Name: assembly and characterization of an external driver for the generation of sub-kilohertz oscillatory flow in microchannels
Uploaded: 2022-01-28T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assembly and Characterization of an External Driver for the Generation of Sub-Kilohertz Oscillatory Flow in Microchannels at JoVE.com

ברצוננו להכיר בתמיכה שניתנה ובמתקנים הניתנים על ידי המחלקה למדע מכני והנדסה מעבדה מהירה ליצירת אב-טיפוס באוניברסיטת אילינוי כדי לאפשר עבודה זו.

1. תכנון וייצור תבניות אב טיפוס מהיר
<ol><li>פתח את AutoCAD במחשב. בחר קובץ בשורת המשימות ולאחר מכן בחר פתח וגלוש אל ולחץ על קובץ מודל תלת-ממדי (3D) של תבנית הערוץ בעל סיומת .dxf או .dwg.</li>
	<li>בחר את הדגם כולו על-ידי לחיצה וגרירה של תיבה סביבו. ייצא את העיצוב כקובץ .stl על-ידי בחירה בק?...

<ol>
	<li>Collins, J., Lee, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+serial+microfluidic+droplet+size+gradient+by+step-wise+ramping+of+flow+rates.">Control of serial microfluidic droplet size gradient by step-wise ramping of flow rates.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 3, 19-25 (2007).</li><li>Lee, C. Y., Chang, C. L., Wang, Y. N., Fu, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+Mixing:+A+Review.">Microfluidic Mixing: A Review.</a> International Journal of Molecular Sciences. 12 (5), 3263-3287 (2011).</li><li>Bayareh, M., Ashani, M. N., Usefian, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Active+and+passive+micromixers:+A+comprehensive+review.">Active and passive micromixers: A comprehensive review.</a> Chemical Engineering and Processing - Process Intensification. 147, 10771 (2020).</li><li>Zhang, S., Wang, Y., Onck, P., den Toonder, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+concise+review+of+microfluidic+particle+manipulation+methods.">A concise review of microfluidic particle manipulation methods.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 24, 24 (2020).</li><li>Bayareh, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+updated+review+on+particle+separation+in+passive+microfluidic+devices.">An updated review on particle separation in passive microfluidic devices.</a> Chemical Engineering and Processing - Process Intensification. 153, 107984 (2020).</li><li>Wu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustofluidic+separation+of+cells+and+particles.">Acoustofluidic separation of cells and particles.</a> Microsystems &amp; Nanoengineering. 5, 32 (2019).</li><li>Bhagat, A. A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+for+cell+separation.">Microfluidics for cell separation.</a> Medical &amp; Biological Engineering &amp; Computing. 48 (10), 999-1014 (2010).</li><li>M&#228;ki, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+and+Experimental+Characterization+of+Pressure+Drop+in+Gravity-Driven+Microfluidic+Systems.">Modeling and Experimental Characterization of Pressure Drop in Gravity-Driven Microfluidic Systems.</a> ASME Journal of Fluids Engineering. 137 (2), 021105 (2015).</li><li>Safavieh, R., Juncker, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillarics:+pre-programmed,+self-powered+microfluidic+circuits+built+from+capillary+elements.">Capillarics: pre-programmed, self-powered microfluidic circuits built from capillary elements.</a> Lab on a Chip. 13, 4180-4189 (2013).</li><li>Hossan, M. R., Dutta, D., Islam, N., Dutta, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review:+Electric+field+driven+pumping+in+microfluidic+device.">Review: Electric field driven pumping in microfluidic device.</a> Electrophoresis. 39 (5-6), 702-731 (2018).</li><li>Dincau, B., Dressaire, E., Sauret, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsatile+Flow+in+Microfluidic+Systems.">Pulsatile Flow in Microfluidic Systems.</a> Small. 16 (9), 1904032 (2020).</li><li>Thurgood, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+Harmonic+Flow+Patterns+in+Microfluidic+Systems+through+Simple+Tube+Oscillation.">Tunable Harmonic Flow Patterns in Microfluidic Systems through Simple Tube Oscillation.</a> Small. 16 (43), 2003612 (2020).</li><li>Xia, H. M., Wu, J. W., Zheng, J. J., Zhang, J., Wang, Z. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+microfluidics:+device+physics,+functions,+and+applications.">Nonlinear microfluidics: device physics, functions, and applications.