Diese Arbeit wurde von der Shenzhen Grundlagenforschung Finanzierung (Grant Nr. unterstützt. JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 und JCYJ20160317152359560). Die Autoren möchten Prof. Y. Chen an der Shenzhen Institute of Advanced Technology, chinesische Akademie der Wissenschaften für Unterstützungen bedanken.

1. Schimmel Fertigung
<ol><li>Zwei Fotomasken mit einer Zeichnung Software zu entwerfen. Beschreiben Sie die Umrisse der Microchannel Struktur zu und verwenden Sie zwei separate Ebenen für Maske 1 und 2 in der gleichen Zeichnung, also gewährleisten Sie alle Verbindungen zwischen verschiedenen Kanälen zu. Verschiedene Ebenen unabhängig voneinander um Chrom-Platte auf dem Glas von einem Anbieter mit 1 µm Auflösung zu drucken. Sicherstellen Sie, dass die Fotomasken dunkel mit transparent gestaltete Strukturen als ein negativer Polarität. Hinweis: Die Maske 1 enthält die dispergierte Phase Einlasskanal und eine Öffnung. Die Maske 2 enthält die dauerphase Einlasskanal, den Filter und die Steckdose.</li>
	<li>Reinigen Sie in ausgewiesenen Photolithographie Labor einen 3-Zoll-Durchmesser-Silizium-Wafer. Legen Sie die Wafer auf eine Spin Coater, schalten Sie das Vakuum den Wafer zum Spin Futter anzubringen. Spin-Mantel 2-3 mL von SU-8 2025 negativer Photoresist auf dem Wafer für 10 s bei 1.000 u/min, dann 30 s bei 3.000 u/min, Bereitstellung der ersten Schichtdicke von 20 µm.</li>
	<li>Weiche Backen auf einer Herdplatte 95 ° C für 6 min. Nachdem die beschichtete Wafer auf Raumtemperatur (RT) abgekühlt, setzen Sie es über die Maske 1 unter einem kollimierten 15 mW/cm2, 365 nm UV für 18 S. Post-Exposition auf eine Herdplatte 95 ° C für 6 min. Backen, dann die Wafer auf RT abkühlen lassen</li>
	<li>Wiederholen Sie die Spin-Coating-Verfahren. Anwenden von 2-3 mL von SU-8 2100 negativer Photoresist auf dem Wafer für 10 s bei 1.000 u/min, dann 30 s bei 2.000 u/min, bietet der zweite Schichtdicke von 130 µm. Nach weiche Backen auf einer Herdplatte 95 ° C für 35 min, legen Sie die Maske 2 auf der zweiten Schicht Photoresist aussetzen für 30 s, die mit der dispersen Phase-Kanal-Ebene durch eine UV-Aligner ausgerichtet war. Post-Exposition, auf einer Herdplatte 95 ° C für 7 min backen.</li>
	<li>Den Wafer durch Eintauchen in einem gerührten Bad 50 ml von Propylenglykol Methyl Äther Acetat bis Funktionen auf dem Wafer klar, dann waschen Sie es mit Spiritus zu entwickeln. Schließlich legen Sie die Wafer auf die thermostatischen Plattform zum Backen für 2 h.</li>
</ol>2. halb-3D Flow-Fokussierung Mikrofluidik-Chip Fabrication
<ol><li>Mix-PDMS Monomer und seine Härtemittel in einem etwas anderen Gewichtsverhältnis für die oberen und die unteren Schichten, in der Regel 10:1 für die oberste Schicht, und 8:1 für die Unterschicht verwenden automatische Salbe Rührwerk für 4 min. Hinweis: Die oberen und unteren PDMS-Platten sind bereit, in ein etwas anderes Verhältnis (10:1 und 8:1 bzw.) der PDMS-Basis zum Härtemittel, Verbesserung der Haftfestigkeit. Beim 5:1 Verhältnis für die Unterschicht gewählt wird, die steifere Bodenplatte PDMS Ausrichtung erschwert und Haftfestigkeit aufgrund mangelnder Flexibilität reduziert. Darüber hinaus ist die Dicke der Bodenplatte PDMS ca. 1 mm für die Anpassung des Arbeitsabstand des Mikroskops. Der Chip verformt sich leicht unter hohem Druck bei 15:1-Verhältnis gewählt wird.</li>
	<li>Gießen Sie die Mischung in die fertige Silikon-Form in einer 90-mm-Petrischale und bieten eine Dicke von 2 ~ 3 mm. Legen Sie sie in einer Vakuumkammer und degas bis alle Luftblasen verschwinden. Heilung bei 80 ° C für 1 h im Ofen.</li>
	<li>Lassen Sie die PDMS auf RT. Verwendung abkühlen ein Skalpell zum Ausschneiden des Gerätes mindestens 3 mm von den Funktionen und langsam Abziehen der PDMS-Schicht aus dem Siliziumwafer. Lochen Sie die dispergierte Phase Inlet, dauerphase Einlass und Auslass in der PDMS-Deckschicht mit einem 0,75 mm Durchmesser.</li>
	<li>Reinigen Sie die PDMS mit Klebeband um Staubpartikel zu entfernen. Plasma Behandlung der oberen und unteren PDMS Schichten gleichzeitig für 2 min in einem 300 W Plasma Reiniger. Die oberste Schicht auf der unteren Ebene Oberfläche und schieben Sie die Oberflächen relativ bis Funktionen ausgerichtet sind durch ein Stereo-Mikroskop betrachten.</li>
