여기서, 제어된 방울 크기를 갖는 고도로 단분산 에멀젼을 생성하기 위해 사용되는 유리 기반 미세유체 장치를 제조하기 위한 프로토콜이 제시된다.
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이 논문에서
요약
초록
이 원고에서는 유리 기반 미세 유체학을 사용하여 고도로 단분산 된 에멀젼 방울을 생성하기위한 세 가지 단계별 프로토콜이 설명되어 있습니다. 첫 번째 장치는 중력에 의해 구동되는 간단한 방울의 생성을 위해 제작되었습니다. 두 번째 장치는 동시 흐름 방식으로 에멀젼 방울을 생성하도록 설계되었습니다. 세 번째 장치는 전기 접지 역할을하는 세 번째 액체를 첨가하여 연속적으로 배출되는 전기 방울을 형성 할 수있는 동시 연결 장치의 확장입니다. 이 설정에서 세 액체 중 두 개는 상당한 전기 전도성을 가지고 있습니다. 세 번째 액체는이 두 가지 사이를 매개하며 유전체입니다. 두 전도성 액체 사이에 가해지는 전압 차이는 흐르는 액체의 유체역학적 응력과 결합되는 전기장을 생성하여 제트 및 드롭 형성 공정에 영향을 미칩니다. 전기장의 추가는 단순한 코플로우 장치에서보다 작은 방울을 생성하고 광범위한 크기의 입자 및 섬유를 생성하는 경로를 제공합니다.
서론
좁은 크기 분포를 가진 미크론과 나노 스케일의 방울 생성을 제어하는 것은 어려운 작업입니다. 이 방울은 과학 기술 1,2,3,4,5,6에 많은 응용 프로그램을 가진 부드러운 재료의 엔지니어링에 관심이 있습니다.
방울의 높은 생산 속도를위한 가장 일반적인 장치는 믹서7 및 초음파 유화기8입니다. 이러한 방법은 간단하고 비용이 저렴하지만 일반적으로 다양한 크기의 다분산 방울을 초래합니다. 따라서 단분산 샘플을 생산하려면 추가 단계가 필요합니다. 미세유체 장치는 낙하 형성을 위한 효율적인 방법을 제공하기 위해 다르게 설계될 수 있다. 추가적으로, 관련된 보통 낮은 유량(즉, 낮은 레이놀즈 수)은 유체 유동에 대한 큰 제어를 허용한다.
미세 유체 장치는 일반적으로 ....
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프로토콜
1. 간단한 방울 만들기
- 간단한 방울을 만들려면 현미경 슬라이드 (76.2mm x 25.4mm)로 만든 유리베이스를 사용하여 장치를 제작하십시오. 이를 통해 유리를 통해 액체를 쉽게 운반하고 시각화 할 수 있습니다.
- 팁에 둥근 유리 모세관을 사용하십시오. 이 프로토콜의 경우 직경 1mm 원형 모세혈관(다양한 크기로 쉽게 사용 가능)을 사용합니다.
- 원하는 직경의 팁을 만들기 위해, 매우 작은 팁(~1 μm)을 갖는 두 개의 반 모세혈관이 얻어질 때까지 마이크로피펫 당김 기계를 사용하여 모세관을 당긴다.
- 마이크로 단조를 사용하여 팁을 원하는 직경 (2-80 μm)으로 자릅니다. 더 큰 직경 (> 80 μm)의 경우 마이크로 포지가 이러한 크기를 자르지 않으면 세라믹 타일을 사용하십시오.
참고 : 원하는 액체에 따라 액체가 팁 바깥쪽을 따라 올라가지 않도록 유리를 처리해야합니다.
- 수성 액체의 경우 팁 소수성의 외부를 만드십시오. 유성 액체의 경우, 팁의 외부가 물과 접촉 할 때 팁의 외부를 친수성으로 만드십시오. 유리 처리에 대해서는 단계 2.3을 참조한다.
- 모세관 내로 액체를 도입하는 것을 용이하게 하기 위해 주사기 바늘(20 G)을....
