Summary
Цель этой процедуры заключается в том, легко и быстро производить microfluidic устройство с настраиваемым геометрии и сопротивление опухоль, органические жидкости для исследования нефти восстановления. Полидиметилсилоксан плесени сначала создается и затем используется для приведения устройства на основе эпоксидной смолы. Представитель перемещения исследование сообщается.
Abstract
Microfluidic приборы являются универсальные инструменты для изучения транспортных процессов в микроскопическом масштабе. Существует спрос для microfluidic приборы, устойчивы к низким молекулярным весом нефти компоненты, в отличие от традиционных полидиметилсилоксан (PDMS) устройства. Здесь мы демонстрируем снисходительный метод для создания устройства с этим свойством, и мы используем продукт этого протокола для изучения механизмов поры масштаба, который восстанавливает пены сырой нефти. Шаблон разработан сначала с помощью программного обеспечения компьютерного проектирования (CAD) и напечатаны на прозрачности с высоким разрешением принтера. Затем этот шаблон передается фоторезиста через процедуру литографии. PDMS бросили на шаблоне, вылечить в духовке и удаляется для получения формы. Тиоловых Эне сшивки полимера, широко используется в качестве оптических клей (OA), затем вылил на плесень и вылечить под ультрафиолетовым светом. Плесень PDMS очищенные от оптических клей актеров. Затем готовится стеклянной подложке, и две половинки устройства связаны вместе. Оптические устройства, основанные на клей более надежна, чем традиционные PDMS microfluidic приборы. Эпоксидный состав устойчив к опухоль многих органических растворителях, которая открывает новые возможности для экспериментов с легких органических жидкостей. Кроме того поведение смачиваемость поверхности этих устройств является более стабильным, чем PDMS. Строительство оптических клей microfluidic приборы проста, но требует постепенно больше усилий, чем изготовление устройств на базе PDMS. Кроме того хотя оптические клей устройства являются стабильными в органических жидкостях, они могут проявлять снижение прочности после долгого времени. Оптическая клей microfluidic приборы могут производиться в геометрии, которые действуют как 2-D micromodels для пористых средах. Эти устройства применяются в исследовании вытеснения нефти для улучшения нашего понимания поры масштаба механизмов, участвующих в нефти восстановления и водоносного горизонта рекультивации.
Introduction
Этот метод предназначен для визуализации и анализа многоэтапная, многокомпонентной жидкости взаимодействий и динамика сложных поры в пористых средах. Потока жидкости и транспорта в пористых средах были интерес на протяжении многих лет потому, что эти системы применимы несколько глубинные процессы, такие как добыча нефти, рекультивации водоносного горизонта и гидравлические ГРП1,2, 3 , 4 , 5. Использование micromodels для имитации этих сложных поры структур, уникальные идеи достигаются посредством визуализации динамических событий порового уровня между различными этапами жидкости и СМИ6,,78 ,9,10,11.
Изготовление традиционных на основе силики micromodels дорогой, трудоемким и сложным, но строительство micromodels от оптических клей предлагает альтернативные сравнительно недорогой, быстрый и простой в12,13, 14,15. По сравнению с другими на основе полимеров micromodels, оптические клеи экспонаты более стабильные свойства смачивание поверхности. К примеру полидиметилсилоксан (PDMS) micromodel поверхности быстро станет гидрофобные в течение типичного перемещения эксперимент16. Кроме того Юнга PDMS является 2,5 МПа, в то время как оптических клея это 325 МПа13,,17-18. Таким образом оптические клеи менее подвержен давление индуцированных деформации и канала недостаточность. Важно отметить, что вылечить оптических клей гораздо более устойчивы к опухоль, низкомолекулярных органических компонентов, который позволяет эксперименты с сырой нефти и легких растворители, быть проведены18. В целом, оптические клей является лучшей альтернативой для PDMS для перемещения исследований с участием сырой нефти, когда на основе силики micromodels чрезмерно сложных или дорогостоящих и не требуются высокие температуры и давления исследования.