	<li>Das Gerät in einem Ofen bei 120 ° C für einen Tag zu erhöhen die Festigkeit und vollständige Verklebung zu heilen.</li>
</ol>(3) Reagenzien Vorbereitung
<ol><li>Bereiten Sie die Lösung für die kontinuierliche Phase: Hexadecan durch 18 Vol % Silikon basierende nichtionische Tenside lösen.</li>
	<li>Bereiten Sie die Lösung der dispersen Phase: hydrophile Poly (Ethylenglycol) Diacrylate (PEGDA, MW 255) mit 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (98 %, MW 224) in einer Konzentration von 5 mg/mL als Foto-Initiator und Rhodamin B () 95 %, MW 479.01) in einer Konzentration von 1 Mmol/L als Fluoreszenz-Farbstoffen.</li>
	<li>Die kontinuierliche Phase 1 mL Stauseen der pneumatische Druckregler einfüllen. Füllen Sie 200 µL Gel laden Tipp mit der dispersen Phase.</li>
</ol>4. die Systemvorbereitung
<ol><li>Stellen Sie das halb-3D mikrofluidischen Gerät auf der Bühne von einem umgekehrten optischen Mikroskop betrachten mit einer Highspeed-Kamera.</li>
	<li>Schließen Sie den fluorierten Ethylen Propylen (FEP) Schlauch an das gestanzte Loch die kontinuierliche Phase durch das Anbringen einer kurzen Edelstahl-Rohr, dann stecken Sie das Ende einer Gel-laden-Spitze in das gestanzte Loch der dispersen Phase. Legen Sie eine 20-cm-Länge von FEP-Schlauch in die Steckdose im Gerät und stecken Sie das Ende in einem 15 mL Zentrifugenröhrchen. Hinweis: Die Konfiguration des Systems ist in Abbildung 1dargestellt.</li>
</ol>(5) Tröpfchen-Bildung
<ol><li>Stellen Sie das Gerät auf der Werkbank von einem inversen Mikroskop, und stellen Sie sicher, dass die Kreuzung der verschiedenen Kanäle sich etwa in die Position der Lichtquelle des Mikroskops befindet. Konzentrieren Sie die inversen Mikroskop auf eine Region, die zwei-Phasen-Schnittmenge enthält, die Blende-Region und der nachgeschalteten Kanal.</li>
	<li>Eingestellte Druck aus zwei Phasen mit pneumatischer Druckregler Flüssigkeit langsam an die sich überschneidenden Region mit 15 Mbar für der dispersen Phase und 30 Mbar für die kontinuierliche Phase liefern. Warten Sie 3 min zur Stabilisierung und Gleichgewichtherstellung bis stabile Strömung tragen keine Luftblasen und PDMS-Rückstände.</li>
	<li>Geben Sie die Parameter auf die Benutzeroberfläche der Steuerungssoftware. Stellen Sie den Druck von der dispersen Phase als Basisebene Druck des Systems auf eine Konstante, zum Beispiel, auf 45 Mbar halten. Erhöhen Sie den Druck der kontinuierlichen Phase bis die Emulsion-Trennung-Modus aus jetten in den Tipp-Streaming-Modus geändert wird, dann warten Sie 5 min zur Stabilisierung.</li>
	<li>Legen Sie das FEP Rohrende Zentrifugenröhrchen, die Tröpfchen sammeln die Austrittsöffnung herstellen.</li>
</ol>6. PEGDA Partikel Auflistung und Charakterisierung
<ol><li>Befestigen Sie die Zentrifugenröhrchen Schraubeinsätze in der Halterung. Erhalten Sie die PEGDA Partikel durch die rasche Erstarrung durch UV-Bestrahlung, wenn Flüssigphase fließen in die Röhre.</li>
	<li>Beim Sammeln von Prozess zu schlichten, probieren Sie und beobachten Sie die PEGDA Partikel durch das Fluoreszenz-Mikroskop mit 20 X oder 60 X Objekte bzw.. Hinweis. Die fluoreszierende Digitalbilder von der Kamera eingefangen werden durch eine maßgeschneiderte Softwareroutine analysiert. Das Bild ist erste Dekonvolution basierend auf R-L-Algorithmus17 , den Effekt von heraus-von-Fokussierung Licht und die Kugel, die Objekte im Bild basierend auf den Canny Rand Nachweismethode extrahiert werden zu beseitigen; zu guter Letzt kann der Durchmesser der einzelnen Kugel mit Hough Transformation18berechnet werden. Infolgedessen, werden Mittelwert und Standardabweichung der Durchmesser der Kugel Objekte in jedem Bild abgeschätzt.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+microfluidics.">Droplet microfluidics.</a> Lab on a chip. 8, 198-220 (2008).</li><li>Xiao, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+multifunctional+NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA+hybrid+microspheres:+NIR-light-activated+photopolymerization+and+drug+delivery.">Novel multifunctional NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA hybrid microspheres: NIR-light-activated photopolymerization and drug delivery.</a> Chemical communications. 49, 1527-1529 (2013).</li><li>Pan, M., Kim, M., Blauch, L., Tang, S. K. 