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

Bu çalışmayı mümkün kılmak için Illinois Üniversitesi Makine Bilimi ve Mühendisliği Bölümü Hızlı Prototipleme Laboratuvarı tarafından verilen destek ve olanaklara teşekkür ederiz.

1. Hızlı prototip kalıp tasarımı ve imalatı
<ol><li>PC'de AutoCAD'i açın. Görev çubuğunda Dosya'yı seçin, ardından Aç'ı seçin ve kanal kalıbının .dxf veya .dwg uzantısına sahip üç boyutlu (3B) bir model dosyasına göz atın ve tıklayın.</li>
	<li>Etrafındaki bir kutuyu tıklatıp sürükleyerek modelin tamamını seçin. Dosya |'ni seçerek tasarımı .stl dosyası olarak dışa aktarın Dışa aktarın, ardından Di...

<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>

Mikroakışkan cihazlarda 10 ila 1000 Hz aralığında frekanslarla salınımlı akış oluşturmak için harici bir hoparlör tabanlı aparatın montajını (protokol kritik adım 3 ve 4'e bakınız) ve çalışmasını (protokol kritik adım 5 ve 6'ya bakınız) gösterdik. Harmonik hareketin doğruluğunu belirlemek ve çalışma frekansları aralığında elde edilebilecek salınım genliklerinin aralığını kalibre etmek için askıya alınmış izleyici parçacıklarının partikül takibi gereklidir. Belirli bir...

