עבודה זו נתמכה על ידי משרד המדע והטכנולוגיה של טייוואן תחת גרנט מספר 101-2221-E-002-064-MY3.

1. ייצור של המכשיר microfluidic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת פריסה גרפית (למשל, AutoCAD) לצייר את קווי המתאר של T-microchannel. לT-microchannel, שני ערוצי ההזנה הם 90 מיקרומטר רחבים ו2,500 מיקרומטר ארוכים, וערוץ המפגש הוא 180 מיקרומטר הארוך רחב ו3,000 מיקרומטר. חבר את הקצה של כל ערוץ למעגל בודד בקוטר של 1,100 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מארק &#39;ברור&#39; ו &#39;כהה&#39; לחשיפה ואזורים מכוסים, בהתאמה. לphotoresist שלילי (לדוגמא, SU-8), את הצורה של T-microchannel הוא &#39;ברורה&#39; ומקיף הוא &quot;כהה&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במחולל דפוס לייזר עם אורך גל של 442 ננומטר וגודל תכונת מינימום של 2 מיקרומטר להעביר את התבנית של T-microchannel על photomask כרום-על-זכוכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בphotomask, מצע (למשל, פרוסות סיליקון מלוטשות אחת בצד) וphotoresist אפוקסי הקבוע (למשל., SU-8) כדי להפוך את תבנית בתהליך ליתוגרפיה סטנדרטית. שכבת photoresist היא 55.2 מיקרומטר עבה. באופן כללי, עובי photoresist צריך להיות רזה יותר את עומק הקשר של העדשה האובייקטיבית 17-19. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתבנית וחומר שקוף כגון polydimethylsiloxane (PDMS) לפברק T-microchannel 20. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור חיבור fluidic, להשתמש בצינור נירוסטה של ​​2 מ&quot;מ בקוטר חיצוני אגרוף דרך החורים מיושרים לדפוסים חוזר בPDMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנק את המשטחים של PDMS ושקופיות זכוכית עם פלזמה חמצן ב 60 W למשך 30 שניות. צרף את PDMS לשקופית הזכוכית. משטחי חמצון של שני חומרים ליצור קשר חזק. הנח את מבנה PDMS ערובה על פלטה חשמלית במשך 5 דקות ב 120 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינורות טפלון לתוך חורי אגרוף לחיבור fluidic. </li></ol> 2. הגדרת ניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות מערכת Schlieren המיקרוסקופית מHoffmaמיקרוסקופ לעומת אפנון n על ידי הסרת צלחת החריץ במישור המוקד מול הקבל והחלפת המאפנן עם סכין-קצה במישור המוקד האחורי של מטרת 5X 3. העומק של מתאם, אשר תלוי בצמצם המספרי של 17-19 האובייקטיבי, צריך להיות מספיק כדי לכסות את כל העומק של מכשיר microfluidic. פני השטח של הסכין-קצו מושחר ידי תחמוצת אלומיניום anodic להפחית רפלקטיביות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר המצלמה במהירות גבוהה לצינור trinocular של מיקרוסקופ באמצעות מתאם C-הר. יש המצלמה להתמודד הנתיב האופטי של מיקרוסקופ באמצעות מפצל קרן. חבר את המצלמה למחשב שולחני באמצעות כבל Ethernet. הגדר את תיקון גמא 1 למצלמה, כך שקריאת הנתונים בגווני אפור שלה הוא יחסי לעוצמת הארת הקלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את מקור האור. על מנת להימנע מעודף חום, להשתמש בתאורת LED (דיודה פולט אור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת עיבוד תמונה (למשל, &lt;/ Em&gt; imread הפונקציה בMATLAB) כדי לקבל את ערכי גווני האפור של תמונה נרכשה. הסר את הסכין-הקצה, להתאים את התאורה, הצמצם וזמן החשיפה, כך שקריאת הנתונים בגווני אפור הממוצעת של התמונה היא כ -10% פחות מהערך המקסימאלי. זה מציין את עוצמת הרקע להפסקת 0% ואנו משתמשים בשווי של 230 לתמונה של 8 ביט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את סכין הקצה כדי לחסום את אור האירוע לחלוטין. להקליט את ההודעה בגווני אפור הממוצעת של התמונה. זה מציין את עוצמת הרקע להפסקת 100% והערך הוא כ 15 לתמונה של 8 ביט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאים את המיקום של סכין הקצה כך שאת ההודעה בגווני אפור הממוצעת של התמונה נרכשה נמצא באמצע של הערכים ל0% ו 100% הפסקת. עכשיו התואר של הפסקת מוגדר 50%. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן שני נוזלים שקופים עם מדדי שבירה ידועים 21 שהם לגמרי בליל אחד עם השני כבוחרים. כדי להעריך את התלות של תעשיה שבירהלשעבר בריכוז של התערובת, לבדוק את הספרות 21 או להשתמש במשוואת גלדסטון-דייל 22. אם העקומה היא קוי על כל מגוון, לבחור רכיבי נוזל אחרים. לאחר מכן, בחר הרכב ייעודי שמתחתיו מקדם שבירה של הפתרון משתנה באופן ליניארי עם הריכוז. לדוגמא, השתמשו לדלל אתנול מימי עם חלק מסה של 0.05 ומים כנוזלים עובדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את T-microchannel על הבמה הדגימה. מסדרים את T-microchannel כך עם מקביל ערוץ המחוברות לסכין-הקצה (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן שני מזרקים זהים: מזרק מלא בנוזל עובד המשמש כנוזל התייחסות (מים), והמזרק B מלא בנוזל עובד האחר (לדלל אתנול מימי). הגודל של המזרק תלוי בש קצב זרימה הרצוי ומפרט של משאבת המזרק: Q = πd 2 V / 4, כאשר D היא הקוטר הפנימי של SYRאינגה וV הוא המהירות של הבוכנה. פעימת זרימה בדרך כלל ניתן למנוע על ידי בחירת מזרק קטן כדי להגדיל V 23. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף את נוזל השקע מT-microchannel בכוס. ודאו הצינור לשקע הטפלון קבוע לקיר של הכוס וסופו מתחת לרמת הנוזל בכוס כדי למנוע רעידות שייגרמו על ידי breakoff אגל. </li></ol> 3. כיול <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש תמונות של שני נוזלי ערבוב ותמונות ההתייחסות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במספר ריינולדס נתן מחדש, להגדיר את קצב הזרימה של משאבות המזרק, ש. ש מחושב מש = μ (W + D) רי / 4ρ, שבו μ וρ הם הצמיגות וצפיפות של הנוזל עובד, וW ו- D הוא הרוחב ועומק של ערוץ המפגש של T-microchannel, בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משאבה טען אחד עם מזרק ומשאבה אחרת עם סאיRinge ב לחבר את שני פתחי הכניסה של T-microchannel למזרק והמזרק B דרך צינורות טפלון. התחל משאבות המזרק כדי לספק נוזלי העבודה לT-microchannel בשיעורי זרימת נפח זהים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכה עד שזרימה קבועה קובעת. זרימת המצב היציב מוגדר על ידי הופעתה של תבנית Schlieren נייחת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת המצלמה מבוקרת כדי להקליט עשרים מסגרות של ערבוב fluidic במסגרת שיעור של 30 תמונות בשניה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצור את המשאבה שנטענת עם מזרק ב לשאוב רק נוזל ההתייחסות (מים) דרך כניסה אחת לערוץ המפגש של T-microchannel בקצב קבוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכה עד שיגיע למצב זרימה יציב ולא דפוס Schlieren הוא ציין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת המצלמה נשלטה לקחת תמונת ההתייחסות, כאשר לא inhomogeneity אופטי קיים בT-microchannel. להקליט מסגרות עשרים במסגרת שיעור של 30 תמונות בשניה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור 3.1.1 ל3.1.7 במספר ריינולדס שונה: Re = 1, 5, 10, 20 ו -50, כך שאין זרימת מבנה מורכב עולה באזור המפגש של T-24 microchannel. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת עיבוד תמונה לחלק את התמונה נרכשה אני (i, j) על ידי תמונת התייחסותי: 0 (i, j) 25, שבו אני וי הם מדדי פיקסל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעסיק חבילת CFD (דינמיקה של נוזלים חישובית) כדי לדמות ערבוב של הנוזלים המיועדים בT-microchannel. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות המודל תלת-ממדי לגיאומטריה של T-microchannel. Discretize זרימת תחום לרשתות מובנים. כדי להגדיל את הדיוק, להעסיק רשת עדינה במפגש ובאזור של T-microchannel המרכזי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקצה את התכונות הפיסיקליות של נוזלים ולהקים את תנאי גבול לזרימת תחום. במהלך תהליך פתרון, לקבוע את מקדם הדיפוזיה תלוי ריכוז מהריכוז שהתקבל באחרוןאיטרציה 26 כדי לעדכן את הריכוז המקומי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את הרגישויות של התוצאות מחושבים על ידי ביצוע מחקר רשת 27. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכל צומת (x i, y i) על -plane XY, להעסיק את הכלי שלאחר עיבוד CFD לקחת את הערכים הממוצע של שדה הריכוז מעבר לעומק הערוץ על-ידי שלטון הטרפז: w (x i, j y) = {K Σ [w (x i, j y, z k) + w (x i, j y, z k +1)] ∙ (k +1 z - z k) / 2} / D 28, כאשר D היא עומק הערוץ. השתמש בתכנית differencing המרכזית לחשב derivative ריכוז ביחס לכיוון הנחל הצולב: (∂ w / y ∂) i, j = [w (י x i, y +1) - w (x i, j -1 y)] / (j y +1 - J y -1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשניהם הדרגתיים חיובי ושלילי, לחלץ את היחס של ערכים בגווני אפור אני / אני 0 (שהושג ב3.2) והשיפוע של חלק המוני ∂ w / ∂ y (שהושג ב3.4) במקומות שצוינו, כגון y = 0 (האמצע, streamwise כיוון) או x השונים נתון (כיוון זרם נגדית). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העלילה התוצאות ולקבוע את מערכת היחסים ביני / אני 0 ו∂ w / ∂ y, אני / אני 0 </sub&gt; = C 1 ∂ w / ∂ y + C 2 (ג 1 ו- C 2 הם קבועים), עם רגרסיה ליניארית. </li></ol> 4. Quantitation <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 3.1-3.2 לערבוב במכשיר microfluidic היעד. העומק של מכשיר microfluidic היעד צריך להיות זהה או קרוב לזה של T-microchannel. אם תופעה לא יציבה צפויה, לרכוש סרטון וידאו (רצף של תמונות) בשלב 3.1.4 במקום. במסגרת השיעור צריכה להיות גבוהה מספיק כדי לפתור את הדינמיקה של הזרימה החולפת ברורה, תוך זמן החשיפה צריך להיות זהה לערך המשמש ב2.4, 2.5, 3.1.4 ו3.1.7. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במערכת היחסים שהושגו בשלב 3.6 להמיר את היחס של ערכים בגווני אפור לשיפוע של חלק המוני במכשיר microfluidic היעד. </li></ol>