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P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+pressure-driven+microfluidic+networks+using+electric+circuit+analogy.">Design of pressure-driven microfluidic networks using electric circuit analogy.</a> Lab on a chip. 12, 515-545 (2012).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die Generation der Tröpfchen in der Fluss-Fokus-Modus mit 2D und halb-3D mikrofluidischen Gerät wurde zuvor in einer Vielzahl von Berichten8,9,15,19,20, 21. In diesen Systemen wurde die wässrige Flüssigkeit, die nicht verfestigt werden könnte als der dispersen Phase, wie z. B. deionisiertes Wasser8,15,20,21, eine wässrige Lösung von Natrium gewählt. Hydroxid-19 und die Bildung von stabilen Tipp-Streaming-Modus braucht die Unterstützung der Hochspannung elektrische Feld8,21. Darüber hinaus ist solches Fluss-Fokussierung Tröpfchen Bildung ähnlich wie reines Wasser mit einer niedrigen Konzentration wässrige Lösung von PEGDA12, stabiler als die Verwendung von PEGDA ohne Verdünnung als der dispersen Phase eines.
In unserem halb-3D Fluss-Fokussierung mikrofluidischen System ohne elektrisches Hochspannungsfeld wurde unverdünnt PEGDA Lösung als die dispergierte Phase Flüssigkeit, Erhöhung der Schwierigkeit Form stabile Tröpfchen Trennung Prozess verwendet. Wir fanden, dass der Tipp-Streaming-Modus stabiler durch die Erhöhung der Konzentration des Tensids; und auch, Erhöhung der Konzentration des Tensids verringert die lokale Oberflächenspannung und bildeten eine mehr Spitzer Spitze, führt zu die Tröpfchen Größe verringern. Dadurch können Größe steuerbar (1 µm bis 80 µm im Durchmesser) Tröpfchen erhalten nur das Druckverhältnis in eine einfache Fertigung und hohe Reproduzierbarkeit Weise anpassen.
Es gibt jedoch eine wichtige Einschränkung für unsere Halb-3D Fluss-Fokussierung mikrofluidischen System. PDMS ist eine Art aus flexiblem Material, so dass der Fluss-Fokus-Modus unter hohem Druck durch Verformung der Microchannel instabil werden würde. Darüber hinaus, obwohl es berichtet wurde, dass diese Hexadecan PDMS22Schwellungen führen würde, nicht wir nennenswerte Verformung von unserem Microchannel verursacht durch solche Wirkung beobachten. Die 80 µm und 100 µm breiten Kanal für die dispergierte Phase wurden ausgewählt, und leichte Verformung wurde beobachtet, wenn der Druck erhöht. So, empfehlen wir, dass die Durchflussmenge im Großraum Öffnung zu hoch unter so hohem Druck führt zur unvermeidlichen Verformung, aber nicht aufgrund der Schwellung Wirkung des Hexadecan. Eine ganz flache Gerät krümmt sich leicht nach der Weiternutzung für 7 Stunden. Es dauert ca. 4 Stunden, um eine Gruppe von praktischen Daten zu messen, und das Gerät hat nicht bemerkenswert deformiert wurde. Darüber hinaus ist es einen Besuch Wert, ob die schärferen Trennung Prozess mit der t-Kreuzung im instabilen Fluss-Fokus-Modus führte. Y-Kreuzung, die Strömung mit Schwerpunkt Struktur mit einem Winkel zwischen zwei Phase-Kanäle (einschließlich 15°, 45°, 65°) wurde ausgewählt, um eine sanfte Strömung-Fokus für einen stabileren Modus machen. Allerdings keinen Tipp-Streaming-Modus unter "Geräte" die mikrofluidischen aufgetreten ist, und nur größere Tröpfchen gebildet unter sprühvolumen Modus. Es wurde auch berichtet, dass die volle Breite der dispersen Phase fließen ca. 30 µm unter Hochdruck Verhältnis mit Y-Kreuzung23war. Zu guter Letzt die Basisebene Druck auf der dispersen Phase war etwas niedrig und Niederdruck reduziert die Generation, vor allem für die kleineren Tröpfchen. Höhere Produktion wird voraussichtlich durch die parallele Struktur in unsere zukünftige Arbeit erworben werden.
Kleinere Tröpfchen verursacht höhere Oberflächen-Volumen-Verhältnis führt zu höheren Reaktionsgeschwindigkeit und Effizienz. In der Biologie wird das kleine Tröpfchen von surficial Dekoration für Antikörper-Screening und Wirkstoffforschung verwendet werden Kapselung durch Hinzufügen von biologischen Moleküle, wie z. B. gezielte genetische und Zellen und Herstellung von funktionalen Teilchen durch Zugabe von magnetischen und fluoreszierenden Material. Wir hoffen, dass unsere Protokolle, zur Herstellung von halb-3D Fluss-Fokussierung PDMS Gerät und kleine Tröpfchen Generation zur kontinuierlichen und tiefer Studien in diesen Bereich trägt und in unterschiedlichsten Anwendungen in der Biologie verwendet werden.