Протокол, описанные в настоящем издании инструкции шаг за шагом изготовление для оптических клей micromodels и сообщает тонкие хитрости, которые обеспечивают успех в манипуляции небольших количеств жидкости. Проектирование и изготовление оптических клей на основе micromodels с мягкой литографии впервые описал. Затем стратегия перемещения жидкости предоставляется сверхмалого расхода, которые часто недостижимой с регуляторами массового расхода. Далее представитель экспериментальный результат приводится в качестве примера. Этот эксперимент показывает пены дестабилизации и распространения поведение в присутствии сырой нефти и неоднородных пористых сред. Наконец типичный образ обработки и анализа данных по сообщениям.
Метод предоставляет здесь подходит для визуализации приложений с участием многофазных потоков и взаимодействия в микроканальные замкнутых пространствах. В частности этот метод оптимизирован для характерных микро функция резолюций больше 5 и менее 700 мкм. типичный расхода составляет порядка 0,1 до 1 мл/ч. В исследованиях сырой нефти или водоизмещение растворителей, водный или газообразной жидкости порядка эти оптимизируемых параметров в условиях окружающей среды этот протокол должен быть соответствующим.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Предупреждение: Этот протокол включает в себя обработку высокой температуры печи, токсичных химических веществ и УФ-излучения. Пожалуйста, внимательно прочитайте все листы данных безопасности материалов и указаниям вашего учреждения химической безопасности.
1. устройство дизайн
- Дизайн photomask в CAD программное приложение.
- Нарисуйте прямоугольный канал длиной 3 см и шириной 0,5 см (рис. 1b-вверху справа).
- Создайте массив замкнутые фигуры, представляющие зерна пористых сред.
Примечание: Эти фигуры называются должности потому, что они станут трехмерных структур во время процесса мягкой литографии. Форма и размер сообщений должны быть порядка десятков микрон и имеют интервал от 10 до 100 мкм. Несколько пост размеров могут быть использованы для создания неоднородность, и раздел можно оставить голые должностей для имитации перелом в средствах массовой информации. - Нарисуйте впускных и выпускных каналов, которые находятся приблизительно одну треть максимально секции пористых средах. Нарисуйте канал, вытекающие из впускное отверстие в качестве стока.
- Нарисуйте ограничительную рамку вокруг весь дизайн с минимум 1.0 см зазора от дизайна.
Примечание: Область между ограничительной рамки и границы дизайн, а также должности, должны быть сделаны прозрачными на photomask.
- Отправить файл CAD компании для CAD с высоким разрешением печати
Примечание: Необязательно: для эксперимента перемещения пены, Дизайн microfluidic Генератор пены (рис. 1a). Повторите шаг 1, опуская дизайн неоднородность и ограничивающего прямоугольника. Поток упором геометрии рекомендуется на входе перед пористых сред разработки. Поток пространства должно быть прозрачным на photomask.
2. PDMS плесень производства
- Создание фоторезиста узорные кремния вафельные мастер плесень в чистой комнате
- Спин пальто 20 мкм слоя фоторезиста на новой кремниевой пластины при 2000 об/мин за 30 s.
- Мягкие выпекать пластин на горячей плите две приращением: 65 ° C для 1 мин, после чего 95 ° C в течение 3 мин.
- Используйте маску выравниватель для картины слое фоторезиста с CAD дизайна, используя постоянное дозировке 150 МДж/см2.
- Выполните постконтактная Выпекать на горячей плите две приращением: 65 ° C для 1 мин, после чего 95 ° C на 3 мин разрешить вафельные остыть в течение 5 мин.
- Погружайте вафельные в 100 мл пропилен гликоль метил эфира-ацетата в блюдо кристаллизации стекла. Аккуратно агитируйте вручную за 10 мин для разработки фоторезиста шаблон. Промойте его изопропанолом и сухие пластины под струей сухого воздуха.
- Тяжело выпекать пластин на горячей плите две приращением: 120 ° C за 5 мин, после чего 150 ° C в течение 10 мин разрешить вафельные остыть в течение 15 мин.