<ol>
	<li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow Visualization. , (1974).</li><li>Settles, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Schlieren and Shadowgraph Techniques. , (2001).</li><li>Sun, C. -. l., Hsiao, T. -. h. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+analysis+of+microfluidic+mixing+using+microscale+schlieren+technique.">Quantitative analysis of microfluidic mixing using microscale schlieren technique.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 15 (2), 253-265 (2013).</li><li>Sun, C. -. l., Sun, C. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effective+mixing+in+a+microfluidic+oscillator+using+an+impinging+jet+on+a+concave+surface.">Effective mixing in a microfluidic oscillator using an impinging jet on a concave surface.</a> Microsystem Technologies. , (2011).</li><li>Strook, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chaotic+mixer+for+microchannels.">Chaotic mixer for microchannels.</a> Science. 295 (5555), 647-651 (2002).</li><li>Wheat, P. M., Posner, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+mixing+using+equilibrium+reactions.">Quantifying mixing using equilibrium reactions.</a> Physics of Fluids. 21 (3), 037101 (2009).</li><li>Liu, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Passive+mixing+in+a+three-dimensional+serpentine+microchannel.">Passive mixing in a three-dimensional serpentine microchannel.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 9 (2), 190-197 (2000).</li><li>Munson, M. S., Yager, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+quantitative+optical+method+for+monitoring+the+extent+of+mixing+applied+to+a+novel+microfluidic+mixer.">Simple quantitative optical method for monitoring the extent of mixing applied to a novel microfluidic mixer.</a> Analytica Chimica Acta. 507 (1), 63-71 (2004).</li><li>Bradfield, W. S., Sheppard, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microschlieren-a+technique+for+the+study+of+details+in+compressible+flow.">Microschlieren-a technique for the study of details in compressible flow.</a> Aero/Space Engineering. 5 (18), 37-56 (1959).</li><li>Scroggs, S. D., Settles, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+study+of+supersonic+microjets.">An experimental study of supersonic microjets.</a> Experiments in Fluids. 21, 401-409 (1996).</li><li>Phalnikar, K. A., Alvi, F. S., Shih, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 31st AIAA Fluid Dynamics Conference &amp; Exhibit. , (2001).</li><li>Phalnikar, K. A., Kumar, R., Alvi, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+on+free+and+impinging+supersonic+microjets.">Experiments on free and impinging supersonic microjets.</a> Experiments in Fluids. 44 (5), 819-830 (2008).</li><li>Naughton, J. W., Bishop, D. S., Walrath, D. E., Lindberg, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-schlieren+characterization+of+a+high+momentum+micro-fluidic+actuator.">Micro-schlieren characterization of a high momentum micro-fluidic actuator.</a> , (2002).</li><li>Chen, H. -. M., Wu, H. -. W., Lee, J. -. N., Ting, C. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 23th National Conference of the Chinese Society of Mechanical Engineers. , (2006).</li><li>Davidson, G. P., Emmony, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+schlieren+probe+method+for+the+measurement+of+the+refractive+index+profile+of+a+shock+wave+in+a+fluid.">A schlieren probe method for the measurement of the refractive index profile of a shock wave in a fluid.</a> Journal of Physics E: Scientific Instruments. 13, 92-97 (1980).</li><li>Xie, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Schlieren+confocal+microscopy+for+phase-relief+imaging.">Schlieren confocal microscopy for phase-relief imaging.</a> Optics Letters. 39, 1238-1241 (2014).</li><li>Inou&#233;, S., Spring, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Video Microscopy: The Fundamentals. , (1997).</li><li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Gray, M. H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volume+illumination+for+two-dimensional+particle+image+velocimetry.">Volume illumination for two-dimensional particle image velocimetry.</a> Measurement Science and Technology. 11 (6), 809-814 (2000).</li><li>Olsen, M. G., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Out-of-focus+effects+on+particle+image+visibility+and+correlation+in+microscopic+particle+image+velocimetry.">Out-of-focus effects on particle image visibility and correlation in microscopic particle image velocimetry.</a> Experiments in Fluids. 29 (1), S166-S174 (2000).</li><li>Friend, J., Yeo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+microfluidic+devices+using+polydimethylsiloxane.">Fabrication of microfluidic devices using polydimethylsiloxane.</a> Biomicrofluidics. 4 (2), 026502 (2010).</li><li>Wohlfarth, C., Lechner, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Landolt-B&#246;rnstein:+Numerical+Data+and+Functional+Relationships+in+Science+and+Technology.">Landolt-B&#246;rnstein: Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology.</a> Optical Constants: Refractive Indices of Pure Liquids and Binary Liquid Mixtures (Supplement to III/38). 47, (2008).</li><li>Heller, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remarks+on+refractive+index+mixture+roles.">Remarks on refractive index mixture roles.</a> Journal of Physical Chemistry. 69 (4), 1123-1129 (1965).</li><li>Korczyk, P. M., Cybulski, O., Makulska, S., Garstecki, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+unsteadiness+of+the+rates+of+flow+on+the+dynamics+of+formation+of+droplets+in+microfluidic+systems.">Effects of unsteadiness of the rates of flow on the dynamics of formation of droplets in microfluidic systems.</a> Lab on a Chip. 11 (1), 173-175 (2011).</li><li>Dreher, S., Engler, M., Kockmann, N., Woias, P., Bockhorn, H., Mewes, D., Peukert, W., Warnecke, H. .. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+and+experimental+investigations+of+convective+micromixers+and+microreactors+for+chemical+reactions.">Theoretical and experimental investigations of convective micromixers and microreactors for chemical reactions.</a> Micro and Macro Mixing: Analysis, Simulation and Numerical Calculation. , (2010).</li><li>Huang, C. Y., Gregory, J. W., Sullivan, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Modified+schlieren+technique+for+micro+flow+visualization.">A Modified schlieren technique for micro flow visualization.</a> Measurement Science &amp; Technology. 18 (5), N32-N34 (2007).</li><li>Tyn, M. T., Calus, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+and+concentration+dependence+of+mutual+diffusion+coefficients+of+some+binary+liquid+systems.">Temperature and concentration dependence of mutual diffusion coefficients of some binary liquid systems.</a> Journal of Chemicaland Engineering Data. 20 (3), 310-316 (1975).</li><li>Celik, I. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Procedure+for+estimation+and+reporting+of+uncertainty+due+to+discretization+in+CFD+applications.">Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications.</a> Journal of Fluids Engineering. 130 (7), 078001 (2008).</li><li>Tasi&#263;, A. &. #. 3. 8. 1. ;., Djordjevi&#263;, B. D., Grozdani&#263;, D. K., Radojkovi&#263;, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+mixing+rules+in+predicting+refractive+indices+and+specific+refractivities+for+some+binary+liquid+mixtures.">Use of mixing rules in predicting refractive indices and specific refractivities for some binary liquid mixtures.</a> Journal of Chemical and Engineering Data. 37 (3), 310-313 (1992).</li><li>Hsiao, P. -. J., Chen, S. -. T., Hsiao, T. -. H., Sun, C. -. l. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+coarse-resolution+numerical+simulation+with+experimental+measurements+of+wind+turbine+aerodynamic+performance.">A comparison of coarse-resolution numerical simulation with experimental measurements of wind turbine aerodynamic performance.</a> , (2013).</li><li>Sun, C. -. l., Huang, C. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+schlieren+visualization+of+near-bubble+mass+transport+during+boiling+of+2-propanol/water+mixtures+in+a+square+capillary.">Microscale schlieren visualization of near-bubble mass transport during boiling of 2-propanol/water mixtures in a square capillary.</a> Experiments in Fluids. 55 (7), 1778 (2014).</li><li>Panigrahi, P. K., Muralidhar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Schlieren and Shadowgraph Methods in Heat and Mass Transfer. , (2012).</li></ol>