Tröpfchen-basierte mikrofluidischen Systemen haben die Fähigkeit zu produzieren hoch monodispersen Tropfen aus Nanometer bis Mikrometer Durchmesser Bereich1 und halten großes Potenzial im Hochdurchsatz-Drug Discovery2, Synthese von Biomolekülen3 ,4, und die Diagnose Test5. Aufgrund der einzigartigen Vorteile der kleineren Tröpfchen, wie die größere Fläche zum Volumenverhältnis und Großanwendungen mit verbraucht wenige Mikroliter der Probe hat die Technologie großes Interesse in den unterschiedlichsten Bereichen angezogen. Die Emulgierung von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten ist eines der typischsten Methoden, um Tropfen zu erzeugen. Forscher haben in früheren Berichten im Bereich eine Vielzahl von verschiedenen Tropfen Bildung Geometrien, einschließlich der t-Kreuzung, Fluss-Fokussierung und Co fließenden Geometrien entwickelt. In der t-Kreuzung-Geometrie ist die dispersen Phase durch einen senkrechten Kanal in den Hauptkanal, geliefert in der kontinuierliche Phase6,7fließt. In der typischen zweidimensionale (2D) Fluss-Fokus8,9 Geometrie ist der dispersen Phase Flow aus den seitlichen geschoren; und für die Co fließende Geometrie10,11, auf der anderen Seite eine Kapillare, die Einführung der dispersen Phase Flow befindet sich co-Axial innerhalb einer größeren Kapillare für Co fließende Geometrie, so dass der dispersen Phase Flow von geschert ist alle Richtungen.
Die Tropfengröße ist durch Anpassung Kanal Größe und Flow Rate Ratio kontrolliert, und die Mindestgröße von Co fließt oder t-Kreuzung produziert beschränkt sich auf Dutzende von Mikrometern. Für Flow-Fokussierung Tröpfchen Bildung System bilden drei Modi der Tröpfchen Trennung durch das Druckverhältnis der zwei-Phasen-Anpassung und Tensid Konzentration, einschließlich das Nachtropfen Regime sprühvolumen Regime und der Tipp-Streaming-15. Tipp-Streaming-Modus nennt man auch Fadenbildung und das Aussehen einer dünnen der Faden Herausziehen von dispersen Phase Flow Kegelspitze beobachtet werden. Frühere Studien haben gezeigt, Tröpfchen weniger als wenige Mikrometer können erzeugt werden, obwohl Tipp-Streaming-Prozess in 2D oder halb-3D Fluss-Fokus Gerät8,12. Jedoch wie eine wässrige Lösung mit einer sehr geringen Konzentration von PEGDA als der dispersen Phase diente, die Schrumpfung Verhältnis der PEGDA Partikel war etwa 60 % der ursprünglichen Tröpfchen im Durchmesser nach Foto-Polymerisation, während PEGDA ohne Verdünnung als die dispergierte Phase führte zu instabilen Tipp-Streaming-Modus12. Grenzflächenspannung ist ein wichtiger Parameter der Emulsion Prozess und es wird durch die Zugabe des Tensids in die kontinuierliche Phase Flüssigkeit, führt zur Abnahme der Tropfengröße, höhere Erzeugung Frequenz13, stark gewölbte Tip zu verringern und Instabilität14zu verhindern. Außerdem, wenn die Masse Tensid Konzentration viel höher als die kritische Micelle-Konzentration ist, die Grenzflächenspannung ist ungefähr unveränderlich in den gesättigten Zustand13 und Tipp-Streaming-Modus kann15auftreten.
Basierend auf die obigen Beobachtungen in diesem Papier haben wir einen einfachen Ansatz für PEGDA-Tröpfchen-Generation mit einem halb-3D Fluss-Fokussierung mikrofluidischen Gerät, hergestellt von mehrschichtigen weiche Lithographie Methode entwickelt. Anders als die typischen 2D Fluss-Fokus Gerät, hat das halb-3D Fluss-Fokussierung Gerät eine flache dispergierte Phase und einem tief dauerphase-Kanal, damit die dispersen Phase von rauf und runter neben Lateral geschert werden kann. Dies bietet größeren Verstellbereich für Flow-Fokus-Modus durch die Reduzierung der Energie- und Druckbedarf für Tröpfchen Zerfall. Anders als bei den vorherigen Bericht12, die dispersen Phase ist reine PEGDAcontaining Foto-Initiator, darauf achten, dass die Schrumpfung Verhältnis der PEGDA Partikel weniger als 10 %16; und die kontinuierliche Phase ist die Mischung von Hexadecan auflösen mit ein hohes Volumen Konzentration von der Silikon-basierten nichtionische Tenside. Größe-steuerbare und einheitliche Tröpfchen entstanden durch Anpassung der Druckverhältnis aus zwei Phasen. Der Durchmesser der Tröpfchen wechselt von 80 µm bis 1 µm als Tröpfchen Trennung Änderungen vom sprühvolumen Modus Tipp-Streaming-Modus verarbeitet. Darüber hinaus wurde das PEGDA Teilchen durch Foto-Polymerisation unter UV-Bestrahlung synthetisiert. Die Tröpfchen Generation mikrofluidischen System mit Leichtigkeit der Herstellung bieten mehr Möglichkeiten für Anwendungen in der Biologie.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:572px;" width="573">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">Silicon wafer</td>
			<td style="width:71px;">Huashi Co., Ltd</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">SU-8 2025, 2100</td>
			<td style="width:71px;">Microchem Co.</td>
			<td style="width:119px;">Y111069</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">SU-8 developer</td>
			<td style="width:71px;">Microchem Co.</td>
			<td style="width:119px;">Y020100</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="91">
			<td height="91" style="height:91px;width:216px;">Chromium mask</td>
			<td style="width:71px;">Qingyi Precision Mask Making Co., Ltd</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">polydimethylsiloxane(PDMS)</td>
			<td style="width:71px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:119px;">Sylgard 184</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">26570-48-9</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">2-hydroxy-40-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone</td>
			<td style="width:71px;">TCI</td>
			<td style="width:119px;">H1361-5G</td>
			<td style="width:167px;">photoinitiator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hexadecane</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">544-76- 3</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ABIL EM 90</td>
			<td style="width:71px;">CHT</td>
			<td style="width:119px;">144243-53-8</td>
			<td style="width:167px;">surfactants</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Rhodamine B</td>
			<td style="width:71px;">Aladdin</td>
			<td style="width:119px;">81-88-9</td>
			<td style="width:167px;">fluorescent dye</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spin Coater</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lithography machine</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Automatic ointment agitator</td>
			<td style="width:71px;">Thinky</td>
			<td style="width:119px;">ARV-310</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Oven</td>
			<td style="width:71px;">BluePard</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Optical microscope</td>
			<td style="width:71px;">OLYMPUS</td>
			<td style="width:119px;">IX71</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">High-speed camera</td>
			<td style="width:71px;">Hamamatsu, Japan</td>
			<td style="width:119px;">ORCA-flash</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">MAESFLO Microfluidic Fluid Control System</td>
			<td style="width:71px;">FLUIGENT</td>
			<td style="width:119px;">MFCS-EZ</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">UV lamp</td>
			<td style="width:71px;">FUTANSI</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">365 nm UV light, 8000 MW/CM2</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generation of size-controlled poly (ethylene glycol) diacrylate droplets via semi-3-dimensional flow focusing microfluidic devices

