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

Vi vil gjerne anerkjenne støtten gitt og fasiliteter levert av Institutt for maskinvitenskap og ingeniørfag Rapid Prototyping Lab ved University of Illinois for å muliggjøre dette arbeidet.

1. Rask prototypeformdesign og fabrikasjon
<ol><li>Åpne AutoCAD på en PC. Velg Fil på oppgavelinjen, velg deretter Åpne og bla til og klikk på en tredimensjonal (3D) modellfil av kanalformen som har .dxf eller .dwg utvidelse.</li>
	<li>Merk hele modellen ved å klikke og dra en boks rundt den. Eksporter utformingen som en STL-fil ved å velge Fil | Eksporter, deretter Andre formater og velg .stl fra rullegardinlisten. </li>
	<li>...

<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>

Vi har demonstrert monteringen (se protokollkritiske trinn 3 og 4) og drift (se protokollkritiske trinn 5 og 6) for et eksternt høyttalerbasert apparat for generering av oscillatorisk strømning med frekvenser i området 10 til 1000 Hz i mikrofluidiske enheter. Partikkelsporing av suspenderte sporstoffpartikler er nødvendig for å bestemme gjengivelsen av den harmoniske bevegelsen, samt for å kalibrere spekteret av oscillasjonsamplituder som kan oppnås over rekkevidden av driftsfrekvenser. Amplitudefrekvenskurven for...

Den nøyaktige kontrollen av væskestrømningshastigheten i mikrokanal er avgjørende for lab-on-a-chip applikasjoner som dråpeproduksjon og innkapsling1, blanding 2,3, og sortering og manipulering av suspenderte partikler 4,5,6,7. Den overveiende brukte metoden for strømningskontroll er en sprøytepumpe som produserer svært kontrollerte stabile strømmer som dispenserer enten et fast volum væske eller en fast volumetrisk strømningshastighet, ofte begrenset til helt enveis strømning. Alternative strategier for å produsere enveis strømning inkluderer bruk av gravitasjonshode8, kapillære krefter9 eller elektro-osmotisk strømning10. Programmerbare sprøytepumper gir mulighet for en tidsavhengig toveis kontroll av strømningshastigheter og dispenserte volumer, men er begrenset til responstider større enn 1 s på grunn av sprøytepumpens mekaniske treghet.
Strømningskontroll på kortere tidsskalaer låser opp en mengdepå 6,11,12,13,14,15 av ellers utilgjengelige muligheter på grunn av kvalitative endringer i flytfysikk. Den mest praktiske måten å utnytte denne varierte strømningsfysikken er gjennom akustiske bølger eller oscillatoriske strømmer med tidsperioder fra 10-1- 10-9 s eller 101 -109 Hz. Den høyere enden av dette frekvensområdet er tilgjengelig ved hjelp av BAW-enheter (Bulk Acoustic Wave), 100 kHz-10 MHz) og overflateakustikkbølgeenheter (SAW; 10 MHz-1 GHz). I en typisk BAW-enhet vibreres hele substratet og væskekolonnen ved å påføre et spenningssignal over en limt piezoelektrisk. Dette muliggjør relativt høye gjennomstrømninger, men resulterer også i oppvarming ved høyere amplituder. I SAW-enheter oscilleres imidlertid fast væskegrensesnittet ved å påføre spenning på et par interdigiterte elektroder mønstret på et piezoelektrisk substrat. På grunn av de svært korte bølgelengdene (1 μm-100 μm) kan partikler så små som 300 nm nøyaktig manipuleres av trykkbølgen som genereres i SAW-enheter. Til tross for evnen til å manipulere små partikler, er SAW-metoder begrenset til lokal partikkelmanipulering siden bølgen raskt demper med avstand fra kilden.
Ved frekvensområdet 1-100 kHz genereres oscillatoriske strømmer vanligvis ved hjelp av piezo-elementer som er bundet til en polydimetylsiloksan (PDMS) mikrokanal over et designet hulrom16,17. PDMS-membranen over det mønstrede hulrommet oppfører seg som en vibrerende membran eller trommel som presser væsken i kanalen. Ved dette frekvensområdet er bølgelengden større enn kanalstørrelsen, men oscillasjonshastighetsamplitudene er små. Det mest nyttige fenomenet i dette frekvensregimet er genereringen av akustiske / viskøse streamingstrømmer, som er utbedrede stabile strømmer forårsaket på grunn av ikke-linearitet som ligger i strømmen av væsker med treghet18. De jevne strømmestrømmene manifesterer seg vanligvis som høyhastighets motroterende vortices i nærheten av hindringer, skarpe hjørner eller mikrobobler. Disse vortices er nyttige for å blande 19,20 og skille 10 μm store partikler fra strømningsstrømmen21.
For frekvenser i området 10-1000 Hz er både hastigheten til oscillatoriske komponenten og den tilhørende stabile viskøse streamingen betydelig i størrelsesorden og nyttig. Sterke oscillatoriske strømmer i dette frekvensområdet kan brukes til inertial fokusering22, lette dråpegenerering23, og kan generere strømningsforhold (Womersley-tall) som etterligner blodstrømmen for in vitro-studier . På den annen side er streamingstrømmer nyttige for blanding, partikkelfangst og manipulering. Oscillatorisk strømning i dette frekvensområdet kan også oppnås ved hjelp av et piezo-element bundet til enheten som beskrevet ovenfor23. Et betydelig hinder for å implementere oscillatoriske strømmer gjennom et limt piezo-element er at det krever at funksjoner utformes på forhånd. De limte høyttalerelementene kan heller ikke tas av, og et nytt element må bindes til hver enhet24. Imidlertid presenterer slike enheter fordelen med å være kompakt. En alternativ metode er å bruke en elektromekanisk reléventil20. Disse ventilene krever pneumatiske trykkkilder og tilpasset kontrollprogramvare for drift og øker derfor den tekniske barrieren for testing og implementering. Likevel muliggjør slike enheter anvendelse av innstilt trykkamplitude og frekvens.
I denne artikkelen er konstruksjon, drift og karakterisering av en brukervennlig metode for å generere oscillatoriske strømmer i frekvensområdet 10-1000 Hz i mikrokanaler beskrevet. Metoden gir mange fordeler som kostnadseffektiv montering, brukervennlighet og klar til grensesnitt med standard mikrofluidiske kanaler og tilbehør som sprøytepumper og rør. I tillegg, sammenlignet med tidligere lignende tilnærminger25, tilbyr metoden brukeren selektiv og uavhengig kontroll av oscillasjonsfrekvenser og amplituder, inkludert moduleringen mellom sinusformede og ikke-sinusformede bølgeformer. Disse funksjonene gjør det enkelt for brukere å distribuere oscillatoriske strømmer og derfor legge til rette for utbredt adopsjon i et bredt spekter av eksisterende mikrofluidiske teknologier og applikasjoner innen biologi og kjemi.