</a> Lab on a Chip. 21, 1241-1268 (2021).</li><li>Glasgow, I., Aubry, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+microfluidic+mixing+using+time+pulsing.">Enhancement of microfluidic mixing using time pulsing.</a> Lab on a Chip. 3 (2), 114-120 (2003).</li><li>Zhang, P., Bachman, H., Ozcelik, A., Huang, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+Microfluidics.">Acoustic Microfluidics.</a> Annual Review of Analytical Chemistry. 13, 17-43 (2020).</li><li>Lieu, V. H., House, T. A., Schwartz, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+Tweezers:+Impact+of+Design+Geometry+on+Flow+and+Microparticle+Trapping.">Hydrodynamic Tweezers: Impact of Design Geometry on Flow and Microparticle Trapping.</a> Analytical Chemistry. 84 (4), 1963-1968 (2012).</li><li>Jain, R., Darling, R. B., Lutz, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+characterization+of+flow+magnitude+and+phase+in+resonant+microfluidic+circuits.">Frequency characterization of flow magnitude and phase in resonant microfluidic circuits.</a> Analytical Methods. 9, 5425-5432 (2017).</li><li>Squires, T. M., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics:+Fluid+physics+at+the+nanoliter+scale.">Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale.</a> Reviews of Modern Physics. 77, 977 (2005).</li><li>Zhang, C., Guo, X., Brunet, P., Costalonga, M., Royon, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+streaming+near+a+sharp+structure+and+its+mixing+performance+characterization.">Acoustic streaming near a sharp structure and its mixing performance characterization.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 23 (9), 104 (2019).</li><li>Abolhasani, M., Oskooei, A., Klinkova, A., Kumacheva, E., G&#252;nther, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shaken,+and+stirred:+oscillatory+segmented+flow+for+controlled+size-evolution+of+colloidal+nanomaterials.">Shaken, and stirred: oscillatory segmented flow for controlled size-evolution of colloidal nanomaterials.</a> Lab on a Chip. 14, 2309-2318 (2014).</li><li>Thameem, R., Rallabandi, B., Hilgenfeldt, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+inertial+particle+manipulation+in+oscillating+flows.">Fast inertial particle manipulation in oscillating flows.</a> Physical Review Fluids. 2 (5), 052001 (2017).</li><li>Vishwanathan, G., Juarez, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inertial+focusing+in+planar+pulsatile+flows.">Inertial focusing in planar pulsatile flows.</a> Journal of Fluid Mechanics. 921, 1 (2021).</li><li>Geschiere, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slow+growth+of+the+Rayleigh-Plateau+instability+in+aqueous+two+phase+systems.">Slow growth of the Rayleigh-Plateau instability in aqueous two phase systems.</a> Biomicrofluidics. 6, 022007 (2012).</li><li>V&#225;zquez-Vergara, P., Torres Rojas, A. M., Guevara-Pantoja, P. E., Poir&#233;, E. C., Caballero-Robledo, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+flow+spectrometer.">Microfluidic flow spectrometer.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 27, 077001 (2017).</li><li>Sauret, A., Shum, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forced+generation+of+simple+and+double+emulsions+in+all-aqueous+systems.">Forced generation of simple and double emulsions in all-aqueous systems.</a> Applied Physics Letters. 100, 154106 (2012).</li><li>Vishwanathan, G., Juarez, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Steady+streaming+viscometry+of+Newtonian+liquids+in+microfluidic+devices.">Steady streaming viscometry of Newtonian liquids in microfluidic devices.</a> Physics of Fluids. 31, 041701 (2019).</li><li>Vishwanathan, G., Juarez, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Steady+streaming+flows+in+viscoelastic+liquids.">Steady streaming flows in viscoelastic liquids.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 271, 104143 (2019).</li><li>Vishwanathan, G., Juarez, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+and+application+of+sub-kilohertz+oscillatory+flows+in+microchannels.">Generation and application of sub-kilohertz oscillatory flows in microchannels.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 24, 69 (2020).</li></ol>