Einheitliche und Größe-steuerbare Poly (Ethylenglycol) Diacrylate (PEGDA) Tröpfchen könnte über den Fluss mit Schwerpunkt Prozess in einem mikrofluidischen Gerät hergestellt werden. Dieses Dokument schlägt einen semi-three-dimensional (halb-3D) Fluss-Fokussierung mikrofluidischen Chip für Tropfenbildung. Polydimethylsiloxan (PDMS) Chip wurde hergestellt unter Verwendung der mehrschichtigen weiche Lithographie-Methode. Hexadecan mit Tensid diente als die kontinuierliche Phase, und PEGDA mit dem ultravioletten (UV) Foto-Initiator war der dispersen Phase. Tenside erlaubt die lokale Oberflächenspannung zu fallen und eine mehr Spitzer Spitze, die gefördert, Einbruch in winzigen Mikro-Tröpfchen, gebildet. Da der Druck der dispersen Phase konstant war, wurde die Größe der Tröpfchen kleiner mit zunehmendem dauerphase Druck vor der dispergierten Phase, die Strömung abgebrochen wurde. Infolgedessen Tröpfchen mit Variation der Größe von 1 µm bis 80 µm im Durchmesser durch eine Änderung der Druckverhältnisse in beiden zulaufkanäle gezielt erreicht werden konnte, und der mittlere Variationskoeffizient wurde von unter 7 % geschätzt. Darüber hinaus könnte Tröpfchen durch UV-Bestrahlung für Foto-Polymerisation in Mikro-Perlen verwandeln. Konjugation von Biomolekülen auf solche Mikro-Perlen-Oberfläche haben viele Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Biologie und Chemie.