<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

Mikrofluidisk teknologi har blitt et standardverktøy i kjemiske og biologiske laboratorier for både analyse og syntese. Injeksjonen av væskeprøver, som kjemiske reagenser og cellekulturer, oppnås hovedsakelig gjennom stabile strømmer som vanligvis drives av sprøytepumper, tyngdekraften eller kapillære krefter. Bruken av komplementære oscillatoriske strømmer vurderes sjelden i applikasjoner til tross for sine mange fordeler som nylig demonstrert i litteraturen. Den betydelige tekniske barrieren for implementering av oscillatoriske strømmer i mikrokanaler er sannsynligvis ansvarlig for mangelen på utbredt adopsjon. Avanserte kommersielle sprøytepumper som kan produsere oscillatorisk strømning, er ofte dyrere og fungerer bare for frekvenser mindre enn 1 Hz. Her demonstreres montering og drift av et rimelig, plug-and-play-type høyttalerbasert apparat som genererer oscillatorisk strømning i mikrokanal. Høy-troskap harmoniske oscillatoriske strømmer med frekvenser fra 10-1000 Hz kan oppnås sammen med uavhengig amplitudekontroll. Amplituder fra 10-600 μm kan oppnås gjennom hele operasjonsområdet, inkludert amplituder > 1 mm ved resonansfrekvensen, i en typisk mikrokanal. Selv om oscillasjonsfrekvensen bestemmes av høyttaleren, illustrerer vi at oscillasjonsamplituden er følsom for væskeegenskaper og kanalgeometri. Spesielt reduseres oscillasjonsamplituden med økende kanalkretslengde og flytende viskositet, og i kontrast øker amplituden med økende høyttalerrørtykkelse og lengde. I tillegg krever apparatet ingen tidligere funksjoner som skal utformes på mikrokanal og er lett avtakbar. Den kan brukes samtidig med en jevn strømning opprettet av en sprøytepumpe for å generere pulsatile strømmer.