Mikrokanallardaki sıvı akış hızının hassas kontrolü, damlacık üretimi ve kapsülleme1, karıştırma 2,3 ve asılı partiküllerin 4,5,6,7 olarak sıralanması ve manipülasyonu gibi çip üzerinde laboratuvar uygulamaları için çok önemlidir. Akış kontrolü için ağırlıklı olarak kullanılan yöntem, genellikle tamamen tek yönlü akışla sınırlı, sabit bir hacimli sıvı veya sabit bir hacimsel akış hızı dağıtan yüksek kontrollü sabit akışlar üreten bir şırınga pompasıdır. Tek yönlü akış üretmek için alternatif stratejiler arasında yerçekimi kafası8, kılcal kuvvetler9 veya elektro-ozmotik akış10 kullanılır. Programlanabilir şırınga pompaları, akış hızlarının ve dağıtılan hacimlerin zamana bağlı çift yönlü kontrolüne izin verir, ancak şırınga pompasının mekanik ataleti nedeniyle 1 s'den büyük tepki süreleriyle sınırlıdır.
Daha kısa zaman ölçeklerinde akış kontrolü, akış fiziğindeki nitel değişiklikler nedeniyle 6,11,12,13,14,15 numaralı başka türlü erişilemeyen olasılıkların bolluğunun kilidini açar. Bu çeşitli akış fiziğinden yararlanmanın en pratik yolu, 10-1-10-9 s veya 10 1 -10 9 Hz arasında değişen zaman periyotlarına sahip akustik dalgalar veya salınımlıakışlardır. Bu frekans aralığının üst ucuna toplu akustik dalga (BAW; 100 kHz-10 MHz) ve yüzey akustik dalga (SAW; 10 MHz-1 GHz) cihazları kullanılarak erişilir. Tipik bir BAW cihazında, tüm substrat ve sıvı kolonu, bağlı bir piezoelektrik boyunca bir voltaj sinyali uygulanarak titreştirilir. Bu, nispeten yüksek verim sağlar, ancak aynı zamanda daha yüksek genliklerde ısınma ile sonuçlanır. Bununla birlikte, SAW cihazlarında, katı-sıvı arayüzü, bir piezoelektrik substrat üzerinde desenli bir çift interdigite elektrot voltajı uygulanarak salınır. Çok kısa dalga boyları (1 μm-100 μm) nedeniyle, 300 nm kadar küçük parçacıklar, SAW cihazlarında üretilen basınç dalgası tarafından hassas bir şekilde manipüle edilebilir. Küçük parçacıkları manipüle etme yeteneğine rağmen, SAW yöntemleri yerel parçacık manipülasyonu ile sınırlıdır, çünkü dalga kaynaktan uzaklaştıkça hızla zayıflar.
1-100 kHz frekans aralığında, salınımlı akışlar genellikle tasarlanmış bir boşluk16,17 üzerinde bir polidimetilsiloksan (PDMS) mikrokanalına bağlanmış piezo-elemanlar kullanılarak üretilir. Desenli boşluğun üzerindeki PDMS membranı, kanal içindeki sıvıyı basınçlandıran titreşimli bir membran veya tambur gibi davranır. Bu frekans aralığında, dalga boyu kanal boyutundan daha büyüktür, ancak salınım hızı genlikleri küçüktür. Bu frekans rejimindeki en yararlı fenomen, atalet18 ile sıvıların akışında bulunan doğrusal olmayanlıktan kaynaklanan düzeltilmiş sabit akışlar olan akustik / viskoz akış akışlarının üretilmesidir. Sabit akış akışları tipik olarak engellerin, keskin köşelerin veya mikro kabarcıkların yakınında yüksek hızlı ters dönen girdaplar olarak kendini gösterir. Bu girdaplar, 19,20'yi karıştırmak ve10 μm boyutundaki parçacıkları akış akışı21'den ayırmak için kullanışlıdır.
10-1000 Hz aralığındaki frekanslar için, hem salınımlı bileşenin hızı hem de ilişkili sabit viskoz akış, büyüklük ve kullanım açısından önemlidir. Bu frekans aralığındaki güçlü salınımlı akışlar, atalet odaklama22 için kullanılabilir, damlacık üretimi23'ü kolaylaştırabilir ve in vitro çalışmalar için kan akışını taklit eden akış koşulları (Womersley sayıları) üretebilir. Öte yandan, akış akışları karıştırma, parçacık yakalama ve manipülasyon için kullanışlıdır. Bu frekans aralığındaki salınımlı akış, yukarıdaaçıklandığı gibi cihaza bağlı bir piezo elemanı kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Bağlı bir piezo elemanı aracılığıyla salınımlı akışları uygulamanın önündeki önemli bir engel, özelliklerin önceden tasarlanmasını gerektirmesidir. Ayrıca, bağlı hoparlör elemanları sökülemez ve her cihaza yeni bir eleman bağlanmalıdır24. Bununla birlikte, bu tür cihazlar kompakt olmanın avantajını sunar. Alternatif bir yöntem, bir elektromekanik röle valfi20 kullanmaktır. Bu valfler, çalışma için pnömatik basınç kaynakları ve özel kontrol yazılımı gerektirir ve bu nedenle test ve uygulama için teknik engeli arttırır. Bununla birlikte, bu tür cihazlar ayarlanmış basınç genliği ve frekansının uygulanmasını sağlar.
Bu makalede, mikrokanallarda 10-1000 Hz frekans aralığında salınımlı akışlar üretmek için kullanıcı dostu bir yöntemin oluşturulması, işletilmesi ve karakterizasyonu açıklanmaktadır. Yöntem, uygun maliyetli montaj, kullanım kolaylığı ve standart mikroakışkan kanallar ve şırınga pompaları ve tüpleri gibi aksesuarlarla arayüze hazır olma gibi sayısız avantaj sunar. Ek olarak, önceki benzer yaklaşımlar25 ile karşılaştırıldığında, yöntem kullanıcıya sinüzoidal ve sinüzoidal olmayan dalga formları arasındaki modülasyon da dahil olmak üzere salınım frekanslarının ve genliklerinin seçici ve bağımsız kontrolünü sunar. Bu özellikler, kullanıcıların salınımlı akışları kolayca dağıtmalarına olanak tanır ve bu nedenle, biyoloji ve kimya alanlarında şu anda mevcut olan mikroakışkan teknolojilerin ve uygulamalarının geniş bir yelpazesine yaygın olarak benimsenmesini kolaylaştırır.