הדגמנו את ההרכבה (ראו פרוטוקול שלבים קריטיים 3 ו-4) ואת הפעולה (ראו פרוטוקול שלבים קריטיים 5 ו-6) של מנגנון חיצוני מבוסס רמקולים ליצירת זרימה מתנדתית עם תדרים בטווח של 10 עד 1000 הרץ בהתקנים מיקרופלואידיים. מעקב אחר חלקיקים של חלקיקי עוקבים מרחפים נדרש כדי לקבוע את הנאמנות של התנועה ההרמונית, כמו...

השליטה המדויקת בקצב זרימת הנוזלים במיקרו-ערוצים היא חיונית ליישומי מעבדה-על-שבב כגון ייצור טיפות ואנקפסולציה1, ערבוב 2,3, ומיון ומניפולציה של חלקיקים מרחפים 4,5,6,7. השיטה הנפוצה ביותר לבקרת זרימה היא משאבת מזרק המייצרת זרימות יציבות מבוקרות מאוד המעניקות נפח קבוע של נוזל או קצב זרימה נפחי קבוע, המוגבל לעתים קרובות לזרימה חד כיוונית לחלוטין. אסטרטגיות חלופיות ליצירת זרימה חד כיוונית כוללות שימוש בראש כבידה8, כוחות נימיים9 או זרימה אלקטרו-אוסמוטית10. משאבות מזרקים ניתנות לתכנות מאפשרות שליטה דו-כיוונית תלוית זמן בקצבי הזרימה ובנפחים המחולקים, אך הן מוגבלות לזמני תגובה העולים על 1 שניות בשל האינרציה המכנית של משאבת המזרק.
בקרת זרימה בקני מידה קצרים יותר של זמן פותחת שפע של 6,11,12,13,13,14,15 אפשרויות שאינן נגישות בדרך אחרת עקב שינויים איכותיים בפיזיקת הזרימה. האמצעי המעשי ביותר לרתום את פיזיקת הזרימה המגוונת הזו הוא באמצעות גלים אקוסטיים או זרימות מתנדות עם פרקי זמן הנעים בין 10-1- 10-9 שניות או 101 -109 הרץ. הקצה הגבוה יותר של תחום תדרים זה נגיש באמצעות גל אקוסטי בתפזורת (BAW; 100 kHz-10 MHz) והתקני גל אקוסטי על פני השטח (SAW; 10 MHz-1 GHz). בהתקן BAW טיפוסי, המצע כולו ועמודת הנוזלים רוטטים על ידי הפעלת אות מתח על פני פיאזואלקטרי מלוכד. זה מאפשר תפוקות גבוהות יחסית אך גם גורם לחימום באמפליטודות גבוהות יותר. בהתקני SAW, לעומת זאת, הממשק המוצק-נוזלי מתנודד על ידי הפעלת מתח על זוג אלקטרודות משולבות בתבנית על מצע פיאזואלקטרי. בשל אורכי הגל הקצרים מאוד (1 μm-100 μm) חלקיקים קטנים כמו 300 ננומטר ניתן לתמרן במדויק על ידי גל הלחץ שנוצר בהתקני SAW. למרות היכולת לתפעל חלקיקים קטנים, שיטות SAW מוגבלות למניפולציה מקומית של חלקיקים מכיוון שהגל מתמעט במהירות עם המרחק מהמקור.
בתחום התדרים של 1-100 קילוהרץ, זרימות מתנדות נוצרות בדרך כלל באמצעות רכיבי פיאזו המחוברים למיקרו-ערוץ פולידימתילסילוקסן (PDMS) מעל חלל מתוכנן16,17. קרום ה-PDMS שמעל החלל המעוצב מתנהג כמו קרום רוטט או תוף שלוחץ על הנוזל בתוך התעלה. בתחום תדרים זה, אורך הגל גדול מגודל הערוץ, אך משרעת מהירות התנודה קטנה. התופעה השימושית ביותר במשטר תדרים זה היא יצירת זרימות זרימה אקוסטיות/צמיגות, שהן זרימות יציבות מתוקנות הנגרמות עקב אי-ליניאריות הטבועה בזרימת נוזלים עם אינרציה18. זרמי הזרימה היציבים מתבטאים בדרך כלל במערבולות נגדיות המסתובבות במהירות גבוהה בקרבת מכשולים, פינות חדות או מיקרו-בועות. מערבולות אלה שימושיות לערבובשל 19,20 ולהפרדת חלקיקים בגודל 10 מיקרומטר מזרם הזרימה21.
עבור תדרים בטווח של 10-1000 הרץ, הן המהירות של הרכיב המתנד והן הזרימה הצמיגית היציבה הקשורה אליו ניכרות בגודלן ושימושיות. זרימות מתנדות חזקות בתחום תדרים זה יכולות לשמש למיקוד אינרציאלי22, להקל על יצירת טיפות23, ויכולות ליצור תנאי זרימה (מספרי Womersley) המחקים את זרימת הדם עבור מחקרי מבחנה . מצד שני, זרימות זורמות שימושיות לערבוב, לכידת חלקיקים ומניפולציה. זרימה מתנדתית בטווח תדרים זה יכולה להתבצע גם באמצעות רכיב piezo המחובר למכשיר כמתואר לעיל23. מכשול משמעותי ביישום זרימות מתנדות דרך אלמנט פיאזו מלוכד הוא שהוא דורש לתכנן תכונות מראש. יתר על כן, רכיבי הרמקולים המחוברים אינם ניתנים לניתוק, ויש לחבר אלמנט חדש לכל מכשיר24. עם זאת, מכשירים כאלה מציגים את היתרון של להיות קומפקטי. שיטה חלופית היא שימוש בשסתום ממסר אלקטרומכני20. שסתומים אלה דורשים מקורות לחץ פנאומטיים ותוכנת בקרה מותאמת אישית לתפעול ולכן מגבירים את המחסום הטכני לבדיקה וליישום. עם זאת, התקנים כאלה מאפשרים את היישום של משרעת לחץ להגדיר ותדירות.
במאמר זה מתוארת הבנייה, ההפעלה והאפיון של שיטה ידידותית למשתמש ליצירת זרימות מתנדות בתחום התדרים של 10-1000 הרץ במיקרו-ערוצים. השיטה מציעה יתרונות רבים כגון הרכבה חסכונית, קלות תפעול ומוכנה להתממשק עם ערוצים ואביזרים מיקרופלואידיים סטנדרטיים כגון משאבות מזרקים וצינורות. בנוסף, בהשוואה לגישות דומות קודמות25, השיטה מציעה למשתמש שליטה סלקטיבית ועצמאית על תדרי תנודה ואמפליטודות, כולל אפנון בין צורות גל סינוסואידליות ולא סינוסואידליות. תכונות אלה מאפשרות למשתמשים לפרוס בקלות זרימות מתנדות, ולכן, מאפשרות אימוץ נרחב למגוון רחב של טכנולוגיות ויישומים מיקרופלואידיים הקיימים כיום בתחומי הביולוגיה והכימיה.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Oscillatory Driver Assembly</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alligator-to-pin wire</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>3255</td>
