Summary
Målet med denne procedure er at nemt og hurtigt fremstille en mikrofluid enhed med customizable geometri og modstand mod hævelse af organiske væsker til olie opsving undersøgelser. En Polydimethylsiloxan mug er først genereret, og derefter bruges til at kaste den epoxy-baserede enhed. En repræsentativ forskydning undersøgelse er rapporteret.
Abstract
Mikrofluid enheder er alsidige værktøjer til at studere transport processer i mikroskala. En efterspørgsel findes for mikrofluid enheder, er resistente over for lav molekylvægt olie komponenter, i modsætning til traditionelle Polydimethylsiloxan (PDMS) enheder. Her, vi viser en letkøbt metode for at gøre en enhed med denne egenskab, og vi bruger produktet af denne protokol for at undersøge pore-skala mekanismerne af hvilke skum genopretter råolie. Et mønster er først udviklet ved hjælp af computer-aided design (CAD) programmel og trykt på en transparent med en højopløsningsprinter. Dette mønster er derefter overført til et photoresist via et litografi procedure. PDMS er kastet på mønsteret, tørret i en ovn, og fjernes for at opnå en skimmel. En thiol-en crosslinking polymer, almindeligt anvendt som en optisk lim (OA), derefter hældes på formen og hærdet under UV-lys. PDMS mug er skrællet væk fra den optiske selvklæbende støbt. Et glas substrat er så klar, og de to halvdele af enheden er bundet sammen. Optiske limen-baserede enheder er mere robust end traditionelle PDMS mikrofluid enheder. Epoxy struktur er resistente over for hævelse af mange organiske opløsningsmidler, som åbner nye muligheder for eksperimenter, der involverer lys organiske væsker. Derudover er funktionen overflade befugtningen af disse enheder mere stabile end PDMS. Opførelsen af optiske klæbende mikrofluid enheder er simpel, kræver imidlertid gradvist mere indsats end foretagelse af PDMS-baserede enheder. Også, selvom optiske limen enheder er stabile i organiske væsker, kan de udviser reduceret bindingsstyrke efter lang tid. Optisk klæbende mikrofluid enheder kan gøres i geometrier, der fungerer som 2-D micromodels til porøse medier. Disse enheder anvendes i studiet af olie forskydning til at forbedre vores forståelse af pore-skala mekanismer involveret i udvidet olie inddrivelsen og grundvandsmagasinet oprydning.
Introduction
Formålet med denne metode er at visualisere og analysere flere faser, multi-komponent væske interaktioner og komplekse pore-skala dynamics i porøse medier. Flydende flow og transport i porøse medier har været af interesse for mange år fordi disse systemer kan anvendes til flere undergrunden processer såsom olieindvinding, grundvandsmagasin oprydning og hydrauliske briste1,2, 3 , 4 , 5. Brug micromodels til at efterligne disse komplekse pore-strukturer, unikke indsigt er opnået ved at visualisere pore-plan dynamiske begivenheder mellem de forskellige flydende faser og medier6,7,8 ,9,10,11.
Fabrikation af traditionelle silica-baserede micromodels er dyrt, tidskrævende og udfordrende, men opbygningen af micromodels fra optiske limen tilbyder en relativt billig, hurtig og nem alternative12,13, 14,15. Sammenlignet med andre polymer-baseret micromodels, udviser optiske limen mere stabil overflade befugtning egenskaber. Eksempelvis vil Polydimethylsiloxan (PDMS) micromodel overflader hurtigt blive hydrofobe i løbet af en typisk forskydning eksperiment16. De unge modulus af PDMS er desuden 2,5 MPa af optiske limen er 325 MPa13,17,18. Optiske limen er således mindre tilbøjelige til at presse induceret deformation og kanal fiasko. Vigtigere, er hærdede optiske limen meget mere resistente over for hævelse af lavmolekylære organiske bestanddele, som giver mulighed for eksperimenter, der involverer råolie og lys opløsningsmidler skal udføres18. Samlede, optiske limen er et bedre alternativ til PDMS for forskydning undersøgelser der involverer råolie når silica-baserede micromodels er uoverkommeligt kompliceret eller dyrt og høj temperatur og tryk undersøgelser er ikke påkrævet.