<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

Mikroakışkan teknolojisi, kimyasal ve biyolojik laboratuvarlarda hem analiz hem de sentez için standart bir araç haline gelmiştir. Kimyasal reaktifler ve hücre kültürleri gibi sıvı numunelerin enjeksiyonu, ağırlıklı olarak tipik olarak şırınga pompaları, yerçekimi veya kılcal kuvvetler tarafından tahrik edilen sabit akışlarla gerçekleştirilir. Tamamlayıcı salınımlı akışların kullanımı, literatürde yakın zamanda gösterildiği gibi sayısız avantajına rağmen, uygulamalarda nadiren dikkate alınmaktadır. Mikrokanallarda salınımlı akışların uygulanmasının önündeki önemli teknik engel, yaygın olarak benimsenmemesinden muhtemelen sorumludur. Salınımlı akış üretebilen, genellikle daha pahalıdır ve yalnızca 1 Hz'den daha düşük frekanslarda çalışan gelişmiş ticari şırınga pompalarıdır. Burada, mikro kanallarda salınımlı akış üreten düşük maliyetli, tak ve çalıştır tipi hoparlör tabanlı bir aparatın montajı ve çalışması gösterilmektedir. 10-1000 Hz arasında değişen frekanslara sahip yüksek doğruluklu harmonik salınımlı akışlar, bağımsız genlik kontrolü ile birlikte elde edilebilir. Tipik bir mikrokanalda, rezonans frekansında 1 mm'> genlikler de dahil olmak üzere tüm çalışma aralığı boyunca 10-600 μm arasında değişen genlikler elde edilebilir. Salınım frekansı hoparlör tarafından belirlenmesine rağmen, salınım genliğinin akışkan özelliklerine ve kanal geometrisine duyarlı olduğunu gösteriyoruz. Spesifik olarak, salınım genliği, artan kanal devresi uzunluğu ve sıvı viskozitesi ile azalır ve aksine, genlik, hoparlör tüpü kalınlığı ve uzunluğunun artmasıyla artar. Ek olarak, cihaz mikrokanal üzerinde önceden tasarlanmış bir özellik gerektirmez ve kolayca çıkarılabilir. Pulsatil akışlar oluşturmak için bir şırınga pompası tarafından oluşturulan sabit bir akışla aynı anda kullanılabilir.

Yukarıdaki kurulumun kapasitesini ve performansını göstermek için, kare kesitli basit bir doğrusal mikro kanalda salınımlı akışın temsili sonuçları sunulmaktadır. Kanalın genişliği ve yüksekliği 110 μm, uzunluğu ise 5 cm'dir. İlk olarak, küresel polistiren izleyici parçacıklarının hareketini ve bunların salınım sinyalinin doğruluğunu ve elde edilebilecek salınım genliklerinin aralığını kontrol etmek için nasıl kullanılabileceğini açıklıyoruz. Daha sonra spesifik sıvı özell...

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

Protokol, mikrokanallarda 10-1000 Hz'den harmonik salınımlı akış üretmek için uygun bir yöntem göstermektedir. Bu, bilgisayar kontrollü bir hoparlör diyaframının mikrokanala modüler bir şekilde yerleştirilmesiyle gerçekleştirilir.

Mikrokanallarda Sub-Kilohertz Salınımlı Akış Üretimi için Harici Bir Sürücünün Montajı ve Karakterizasyonu