יש המחברים אין לחשוף.

לערבוב fluidic במכשיר microfluidic, טכניקת Schlieren המיקרוסקופית היא מסוגלת למדוד את הגודל של מפל ריכוזים דרך לכמת שינוי בעוצמת אור. בגלל העיקרון של טכניקה זו מסתמך על גילוי של התפשטות אור לסירוגין, נוזלי העבודה והמכשיר microfluidic צריכים להיות שקוף לאור התקרית. בנוסף, הפרוטוקול מחייב קשר ליניארי בין מקדם השבירה של הפתרון וההרכב שלה, כך שההערכה ראשונית של נוזלי העבודה היא חיונית. מלבד פתרון אתנול המימי הפגין במסמך זה, טכניקת Schlieren microscale מיושמת בהצלחה למדוד שיפוע מליחות 29 והסעת solutocapillary 30. למדידות מדויקות, מגוון צמצם, רמת תאורה, זמן חשיפה, עדשה אובייקטיבית ועומק microchannel משמשים בהליך הכיול צריך להיות זהה לאלה המשמשים בהליך quantitation. יתר על כן, את עומק הקשר של העדשה האובייקטיבית צריך להיות גדול מספיק כדי לכסות את כל העומק של מכשיר microfluidic. תהליך הכיול של הערבוב בT-microchannel הוא השלב הקריטי ביותר בכימות מדויק של טכניקת Schlieren המיקרוסקופית. ליישום מוצלח של השיטה המוצעת, המשתמשים צריכים ליישר את חיבור הצינור כראוי, לנצל מזרק או פנאומטיקה קטן למסירת נוזל כדי למנוע זרימת תנודת 23, להשתמש במקור אור LED להפחתת עודף חום, לנהל את הליך הכיול במספרי ריינולדס נמוכים 24, ולמקם את מכשיר microfluidic במוקד לחסל תופעות אופטיות מסדר גבוה 31. השיפוע הנמוך ביותר למדידה (הדפוס בהיר, ∂ w / ∂ y &lt;0) צמוד לטווח הדינמי של המצלמה, ואילו שיפוע המדידה הגבוה ביותר (דפוס כהה, ∂ w / ∂ y&gt; 0) הוא הגיע כאשר סכין הקצה חוסם את אור המוסט לחלוטין. כדי לזהות מגוון רחב של מפל ריכוזים, ערך ISO גבוה הוא יתרון כל עוד חשיפה חסרה או חשיפת יתר אינה מתרחש. גבול הגילוי, שמתחתיו מערכת Schlieren מיקרו היא לא מסוגלת להבחין, תלוי בעוצמת השינוי המינימלי שהמצלמה מסוגלת לפתור. שינוי עוצמת המינימלי הוא מוגבל על ידי מידת הרעש והרמות של אוט טונאלי. לפיכך, מצלמה רגישות גבוהה עם עומק פיקסל גדול היא רצויה ליישום נמוך אות. המשמעות של טכניקת Schlieren המיקרוסקופית היא שני קפלים; מצד אחד, היא מאפשרת מדידות שדה מלא לא יציבים בזמן אמת בתצורה אופטית פשוטה. מצד השני, זה לא פולשני, כך שאף חומר זר הוא הציג להפריע שדה הזרימה. בגלל טכניקת מיקרו-Schlieren מייצרת השלכה דו-ממדית של inhomogeneity תלת-ממדי בmicrofמכשיר luidic, תופעת ערבוב מורכבת שנשאר רעולה בשיטות קיימות ניתן לראות בבירור. יישומים עתידיים של טכניקה זו כוללים כימות הדרגתיים ריכוז במהלך תהליך אלקטרוכימי או קביעת שיפוע מזין ללמוד chemotaxis חיידקים בזרם סביבת מיקרו.

ערבוב נוזל הוא נושא חשוב, כי הוא נמצא בתהליכים תעשייתיים רבים ומערכות ביולוגיות. עם הופעתה של מיקרופלואידיקה, הערבוב בmicroscale הביא הרבה תשומת לב בגלל האתגר שלה בשליטת דיפוזיה בין מנגנוני תחבורה ההמוניים. מאז עיצוב אימות כמותיים micromixer יעיל נדרשת, מספר שיטות מדידה פותחו 5-7. עם זאת, המבנה תלת-ממדי, נמצא בדרך כלל בmicromixers יעיל 5, דורש ייצוג מדויק יותר של שדה הריכוז שטכניקות המדידה המשותפת לא מצליחות לספק. בשל המגבלה של הצפייה קינטיקה זווית 8 או תגובת 6, השיטות הנ&quot;ל עשויות להניב תוצאות מטעות שאינו נכון להסביר את ההומוגניות של התערובת. לנוזלים שקופים אופטי ערבוב באופטי microstructures השקופה, טכניקת Schlieren microscale 3,9-14 </sup&gt; מספק חלופה אטרקטיבית לנתח ערבוב inhomogeneity. בעבר, טכניקת Schlieren microscale כבר משמשת בעיקר כדי להמחיש זרימת דחיסה 9-13, 15 או שלב שיפוע 16. יתרונות microscale Schlieren טכניקה משתי פריסה אופטית פשוטה ורגישות גבוהה ומאפשר החקירה לא פולשנית, לא רק של תכונת זרימה ספציפית שגורמת להפרעה אופטית אבל הוא גם מתאים לשימוש בהערכת ערבוב. במאמר זה, אנו בונים מערכת Schlieren המיקרוסקופית על ידי החדרת סכין קצה במישור המוקד האחורי של המטרה של מיקרוסקופ, מתאר הליך כיול לממש ניתוח כמותי, ולדווח מדידת אימות במתנד microfluidic 4. כדי ליישם מדידות, נוזלי העבודה נבחרו כראוי, כך שמקדמים שבירה של הנוזלים המעורבים משתנה באופן ליניארי עם הרכב, ואת העובי של מכשיר microfluidic היעד זהה בדואר בשימוש בכיול. מלבד ריכוז מינים, טכניקת Schlieren מיקרוסקופית ניתן להאריך למדוד את השיפוע של כמות סקלר אחרת שמתואמת באופן ליניארי לאינדקס שבירה, כגון טמפרטורה או מליחות.

<table><tbody><tr><td>Permanent Epoxy Negative Photoresist</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2150</td><td></td></tr><tr><td>single side polished silicon wafer</td><td>Light Technology</td><td>S4W1PP5SABUP1</td><td>p-type, &lt;br /&gt;diameter: 100&amp;plusmn;0.5 mm, thickness: 525&amp;plusmn;25 mm, orientation: (1 0 0)</td></tr><tr><td>syringe pump</td><td>kdScientific</td><td>kds210</td><td></td></tr><tr><td>syringe, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; 10 ml</td><td>Terumo</td><td>SS-10L2138</td><td></td></tr><tr><td>Hoffman modulation contrast microscope</td><td>Leica Microsystems</td><td>DM IL LED</td><td></td></tr><tr><td>5X objective lens</td><td>Leica Microsystems</td><td>N PLAN</td><td>NA = 0.12</td></tr><tr><td>knife-edge</td><td></td><td></td><td>custom made part</td></tr><tr><td>camera, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; high speed</td><td>Integrated Design Tools</td><td>NX7-S1</td><td></td></tr><tr><td>C-mount adapter HC 0.63x</td><td>Leica Microsystems</td><td>541537</td><td></td></tr><tr><td>camera operating software</td><td>Integrated Design Tools</td><td>MotionPro X Studio 2.02.01</td><td></td></tr><tr><td>polydimethylsiloxane (PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard-184 silicone elastomer kit</td><td></td></tr><tr><td>Teflon tubing, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; O.D. x I.D. 1/16 in. x 0.031 in.</td><td>Supelco</td><td>58700-U</td><td></td></tr><tr><td>micro glass slide</td><td>Matsunami Glass</td><td>S2215</td><td></td></tr><tr><td>hot plate</td><td>Yeong-Shin</td><td>HP-303DN</td><td></td></tr><tr><td>distilled water, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; HPLC grade</td><td>Alps Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ethyl alcohol, &lt;em&gt;i.e.&lt;/em&gt; reagent grade</td><td>Nihon Shiyaku Reagent</td><td>EA448652</td><td></td></tr><tr><td>image processing software</td><td>Mathworks</td><td>MATLAB R2009a</td><td></td></tr><tr><td>computational fluid dynamics package</td><td>ESI group</td><td>CFD-ACE+ 2008</td><td></td></tr></tbody></table>

analyzing mixing inhomogeneity in a microfluidic device by microscale schlieren technique

במאמר זה, אנו מציגים את השימוש בטכניקת Schlieren microscale למדוד ערבוב inhomogeneity במכשיר microfluidic. מערכת Schlieren microscale בנויה ממיקרוסקופ לעומת אפנון הופמן, אשר מספק גישה קלה למישור המוקד האחורי של העדשה האובייקטיבית, על ידי הסרת צלחת החריץ והחלפת המאפנן עם סכין-קצה. עיקרון העבודה של טכניקת Schlieren microscale מסתמך על גילוי סטייה קלה הנגרמת על ידי וריאציה של השבירה 1-3. אור המוסט או בורח או חסום על ידי סכין הקצה לייצר בהיר או כהה להקה, בהתאמה. אם מקדמים שבירה של התערובת משתנה באופן ליניארי עם ההרכב שלה, השינוי המקומי בעוצמת אור במישור התמונה הוא פרופורציונאלי למפל הריכוזים הנורמלי לציר האופטי. תמונת מיקרו-Schlieren נותנת הקרנה דו-ממדית של האור המופרע המיוצר על ידי inhomogeneity תלת-ממדי. כדי להשיג ניתוח כמותי, אנו מתארים הליך כיול שמתערבב שני נוזלים בחולצת microchannel. אנו מבצעים סימולציה נומרית להשיג מפל הריכוזים בT-microchannel שבקורלציה הדוקה עם תמונת מיקרו-Schlieren המקבילה. לשם השוואה, יחס בין הקריאות בגווני אפור של תמונת מיקרו-Schlieren וההדרגתי הריכוז מוצג במכשיר microfluidic היא הוקם. שימוש במערכת יחסים זו, אנו יכולים לנתח את inhomogeneity ערבוב מתמונת מיקרו-Schlieren עמית ולהדגים את היכולת של טכניקת Schlieren microscale עם מדידות במתנד microfluidic 4. לנוזלים שקופים אופטי, טכניקת Schlieren מיקרוסקופית היא כלי אבחון אטרקטיבי לספק מידע מלא שדה מיידי ששומר על תכונות תלת-ממדיות של תהליך הערבוב.

אני יחס גווני האפור / אני 0 תחת מספר ריינולדס שונה עבור שני שיפועים חיוביים ושליליים של חלק מסה מוצג (איור 2) עם להקה סימטרית המופיעה באמצע T-microchannel. במספר ריינולדס הנמוך, הזנב של להקת Schlieren מורחב ומטושטש עקב הפיזור על פני ממשק הערבוב. ככל שמספר ריינולדס מגביר, אורך דיפוזיה מקצר מוביל ללהקה צרה. במקומות שונים במורד הזרם, הווריאציות של ΔI שינוי עוצמת / אני 0 לאורך כיוון הזרם הנגדית מתוארות כמותית (איור 3). התוצאות מתהליך הכיול מיוצגות (איור 4 א ו4B). מערכת היחסים ביני / אני 0 ו∂ w / ∂ y הוא ליניארי ועצמאי של num ריינולדסבער. מניתוח רגרסיה, אני / אני 0 = ∂ -110 W / ∂ y + 1.03 עבור y&gt; 0 ואני / אני 0 = ∂ -160 W / ∂ y + 0.83 ל∂ w / ∂ y &lt;0 ∂ / ∂ w , ∂ w / ∂ y הוא במיקרומטר -1. חוסר הוודאות ביחס הם ± 3.8% ו± 3.2% באיור 4 א ו -4, בהתאמה. הוא הגיע גבול הגילוי בי נקודות נתונים ברמה החוצה. יצוין, כי הסטייה במורדות הדרגתיים החיובית ושלילי היא לא נדירה 3. שימוש במשוואות אלה, הווריאציה של שיפוע חלק המוני עם זמן במתנד microfluidic 4 נתפסה (איור 5). ממשק הערבוב הוא מוסח באזור החלל וזרימת חוסר יציבות גommences. דמות וידאו זה מגלה בבירור את אופי נדנוד של הזרימה במתנד microfluidic ומדגימה את היכולת של טכניקת Schlieren המיקרוסקופית כדי ללכוד את מפל ריכוזי שדה מלא הזמן נפתרו במכשיר microfluidic. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig1.jpg" /> איור 1. סכמטי של ההתקנה האופטית. הכיוון של סכין הקצה מייצר להקה כהה עם שיפוע חיובי של שבירה. האור מסיט לעבר הכיוון של הגדלת מקדם שבירה. בגלל העדשה האובייקטיבית הופכת את התמונה, חסימת - אזור y מגנה אור המעוות ומייצרת להקה כהה. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig2.jpg" /> יחס 2. איור של קריאות בגווני אפור לערבוב בT-microchannel unde<html> r זרימת תצורה שונה. חיובי ושלילי הדרגתיים לגרום לפסים כהים ובהירים, בהתאמה. ככל שעולה מספר ריינולדס, הלהקה הופכת מרוכזת יותר. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig3.jpg" /> איור 3. הווריאציה של שינוי עוצמת לאורך כיוון הזרם הנגדית לשיפועים חיוביים ושליליים. הנדון = 1 וRe = 5. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig4.jpg" /> איור 4. יחסים בין השיפוע של חלק המוני והיחס בגווני אפור. לשיפועים חיוביים ושליליים, יחס גווני אפור משתנה באופן ליניארי עם שיפוע החלק ההמוני. 915 / 52915fig5.jpg &quot;/&gt; <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52915/52915fig5.mp4" target="_blank">איור 5 (איור וידאו).</a> האבולוציה של שיפוע חלק המוני במתנד microfluidic בנדון = 250. אופייני הערבוב באמצעות זרימת תנודה הוא נתפס בהצלחה על ידי טכניקת Schlieren מיקרוסקופית.

Watch this Scientific Journal Video about Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique at JoVE.com

Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

Herein, we describe a procedure that employs microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. Through calibration, distribution of concentration gradient can be derived from the micro-schlieren image.

ניתוח inhomogeneity ערבוב במכשיר microfluidic על ידי טכניקת microscale Schlieren

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren ...

analyzing-mixing-inhomogeneity-microfluidic-device-microscale

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.9K Views.  National Taiwan University. Herein, we describe a procedure that employs microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. Through calibration, distribution of concentration gradient can be derived from the micro-schlieren image. 

Video: Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

ייצור, תפעול ויזואליזציה זרימה במיקרופלואידיקה אקוסטית-נגדית Surface--מונע גל אקוסטי

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

Engineering

Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed assembly1-3, drug delivery4, improved hydrocarbon recovery5-7, and flowable electrodes for energy storage8. Suspensions containing fluorescent colloids and non-adsorbing polymers are appealing model systems, as the ratio of the polymer radius of gyration to the particle radius&#160;and concentration of polymer control the range and strength of the interparticle attraction, respectively. By tuning the polymer properties and the volume fraction of the colloids, colloid fluids, fluids of clusters, gels, crystals, and glasses can be obtained9.&#160;Confocal microscopy, a variant of fluorescence microscopy, allows an optically transparent and fluorescent sample to be imaged with high spatial and temporal resolution in three dimensions. In this technique, a small pinhole or slit blocks the emitted fluorescent light from regions of the sample that are outside the focal volume of the microscope optical system. As a result, only a thin section of the sample in the focal plane is imaged. This technique is particularly well suited to probe the structure and dynamics in dense colloidal suspensions at the single-particle scale: the particles are large enough to be resolved using visible light and diffuse slowly enough to be captured at typical scan speeds of commercial confocal systems10. Improvements in scan speeds and analysis algorithms have also enabled quantitative confocal imaging of flowing suspensions11-16,37.&#160;In this paper, we demonstrate confocal microscopy experiments to probe the confined phase behavior and flow properties of colloid-polymer mixtures. We first prepare colloid-polymer mixtures that are density- and refractive-index matched. Next, we report a standard protocol for imaging quiescent dense colloid-polymer mixtures under varying confinement in thin wedge-shaped cells. Finally, we demonstrate a protocol for imaging colloid-polymer mixtures during microchannel flow.

Confocal microscopy is used to image quiescent and flowing colloid-polymer mixtures, which are studied as model systems for attractive suspensions. Image analysis algorithms are used to calculate structural and dynamic metrics for the colloidal particles that measure changes due to geometric confinement.

ההדמיה confocal של רגיעה מרותקת ותערובות קולואיד פולימר מזרימים

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed ...

Chemistry

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays. Robust flow control and precise fluidic volumes are two critical requirements for these applications. We have developed microfluidic chips featuring elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS) microvalve arrays that: 1) need no extra energy source to close the fluidic path, hence the loaded device is highly portable; and 2) allow for microfabricating deep (up to 1 mm) channels with vertical sidewalls and resulting in very precise features.

The PDMS microvalves-based devices consist of three layers: a fluidic layer containing fluidic paths and microchambers of various sizes, a control layer containing the microchannels necessary to actuate the fluidic path with microvalves, and a middle thin PDMS membrane that is bound to the control layer. Fluidic layer and control layers are made by replica molding of PDMS from SU-8 photoresist masters, and the thin PDMS membrane is made by spinning PDMS at specified heights. The control layer is bonded to the thin PDMS membrane after oxygen activation of both, and then assembled with the fluidic layer. The microvalves are closed at rest and can be opened by applying negative pressure (e.g., house vacuum). Microvalve closure and opening are automated via solenoid valves controlled by computer software.

Here, we demonstrate two microvalve-based microfluidic chips for two different applications. The first chip allows for storing and mixing precise sub-nanoliter volumes of aqueous solutions at various mixing ratios. The second chip allows for computer-controlled perfusion of microfluidic cell cultures.

The devices are easy to fabricate and simple to control. Due to the biocompatibility of PDMS, these microchips could have broad applications in miniaturized diagnostic assays as well as basic cell biology studies.

We demonstrate protocols for manufacturing and automating elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS)-based microvalve arrays that need no extra energy to close and feature photolithographically defined precise volumes. A parallel subnanoliter-volume mixer and an integrated microfluidic perfusion system are presented.

שבבי microfluidic מבוקרת עם מערכים Microvalve אלסטומרי

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays.  ...

Biology

Microfluidic Mixers for Studying Protein Folding

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason for this is that folding takes place over a wide range of timescales, from nanoseconds to seconds or longer, depending on the protein1. Conventional stopped-flow mixers have allowed measurement of folding kinetics starting at about 1 ms. We have recently developed a microfluidic mixer that dilutes denaturant ~100-fold in ~8 &mu;s2. Unlike a stopped-flow mixer, this mixer operates in the laminar flow regime in which turbulence does not occur. The absence of turbulence allows precise numeric simulation of all flows within the mixer with excellent agreement to experiment3-4.
Laminar flow is achieved for Reynolds numbers Re &le;100. For aqueous solutions, this requires micron scale geometries. We use a hard substrate, such as silicon or fused silica, to make channels 5-10 &mu;m wide and 10 &mu;m deep (See Figure 1). The smallest dimensions, at the entrance to the mixing region, are on the order of 1 &mu;m in size. The chip is sealed with a thin glass or fused silica coverslip for optical access. Typical total linear flow rates are ~1 m/s, yielding Re~10, but the protein consumption is only ~0.5 nL/s or 1.8 &mu;L/hr. Protein concentration depends on the detection method: For tryptophan fluorescence the typical concentration is 100 &mu;M (for 1 Trp/protein) and for FRET the typical concentration is ~100 nM.
The folding process is initiated by rapid dilution of denaturant from 6 M to 0.06 M guanidine hydrochloride. The protein in high denaturant flows down a central channel and is met on either side at the mixing region by buffer without denaturant moving ~100 times faster (see Figure 2). This geometry causes rapid constriction of the protein flow into a narrow jet ~100 nm wide. Diffusion of the light denaturant molecules is very rapid, while diffusion of the heavy protein molecules is much slower, diffusing less than 1 &mu;m in 1 ms. The difference in diffusion constant of the denaturant and the protein results in rapid dilution of the denaturant from the protein stream, reducing the effective concentration of the denaturant around the protein. The protein jet flows at a constant rate down the observation channel and fluorescence of the protein during folding can be observed using a scanning confocal microscope5.

In this work we explain the fabrication and use of a microfluidic mixer capable of mixing two solutions in ~8 &mu;s. We also demonstrate the use of these mixers with spectroscopic detection using UV fluorescence and fluorescence resonance energy transfer (FRET).

מערבלים microfluidic ללימוד קיפול חלבונים

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason ...

A Microfluidic Device for Studying Multiple Distinct Strains

The study of cell responses to environmental changes poses many experimental challenges: cells need to be imaged under changing conditions, often in a comparative manner. Multiwell plates are routinely used to compare many different strains or cell lines, but allow limited control over the environment dynamics. Microfluidic devices, on the other hand, allow exquisite dynamic control over the surrounding conditions, but it is challenging to image and distinguish more than a few strains in them. Here we describe a method to easily and rapidly manufacture a microfluidic device capable of applying dynamically changing conditions to multiple distinct yeast strains in one channel. The device is designed and manufactured by simple means without the need for soft lithography. It is composed of a Y-shaped flow channel attached to a second layer harboring microwells. The strains are placed in separate microwells, and imaged under the exact same dynamic conditions. We demonstrate the use of the device for measuring protein localization responses to pulses of nutrient changes in different yeast strains.

We present a simple method to produce microfluidic devices capable of applying similar dynamic conditions to multiple distinct strains, without the need for a clean room or soft lithography.

מכשיר microfluidic ללימוד זני Distinct מרובים

The study of cell responses to environmental changes poses many experimental challenges: cells need to be imaged under changing conditions, often in a ...

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

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

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

שילוב מיקרופלואידיקה Microrheology כדי לקבוע מאפייני Rheological מחומר רך במהלך שלב חוזרות מעברים

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

One-Step Approach to Fabricating Polydimethylsiloxane Microfluidic Channels of Different Geometric Sections by Sequential Wet Etching Processes

Polydimethylsiloxane (PDMS) materials are substantially exploited to fabricate microfluidic devices by using soft lithography replica molding techniques. Customized channel layout designs are necessary for specific functions and integrated performance of microfluidic devices in numerous biomedical and chemical applications (e.g., cell culture, biosensing, chemical synthesis, and liquid handling). Owing to the nature of molding approaches using silicon wafers with photoresist layers patterned by photolithography as master molds, the microfluidic channels commonly have regular cross sections of rectangular shapes with identical heights. Typically, channels with multiple heights or different geometric sections are designed to possess particular functions and to perform in various microfluidic applications (e.g., hydrophoresis is used for sorting particles and in continuous flows for separating blood cells6,7,8,9). Therefore, a great deal of effort has been made in constructing channels with various sections through multiple-step approaches like photolithography using several photoresist layers and assembly of different PDMS thin sheets. Nevertheless, such multiple-step approaches usually involve tedious procedures and extensive instrumentation. Furthermore, the fabricated devices may not perform consistently and the resulted experimental data may be unpredictable. Here, a one-step approach is developed for the straightforward fabrication of microfluidic channels with different geometric cross sections through PDMS sequential wet etching processes, that introduces etchant into channels of planned single-layer layouts embedded in PDMS materials. Compared to the existing methods for manufacturing PDMS microfluidic channels with different geometries, the developed one-step approach can significantly simplify the process to fabricate channels with non-rectangular sections or various heights. Consequently, the technique is a way of constructing complex microfluidic channels, which provides a fabrication solution for the advancement of innovative microfluidic systems.

Several methods are available for the fabrication of channels of non-rectangular sections embedded in polydimethylsiloxane microfluidic devices. Most of them involve multistep manufacturing and extensive alignment. In this paper, a one-step approach is reported for fabricating microfluidic channels of different geometric cross sections by polydimethylsiloxane sequential wet etching.

הגישה של צעד אחד בדיית Polydimethylsiloxane Microfluidic אפיקי מקטעים גיאומטריים שונים בתהליכים רציפים איכול רטוב

Polydimethylsiloxane (PDMS) materials are substantially exploited to fabricate microfluidic devices by using soft lithography replica molding techniques. ...

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

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

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

פלטפורמת microfluidic לעיבוד מדגם Precision הקטן-נפח ושימוש בו לגודל חלקיקים הביולוגיים נפרדים עם Microdevice אקוסטי

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

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

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

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

חלון על המיקרו: מערכות Microfluidic פשוט לחקר התחבורה מיקרוביאלית בתווך נקבובי

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

Polydimethylsiloxane-polycarbonate Microfluidic Devices for Cell Migration Studies Under Perpendicular Chemical and Oxygen Gradients

This paper reports a microfluidic device made of polydimethylsiloxane (PDMS) with an embedded polycarbonate (PC) thin film to study cell migration under combinations of chemical and oxygen gradients. Both chemical and oxygen gradients can greatly affect cell migration in vivo; however, due to technical limitations, very little research has been performed to investigate their effects in vitro. The device developed in this research takes advantage of a series of serpentine-shaped channels to generate the desired chemical gradients and exploits a spatially confined chemical reaction method for oxygen gradient generation. The directions of the chemical and oxygen gradients are perpendicular to each other to enable straightforward migration result interpretation. In order to efficiently generate the oxygen gradients with minimal chemical consumption, the embedded PC thin film is utilized as a gas diffusion barrier. The developed microfluidic device can be actuated by syringe pumps and placed into a conventional cell incubator during cell migration experiments to allow for setup simplification and optimized cell culture conditions. In cell experiments, we used the device to study migrations of adenocarcinomic human alveolar basal epithelial cells, A549, under combinations of chemokine (stromal cell-derived factor, SDF-1&#945;) and oxygen gradients. The experimental results show that the device can stably generate perpendicular chemokine and oxygen gradients and is compatible with cells. The migration study results indicate that oxygen gradients may play an essential role in guiding cell migration, and cellular behavior under combinations of gradients cannot be predicted from those under single gradients. The device provides a powerful and practical tool for researchers to study interactions between chemical and oxygen gradients in cell culture, which can promote better cell migration studies in more in vivo-like microenvironments.

The control of chemical and oxygen gradients is essential for cell cultures. This paper reports a polydimethylsiloxane-polycarbonate (PDMS-PC) microfluidic device capable of reliably generating combinations of chemical and oxygen gradients for cell migration studies, which can be practically utilized in biological labs without sophisticated instrumentation.

Polydimethylsiloxane-פוליקרבונט התקני microfluidic הכימי בניצב תחת מחקרי נדידת תאים והדרגות חמצן

This paper reports a microfluidic device made of polydimethylsiloxane (PDMS) with an embedded polycarbonate (PC) thin film to study cell migration under ...