meshed. The surfaces are smoothed to remove voxel artefacts, and in situ contact angles are measured at the three-phase contact line throughout the whole image. The main advantage of this method is its ability to characterize in situ wettability accounting for pore-scale rock properties, such as rock surface roughness, rock chemical composition, and pore size. The in situ wettability is determined rapidly at hundreds of thousands of points. 
The method is limited by the segmentation accuracy and X-ray image resolution. This protocol could be used to characterize the wettability of other complex rocks saturated with different fluids and at different conditions for a variety of applications. For example, it could help in determining the optimal wettability that could yield an extra oil recovery (i.e., designing brine salinity accordingly to obtain higher oil recovery) and to find the most efficient wetting conditions to trap more CO2 in subsurface formations.

This protocol is presented to characterize the complex wetting conditions of an opaque porous medium (hydrocarbon reservoir rock) using three-dimensional images obtained by X-ray microtomography at subsurface conditions.

기 공-규모 이미징 및 x 선 Microtomography를 사용 하 여 표면 상태에 탄화수소 공기 통 바위 습윤의 특성

In situ wettability measurements in hydrocarbon reservoir rocks have only been possible recently. The purpose of this work is to present a protocol to ...

A Microfluidic Platform to Study Bioclogging in Porous Media

Bacterial biofilms are found in several environmental and industrial porous media, including soils and filtration membranes. Biofilms grow under certain flow conditions and can clog pores, thereby redirecting the local fluid flow. The ability of biofilms to clog pores, the so-called bioclogging, can have a tremendous effect on the local permeability of the porous medium, creating a pressure buildup in the system, and impacting the mass flow through it. To understand the interplay between biofilm growth and fluid flow under different physical conditions (e.g., at different flow velocities and pore sizes), in the present study, a microfluidic platform is developed to visualize biofilm development using a microscope under externally-imposed, controlled physical conditions. The biofilm-induced pressure buildup in the porous medium can be measured simultaneously using pressure sensors and, later, correlated with the surface coverage of the biofilm. The presented platform provides a baseline for a systematic approach to investigate bioclogging caused by biofilms in porous media under flow conditions and can be adapted to studying environmental isolates or multispecies biofilms.

The present protocol describes a microfluidic platform to study biofilm development in quasi-2D porous media by combining high-resolution microscopy imaging with simultaneous pressure difference measurements. The platform quantifies the influence of pore size and fluid flow rates in porous media on bioclogging.

다공성 매체의 생물 막힘을 연구하기 위한 미세유체 플랫폼

Bacterial biofilms are found in several environmental and industrial porous media, including soils and filtration membranes. Biofilms grow under certain ...

Dissolved Solute Sampling Across an Oxic-Anoxic Soil-Water Interface Using Microdialysis Profilers

Biogeochemical processes shift rapidly in both spatial (millimeter scale) and temporal (hour scale to day scale) dimensions at the oxic-anoxic interface in response to disturbances. Deciphering the rapid biogeochemical changes requires in situ, minimally invasive tools with high spatial and temporal sampling resolution. However, the available passive sampling devices are not very useful in many cases either due to their disposable nature or the complexity and extensive workload for sample preparation.
To address this problem, a microdialysis profiler with 33 individual polyethersulfone nanomembrane tubes (semipermeable, &#60;20 nm pore size) integrated into the one-dimensional skeleton (60 mm) was established to iteratively sample the dissolved compounds in porewater across the soil-water interface at a high resolution of 1.8 mm (outer diameter plus one spacing, i.e., 0.1 mm between probes). The sampling mechanism is based on the principle of concentration gradient diffusion. The automatic loading of degassed water allows minimal disturbance to the chemical species across the oxic-anoxic interface.
This paper describes the procedures of device setup and continuous porewater sampling across the soil-water interface on a daily basis. Concentration-depth profiles were selectively measured before (on Day 6) and after (on Day 7) disturbances induced by irrigation. The results showed that concentration-depth profiles were undergoing rapid changes, especially for redox-sensitive elements (i.e., iron and arsenic). These protocols can help investigate the biogeochemical responses across the soil-water interface under various disturbances caused by physical, chemical, and biological factors. The paper thoroughly discusses the advantages and disadvantages of this method for potential use in the environmental sciences.

A microdialysis profiler is described to sample dissolved porewater solutes across an oxic-anoxic soil-water interface in situ with minimal disturbance. This device is designed to capture rapid changes in concentration-depth profiles induced by disturbances at the soil-water interface and beyond.

Microdialysis Profilers를 사용한 Oxic-Anoxic 토양-물 계면에서의 용존 용질 샘플링

Biogeochemical processes shift rapidly in both spatial (millimeter scale) and temporal (hour scale to day scale) dimensions at the oxic-anoxic interface ...