- В ролях PDMS на кремниевых пластин мастер плесень
- Смешайте в общей сложности 30 g PDMS эластомер и отвердителя в соотношении 5:1 внутри пыли Одноразовые контейнера.
- Дега PDMS в вакуумного эксикатора за 30 мин.
- Залейте PDMS на мастер плесень вафельные фоторезиста узорные кремния в 150 мм стекла Петри.
- Место Петри, содержащий пластин и PDMS в 80 ° C духовку на 1 час.
- Удалите Петри блюдо из духовки и дайте содержимое до комнатной температуры.
Примечание: Процедура может быть приостановлена на данный момент.
- Подготовить PDMS прессформы для шаблон передачи оптических клей
- Тщательно вырезать PDMS плесень с помощью скальпеля и пил плесень от пластины.
- Очистка и защита PDMS плесень, используя четкие скотч.
Примечание: Процедура может быть приостановлена на данный момент. - Место PDMS плесень, шаблон стороной вверх, в нижней части пластиковой пыли 60 мм Петри. Разрешить 10 s для PDMS придерживаться пластика.
- Защиты поверхности PDMS с прозрачной пластиковой ленты до шага 3.1.1.
Примечание: Необязательно: чтобы сделать Генератор пены, повторите шаги 2.1. через 2.3.2. для дизайн пеногенераторы.
3. оптические устройства клей изготовление
- В ролях оптических клей на плесень PDMS
- Удалите ленту с рисунком поверхности PDMS и вылить оптических клей в 150 мм Петри на глубину примерно 0,9 см выше верхней поверхности PDMS плесени. Аккуратно удалите любые пузыри с любым типом ватным тампоном.
- Вылечить оптических клей под УФ света для в общей сложности 40 мин, изложенные в шагах 3.2.1 - 3.2.5 в PSD-УФ-системы.
Предупреждение: Носить надлежащую защиту при работе с ультрафиолетовым светом.- Разоблачить Петри УФ света (254 Нм) за 5 мин.
- Инвертировать Петри, таким образом, что дно в настоящее время сталкивается источник УФ и разоблачить заместитель стороне УФ света за 5 мин.
- Инвертировать Петри, вернуть его в вертикальном положении и вновь подвергнуть верхней стороне к Ультрафиолетовому свету за 5 мин.
- Инвертировать Петри вниз снова и снова подвергнуть снизу к Ультрафиолетовому свету за 10 мин.
- Инвертировать Петри обратно в вертикальном положении и вновь подвергнуть верхней стороне к Ультрафиолетовому свету за 15 мин.
Примечание: Лечебные процедуры в шаги 3.2.1 через 3.2.5 применяется только при использовании указанного PSD-УФ аппарат (Таблица материалов). Вылечить раз будет меняться в зависимости от конкретных лампа, которая используется и точной толщины оптических клеевого слоя.
- Удаление вылечить оптических клей от плесени PDMS
- Используйте поле резец сломать тщательно оптических клей из формы Петри.
Предупреждение: Коробка резак лезвия очень острые и могут легко резать плоть. Будьте осторожны при работе вокруг острыми краями сломанной Петри. - Используйте пару прочная ножницы для удаления избыточных оптических клей от края конструкции.
- Медленно корки PDMS плесень от оптических клей шайбу. Защищайте узорной части оптических клейкую поверхность и поверхности PDMS с прозрачной клейкой ленты.
- Используйте удар биопсии 1,0 мм для создания входе, выходе и сливным отверстия. Защищайте узорной оптические прилипатель с прозрачной клейкой ленты.
- Используйте поле резец сломать тщательно оптических клей из формы Петри.
- Подготовка субстрата
- Отказаться от 1 мл оптических клей на новый слайд стекла и спин пальто слайд в два этапа: 500 об/мин за 5 s то 4000 rpm для 20 s.
- Быстро передавать субстрат для УФ свет лечения и частично вылечить тонкий оптический клеевой слой под УФ света для 30 s.