			<td>Small alligator clip to male jumper wire (12)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aux cable</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>2698</td>
			<td>3.5 mm Male/Male stereo cable 1 m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller chip</td>
			<td>Damgoo</td>
			<td>TPA3116</td>
			<td>50w+50w 2 channel audio amplifier (bluetooth and AUX)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC adapter</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>798</td>
			<td>12 V DC 1A regulated switching power adapter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-pipette tip</td>
			<td>VWR Signature</td>
			<td>37001-532</td>
			<td>200 ul micropipette tip</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone sealant</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>908570</td>
			<td>Clear silicone waterproof sealant (80 ml)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Speaker</td>
			<td>Drok</td>
			<td>6843996</td>
			<td>4.5 inch 4 Ohm 40 W speaker</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Speaker mount</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>3D printed from &#39;speakermount.stl&#39; in supplementary files</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Speaker-to-tube adapter</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>3D printed from &#39;speaketubeadapter.stl&#39; in supplementary files</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microchannel Manufacture</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biopsy punch</td>
			<td>Miltex</td>
			<td>15110</td>
			<td>Biopsy punch with plunger (1 - 4 mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Degasser</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable cup</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable spoon</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Slides</td>
			<td>VWR Signature</td>
			<td>16004-430</td>
			<td>3&#34; x 1&#34; pre clean 1 mm thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mold</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Si - SU-8 or 3D printed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Fischer Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Isotemp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDMS resin and cross-linker</td>
			<td>Dow Chemical</td>
			<td>4019862</td>
			<td>Sylgard 184 PDMS resin and crosslinker (500 g)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene tubing</td>
			<td>Becton Dickinson Intramedic</td>
			<td>427440</td>
			<td>Polyethylene tubing (PE 60 - PE 200)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Razor blades</td>
			<td>VWR</td>
			<td>55411-050</td>
			<td>Single edge industrial razor blades</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RF plasma generator</td>
			<td>Electro-Technic Products</td>
			<td>BD - 20</td>
			<td>High frequency generator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone Mold Release</td>
			<td>CRC</td>
			<td>03301</td>
			<td>Food Grade Silicon Mold release (16 oz)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Observation and Characterization</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera</td>
			<td>Edgertronic</td>
			<td></td>
			<td>SC2+</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lens</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td>Plan Fluor 10x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td>Ti Eclipse manual stage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needles</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>305175</td>
			<td>&#160;PrecisionGlide 20G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>1180100555</td>
			<td>Monoject 1 ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td></td>
			<td>Dual syringe programmable syringe pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tracer Particles</td>
			<td>Spherotech</td>
			<td>PP-10-10</td>
			<td>Polystyrene tracer particles 1 um</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assembly and characterization of an external driver for the generation of sub-kilohertz oscillatory flow in microchannels