Protokollen beskrev i denne publikation giver trinvise fabrikation instruktioner for optisk klæbende micromodels og rapporterer de subtile tricks, der sikrer succes i manipulation af små mængder af væsker. Design og fabrikation af optiske limen baseret micromodels med blød litografi er først beskrevet. Derefter gives væske forskydning strategi for ultra-lav strømningshastigheder, der er almindeligt uopnåelige med massestrøm controllere. Dernæst gives et repræsentativt eksperimentelle resultat som et eksempel. Dette eksperiment afslører skum destabilisering og formering opførsel i nærværelse af råolie og heterogene porøse medier. Endelig, typisk billede behandling og data analyse er rapporteret.
Metoden leveres her er velegnet til visualisering ansøgninger, der involverer flere faser flow og interaktioner i begrænset microchannel rum. Specifikt, denne metode er optimeret til karakteristiske mikro-funktion beslutninger større end 5 og mindre end 700 µm. typisk flow satser størrelsesordenen 0,1 til 1 mL/h. I studiet af råolie eller lys opløsningsmiddel forskydning af vandige eller luftformige væsker på rækkefølgen af disse optimerede parametre på omgivende betingelser, bør denne protokol bør.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Advarsel: Denne protokol indebærer håndtering af en høj temperatur ovn, giftige kemikalier og UV-lys. Læs alle de materielle sikkerhedsdatablade omhyggeligt og Følg din institution kemisk sikkerhedsretningslinjer.
1. enhed Design
- Designe en photomask i en CAD software-applikation.
- Tegner et rektangulært kanal, der er 3 cm lang og 0,5 cm bred (figur 1b-øverst til højre).
- Oprette en bred vifte af lukkede figurer der repræsenterer korn af den porøse medier.
Bemærk: Disse figurer kaldes indlæg fordi de bliver tredimensionale strukturer under den bløde litografi proces. Formen og størrelsen af stillingerne bør være på rækkefølgen af snesevis af mikron, og har en afstand på ti til et hundrede mikron. Flere indlæg størrelser kan anvendes til at oprette heterogenitet, og en sektion kan stå nøgne stillinger til at simulere en fraktur i medierne. - Tegne indsugnings- og udstødningsporte kanaler, der er ca. en tredjedel så bredt som afsnittet porøse medier. Tegne en kanal stammer fra indløbsstuds til at fungere som et dræn.
- Tegne et afgrænsningsområde omkring hele designet med et minimum af 1,0 cm af clearance fra design.
Bemærk: Området mellem afgrænsningsrammen og grænser for designet, samt stillingerne, der skal foretages gennemsigtig på photomask.
- Indsende CAD-filen til en virksomhed for CAD-høj opløsning udskrivning
Bemærk: Valgfri: til en skum forskydning eksperiment, designe en mikrofluid skum generator (figur 1a). Gentag trin 1, udelade design heterogenitet og afgrænsningsramme. En flow-fokusering geometri anbefales ved indgang før porøse mediedesign. Flow rum bør være gennemsigtig på photomask.
2. PDMS skimmel fabrikation
- Oprette en photoresist-mønstrede silicium wafer master mold i et rent værelse
- Spin-coat en 20 µm lag af photoresist på en ny silicon wafer ved 2.000 omdrejninger for 30 s.
- Blød bage wafer på en varmeplade i to trin: 65 ° C i 1 min. efterfulgt af 95 ° C i 3 min.
- Bruge en maske aligner til mønster photoresist lag med CAD design ved hjælp af en konstant dosis af 150 mJ/cm2.
- Udføre en efterfølgende bages på en varmeplade i to trin: 65 ° C i 1 min. efterfulgt af 95 ° C i 3 min. Tillad wafer at afkøle i 5 min.
- Fordyb wafer i 100 mL af propylen-glycol-methyl-ether-acetat i en glasskål krystallisering. Forsigtigt agitere i hånden i 10 min til at udvikle photoresist mønsteret. Skyl det med isopropanol og tørre wafer under en strøm af tør luft.
- Hårdt bage wafer på en varmeplade i to trin: 120 ° C i 5 min. efterfulgt af 150 ° C i 10 min. Tillad wafer at køle i 15 min.
- Cast PDMS på silicium wafer master mold
- Bland alt af 30 g PDMS elastomer og hærder i forholdet 5:1 inde i et støvfrit engangs container.