Der halb-3D Fluss-Fokussierung mikrofluidischen Chip wurde hergestellt mit mehrschichtigen weiche Lithographie Techniken wie oben beschrieben. Die Fertigung und die Ergebnisse für master-Form in der Protocolare in Abbildung 2dargestellt. Die erste Schicht, die einen 65 µm breiten Kanal bietet für die Einführung der dispersen Phase und einem 50 µm breite Öffnung (Abbildung 2eine), ist 20 µm Dicke. Ein Zusatz 130 µm dicke Schicht dient der kontinuierlichen Phase und Ausgang Kanal (Abbildung 2b). Abbildung 2 c zeigt eine fertige Form. Ein Filter im Zulauf soll der Löcher gestanzt in PDMS Eindringen von Schmutz verhindern. Dies geschieht, um zu überwinden, in der Öffnung (Abb. 2d) verstopfen.
Nach Herstellung der Meister-Schimmel, sind die Casting-Prozess und die Ergebnisse im Protokoll in Abbildung 3dargestellt. Obere und untere Hälfte-Stücke mit gespiegelten Strukturen werden mit PDMS zubereitet. Verwenden einen 0,75 mm Schlag den Einlass und Auslass Bohrlöcher in die oberste Schicht der PDMS. Nach Sauerstoff Plasmabehandlung gleichzeitig die Funktionen des oberen und unteren PDMS Platten mit weniger Ausrichtungsfehler orientieren sich die die Geräteleistung nicht wesentlich beeinträchtigt. Die Länge des ganzen Semi-3D-Gerät ist ca. 5 cm. Wir haben versucht die 10 cm lange Späne den downstream-Kanal hinzufügen. Doch je größer der Chip, desto schwieriger die Ausrichtung aufgrund der zunehmenden Ausrichtung Region verarbeiten. Darüber hinaus erschwert die kürzere Chip (z. B. 2,5 cm lange Chip verwendeten wir) auch Alignment-Prozess wegen des Mangels an Flexibilität.
Das halb-3D Fluss-Fokussierung mikrofluidischen Gerät und der typischen Tropfen Entstehungsprozess sind in Abbildung 4dargestellt. Wegen des Unterschiedes der Schärfentiefe die dispergierte Phase und der kontinuierlichen Phase Kanal dürfte die dispergierte Phase Flow aus allen Richtungen durch die kontinuierliche Phase Flow gequetscht werden. Infolgedessen, symmetrisch konische Flüssigkeit Tipp Formen, Tröpfchen kontinuierlich zu produzieren. Die Größe der Tropfen wird durch das Druckverhältnis von verteilten und kontinuierliche Phasen Strömung verändert. Für unsere Versuche, der Druck der dispersen Phase (PD) ist konstant gehalten als die Basis-Ebene, und dem Druck der kontinuierlichen Phase (P-C) wird geändert, um die Scherkraft, beeinflussen damit die Tröpfchen Trennung Prozesse ändern die Strahlmaschinen Modus in den Tipp-Streaming-Modus, wie in Abbildung 5dargestellt. Die Tröpfchen werden durch Foto-Polymerisation bilden Partikel verfestigt. UV-Exposition polymerisiert das Monomer in den Tröpfchen. Abbildung 6 zeigt die fluoreszierende Bilder von Partikeln mit unterschiedlichen Druckverhältnisse; und Bildanalyse enthüllt die Tröpfchengröße, die in Abhängigkeit von der Druckverhältnisse in Abbildung 7eingeplottet wird. Durch Analogie mit dem Stromkreis Methode24, zeigt die folgende Abbildung 7 bfluidische Ersatzschaltbild. Wir grob berechnet den hydraulischen Widerstand aus drei Teilen: der dispersen Phase Kanal ist 1,26 X 1014Pa • s • m-3 (R3); die Summe der Öffnung und der nachgeschalteten Kanal beträgt 6,08 X 1012Pa • s • m-3 (R4 + R5); die kontinuierliche Phase-Kanal und der Filter sind 2.19 X 1012Pa • s • m-3 (R2) und 1.10 X 1012Pa • s • m-3 (R1). Die Beziehungen zwischen allen hydraulischen Widerstände und Durchflüsse werden angezeigt wie folgt:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57198/57198eq1.jpg">
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57198/57198eq2.jpg">
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57198/57198eq3.jpg">
PB ist der Druck der Schnittpunkt der beiden Phasen Microchannel. Wenn der Druck der dispersen Phase (PD) auf 45 Mbar gehalten wird, ist das Druckverhältnis entsprechenden Preis Verhältnis konvertiert:
Q-C = 0.8859PC - 1.62891
QD = 2.1302 - 0.0217PC 
Die Tropfengröße ist als eine Funktion der Flow Rate Ratio in Abbildung 7 cdargestellt. Die Abbildung zeigt, dass die zunehmende Druckverhältnis (PC / PD) führt zu die Dispergier-Phasen-Strömung wird in der spindlier Spitze und der sinkenden Tropfen geschert. Der Größenbereich der PEGDA Partikel variiert zwischen 1 µm und 80 µm mit einer durchschnittlichen Variationskoeffizienten (CV) unter 7 %. Die kleineren Tröpfchen wurden durch das Fluoreszenz-Mikroskop mit 60 X Objekt beobachtet, so gab es nur ein Dutzend oder so Tröpfchen in der Ansicht des Mikroskops. Darüber hinaus wurden kleinere Tröpfchen etwa zwanzig oder dreißig Pixel im Umkreis. Es war schwer, die Koeffizienten der Varianz der kleinere Tröpfchen zu charakterisieren, und die kleine Basis zu einer ungenauen Berechnung führen würde, so die Lebensläufe der die kleineren Tröpfchen nicht angegeben wurden.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig1.jpg"> Abbildung 1 : Die Konfiguration des experimentellen System <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig2.jpg"> Abbildung 2: Mater Formen für mehrschichtige weiche Lithographie. (a) die Maske 1 für Bildung von 20 µm-Funktionen verwendet. Der Master enthält der dispersen Phase-Kanal und eine Öffnung. (b) die Maske 2, die für die Bildung von 130 µm-Funktionen verwendet. Der Master enthält die kontinuierliche Phase und Ausgang Kanal. (c) monolithischen Master. (d) CAD-Zeichnung und SEM des Filters befindet sich am Eingang, Verstopfung zu verhindern. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig3.jpg"> Abbildung 3: Gießen und Verklebung für PDMS-Mikrofluidik-Chip verarbeitet. (a) schematische Darstellung der Versammlung des Semi-3D-PDMS-Gerät. (b) Strukturen von PDMS Tafel unter SEM(c) monolithischen mikrofluidischen Gerät. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig4.jpg"> Abbildung 4: Eine Illustrative Arbeitsprinzip der halb-3D Fluss-Fokussierung mikrofluidische Systeme. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig5.jpg"> Abbildung 5 : Eine Illustrative Fluoreszenz-Magier der verschiedenen Tropfen Trennung Prozesse. (d) die sprühvolumen Modus und (e-f) der Tipp-Streaming-Modus. PC ist der Druck der kontinuierlichen Phase und PD ist der Druck der dispersen Phase. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig6.jpg"> Abbildung 6 . PEGDA Partikel unter verschiedenen Druckverhältnis. Fluoreszenzbilder von Partikeln in verschiedenen Größen und Partikel unter (b) das optische Mikroskop und (c-d) konfokale laser-scanning-Mikroskopie. PC ist der Druck der kontinuierlichen Phase und PD ist der Druck der dispersen Phase. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig7.jpg"> Abbildung 7 . Tröpfchengröße. (a) entsprechende Größen auf der Grundlage der Druckverhältnisse. Schwarzes Quadrat repräsentiert die tropfengrößenverteilung und die hochgestellten Zahlen sind den entsprechenden Variationskoeffizienten. Kleinere Tröpfchen sind schwer zu charakterisieren die Koeffizienten der Varianz der kleinere Tröpfchen, so dass der Lebenslauf die kleineren Tröpfchen wurden nicht angegeben. (b) Darstellung der fluidische Schaltung. (c) die Beziehung zwischen Größe und Flow Rate Tröpfchen. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll um die Fertigungsprozesse und Überprüfung Experimente eines semi-three-dimensional (halb-3D) Fluss-Fokussierung mikrofluidischen Chips für Tropfenbildung zu veranschaulichen.