הטכנולוגיה המיקרופלואידית הפכה לכלי סטנדרטי במעבדות כימיות וביולוגיות הן לניתוח והן לסינתזה. הזרקה של דגימות נוזליות, כגון ריאגנטים כימיים ותרביות תאים, מתבצעת בעיקר באמצעות זרימות קבועות המונעות בדרך כלל על ידי משאבות מזרקים, כוח הכבידה או כוחות נימיים. השימוש בזרימות מתנודתיות משלימות נחשב רק לעתים רחוקות ביישומים למרות יתרונותיו הרבים כפי שהוכחו לאחרונה בספרות. החסם הטכני המשמעותי ליישום זרימות מתנודתיות במיקרו-ערוצים אחראי ככל הנראה להיעדר אימוץ נרחב שלה. משאבות מזרקים מסחריות מתקדמות שיכולות לייצר זרימה מתנדתית, הן לעתים קרובות יקרות יותר ופועלות רק עבור תדרים של פחות מ-1 הרץ. כאן, ההרכבה והתפעול של מנגנון מבוסס רמקולים מסוג plug-and-play בעלות נמוכה, המייצר זרימה מתנודדת במיקרו-ערוצים, מודגמת. ניתן להשיג זרימות מתנדות הרמוניות בנאמנות גבוהה עם תדרים הנעים בין 10-1000 הרץ יחד עם בקרת משרעת עצמאית. ניתן להשיג אמפליטודות הנעות בין 10-600 מיקרומטר לאורך כל טווח הפעולה, כולל אמפליטודות > 1 מ"מ בתדר התהודה, במיקרו-ערוץ טיפוסי. למרות שתדירות התנודה נקבעת על ידי הרמקול, אנו ממחישים כי משרעת התנודה רגישה לתכונות הזורם ולגיאומטריית התעלה. באופן ספציפי, משרעת התנודה פוחתת עם הגדלת אורך מעגל הערוץ וצמיגות הנוזל, ובעבר, המשרעת גדלה עם הגדלת עובי ואורך שפופרת הרמקול. בנוסף, המנגנון אינו דורש תכונות קודמות כדי להיות מתוכנן על המיקרו-ערוץ והוא ניתן להסרה בקלות. זה יכול לשמש בו זמנית עם זרימה קבועה שנוצרה על ידי משאבת מזרק כדי ליצור זרימות pulsatile.