A Microfluidic Platform for Precision Small-volume Sample Processing and Its Use to Size Separate Biological Particles with an Acoustic Microdevice

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. However, to achieve robust sample manipulation it is necessary to address device integration with the macroscale environment. To realize repeatable, sensitive particle separation with microfluidic devices, this protocol presents a complete automated and integrated microfluidic platform that enables precise processing of 0.15&#8211;1.5 ml samples using microfluidic devices. Important aspects of this system include modular device layout and robust fixtures resulting in reliable and flexible world to chip connections, and fully-automated fluid handling which accomplishes closed-loop sample collection, system cleaning and priming steps to ensure repeatable operation. Different microfluidic devices can be used interchangeably with this architecture. Here we incorporate an acoustofluidic device, detail its characterization, performance optimization, and demonstrate its use for size-separation of biological samples. By using real-time feedback during separation experiments, sample collection is optimized to conserve and concentrate sample. Although requiring the integration of multiple pieces of equipment, advantages of this architecture include the ability to process unknown samples with no additional system optimization, ease of device replacement, and precise, robust sample processing.

This protocol describes a system architecture for performing automated small volume (0.15&#8211;1.5 ml) particle separations using a microfluidic device, and discusses methods to optimize acoustofluidic device performance and operation.

미세 유체 정밀 작은 볼륨 샘플 처리를위한 플랫폼 및 음향 마이크로 디바이스로 구분 생물 입자 크기의 사용

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. ...

생체공학

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a result, these platforms have not been fully exploited for direct observation of high-pressure transport in fractures. This work introduces microfluidic platforms that enable direct observation of multiphase flow in devices featuring surrogate permeable media and fractured systems. Such platforms provide a pathway to address important and timely questions such as those related to CO2 capture, utilization and storage. This work provides a detailed description of the fabrication techniques and an experimental setup that may serve to analyze the behavior of supercritical CO2 (scCO2) foam, its structure and stability. Such studies provide important insights regarding enhanced oil recovery processes and the role of hydraulic fractures in resource recovery from unconventional reservoirs. This work presents a comparative study of microfluidic devices developed using two different techniques: photolithography/wet-etching/thermal-bonding versus Selective Laser-induced Etching. Both techniques result in devices that are chemically and physically resistant and tolerant of high pressure and temperature conditions that correspond to subsurface systems of interest. Both techniques provide pathways to high-precision etched microchannels and capable lab-on-chip devices. Photolithography/wet-etching, however, enables fabrication of complex channel networks with complex geometries, which would be a challenging task for laser etching techniques. This work summarizes a step-by-step photolithography, wet-etching and glass thermal-bonding protocol and, presents representative observations of foam transport with relevance to oil recovery from unconventional tight and shale formations. Finally, this work describes the use of a high-resolution monochromatic sensor to observe scCO2 foam behavior where the entirety of the permeable medium is observed simultaneously while preserving the resolution needed to resolve features as small as 10 &#181;m.

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

This paper describes a protocol along with a comparative study of two microfluidic fabrication techniques, namely photolithography/wet-etching/thermal-bonding and Selective Laser-induced Etching (SLE), that are suitable for high-pressure conditions. These techniques constitute enabling platforms for direct observation of fluid flow in surrogate permeable media and fractured systems under reservoir conditions.

골절된 비전통적인 저수지에서 마이크로스케일 초임계 CO2 폼 수송의 고압 테스트를 위한 미세 유체 제조 기술

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a ...

Window on a Microworld: Simple Microfluidic Systems for Studying Microbial Transport in Porous Media

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in the environment, as well as directly for the transmission of pathogens to drinking water supplies. Natural porous media is composed of an intricate physical topology, varied surface chemistries, dynamic gradients of nutrients and electron acceptors, and a patchy distribution of microbes. These features vary substantially over a length scale of microns, making the results of macro-scale investigations of microbial transport difficult to interpret, and the validation of mechanistic models challenging. Here we demonstrate how simple microfluidic devices can be used to visualize microbial interactions with micro-structured habitats, to identify key processes influencing the observed phenomena, and to systematically validate predictive models. Simple, easy-to-use flow cells were constructed out of the transparent, biocompatible and oxygen-permeable material poly(dimethyl siloxane). Standard methods of photolithography were used to make micro-structured masters, and replica molding was used to cast micro-structured flow cells from the masters. The physical design of the flow cell chamber is adaptable to the experimental requirements: microchannels can vary from simple linear connections to complex topologies with feature sizes as small as 2 &mu;m. Our modular EcoChip flow cell array features dozens of identical chambers and flow control by a gravity-driven flow module. We demonstrate that through use of EcoChip devices, physical structures and pressure heads can be held constant or varied systematically while the influence of surface chemistry, fluid properties, or the characteristics of the microbial population is investigated. Through transport experiments using a non-pathogenic, green fluorescent protein-expressing Vibrio bacterial strain, we illustrate the importance of habitat structure, flow conditions, and inoculums size on fundamental transport phenomena, and with real-time particle-scale observations, demonstrate that microfluidics offer a compelling view of a hidden world.

Microfluidic devices can be used to visualize complex natural processes in real time and at the appropriate physical scales. We have developed a simple microfluidic device that mimics key features of natural porous media for studying growth and transport of bacteria in the subsurface.

다공성 매체에서 미생물 교통 유학에 대한 간단한 Microfluidic 시스템 : 미생물의 창

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in ...