- Бонд оптических клей приведен к подложке
- Место оптических клей литой, узорные стороной вверх и субстрат, покрытием стороной вверх, в плазме2 O чище. Плазменной очистки поверхности для 20 s на 540 mTorr.
- Твердо, сожмите две обработанные поверхности, до тех пор, пока все нежелательные воздушные карманы были сведены к минимуму или удалены.
- Полностью вылечить устройство под УФ света 20 мин.
Предупреждение: Для УФ-излучения, носите надлежащую защиту таких лаборатории пальто, перчатки, защитные очки, и т.д. - Поместите устройство на горячей плите при 50 ° C для 18 h.
- Вставка 6-дюймовый долго сегмент полиэтилена низкой плотности ID 0,58 мм трубы (ПЭ/3) в каждый из портов на устройстве.
- Используйте эпоксидной быстрый набор 5 мин для защиты трубы в месте.
Примечание: Необязательно: чтобы завершить Генератор пены, повторите шаги 3.5.1, 3.5.2, 3,6 и 3,7. с использованием PDMS пеногенераторы литой и новое стекло слайд, вместо оптического клей литой и подготовленных поверхностей, соответственно.
4. масло перемещения эксперимент
- Подготовьте устройство microfluidic к записи образа на инвертированным микроскопом, оборудованные высокоскоростной камеры. Прикрепите устройство к микроскопа с помощью липкой ленты. С помощью 4 X цели, сосредоточить внимание на область интересов (АОИ).
- Подготовить впрыска жидкости
Примечание: Для трехфазных систем, следует добавить краситель очистить вытесняя жидкости для обеспечения цветовой контраст для анализа изображений.- Нагрузки 3 мл сырой нефти или образец модели нефти в шприц 10 мл стекла с 23 калибровочных промышленного розлива наконечник. Безопасный шприца в держатель насоса шприца и установите значение соответствующего диаметра на параметры насоса шприца.
- Нагрузки 1 мл вытесняя жидкости в пластиковый шприц 3 мл с 23 калибровочных промышленного розлива наконечник. Безопасный шприца в держатель насоса шприца и установите значение соответствующего диаметра на параметры насоса шприца.
Примечание: Необязательно: для пены поколения экспериментов, подключите 10 м длиной 25 мкм Диаметр стеклянной капиллярной трубки N2 газовых танк и установите нужное значение скорости потока требуется газа давление газа, полученные от калибровочной кривой. Разрешить 10 мин для газового потока сбалансировать.
- Насыщают ОПТИЧЕСКИХ клей модель пористого носителя с маслом
- Соедините вытесняя жидкости на входе устройства, вставив кончик иглы в трубы PE/3.
Примечание: Необязательно: когда пена используется в качестве этапа вытесняя, подключите вытесняя шприца жидкости на входе в Генератор пены. Подключите капиллярной газовой к второй впускное отверстие на Генератор пены, вставляя капиллярной трубки промышленного розлива кончик 23-го калибра и уплотнительные кольца с эпоксидной быстрый набор. Выходе генератора пены затем подключен к входной оптической клей устройства, с помощью соединителя 23-го калибра. - Соедините маслонаполненных шприц на входе устройства, вставив кончик иглы в трубы PE/3.
- Начните, течет нефть в порт розетки ОПТИЧЕСКИХ клей устройства 2 мл/ч при одновременно впадающих вытесняя жидкости впускное отверстие на 0,8 мл/ч таким образом, что две жидкости вытекать дренажное отверстие. Перемещение жидкости не должны вводить пористых средах. Сбор стоков в стеклянный флакон 20 мл.
- Соедините вытесняя жидкости на входе устройства, вставив кончик иглы в трубы PE/3.
- Начало съемок АОИ в пористых средах устройстве на частоту кадров достаточно быстро захватить желаемого явления. Типичная частота – 50 fps. Захват неподвижное изображение области нефтенасыщенных 100%.