Größe-gesteuerte Poly (Ethylenglycol) Diacrylate Tröpfchen über Semi-3-dimensionale fließen mit Schwerpunkt mikrofluidischen Geräte-Generation

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

generation-size-controlled-poly-ethylene-glycol-diacrylate-droplets

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

7.7K Aufrufe.  Tsinghua University. Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll um die Fertigungsprozesse und Überprüfung Experimente eines semi-three-dimensional (halb-3D) Fluss-Fokussierung mikrofluidischen Chips für Tropfenbildung zu veranschaulichen.

Serie: Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Determining 3D Flow Fields via Multi-camera Light Field Imaging

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and observed phenomena in fluid flows. Thus, a need exists for an accessible method capable of resolving three-dimensional (3D) data sets for a range of problems. We present a novel technique for performing quantitative 3D imaging of many types of flow fields. The 3D technique enables investigation of complicated velocity fields and bubbly flows. Measurements of these types present a variety of challenges to the instrument. For instance, optically dense bubbly multiphase flows cannot be readily imaged by traditional, non-invasive flow measurement techniques due to the bubbles occluding optical access to the interior regions of the volume of interest. By using Light Field Imaging we are able to reparameterize images captured by an array of cameras to reconstruct a 3D volumetric map for every time instance, despite partial occlusions in the volume. The technique makes use of an algorithm known as synthetic aperture (SA) refocusing, whereby a 3D focal stack is generated by combining images from several cameras post-capture 1. Light Field Imaging allows for the capture of angular as well as spatial information about the light rays, and hence enables 3D scene reconstruction. Quantitative information can then be extracted from the 3D reconstructions using a variety of processing algorithms. In particular, we have developed measurement methods based on Light Field Imaging for performing 3D particle image velocimetry (PIV), extracting bubbles in a 3D field and tracking the boundary of a flickering flame. We present the fundamentals of the Light Field Imaging methodology in the context of our setup for performing 3DPIV of the airflow passing over a set of synthetic vocal folds, and show representative results from application of the technique to a bubble-entraining plunging jet.

A technique for performing quantitative three-dimensional (3D) imaging for a range of fluid flows is presented. Using concepts from the area of Light Field Imaging, we reconstruct 3D volumes from arrays of images. Our 3D results span a broad range including velocity fields and multi-phase bubble size distributions.

Ermittlung 3D Flow Felder via Multi-Kamera-Light Field Imaging

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and ...

Forschung

Ingenieurwesen

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. Micromachining techniques allow reduction of the thermal mass of fabricated structures and introduce the possibility to perform high sensitivity thermal measurements in the micro-scale and nano-scale devices. Combining thermal measurement techniques with microfluidic devices allows performing different analytical measurements with low sample consumption and reduced measurement time by integrating the miniaturized system on a single chip. The procedures of thermal measurement techniques for particle detection, material characterization, and chemical detection are introduced in this paper.

Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.

Thermal-Messtechnik in Analytical Mikrofluidiksysteme

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must be smaller than the incident wavelength of sound and the width of the fluidic channels are typically tens to hundreds of micrometers across, acoustofluidic devices typically use ultrasonic waves generated from a piezoelectric transducer pulsating at high frequencies (in the megahertz range). At characteristic frequencies that depend on the geometry of the device, it is possible to induce the formation of standing waves that can focus particles along desired fluidic streamlines within a bulk flow. Here, we describe a method for the fabrication of acoustophoretic devices from common materials and clean room equipment. We show representative results for the focusing of particles with positive or negative acoustic contrast factors, which move towards the pressure nodes or antinodes of the standing waves, respectively. These devices offer enormous practical utility for precisely positioning large numbers of microscopic entities (e.g., cells) in stationary or flowing fluids for applications ranging from cytometry to assembly.

Acoustofluidic devices use ultrasonic waves within microfluidic channels to manipulate, concentrate and isolate suspended micro and nanoscopic entities. This protocol describes the fabrication and operation of such a device supporting bulk acoustic standing waves to focus particles in a central streamline without the aid of sheath fluids.

Herstellung und Betrieb von Acoustofluidic Devices Unterstützung Bulk-Acoustic-Standing Waves für sheathless Fokussierung der Partikel

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Creating Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions in PDMS Microfluidic Chip via Self-Assembly Process of Colloidal Particles

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its transparency. Due to the softness of the PDMS material, however, it is challenging to use PDMS for building nanochannels. The channels tend to collapse easily during plasma bonding. In this paper, we present an evaporation-driven self-assembly method of silica colloidal nanoparticles to create nanofluidic junctions with sub-50 nm pores between two microchannels. The pore size as well as the surface charge of the nanofluidic junction is tunable simply by changing the colloidal silica bead size and surface functionalization outside of the assembled microfluidic device in a vial before the self-assembly process. Using the self-assembly of nanoparticles with a bead size of 300 nm, 500 nm, and 900 nm, it was possible to fabricate a porous membrane with a pore size of ~45 nm, ~75 nm and ~135 nm, respectively. Under electrical potential, this nanoporous membrane initiated ion concentration polarization (ICP) acting as a cation-selective membrane to concentrate DNA by ~1,700 times within 15 min. This non-lithographic nanofabrication process opens up a new opportunity to build a tunable nanofluidic junction for the study of nanoscale transport processes of ions and molecules inside a PDMS microfluidic chip.