כדי להמחיש את היכולת והביצועים של ההתקנה לעיל, מוצגות תוצאות מייצגות של זרימה מתנודדת במיקרו-ערוץ ליניארי פשוט עם חתך מרובע. רוחבה וגובהה של התעלה הם 110 מיקרומטר ואורכו 5 ס"מ. ראשית, אנו מתארים את התנועה של חלקיקי עקבות פוליסטירן כדוריים וכיצד ניתן להשתמש בהם כדי לבדוק את התזזיתיות של האות ה...

Watch this Scientific Journal Video about Assembly and Characterization of an External Driver for the Generation of Sub-Kilohertz Oscillatory Flow in Microchannels at JoVE.com

Assembly and Characterization of an External Driver for the Generation of Sub-Kilohertz Oscillatory Flow in Microchannels

הפרוטוקול מדגים שיטה נוחה להפקת זרימה מתנדתית הרמונית מ-10-1000 הרץ במיקרו-ערוצים. זה נעשה על ידי התממשקות דיאפרגמה רמקול מבוקרת מחשב למיקרו-ערוץ באופן מודולרי.

הרכבה ואפיון של דרייבר חיצוני ליצירת זרימה תנודתית תת-קילוהרץ במיקרו-ערוצים

Microfluidic technology has become a standard tool in chemical and biological laboratories for both analysis and synthesis. The injection of liquid ...