- Быстро и одновременно сократить труб PE/3, которая течет в масле, используя ножницы пока зажима дренажную трубку с струбциной Биндер 5 см.
- Разрешить перемещение жидкости вторгнуться устройство до тех пор, пока либо вытеснения нефти достигнет устойчивого состояния или камеры не хватает памяти.
5. изображения и анализ данных
- Используйте бесплатный изображений программное обеспечение анализа таких изображений J или инструментов анализа изображений в MATLAB для анализа кадры из эксперимента.
- С помощью фотоснимка нефтенасыщенных канала 100%, рассчитайте пористость в единицах процента для пористых сред АОИ.
- Рассчитайте объем пор, используя следующее уравнение:
- Используйте программное обеспечение для анализа изображений для определения насыщения нефти, как часть общего потока пространства, в каждом кадре видео кадры из эксперимента. На две фазы перемещения эксперименты, вытесняя этапа насыщения в каждом кадре может рассчитываться как:
- Подготовить участок насыщения нефти в процентах против поровых объемов закачиваемой жидкости
Примечание: Необязательно: для трехфазные системы таких экспериментов перемещения пены, использование инструментов анализа изображений MATLAB для классификации каждой вытесняя фазы по цвету с использованием характерных RGB диапазон для каждой фазы. Подготовка участка показаны Хирша всех трех фаз с вводят поровых объемов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В этом примере эксперимент водный пена используется для вытеснения нефти Ближнего Востока с (вязкость 5.4 cP) и API тяжести 40 ° в неоднородных пористых средах с контрастом слоистых проницаемости. Генератор пены PDMS подключен к оптической клей micromodel, которая ранее была полностью пропитана сырой нефти. Рисунок 1a показывает САПР photomask для PDMS пенного генератора, узорные фоторезиста кремниевой пластины и завершенных пеногенераторы с входным и выходным отверстием трубы вставлены. Рисунок 1b показывает соответствующие изображения для гетерогенных оптических клей модель пористых сред с контрастом слоистых проницаемости. Обратите внимание на соответствующих прозрачные и непрозрачные части photomask дизайн. Как показано на рисунке 2, грубый пены генерируется поток упором геометрии, в которой газ и жидкость совместно вводили. Скорость всего потока, выбранного для этой демонстрации — 0,8 мл/ч с дробной газа азота примерно 90%. ПАВ решение, используемое является соотношение 1:1, альфа-олефинов сульфаната C14-16 для лаурил бетаин в концентрации 1 wt %. 1 wt % концентрации синий пищи класса красителя используется в водной фазе для помощи в отличающие этот этап от должности устройства. Тонкой текстуры пены производится как пена из раздела поток упором, распространяются через micromodel однородной пены генератор. Небольшие пузырьки обычно наблюдается выход из узорной матрицы чем те, которые сделаны геометрия потока упором только. Как только достигается устойчивый пены поколения, пена поток затем перенаправляется на оптических клей micromodel для вытеснения нефти. Видео процесса перемещения были захвачены на 50 fps с помощью высокоскоростной камеры, что позволило Покадровая обработка кадры. В рисунке 3насыщенность профили для каждой жидкой фазы были нанесены как функция общего закачиваемой жидкости поровых объемов.
Методы обработки изображений также позволяют нам определить количественно жидкости утечки и пены разделение фаз в разных слоях. Капиллярные силы между различными фазами поедем больше жидкости в регионе нижней проницаемость и больше газа в регионе более высокой проницаемости. Рисунок 4 показывает насыщенность изменения, которые произошли во время перемещения нефти эксперимент как функция общего закачиваемой жидкости поры томов. По прогнозам, в стационарном состоянии насыщение газа был значительно выше в регионе высокой проницаемости, по сравнению с показателем в регионе низкопроницаемых.