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결과
이 원고에서는 방울을 생성하도록 세 가지 장치가 설계되었습니다. 1단계에서 설명한 장치를 사용하여 (3.29 ± 0.08) mm (그림 4B) 및 (1.75 ± 0.04) mm (그림 4C) 크기의 방울을 생성했습니다. 에멀젼 방울은 코플로우 및 전기 코플로우 장치를 사용하여 생성 될 수 있습니다. 후자의 경우 그림 9에서 물방울을 보여 주며 원뿔 제트 및 휘핑 모드는 각각 그림 10과 그림 11에 나와 있습니다. 그림 9에서는 내부 및 콜렉터 액체와 동일한 액체를 사용한 결과를 보여줍니다. 실험의 목표가 이러한 방울을 수집하는 것이라면 다른 전도성 액체를 수집기로 사용해야합니다 (자세한 내용은
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토론
세 가지 다른 유리 기반 장치를 제작하는 프로토콜은 위에서 설명되었습니다. 간단한 방울을 생성하는 장치의 경우, 유량 및 액체 특성은 제어 된 방식으로 방울을 생성하는 데 중요합니다. 방울은 물방울 정권의 끝이나 제트기 정권의 제트기 끝에서 형성 될 것입니다. 물방울에서 분사로의 전환은 무차원 웨버 번호 인 We23에 의해 매개 변수화됩니다. 이 숫자는 관성 및 표면 장력 사이의 비율을 나타내며, 여기서 ρ는 액체의 밀도, γ는 계면 장력, Q는 유량, 
d 팁은팁의 직경입니다. 1<면 물방울이 발생합니다. We > 1의 경우, 관성력은 팁에서 낙하를 유지하는 표면 장력과 제트 형태를 극복합니다. 결국, 제트기는 레일리 - 고원 불안정으로 인해 방울로 부서질 것입니다. 따라서, 고정된 액체 및 실험 셋업을 위해, 유속은 물방울.......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
ACS PRF (그랜트 60302-UR9), Agrobio S.L. (계약 # 311325) 및 MCIN / AEI / 10.13039 / 501100011033 / FEDER, UE (보조금 번호. PID2021-122369NB-I00).
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 2- [메톡시 (폴리에틸렌 옥시) 6-9 프로필] 트리 메 톡시 실란. | Gelest | SIM6492.7 | |
| 세라믹 타일 | Sutter | CTS | |
| 에틸렌 글리콜 | Fisher | BP230 | 이들은 Sigma-Aldrich |
| Hexane | Sigma- Aldrich | 34859 | 공급 업체에서 사용 가능 |
| ITW Polymers Adhesives Devcon 5 분 에폭시 접착제 25 mL Dev-Tube | Ellsworth 접착제 | 470740 | |
| Microforge | Narishige | MF 830 | |
| 마이크로피펫 풀러 | Sutter | P97 | |
| 현미경 슬라이드 | Fisher | 12-544-1 | 다른 공급업체에서 사용 가능 |
| Needle 20 게이지, .0255" ID, .0355" OD, 1/2" 길이 | McMaster | 75165A677 | |
| SDS | Sigma-aldrich | 428015 | 계면활성 |
| 제 실리콘 | 오일 Clearco | PSF-10cSt | 카탈로그 번호는 10cSt 점도 오일에 해당합니다. 이 회사에서는 다양한 점도의 오일을 찾을 수 있습니다 |
| Span 80 | Fisher | S0060500G | 비이온 성 계면활성제 |
| 사각 유리 모세관 2mm ID(borosillicate 300 또는 600mm 길이) | VitroCom | S 102 | |
| 표준 유리 모세관, 6인치, 2/1.12 OD/ID | World Precision Instruments | 1B200-6 | 이들은 Sutter 또는 Vitrocom 주사기 펌프 |
| 와 같은 다른 회사에서 찾을 수 있습니다.Chemyx | FUSION 100-X | 이 모델은 좋은 품질 / 가격 비율을 가지고 | |
| 주사기 (액체와의 호환성에 따라 다름 | 피셔 | 카탈로그 번호는 크기에 따라 달라집니다 | |
| Trimethoxy (octyl) 실란 | 시그마- 알드리치 | 376221 | 다른 공급 업체에서 사용 가능 |
| 튜빙 (액체와의 호환성에 따라 다름) | 과학 상품 | BB3165-PE / 5 | 이 참조는 폴리에틸렌 마이크로 튜브에 대한 것입니다. 크기는 여기에 나열된 바늘 크기에 맞습니다. |
참고문헌
- Basaran, O. A. Small-scale free surface flows with break-up: drop formation and emerging applications. American Institute of Chemical Engineers. 48 (9), 1842-1848 (2004).
- Squires, T. M., Quake, S. R. Microfluidics: Fluid physics at the....
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재인쇄 및 허가