הטכניקה שלנו מביאה זרימות מתנדות לביולוגים וכימאים באמצעות מיקרופלואידיקה. התקן זה מהיר להרכבה, קל לשימוש, והוא שיטת הכנס-הפעל להפקת זרימות מתנדות בנאמנות גבוהה. מי שידגים את ההליך יהיה ג'ירידאר וישוואנאת'ן, דוקטורנט מהמעבדה שלי.כדי להתחיל, הידקו את קצוות קליפס התנין של זוג תנינים כדי להצמיד חוטים להדקים של רמקול של 15 וואט עם חרוט של שמונה סנטימטרים. מקם את שבב בקר ה- aux על רכיב בידוד. הכנס את קצוות הפין לשקעי הבורג של שבב ה- aux.הדקו באמצעות מברג כדי להבטיח קישוריות. חבר קצה אחד של כבל aux לשבב הבקר, ואת הקצה השני ליציאת aux במחשב. חבר מתאם זרם ישיר של 12 וולט לספק הכוח.הפעל את שבב הבקר על-ידי חיבור הקצה הקואקסיאלי של מתאם DC לשקע החשמל. באמצעות דפדפן אינטרנט, נווט לאתר מחולל צלילים מקוון. הקלד את התדר הרצוי בין 5 ל-1200 הרץ ביישום המקוון וגלול את פס הכרך לסכום הנדרש.לחץ על סמל מחולל סוג הגל ובחר את צורת הגל הרצויה כמו סימן, ריבוע, משולש או נסורת. הגדרת ברירת המחדל היא טופס גל סימן. הקש הפעל כדי להפעיל את הרמקול.הדביקו את הרמקול ואת שבב הבקר על תלולית הרמקולים המודפסת בתלת-ממד למיקום על במת המיקרוסקופ. מקם את המתאם המודפס בתלת-ממד באופן קונצנטרי על חרוט הרמקול. יש למרוח חומר איטום מסיליקון בנדיבות לאורך קצוות המתאם ולתת לריפוי במשך שעתיים.חותכים קצה מיקרופיפט 200 מיקרוליטר במרחק של כשני סנטימטרים מהקצה הצר שלו ומשליכים את החצי הרחב יותר של הקצה שבו הקצה החרוטי הצר ישמש כחותם טריז לחיבור הפיך. חבר את צינורות הפוליאתילן ליציאת המיקרו-ערוצים על ידי השחלה תחילה דרך קצה המיקרופיפט, ולאחר מכן דרך הקצה הקואקסיאלי של המתאמים, ולבסוף, החוצה דרך הצד. תקעו בחוזקה את הקצה הצר של קצה הפיפטה לתוך הקצה הקואקסיאלי של המתאמים כדי ליצור אטם הדוק הניתן להסרה.הוסיפו חלקיקי עוקבים לבקבוקון במשקל של 22% לפי משקל תמיסת גליצרול במשקל כדי לייצר תרחיף צף נייטרלי עם שבר נפח של 0.01% עד 0.1% פוליסטירן בנוזל ב-20 מעלות צלזיוס. מערבבים במרץ על ידי טלטול כדי לייצר תרחיף הומוגני. טען מזרק כניסה של מיליליטר אחד עם מיליליטר אחד של דגימה.תלו והידוק את המזרק הטעון למשאבת מזרק אוטומטית. הכנס את מחט המזרק לתוך צינורות הכניסה של המכשיר כדי ליצור אטימה אטומה למים. ודא שצינור היציאה מושרש דרך מכלול המתאם ולתוך מאגר.הפעל את משאבת המזרק, באמצעות מסך המגע בחר את סוג המזרק כ- Becton-Dickinson 1 mL, ולאחר מכן בחר Infuse. לאחר מכן בחר את קצב הזרימה הנדרש של נפח הזרימה. הפעל את הזרימה היציבה באמצעות משאבת המזרק.המתן עד שצינור היציאה יתמלא בנוזל עד לרמקול. בחר משרעת תדרים נדרשת וצורת גל ביישום מחולל הגוונים, והקש Play כדי ליצור זרימה מתנדתית בתוך המיקרו-ערוץ. הרכיבו את המכשיר על המיקרוסקופ.הגדר את התצורה האופטית על ידי בחירת עדשה אובייקטיבית עם הגדלה בין 10X ל- 40X, והתאמת מישור המוקד ומיקום הבמה. כדי לקבל מדידות במישור מוקד מוגדר היטב, ודא שעומק השדה של העדשה האובייקטיבית קטן מעומק התעלה בפקטור של חמישה או יותר. כדי לצפות בזרימה המתנודדת, השתמש במצלמה במהירות גבוהה עם קצב פריימים של לפחות כפול מתדירות התנודה.לקבלת רזולוציה שימושית של צורת הגל, מדוד לפחות 10 נקודות לפרק זמן עם קצב פריימים גדול פי 10 מתדירות התנודה. לחלופין, כדי לצפות בהשפעות ארוכות טווח של זרימות חיוביות לבצע הדמיה סטרובוסקופית על ידי הגדרת התצפית לכל מחלק מושלם של תדירות התנודה. להדמיה ישירה וסטרובוסקופית, השתמשו במצלמה המצוידת בתריס גלובלי כדי להימנע מאפקט הג'לו.בכל מקרה, יש לשמור על זמן חשיפה קטן משמעותית מתקופת זמן התנודה בפקטור של 10 או יותר כדי למנוע פסים. כדי למדוד את משרעת התנודה ללא מצלמה במהירות גבוהה, הקלט בקצב פריימים שנשמר קרוב לקצב הפריימים הסטרובוסקופי אך לא אליו, מה שמביא לתנודה מואטת מאוד שממנה ניתן למדוד במדויק את המשרעת, לצפות ולתעד את מדידות המשרעת. התזוזה העוקבת של חלקיקי העקיבה במישור האמצעי של הערוץ הראתה אות הרמוני לתדרי התנודה 100, 200, 400 ו-800 הרץ.בחלקה של משרעת תנודה לעומת תדירות עבור כל הגדרות עוצמת הרמקולים, העקומה האופיינית הייתה בעלת שיא תהודה בסביבות 180 הרץ שמעבר לו המשרעת פוחתת עם התדר הגובר. ההשפעה של פרמטרים שונים על משרעת המתנדים על טווח התדרים התפעוליים ביחס למקרה הייחוס, הראתה כי כאשר צמיגות הנוזל העובד מוגברת, המשרעת יורדת בפקטור של כמעט שניים. כאשר קוטר הצינורות המיקרופלואידיים עבור אותו חומר גדל, המשרעת גדלה בהשוואה למקרה הייחוס בפקטור בין 1.5 ל -3 בהתאם לתדר.כאשר אורך הצינור עבור אותו חומר גדל המשרעת גדלה באופן משמעותי בסמוך לתדר התהודה. מסלולי תזוזה של חלקיקים עבור צורות גלים שאינן סינוסואידליות הראו כי שינויים חדים מאוד במיקום הקשורים לצורות גל מרובעות וננסיות אינם אפשריים במערכות אמיתיות. אף על פי כן, ספקטרום פורייה היה בהסכמה טובה עם הספקטרום האידיאלי, לפחות עד ההרמוניה השלישית.חשוב לוודא כי צינור היציאה מלא במלואו בנוזל. זה מבטיח כי המשרעת היא מקסימלית וכי היא קבועה עם הזמן. יש להשתמש גם במצלמה עם תריס גלובלי.השתמשנו בטכניקה זו כדי לבחון ולמדוד במדויק כיצד מתנהגים חלקיקים בגודל מיקרון לאחר שהם נעים מרחק רב מאוד בתוך מיקרו-ערוץ. זה איפשר לנו ליישם טכניקות מניפולציה מיקרופלואידיות חדשות.