For å illustrere evnen og ytelsen til oppsettet ovenfor, presenteres representative resultater av oscillatorisk strømning i en enkel lineær mikrokanal med et firkantet tverrsnitt. Bredden og høyden på kanalen er 110 μm og lengden er 5 cm. Først beskriver vi bevegelsen av sfæriske polystyren tracer partikler og hvordan disse kan brukes til å sjekke troskapen til oscillatorisk signal samt rekkevidden av oscillasjon amplituder oppnåelig. Vi diskuterer deretter effekten av spesifikke væskeegenskaper eller mikroflu...

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

Protokollen demonstrerer en praktisk metode for å produsere harmonisk oscillatorisk strømning fra 10-1000 Hz i mikrokanal. Dette utføres ved å interfacing en datastyrt høyttalermembran til mikrokanal på en modulær måte.

Montering og karakterisering av en ekstern driver for generering av under kilohertz oscillatorisk strømning i mikrokanal

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

Vår teknikk bringer oscillatoriske strømmer til biologer og kjemikere ved hjelp av mikrofluidikk. Denne enheten er rask å montere, enkel å bruke, og er en plug and play-metode for å produsere oscillatoriske strømmer med høy kvalitet. Å demonstrere prosedyren vil være Giridar Vishwanathan, en ph.d.-student fra laboratoriet mitt.For å begynne med, klem alligatorklemmenden av et par alligator for å feste ledninger til terminalene til en 15 watt høyttaler med en åtte centimeter kjegle. Plasser aUX-kontrollerbrikken på en isolerende komponent. Sett pinneendene inn i skruekontaktene på aUX-brikken.Stram til med en skrutrekker for å sikre tilkobling. Koble den ene enden av en AUX-kabel til kontrollerbrikken, og den andre enden til en AUX-port på en datamaskin. Koble en 12 volts likestrømsadapter til strømforsyningen.Slå på kontrollerbrikken ved å koble den koaksiale enden av DC-adapteren til stikkontakten. Bruk en nettleser, naviger til et online tonegeneratornettsted. Skriv inn ønsket frekvens mellom 5 og 1200 Hertz i det elektroniske programmet og bla volumlinjen til ønsket mengde.Klikk på bølgetypegeneratorsymbolet og velg ønsket bølgeform som skilt, firkant, trekant eller satooth. Standardinnstillingen er et tegnbølgeskjema. Trykk spill av for å aktivere høyttaleren.Tape høyttaleren og kontrollerbrikken på den 3D-trykte høyttalerhaugen for plassering på mikroskopstadiet. Plasser den 3D-utskrevne adapteren konsentrisk på høyttalerkjeglen. Påfør silikonforseglingsmiddel sjenerøst langs kantene på adapteren og la herde i to timer.Klipp en 200 mikroliter mikropipettespiss omtrent to centimeter fra den smale enden og kast den bredere halvdelen av spissen der den smale koniske enden vil fungere som en kileforsegling for reversibel vedlegg. Koble polyetylenrørene til mikrokanalutgangen ved først å tre gjennom mikropipettespissen, og deretter gjennom adapternes koaksiale ende, og til slutt ut gjennom siden. Kil den smale enden av pipettespissen godt inn i adapterens koaksialende for å skape en avtakbar tett forsegling.Tilsett sporstoffpartikler i et hetteglass med 22% vekt etter vekt glyseroloppløsning for å produsere en nøytralt oppdriftssuspensjon med en volumfraksjon på 0,01% til 0,1% polystyren i væske ved 20 grader Celsius. Bland kraftig ved å riste for å produsere en homogen suspensjon. Legg en en milliliter innløpssprøyte med en milliliter prøve.Mound og fest den ladde sprøyten på en automatisk sprøytepumpe. Sett sprøytenålen inn i innløpsslangen på enheten for å lage en vanntett forsegling. Kontroller at utløpsrøret er forankret gjennom adapterenheten og inn i et reservoar.Slå på sprøytepumpen ved hjelp av berøringsskjermen, velg sprøytetypen som Becton-Dickinson 1 ml, og velg deretter Infuse. Velg deretter ønsket strømningshastighet for strømningsvolum. Start den jevne strømmen ved hjelp av sprøytepumpen.Vent til utløpsrøret er fylt med væske opp til høyttaleren. Velg en nødvendig frekvensamplitude og bølgeform i tonegeneratorapplikasjonen, og trykk play for å generere oscillatorisk strømning inne i mikrokanal. Monter enheten på mikroskopet.Sett opp den optiske konfigurasjonen ved å velge et objektiv med en forstørrelse mellom 10X og 40X, og juster brennplanet og posisjonere scenen. For å oppnå målinger i et veldefinert fokusplan, må du sørge for