Помимо анализа изменения насыщенности в ходе эксперимента перемещения нефти, серия порового уровня события, такие как пена дестабилизации, пузырь поколения, масло ламели формирования и эмульгирования сырой нефти может также быть легко идентифицированы. На рисунке 5некоторые из этих динамика пены в присутствии сырой нефти показаны. На этом рисунке пузыри интерес будут выделены зеленым цветом. Пена термодинамически метастабильных и объединяет в пористых средах, таких механизмов, как капиллярное всасывание (рис. 5 c), газовой диффузии (Рисунок 5e), тепловая, или механические колебания. Сырой нефти также имеет отрицательное воздействие на пены (Рисунок 5b и Рисунок5 d). Успех пены затопления зависит от различных механизмов для регенерации пузырь. Мы определить in situ пены поколения механизмы как пузырь Пинч off (Рисунок 5a) и ламель отдела (Рисунок 5f).
Рисунок 1: изготовление пористых носителях micromodel. Пеногенераторы () на основе PDMS: CAD дизайна, фоторезист плесень на пластины кремния и завершенные устройства; (b) оптических micromodel клей на основе неоднородных пористых сред с слоистых проницаемость контраст: CAD дизайна, фоторезиста плесень, плесень PDMS и завершенные устройства. Масштаб полоски указывают на примерно один дюйм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: поколение пены в PDMS основе однородных micromodel. Грубый пены генерируется через поток, уделяя особое устройство, которое становится тоньше, как пена проходит через устройство. Указывает, шкалы бар 1 мм. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: характеризующие сырой нефти перемещения пены. (a) первоначальный состояние: 100% масло насыщения (сырой нефти в Браун, должности в белом); (b) двоичного фоновое изображение для micromodel; (c) выборки из сырой нефти перемещение видео; (d) преобразовать изображение после обработки Matlab различать отдельные этапы, где зеленый = газ, синий = водной фазе, красный = масляной фазы; (e) насыщенность истории (чёрная стрелка указывает время, когда было принято (c) ). Линейки шкалы указывает 400 µm. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: насыщенность истории в различных регионах, чтобы показать жидкости утечки и пены разделение фаз. (a) высокая проницаемость региона; (b) низкая проницаемость региона; (c) перелом региона. Метки на вертикальной оси стенды для насыщения каждой фазы (%).
Рисунок 5: пена динамика при наличии нефти. () пены поколение пузырь Пинч офф механизмом; (b) пузырь коалесценции в присутствии сырой нефти; (c) пузырь коалесценции по капиллярное всасывание; (d) пена разрушения в регионе перелом; (e) пена огрубление газовой диффузии; (f) пены поколение ламелей-Отделом. Пузырьки газа интереса будут выделены зеленым цветом. Линейки шкалы указывает 400 µm. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Этот протокол для изучения процессов восстановления нефти в оптических клей micromodels устанавливает баланс между надежностью-полимерные micromodels – такие как стекло или кремния – и снисходительный изготовление PDMS microfluidic приборы. В отличие от micromodels, сделанные из стекла или оптические клеи PDMS устройства не имеют сопротивление легких органических видов. PDMS micromodels также не являются идеальными для многих экспериментов потому что поверхности этих устройств имеют нестабильные смачивания свойства, и полимерная матрица проницаемого газа19. В отличие от оптической клей показал гораздо более стабильной смачиваемости чем PDMS, и это гораздо менее проницаемой для газа20,21,22. В частности воды угол контакта оптических клея остается стабильной в течение дней после O2 плазмы лечения, по сравнению с часами для PDMS21. Таким образом с минимальными дополнительных усилий, строительство micromodels оптических клей, а не PDMS, предоставляет лучше растворителей сопротивления, более стабильными свойствами смачивания и Нижняя проницаемость для газа. Оптическая клей заменяет стекло ни кремния micromodels, однако, поскольку эти материалы могут выдержать гораздо более высоких температурах и давлениях. Кроме того оптические клей microfluidic приборы могут проявлять Бонд деградации в ходе долгосрочных экспериментов14. Учитывая сложность и затраты на строительство стекла и кремния micromodels, оптические клей-прежнему материал выбора для краткосрочных экспериментов атмосферного перемещения, связанные с легких органических веществ. Таким образом используя оптический клей micromodels для изучения процессов восстановления нефти с сырой нефти является поверхностным и рентабельной альтернативой использованию трудоемких стекла и micromodels кремния.