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

Tekniğimiz, mikroakışkanlar kullanarak biyologlara ve kimyagerlere salınımlı akışlar getiriyor. Bu cihazın montajı hızlıdır, kullanımı kolaydır ve yüksek doğrulukta salınımlı akışlar üretmek için bir tak ve çalıştır yöntemidir. Prosedürü gösteren, laboratuvarımdan doktora öğrencisi olan Giridar Vishwanathan olacak.Başlamak için, telleri sekiz santimetrelik bir koni ile 15 watt'lık bir hoparlörün terminallerine sabitlemek için bir çift timsahın timsah klipsi uçlarını kelepçeleyin. aux denetleyici yongasını bir yalıtım bileşenine yerleştirin. Pin uçlarını aux yongasının vida soketlerine takın.Bağlantıyı sağlamak için bir tornavida ile sıkın. Aux kablosunun bir ucunu denetleyici yongasına, diğer ucunu da bilgisayardaki aux bağlantı noktasına bağlayın. Güç kaynağına 12 voltluk bir doğru akım adaptörü bağlayın.DC adaptörünün koaksiyel ucunu elektrik prizine bağlayarak denetleyici yongasını açın. Bir internet tarayıcısı kullanarak çevrimiçi bir ton oluşturucu web sitesine gidin. Çevrimiçi uygulamada 5 ila 1200 Hertz arasında istediğiniz frekansı yazın ve ses seviyesini gerekli miktara kaydırın.Dalga tipi jeneratör sembolüne tıklayın ve işaret, kare, üçgen veya testere dişi gibi istediğiniz dalga formunu seçin. Varsayılan ayar bir işaret dalgası biçimidir. Hoparlörü etkinleştirmek için Oynat düğmesine basın.Mikroskop aşamasında konumlandırmak için hoparlörü ve denetleyici çipini 3D baskılı hoparlör höyüğüne bantlayın. 3B baskılı adaptörü hoparlör konisine konsantre olarak yerleştirin. Silikon dolgu macununu adaptörün kenarları boyunca cömertçe uygulayın ve iki saat boyunca kürlenmeye bırakın.200 mikrolitrelik bir mikropipet ucunu dar ucundan yaklaşık iki santimetre kesin ve ucun daha geniş yarısını, dar konik ucun geri dönüşümlü bağlantı için bir kama contası görevi göreceği yere atın. Polietilen boruyu, önce mikropipet ucundan, ardından adaptörlerin koaksiyel ucundan geçirerek ve son olarak da yandan dışarı çıkararak mikrokanal çıkışına bağlayın. Pipet ucunun dar ucunu, çıkarılabilir sıkı bir sızdırmazlık oluşturmak için adaptörlerin koaksiyel ucuna sıkıca sıkıştırın.20 santigrat derecede sıvı içinde% 0.01 ila% 0.1 polistiren hacim fraksiyonuna sahip nötr bir yüzdürücü süspansiyon üretmek için ağırlıkça% 22'lik bir şişe içine izleyici parçacıkları ekleyin. Homojen bir süspansiyon oluşturmak için sallayarak kuvvetlice karıştırın. Bir mililitre giriş şırıngasını bir mililitre numune ile yükleyin.Höyüğü boşaltın ve yüklü şırıngayı otomatik bir şırınga pompasına sabitleyin. Su geçirmez bir sızdırmazlık oluşturmak için şırınga iğnesini cihazın giriş borusuna yerleştirin. Çıkış tüpünün adaptör tertibatından ve bir rezervuara köklendiğinden emin olun.Şırınga pompasını açın, dokunmatik ekranı kullanarak şırınga türünü Becton-Dickinson 1 mL olarak seçin ve ardından Demle'yi seçin. Ardından, akış hacminin gerekli akış hızını seçin. Şırınga pompasını kullanarak sabit akışı başlatın.Çıkış borusu hoparlöre kadar sıvı ile dolana kadar bekleyin. Ton üreteci uygulamasında gerekli bir frekans genliği ve dalga formu seçin ve mikro kanal içinde salınımlı akış oluşturmak için Oynat düğmesine basın. Cihazı mikroskopa monte edin.10X ile 40X arasında büyütmeye sahip objektif bir lens seçerek ve odak düzlemini ayarlayıp sahne alanını konumlandırarak optik yapılandırmayı ayarlayın. İyi tanımlanmış bir odak düzleminde ölçümler elde etmek için, objektif lensin alan derinliğinin kanal derinliğinden beş veya daha fazla faktörle daha küçük olduğundan emin olun. Salınımlı akışı gözlemlemek için, salınım frekansının en az iki katı kare hızına sahip yüksek hızlı bir kamera kullanın.Dalga formunun yararlı çözünürlüğü için, salınım frekansından 10 kat daha fazla kare hızıyla zaman periyodu başına en az 10 nokta ölçün. Alternatif olarak, pozitif akışların uzun süreli etkilerini gözlemlemek için, gözlemi