- Degas PDMS i et vakuum ekssikkator i 30 min.
- Hæld PDMS på photoresist-mønstrede silicium wafer master skimmel i en 150 mm glas petriskål.
- Placer petriskålen indeholdende wafer og PDMS i ovn 80 ° C i 1 time.
- Fjern petriskålen fra ovnen og lad indholdet at nå stuetemperatur.
Bemærk: Proceduren kan midlertidigt på dette punkt.
- Forberede PDMS skimmel mønster overføres til optiske limen
- Omhyggeligt skæres PDMS formen ud ved hjælp af en skalpel, og skræl mug fra wafer.
- Rengør og Beskyt PDMS mug med klar selvklæbende tape.
Bemærk: Proceduren kan midlertidigt på dette punkt. - Placer PDMS skimmel, mønster-side op, i bunden af en støvfri 60 mm plast petriskål. Tillad 10 s til PDMS at holde sig til plast.
- Beskytte overfladen af PDMS med klar plast tape indtil trin 3.1.1.
Bemærk: Valgfri: for at gøre skumgeneratoren, Gentag trin 2.1. gennem 2.3.2. for skum-generator design.
3. optiske limen enhed fabrikation
- Cast optiske limen på formen PDMS
- Fjern tapen fra PDMS mønstret overflade, og hæld 150 mm petriskål til en dybde af ca. 0,9 cm over oversiden af formen PDMS optiske limen. Forsigtigt fjerne eventuelle bobler med alle slags vatpind.
- Helbrede den optiske limen under UV-lys for ialt 40 min, som beskrevet i trin 3.2.1 - 3.2.5 i et PSD-UV system.
Forsigtig: Bære passende beskyttelse, når du arbejder med UV-lys.- Udsætte petriskål for UV-lys (254 nm) i 5 min.
- Invertere petriskålen, således at bunden står nu over for UV kilden, og udsætte den manglende side for UV-lys i 5 min.
- Invertere petriskålen, tilbage til den opretstående stilling, og igen udsætte den øverste side for UV-lys i 5 min.
- Invertere petriskålen hovedet igen, og igen udsætte den nederste side for UV-lys i 10 min.
- Invertere petriskål tilbage til den opretstående stilling, og igen udsætte den øverste side for UV-lys i 15 min.
Bemærk: Proceduren hærdning i trin 3.2.1 gennem 3.2.5 er kun gældende, når den angivne PSD-UV apparater bruges (Tabel af materialer). Kur gange vil variere afhængigt af den specifikke lampe, der bruges og nøjagtige tykkelsen af det optiske klæbende lag.
- Fjerne den hærdede optiske limen fra formen PDMS
- Brug en kasse kutter til at omhyggeligt bryde den optiske limen ud af formen petriskål.
Forsigtig: Boks klinger er meget skarpe og kan nemt skære kødet. Være forsigtig, når du arbejder omkring de skarpe kanter af brudt petriskåle. - Bruge en robust par saks til at fjerne overskydende optiske limen fra kanten af design.
- Langsomt skræl PDMS mug fra den optiske limen pucken. Beskytte de mønstrede dele af den optiske limen og PDMS flade med klare tape.
- Brug en 1.0 mm biopsi punch til at oprette indløb, outlet og dræn hullerne. Beskytte mønstrede optiske limen med klare tape.
- Brug en kasse kutter til at omhyggeligt bryde den optiske limen ud af formen petriskål.
- Forberede underlaget
- Der afpipetteres 1 mL af optiske limen op på et nyt glas dias, og spin-coat dias i to trin: 500 rpm i 5 s derefter 4.000 rpm for 20 s.
- Hurtigt overføre substrat til UV-lys behandling, og delvist helbrede det tynde optiske klæbende lag under UV-lys til 30 s.
- Obligation optiske limen støbt til underlaget
- Placere den optiske selvklæbende støbt, mønstrede side op og substrat, belagt-side op, i en O2 plasma renere. Plasma ren overflade for 20 s på 540 mTorr.
- Fast tryk de to behandlede overflader sammen indtil alle uønskede luftlommer er blevet minimeret eller fjernet.
- Helt helbrede enheden under UV-lys til 20 min.
Forsigtig: For UV-lys, bære passende beskyttelse som beskyttende briller, laboratoriekittel, handsker, osv. - At placere enheden på en varmeplade ved 50 ° C i 18 h.
- Indsæt en 6-tommer lang segment af 0.58 mm ID lavdensitet polyethylen slanger (PE/3) i hver af portene på enheden.
- Brug en 5 min quick-set epoxy til at sikre slangen på plads.
Bemærk: Valgfri: for at fuldføre skumgeneratoren, Gentag trin 3.5.1, 3.5.2, 3.6 og 3.7. ved hjælp af skum-generator PDMS dias stemmer og en ny glas, i stedet for optiske selvklæbende støbt og tilberedte substrater, henholdsvis.
4. olie forskydning eksperiment
- Forberede mikrofluid enheden til afbildning på en inverteret mikroskop udstyret med en høj hastighed kamera. Rette enhed til mikroskop fase ved hjælp af tape. Ved hjælp af en 4 X mål, fokusere på området af interesse (AOI).
- Forberede injektion væsker
Bemærk: For tre-fase systemer, et farvestof bør tilføjes for at rydde fortrænger væsker for at give farvekontrast til billedanalyse.- Belastning 3 mL af råolie eller model olie prøve i et 10 mL glas sprøjten udstyret med en 23 gauge industrielle udlevering tip. Sikkert på sprøjten i sprøjten pumpe indehaveren og indstille værdien passende diameter på sprøjten pumpe indstillinger.
- Belastning 1 mL af den fortrænger væske ind en 3 mL plastik sprøjten udstyret med en 23 gauge industrielle udlevering tip. Sikkert på sprøjten i sprøjten pumpe indehaveren og indstille værdien passende diameter på sprøjten pumpe indstillinger.
Bemærk: Valgfri: For skum generation eksperimenter, slutte en 10 m lange 25 µm diameter glas kapillær rør til en N2 gastank og indstille gastryk til den ønskede værdi for den krævede strømningshastighed som hidrørende fra en kalibreringskurve. Tillad 10 min til gasstrømmen til Reagensglasset.
- Mætte den optiske LIMEN model porøse medier indretning med olie
- Tilslut den fortrænger væske til indgang på enheden ved at indsætte nålen tip i PE/3 slanger.
Bemærk: Valgfri: når skum anvendes som den fortrænger fase, tilsluttes indfaldende skumgeneratoren fortrænger væske sprøjten. Tilslut gas kapillær til den anden indløbsstuds på skumgeneratoren af indlagde den kapillarrør i en 23-gauge industrielle udlevering tip og forsegling annulus med quick-set epoxy. Afgangen fra skumgeneratoren forbindes derefter til indløb af optiske limen enheden ved hjælp af en 23-gauge stik. - Tilslut oliefyldte sprøjten til indgang på enheden ved at indsætte nålen tip i PE/3 slanger.
- Begynd flyder olie i outlet-porten af den optiske LIMEN enhed på 2 mL/h mens samtidig flyder den fortrænger væske til indløbsstuds på 0,8 mL/h således, at de to væsker både flyde ud af afløbet porten. Den fortrænger væske, ikke bør indgå i porøse medier. Indsamle spildevand i en 20 mL hætteglas.
- Tilslut den fortrænger væske til indgang på enheden ved at indsætte nålen tip i PE/3 slanger.
- Begynde at filme AOI på porøse medieenhed på en billedhastighed hurtigt nok til at fange de ønskede fænomener. En typisk framerate er 50 fps. Capture et stillbillede af 100% olie-mættet område.
- Hurtigt og samtidig skære PE/3-slangen, der flyder i olie ved hjælp af saks mens fastspænding afløb rør med en 5 cm bindemiddel klemme.
- Tillad fortrænger væske til at invadere enheden, indtil enten olie forskydning når steady-state eller kameraet løber tør for hukommelse.
5. billede og dataanalyse
- Brug en gratis billede analyse software som billede Jørgensen eller billede analyse værktøjskasse i MATLAB til at analysere optagelser fra forsøget.
- Bruger stadig billedet af den 100% olie-mættet kanal, beregne porøsitet i andele i procent for den porøse medier AOI.
- Beregning af porevolumen ved hjælp af følgende ligning:
- Brug billede analyse software til at bestemme olie mætning, som en brøkdel af den samlede flow plads i hver ramme af video-optagelser fra forsøget. For to fase forskydning eksperimenter, kan fortrænger fase mætning i hver ramme beregnes som:
- Forberede et plot af olie mætning i procent vs. pore mængder af indsprøjtet væske
Bemærk: Valgfri: For trefaset systemer såsom dem af skum forskydning eksperimenter, bruge MATLAB billede analyse værktøjskasse til at kategorisere hver fortrænger fase af farve ved hjælp af den karakteristiske RGB rækkevidde for hver fase. Forberede et plot viser mætning af alle tre faser med injicerede pore diskenheder.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I dette eksempel eksperiment bruges vandig skum til at fortrænge Mellemøsten råolie med (en viskositet på 5,4 cP) og API-vægtfylde på 40 ° i en heterogen porøse medier med lagdelte permeabilitet kontrast. En PDMS skum generator er forbundet til en optisk selvklæbende micromodel, som var tidligere helt mættet med råolie. Figur 1a viser CAD-design af photomask for PDMS skum generator, photoresist-mønstrede silicium wafer og udfyldte skumgeneratoren med indsugnings- og udstødningsporte rør indsat. Figur 1b viser tilsvarende billeder til heterogene optiske limen model porøse medier med lagdelte permeabilitet kontrast. Bemærk de respektive transparent og uigennemsigtig dele af photomask design. Som vist i figur 2, er grove skum genereret af en strøm-fokusere geometri som gas og væske er co injiceres. Den samlede strømningshastighed udvalgt til denne demonstration er 0,8 mL/h med en nitrogen gas fraktioneret flow af ca. 90%. Overfladeaktivt stof løsningen anvendes er en 1:1 ratio af alpha olefin sulfonat C14-16 til lauryl betain ved en koncentration på 1 wt %. En 1 wt % koncentration af blå mad grade farvestof bruges i den vandige fase for at støtte skelne denne fase fra enheden indlæg. En finere skum tekstur er produceret som skum fra afsnittet strøm-fokusere opformeret gennem homogene skumgeneratoren micromodel. Mindre bobler observeres typisk afslutter den mønstrede matrix end dem, der er lavet af den flow-fokusering geometri alene. Når stabil skum generation er opnået, omdirigeres skum flow derefter til den optiske limen micromodel at fortrænge råolie. Videoer af fordrivelse proces blev fanget på 50 fps af et højhastighedskamera, hvilket gav mulighed for ramme for ramme forarbejdning af optagelserne. I figur 3, blev mætning profiler for hver flydende fase afbildet som en funktion af samlede injiceres væske pore diskenheder.
Billede forarbejdningsteknik desuden gøre det muligt at kvantificere de flydende omlægning og skum faseadskillelse i forskellige lag. Kapillære kræfter mellem forskellige faser vil køre flere af væsken til regionen Nedre permeabilitet og flere af gas til højere permeabilitet regionen. Figur 4 viser de mætning ændringer, der fandt sted under den råolie forskydning eksperimentere som en funktion af samlede injiceres væske pore diskenheder. Som forudsagt, ved steady state var gas mætning betydeligt højere i regionen høj permeabilitet sammenlignes i regionen lav permeabilitet.
Ud over at analysere mætning ændring under olie forskydning eksperiment, kunne en serie af pore-niveau begivenheder som skum destabilisering, boble generation, olie lamellae dannelse og råolie emulgering også let identificeres. I figur 5, er nogle af disse skum dynamics i tilstedeværelse af råolie vist. I denne figur, er bobler af interesse farvet grønne. Skum er termodynamisk metastabile og coalesces i porøse medier af mekanismer såsom kapillær sugning (figur 5 c), gas diffusion (figur 5e), termisk eller mekanisk udsving. Råolie har også en negativ indvirkning på skum (figur 5b og fig.5 d). Succesen med skum oversvømmelser afhænger af forskellige mekanismer for boble regenerering. Vi identificere in situ skum generation mekanismer som boble knivspids-off (figur 5a) og lamel division (figur 5f).
Figur 1: fabrikation af porøse medier micromodel enheder. (a) PDMS-baseret skum Generator: CAD-design, photoresist skimmel på en silica wafer, og den færdige enhed; (b) optisk lim-baserede heterogene porøse medier micromodel med lagdelte permeabilitet kontrast: CAD-design, photoresist skimmel, PDMS mug og den færdige enhed. De skala angiver cirka en tomme. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: skum generation i PDMS baseret homogene micromodel. Groft skum genereres gennem strømmen fokus enhed, som bliver finere som skum passerer gennem enheden. Skalalinjen angiver 1 mm. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: kendetegner råolie forskydning af skum. (a) indledende betingelse: 100% olie mætning (rå olie i brun, stillinger i hvidt); (b) binære baggrundsbillede for micromodel; (c) en prøve billede fra råolie forskydning video; (d) konverteret billedet efter Matlab forarbejdning at skelne forskellige faser, hvor grøn = gas, blå = vandig fase, rød = olie fase; (e) mætning historie (sort pil angiver det tidspunkt når (c) blev taget). Skalalinjen angiver 400 µm. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: mætning historie på forskellige regioner til at vise væske omlægning og skum faseadskillelse. (a) høj permeabilitet region; (b) lav permeabilitet region; (c) brud region. Etiketten på de lodrette akser står for mætning af hver fase (%).
Figur 5: skum dynamics i overværelse af råolie. (a) skum generation af boble knivspids-off mekanisme; (b) boble sammensmeltning i tilstedeværelse af råolie; (c) boble sammensmeltning af kapillær sugning; (d) skum ødelæggelse i regionen fraktur; (e) skum coarsening ved gas diffusion; (f) skum generation af lamel-division. Gasbobler af interesse er farvet grønne. Skalalinjen angiver 400 µm. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Denne protokol for at studere olie nyttiggørelsesprocesser i optisk klæbende micromodels balance mellem robusthed af ikke-polymere micromodels – såsom glas eller silicium- og den facile fabrikation af PDMS mikrofluid enheder. I modsætning til micromodels lavet af glas eller optiske limen, mangler PDMS enheder modstandsdygtighed over for lys økologisk arter. PDMS micromodels er heller ikke ideelt til mange eksperimenter fordi overflader af disse enheder har ustabil befugtning egenskaber, og polymer matrix er gennemtrængelig for gas19. Derimod optiske limen har vist meget mere stabil befugtningen end PDMS, og det er langt mindre gennemtrængelig for gas20,21,22. Specifikt, vand kontakt vinklen af optiske limen forbliver stabil dage efter O2 plasma behandling, sammenlignet med timer til PDMS21. Derfor, med minimal ekstra indsats, opbygge micromodels af optiske limen i stedet PDMS, giver bedre solvent modstand, mere stabil befugtning egenskaber og lavere permeabilitet til gas. optiske limen erstatter hverken glas eller silicium micromodels, men, som disse materialer kan modstå meget højere temperaturer og tryk. Derudover kan optisk klæbende mikrofluid enheder udstille bond forringelse under langsigtet eksperimenter14. I betragtning af de vanskeligheder og bekostning af konstruere glas og silicium micromodels, er optiske limen stadig materiale valg for kortsigtede omgivende forskydning eksperimenter med lette organiske stoffer. Derfor er beskæftiger optisk selvklæbende micromodels til at studere olie nyttiggørelsesprocesser med råolie en letkøbt og omkostningseffektivt alternativ til at bruge arbejdskrævende glas og silicium micromodels.
Omhyggelig opmærksomhed bør lægges flere kritiske aspekter af photoresist-mønstrede silicium wafer master-skimmel forberedelse del af protokollen til at undgå mislykkede resultater. Første, bedste praksis dikterer ramping temperaturen langsomt (5 ° C pr. min.) under alle bagning trin. Hurtig opvarmning kan forårsage termisk stress frakturer i wafer. For det andet bør photoresist vedhæftning til silicium wafer fremmes som nødvendigt. Når du bruger en ny wafer, adskillelse hændelser bør forekommer sjældent, men hvis adskillelse af de hærdede photoresist fra wafer er et problem, derefter forebyggende foranstaltninger kan træffes. En hurtig isopropylalkohol skyl efterfulgt af en pre bages skridt på 110 ° C i 10 min kan resultere i bedre photoresist affinitet til overfladen af wafer. Tredje, Bemærk at parametrene i proceduren for UV dosering, bagning gange, bagning temperaturer og udvikle gange kan være følsomme over for ændringer i miljøbetingelserne, instrument brand og kemiske batchnummer. Således bevilges midler til flere forsøg at tune disse vigtige parametre for at eliminere problemer såsom overdreven polymerisering, underudviklet funktioner, uløste funktioner eller dårlig vedhæftning til wafer. Forudsat disse tips er taget i betragtning, mønstrede silicium wafers held med relativ lethed.
Senere i protokollen, kan flere nuancer af enheden fabrikation og eksperimenterende trin af denne procedure bidrage væsentligt til succesfulde resultater. For eksempel, giver nonstandard PDMS komponent forholdet et par fordele. Almindeligt for PDMS danne tvaerbindinger, er 10:1 elastomer til hærdning agent ratio anvendt; men forholdet 5:1 giver mulighed for en hårdere polymer, der hærder hurtigere og kan genbruges flere gange. For den faktiske optiske limen enhed forberedelse, bør man bemærke, at kurere trinene alle netop tuned for at undgå potentielle faldgruber. Som sådan, er delvis hærdning det tynde lag af optiske limen på substrat for enheden afgørende for en ekstra stærke bånd til støbt del. Desuden, den optiske limen er helbredt fra begge parter til at sikre endda kurere hele. Hvis den optiske limen ikke har fuldt helbredt, kunne blive revet PDMS skimmel under fjernelse fra cast. Omvendt, hvis den optiske limen er helbredt for længe, så materialet bliver ugunstig hård. Over hærdet epoxy kan potentielt bryde de stansning værktøj bruges til at lave port huller. Hvis stemmer er over helbredt, kan havnene være sand sprængt eller boret med en 1 mm diameter borehoved på en Boremaskinen. Endelig, mens forskydning eksperimenter, fortrænger væsken ikke må angive micromodel før råolien. Befugtningen af mikro-kanaler er lavet i første omgang olie-vådt ved første henvendelse råolien, men tillader komponenter af den fortrænger væske til at ændre micromodel overflader kan ændre ydeevnen af fordrivelse strategi. Efter disse trin omhyggeligt i mikrofluid enhed konstruktion og fordrivelse eksperiment at sikre ressourcer ikke går til spilde.
Optisk klæbende micromodels vil i fremtiden fortsat et værdifuldt redskab for mikrofluidik forskning. Disse enheder kan fungere som en robust screening platform for injektion væsker skræddersyet til specifikke råolier. Derudover kan disse værktøjer bruges til at studere grundlæggende mekanismer i olieindvinding, mobilitet kontrol, skum flow eller anaerob mikrobielle forbedret olie genfindingsforsøg (EELLER). Omkostningseffektiviteten og gunstige egenskaber af optiske klæbende micromodels naturligvis låne disse værktøjer en fordel i feltet mikrofluid olie opsving.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Vi anerkender den finansielle støtte fra Rice University konsortium for processer i porøse medier (Houston, TX, USA).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3 mL Leur-Lok Syringe | Fischer Scientific | 14-823-435 | |
| 10 mL Glass Syringe | Fischer Scientific | 1482698G | |
| Photomask | CAD/Art Services | ||
| Silicon Wafer | University Wafer | 452 | |
| Propylene-Glycol-Methyl-Ether-Acetate | Sigma Aldrich | 484431-4L | |
| 150 mm Glass Petri Dish | Carolina Biological Supply | #721134 | |
| 60 mm Plastic Petri Dish | Carolina Biological Supply | #741246 | |
| Mask Aligner | EV Group | EVG 620 | |
| 1 mm Biopsy Punch | Miltex, Plainsboro, NJ | 69031-01 | |
| Industrial Dispensing Tip | CML Supply | Gauge 23 | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX-71 | |
| Plasma System | Harrick Plasma | PDC-32G | Plasma cleaner |
| Polydimehtylsiloxane (PDMS) | Dow Corning, Midland, MI | SYLGARD 184 | |
| Norland Optical Adhesive 81 (NOA81) or (OA) | Norland Products Inc. | 8116 | Optical adhesive |
| Quick-Set Epoxy | Fisher Scientific | 4001 | |
| Glass Slides | Globe Scientic Inc. | 1321 | |
| SU-8 2015 Photoresist | MicroChem | SU-8 2015 | Photo resist |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | Fusion 400 | |
| Glass Capillary Tubing | SGE Analytical Science | 1154710C | |
| High-Speed Camera | Vision Research | V 4.3 | |
| Polyethylene Tubing | Scientific Commodities Inc. | #BB31695-PE/3 |
References
- Blaker, T., et al. Foam for Gas Mobility Control in the Snorre Field: The FAWAG Project. SPE Reserv Eval Eng. 5 (04), 317-323 (2002).