Research

JoVE Journal

Engineering

The Generation of Higher-order Laguerre-Gauss Optical Beams for High-precision Interferometry

הדור אופטי קורים מסדר גבוה Laguerre-גאוס לInterferometry דיוק גבוה

Thermal noise in high-reflectivity mirrors is a major impediment for several  types of high-precision interferometric experiments that aim to reach the  ...

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

בנייה ואפיון חיצוני לייזרי חלל דיודה לפיסיקה אטומית

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

דפוסים באמצעות מעברי Saturable אופטיים - ייצור ואפיון

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

הדמיה ניגודיות אלקטרונים תקשור לראפיד III-V Heteroepitaxial אפיון

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

אפיון מלא סט חומר קבועים תלות בטמפרטורה שלהם עבור חומרים פייזו באמצעות ספקטרוסקופיית תהודה אולטראסאונד

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

אפיון של אולטרה-קפדניים Nanocrystalline חומרים באמצעות דיפרקציה הילוכים קיקוצ&#39;י

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

שיטה חדשה עבור<em&gt; באתרו</em&gt; אפיון אלקטרומכני של דגימות ננומטריות

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

הכנה של גביש נוזלי רשתות מאקרוסקופית תנועה מתנדנדות המושרה על ידי אור

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

דור של פולי שבשליטת גודל (אתילן גליקול) Diacrylate טיפות דרך דו-תלת-ממדי לזרום התמקדות Microfluidic מכשירים

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

לימוד התגובה הטיה מתנדנדות משרעת גדולה של חומרים רכים

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl ...