Combinazione di microfluidica e Microrheology per determinare le proprietà reologiche dei materiali molli durante le transizioni di fase ripetute

Matthew D. Wehrman; Melissa J. Milstrey; Seth Lindberg; Kelly M. Schultz

doi:10.3791/57429

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Articolo metodologico

Combinazione di microfluidica e Microrheology per determinare le proprietà reologiche dei materiali molli durante le transizioni di fase ripetute

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DOI:

10.3791/57429

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19 aprile 2018

Matthew D. Wehrman¹ , Melissa J. Milstrey¹ , Seth Lindberg² , Kelly M. Schultz¹

¹Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Lehigh University, ²Process and Engineering Development, Procter & Gamble Co.

In questo articolo

Sommario

Dimostriamo la fabbricazione e l'uso di un dispositivo microfluidico che consente più particelle rilevamento misure microrheology per studiare gli effetti reologici ripetute delle transizioni di fase su materia soffice.

Abstract

La microstruttura della materia soffice direttamente urta la proprietà reologiche macroscopiche e può essere modificata da fattori tra cui colloidale riorganizzazione cambiamenti di fase precedente e applicato al taglio. Per determinare la portata di tali modifiche, abbiamo sviluppato un dispositivo microfluidico che consente ripetano transizioni di fase indotte dal cambio della caratterizzazione microrheological e del liquido circostante limitando il taglio sul campione. Questa tecnica è µ²reologia, la combinazione di microfluidica e microrheology. Il dispositivo microfluidico è un disegno di due-strato con i flussi di ingresso simmetrica entrare in una camera del campione che intrappola il campione di gel in posto durante lo scambio di fluidi. Aspirazione possa essere applicati lontano dal pozzetto di misurazione estrarre fluidi nel pozzetto di misurazione. Proprietà reologiche del materiale sono caratterizzati utilizzando particelle più rilevamento microrheology (MPT). In MPT, particelle di sonda fluorescente sono incorporate nel materiale e il moto browniano delle sonde viene registrata utilizzando video microscopia. Il movimento delle particelle viene registrato e viene calcolata la cilindrata media-squared (MSD). il MSD è relativo a proprietà reologiche macroscopiche, utilizzando la relazione di Stokes-Einstein generalizzato. La fase del materiale viene identificato in confronto all'esponente critico relax, determinato mediante sovrapposizione tempo-cura. Misurazioni di un gel colloidale fibroso illustrano l'utilità della tecnica. Questo gel ha una struttura delicata che può essere modificata in modo irreversibile quando viene applicato il taglio. dati di reologia di²µ indicano che il materiale equilibra ripetutamente alle stesse proprietà reologiche dopo ogni transizione di fase, che indica che le transizioni di fase non giochino un ruolo nei cambiamenti microstrutturali. Per determinare il ruolo di shear, campioni possono essere tosati prima dell'iniezione nel nostro dispositivo microfluidico. reologia²µ è una tecnica ampiamente applicabile per la caratterizzazione della materia soffice che permette la determinazione delle proprietà reologiche di microstrutture delicate in un singolo campione durante le transizioni di fase in risposta a cambiamenti ripetuti nella condizioni ambientali circostanti.

Introduzione

Transizioni di fase in materia soffice possono modificare la struttura dell'impalcatura, che ha implicazioni nella stabilità finale ed elaborazione del materiale¹^,²^,³. La caratterizzazione dei materiali molli durante le transizioni di fase dinamica fornisce informazioni essenziali circa il rapporto tra evoluzione strutturale e struttura di equilibrio e proprietà reologiche. Ad esempio, molti prodotti home care richiedono un cambiamento di fase durante l'uso dei consumatori. Inoltre, durante la produzione, fasi di lavorazione, tra cui la diluizione e miscelazione, può impartir....