- Mannhardt, K., Svorstøl, I. Effect of oil saturation on foam propagation in Snorre reservoir core. J Petrol Sci Eng. 23 (3-4), 189-200 (1999).
- Falls, A. H., Lawson, J. B., Hirasaki, G. J. The Role of Noncondensable Gas in Steam Foams. J Petrol Technol. 40 (01), 95-104 (1988).
- Hirasaki, G. J., Miller, C. A., Szafranski, R., Lawson, J. B., Akiya, N. Surfactant/Foam Process for Aquifer Remediation. , International Symposium on Oilfield Chemistry. Houston, Texas. (1997).
- Lv, Q., Li, Z., Li, B., Li, S., Sun, Q. Study of Nanoparticle-Surfactant-Stabilized Foam as a Fracturing Fluid. Ind Eng Chem Res. 54 (38), 9468-9477 (2015).
- Conn, C. A., Ma, K., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Visualizing oil displacement with foam in a microfluidic device with permeability contrast. Lab Chip. 14 (20), 3968-3977 (2014).
- Ma, K., Liontas, R., Conn, C. A., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Visualization of improved sweep with foam in heterogeneous porous media using microfluidics. Soft Matter. 8 (41), 10669 (2012).
- Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels. Appl Phys Lett. 82 (3), 364 (2003).
- Gauteplass, J., Chaudhary, K., Kovscek, A. R., Fernø, M. A. Pore-level foam generation and flow for mobility control in fractured systems. Colloid Surface A. 468, 184-192 (2015).
- Kovscek, A. R., Radke, C. J. Gas bubble snap-off under pressure-driven flow in constricted noncircular capillaries. Colloid Surface A. 117 (1-2), 55-76 (1996).
- Géraud, B., Jones, S. A., Cantat, I., Dollet, B., Méheust, Y. The flow of a foam in a two-dimensional porous medium: FOAM FLOW IN A 2-D POROUS MEDIUM. Water Resour Res. 52 (2), 773-790 (2016).
- Lin, Y. -J., et al. Examining Asphaltene Solubility on Deposition in Model Porous Media. Langmuir. 32 (34), 8729-8734 (2016).
- Bartolo, D., Degré, G., Nghe, P., Studer, V.
- Kenzhekhanov, S. Chemical EOR process visualization using NOA81 micromodels. , Master's degree Thesis (2017).
- Zhuang, Y. G., et al. Experimental Investigation of Asphaltene Deposition in a Transparent Microchannel. Proceedings of the 1st Thermal and Fluid Engineering Summer Conference. , New York, NY, USA. (2016).
- Ma, K., Rivera, J., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Wettability control and patterning of PDMS using UV-ozone and water immersion. J Colloid Interf Sci. 363 (1), 371-378 (2011).
- Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane). Anal Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).
- Sollier, E., Murray, C., Maoddi, P., Di Carlo, D. Rapid prototyping polymers for microfluidic devices and high pressure injections. Lab Chip. 11 (22), 3752 (2011).
- Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices. Anal Chem. 75 (23), 6544-6554 (2003).
- Silvestrini, S., et al. Tailoring the wetting properties of thiolene microfluidic materials. Lab Chip. 12 (20), 4041 (2012).
- Wägli, P., Homsy, A., de Rooij, N. F. Norland optical adhesive (NOA81) microchannels with adjustable wetting behavior and high chemical resistance against a range of mid-infrared-transparent organic solvents. Sensor Actuat B-Chem. 156 (2), 994-1001 (2011).
- Hung, L. -H., Lin, R., Lee, A. P. Rapid microfabrication of solvent-resistant biocompatible microfluidic devices. Lab Chip. 8 (6), 983 (2008).