salınım frekansının herhangi bir mükemmel bölenine ayarlayarak stroboskopik görüntüleme gerçekleştirin. Hem doğrudan hem de stroboskopik görüntüleme için, jöle etkisinden kaçınmak için küresel bir deklanşörle donatılmış bir kamera kullanın.Her iki durumda da, çizgilenmeyi önlemek için maruz kalma süresini salınım süresinden 10 veya daha fazla faktörle önemli ölçüde daha küçük tutun. Yüksek hızlı bir kamera olmadan salınım genliğini ölçmek için, stroboskopik kare hızına yakın tutulan ancak tutulmayan bir kare hızında kayıt yapın, bu da genliğin doğru bir şekilde ölçülebileceği, gözlemlenebileceği ve genlik ölçümlerinin kaydedilebileceği oldukça yavaşlamış bir salınımla sonuçlanır. Kanal orta düzlemindeki izleyici parçacıkların izlenen yer değiştirmesi, 100, 200, 400 ve 800 Hertz salınım frekansları için harmonik bir sinyal gösterdi.Tüm hoparlör ses ayarları için frekansa karşı salınım genliğinin bir grafiğinde, karakteristik eğri, genliğin artan frekansla azaldığı yaklaşık 180 Hertz'de rezonans zirvesine sahipti. Farklı parametrelerin referans durumuna göre çalışma frekansları aralığı üzerindeki salınım genliği üzerindeki etkisi, çalışma sıvısının viskozitesi arttırıldığında, genliğin yaklaşık iki kat azaldığını göstermiştir. Aynı malzeme için mikroakışkan boru çapı arttırıldığında, genlik referans durumuna göre frekansa bağlı olarak 1,5 ila 3 arasında bir faktörle artar.Aynı malzeme için tüp uzunluğu arttırıldığında, genlik rezonans frekansına yakın önemli ölçüde artar. Sinüzoidal olmayan dalga formları için parçacık yer değiştirme izleri, kare ve testere dişi dalga formlarıyla ilişkili pozisyondaki çok keskin değişikliklerin gerçek sistemlerde mümkün olmadığını göstermiştir. Bununla birlikte, Fourier spektrumları, en azından üçüncü harmoniğe kadar, ideal spektrumlarla iyi bir uyum içindeydi.Çıkış borusunun tamamen sıvı ile dolu olduğunu doğrulamak önemlidir. Bu, genliğin maksimum olmasını ve zamanla sabit olmasını sağlar. Global deklanşörlü bir kamera da kullanılmalıdır.Bu tekniği, mikron büyüklüğündeki parçacıkların bir mikrokanal içinde çok uzun bir mesafe kat ettikten sonra nasıl davrandıklarını tam olarak gözlemlemek ve ölçmek için kullandık. Bu, yeni mikroakışkan manipülasyon tekniklerini uygulamamıza izin verdi.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Yüksek hassasiyetli İnterferometre için Yüksek mertebeden Laguerre-Gauss Optik Kirişlerin Üretimi

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

Mühendislik

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Atom Fiziği Harici Boşluk Diode Lazer İnşaatı ve Karakterizasyonu

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

Optik Doyurulabilen Geçişler aracılığıyla Desenlendirme - İmalat ve Karakterizasyonu

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

Rapid III-V Heteroepitaxial Karakterizasyonu için Elektron Channeling Kontrast Görüntüleme

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

Tam Set Malzeme sabitleri Karakterizasyonu ve rezonans Ultrason Spektroskopisi kullanarak Piezoelektrik Malzemelerin Onların Sıcaklık Bağımlılığı

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

İletim Kikuchi difraksiyonu kullanılarak ultra-ince taneli ve Nanokristal Malzemelerin Karakterizasyonu

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

Için yeni bir yöntem<em&gt; Yerinde</emNanoscale Örneklerinin Elektromekanik Karakterizasyonu

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

Işık tarafından indüklenen makroskopik salınım hareketi için sıvı kristal ağlar hazırlanması

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

Poli (etilen glikol) Diacrylate damlacıklar yoluyla yarı-3 boyutlu akış odaklanarak mikrosıvısal cihazlar boyutu kontrol nesil

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

Büyük genlik salınım kesme yanıt yumuşak malzeme eğitim

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