Пристальное внимание следует уделять несколько критических аспектов фоторезиста узорные кремния вафельных подготовка мастер плесень часть протокола, чтобы избежать неудачных результатов. Во-первых, Лучшая практика диктует наращивает температура медленно (5 ° C в минуту) на всех этапах выпечки. Быстрый нагрев может привести к тепловой стресс переломы пластины. Во-вторых фоторезист адгезии к кремниевой пластины должно поощряться при необходимости. При использовании новой пластины, разделение инцидентов должно происходить часто, но если проблема является разделение вылечить фоторезиста от пластины, затем превентивные меры могут быть приняты. Полоскание быстро изопропиловый спирт последовал шаг до выпекать при 110 ° C 10 мин может привести к лучше фоторезиста сродство для поверхности пластины. Третий, обратите внимание, что параметры, указанные в процедуре для УФ дозировки, выпечки раз, выпечки температуры и развивающихся раз могут быть чувствительны к изменениям условий окружающей среды, инструмент марки и химических партии. Таким образом следует выделить ресурсы для нескольких испытаний для настройки этих важных параметров для устранения проблем, например чрезмерной полимеризации, развиты возможности, неразрешенные возможности или плохой адгезии к пластины. Условии, что эти советы принимаются во внимание, кремниевых пластин должен успешно узором с относительной легкостью.
Позже в протоколе несколько нюансов изготовления устройства и экспериментальные шаги этой процедуры могут внести существенный вклад успешные результаты. Например нестандартное отношение компонент PDMS предлагает несколько преимуществ. Обычно для PDMS сшивки, используется эластомер 10:1 для отверждения агент соотношение; Однако соотношении 5:1 предусматривает ужесточение полимера, который лечит быстрее и может быть повторно использован несколько раз. Для подготовки фактических оптическое устройство клей следует отметить, что отверждения все точно настроены избежать потенциальных ошибок. Таким образом частично отверждения тонким слоем на подложке для устройства оптического клея имеет решающее значение для особо прочная связь в части приведения. Кроме того оптические прилипатель лечится от обеих сторон для обеспечения даже отверждения во всем. Если оптический клей полностью не вылечил, PDMS плесень может быть разорвана во время снятия из актеров. И наоборот если слишком долго лечится оптические прилипатель, материал становится неблагоприятно жесткой. Чрезмерно вылечить Эпоксидная может нарушить перфорационный инструмент, используемый для сделать порт отверстия. Если приведение чрезмерно вылечить, порты могут быть песок взорвали или просверленные сверлом 1мм диаметром на дрель прессе. Наконец при проведении экспериментов перемещения, вытесняя жидкости не должно быть позволено войти micromodel до сырой нефти. Смачиваемость микро каналов производится первоначально нефти мокрый первый связаться с сырой нефти, но что компоненты вытесняя жидкости, чтобы изменить micromodel поверхностей может изменить производительность стратегии перемещения позволяет. После этих шагов внимательно в строительстве microfluidic устройства и перемещения эксперимент поможет убедиться, что ресурсы не идут в отходы.
В будущем оптические клей micromodels будет продолжать быть ценным инструментом для микрофлюидика исследований. Эти устройства могут служить надежной проверки платформы для впрыска жидкости с учетом конкретных нефтей. Кроме того эти инструменты могут использоваться для изучения фундаментальные механизмы нефтеотдачи пластов, управления мобильностью, поток пены или анаэробных микробных нефти восстановления (ПНП) эксперименты. Эффективность затрат и благоприятные свойства оптических клей micromodels естественно оказывать эти инструменты преимущество в области восстановления microfluidic нефти.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Мы признаем финансовую поддержку от консорциума университетов риса для процессов в пористых средах (Хьюстон, Техас, США).
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).