at dybdeskarpheten til objektivet er mindre enn kanaldybden med en faktor på fem eller flere. For å observere oscillatorisk strømning, bruk et høyhastighetskamera med en bildefrekvens på minst dobbelt så høy oscillasjonsfrekvens.For nyttig oppløsning av bølgeformen måler du minst 10 punkt per tidsperiode med 10 ganger større bildefrekvens enn oscillasjonsfrekvensen. Alternativt, for å observere langvarige effekter av positive strømmer utføre stroboskopisk avbildning ved å sette observasjonen til en perfekt divisor av oscillasjonsfrekvensen. For både direkte og stroboskopisk bildebehandling, bruk et kamera utstyrt med en global lukker for å unngå jello-effekten.I begge tilfeller må eksponeringstiden holdes betydelig mindre enn svingningsperioden med en faktor på 10 eller mer for å forhindre striper. For å måle oscillasjonsamplituden uten et høyhastighetskamera, ta opp med en bildefrekvens som opprettholdes nær, men ikke til den stroboskopiske bildefrekvensen, noe som resulterer i en svært redusert oscillasjon som amplituden kan måles nøyaktig, observere og registrere amplitudemålingene fra. Den sporede forskyvningen av sporstofferpartikler på kanal midtplanet viste et harmonisk signal for oscillasjonsfrekvensene 100, 200, 400 og 800 Hertz.I et plott av oscillasjonsamplitude versus frekvens for alle høyttalervoluminnstillinger, hadde den karakteristiske kurven en resonanstopp på rundt 180 Hertz utover hvilken amplituden reduseres med økende frekvens. Effekten av forskjellige parametere på oscillatorisk amplitude over rekkevidden av operasjonelle frekvenser med hensyn til referansehuset, viste at når viskositeten til arbeidsvæsken økes, reduseres amplituden med en faktor på nesten to. Når mikrofluidisk rørdiameter for samme materiale økes, øker amplituden sammenlignet med referansetilfellet med en faktor mellom 1,5 og 3 avhengig av frekvensen.Når rørlengden for samme materiale økes, øker amplituden betydelig nær resonansfrekvensen. Partikkelforskyvningsspor for ikke-sinusformede bølgeformer viste at svært skarpe endringer i posisjon forbundet med firkantede og satothbølgeformer ikke er mulig i virkelige systemer. Likevel var Fourier-spektraet i god enighet med det ideelle spektraet, i hvert fall opp til den tredje harmoniske.Det er viktig å bekrefte at utløpsrøret er fullt fylt med væske. Dette sikrer at amplituden er maksimal og at den er konstant med tiden. Et kamera med global lukker må også brukes.Vi har brukt denne teknikken til å nøyaktig observere og måle hvordan mikronstørrelse partikler oppfører seg etter at de reiser en veldig lang avstand inne i en mikrokanal. Dette har gjort det mulig for oss å implementere nye mikrofluidiske manipulasjonsteknikker.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

The Generation of Higher-order Laguerre-Gauss Optiske Beams for høy presisjon Interferometry

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

Bygging og karakterisering av Eksterne Cavity Diode Lasere for atomfysikk

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

Mønster via Optiske mettes Transitions - Fabrikasjon og karakterisering

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

Electron Kanalisering Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Karakterisering

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

Karakterisering av komplett sett Materiale konstanter og temperaturen Avhengighet for piezoelektriske materialer Bruke Resonant Ultralyd Spectroscopy

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

Karakterisering av Ultra-finkornet og nanocrystalline materialer Bruke Sende Kikuchi Diffraksjon

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

En ny metode for<em&gt; I situ</em&gt; Elektromekanisk karakterisering av nanoskalaeksempler

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

Utarbeidelse av flytende krystall nettverk for makroskopisk oscillasjon bevegelse av lys

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

Generasjon av størrelse-kontrollerte Poly (etylenglykol) Diacrylate dråper via Semi-3-dimensjonale Flow fokus Microfluidic enheter

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

Studere store Amplitude oscillasjon skjær responsen av myke materialer

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