We propose a simple self-assembly technique of silica colloidal nanoparticles to create a nanofluidic junction between two microchannels in polydimethylsiloxane (PDMS). Using this technique, a nanoporous bead membrane with a pore size down to ~45 nm was built inside a microchannel and applied to electrokinetic preconcentration of DNA samples.

Erstellen von Unter 50 Nm nanofluidische Junctions in PDMS mikrofluidischen Chip über Selbstorganisation von kolloidalen Teilchen

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each thermoplastic of interest. Solvent bonding is a simple and versatile method that can be used to fabricate devices from a variety of plastics. An appropriate solvent is added between two device layers to be bonded, and heat and pressure are applied to the device to facilitate the bonding. By using an appropriate combination of solvent, plastic, heat, and pressure, the device can be sealed with a high quality bond, characterized as having high bond coverage, bond strength, optical clarity, durability over time, and low deformation or damage to microfeature geometry. We describe the procedure for bonding devices made from two popular thermoplastics, poly(methyl-methacrylate) (PMMA), and cyclo-olefin polymer (COP), as well as a variety of methods to characterize the quality of the resulting bonds, and strategies to troubleshoot low quality bonds. These methods can be used to develop new solvent bonding protocols for other plastic-solvent systems.

Solvent bonding is a simple and versatile method for fabricating thermoplastic microfluidic devices with high quality bonds. We describe a protocol to achieve strong, optically clear bonds in PMMA and COP microfluidic devices that preserve microfeature details, by a judicious combination of pressure, temperature, an appropriate solvent, and device geometry.

Lösungsmittelbindung für die Herstellung von PMMA und COP Mikrofluidiksysteme

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) basierte Methodik zur quantitativen Bewertung von Vorwärts- und Rücklichtlichtstreuung aus Intraokularlinsen

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy (ATOM)

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the main trend in the advanced development of flow cytometry. Notably, adding high-resolution imaging capabilities allows for the complex morphological analysis of cellular/sub-cellular structures. This is not possible with standard flow cytometers. However, it is valuable for advancing our knowledge of cellular functions and can benefit life science research, clinical diagnostics, and environmental monitoring. Incorporating imaging capabilities into flow cytometry compromises the assay throughput, primarily due to the limitations on speed and sensitivity in the camera technologies. To overcome this speed or throughput challenge facing imaging flow cytometry while preserving the image quality, asymmetric-detection time-stretch optical microscopy (ATOM) has been demonstrated to enable high-contrast, single-cell imaging with sub-cellular resolution, at an imaging throughput as high as 100,000 cells/s. Based on the imaging concept of conventional time-stretch imaging, which relies on all-optical image encoding and retrieval through the use of ultrafast broadband laser pulses, ATOM further advances imaging performance by enhancing the image contrast of unlabeled/unstained cells. This is achieved by accessing the phase-gradient information of the cells, which is spectrally encoded into single-shot broadband pulses. Hence, ATOM is particularly advantageous in high-throughput measurements of single-cell morphology and texture &#8211; information indicative of cell types, states, and even functions. Ultimately, this could become a powerful imaging flow cytometry platform for the biophysical phenotyping of cells, complementing the current state-of-the-art biochemical-marker-based cellular assay. This work describes a protocol to establish the key modules of an ATOM system (from optical frontend to data processing and visualization backend), as well as the workflow of imaging flow cytometry based on ATOM, using human cells and micro-algae as the examples.

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy ATOM

This protocol describes the implementation of an asymmetric-detection time-stretch optical microscopy system for single-cell imaging in ultrafast microfluidic flow and its applications in imaging flow cytometry.

Mikrofluidische Imaging-Durchflusszytometrie durch asymmetrische Detektion Zeitstreck-Optische Mikroskopie (ATOM)

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

Flow-gestützte Dielektrophorese: Eine kostengünstige Methode für die Herstellung von Hochleistungs-Lösung-verarbeitbare Nanodraht-Geräte

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods

It is well known that the flow field over a delta wing is dominated by a pair of counter rotating leading edge vortices (LEV). However, their mechanism is not well understood. The flow visualization technique is a promising non-intrusive method to illustrate the complex flow field spatially and temporally. A basic flow visualization setup consists of a high-powered laser and optic lenses to generate the laser sheet, a camera, a tracer particle generator, and a data processor. The wind tunnel setup, the specifications of devices involved, and the corresponding parameter settings are dependent on the flow features to be obtained.
Normal smoke wire flow visualization uses a smoke wire to demonstrate the flow streaklines. However, the performance of this method is limited by poor spatial resolution when it is conducted in a complex flow field. Therefore, an improved smoke flow visualization technique has been developed. This technique illustrates the large-scale global LEV flow field and the small-scale shear layer flow structure at the same time, providing a valuable reference for later detailed particle image velocimetry (PIV) measurement.
In this paper, the application of the improved smoke flow visualization and PIV measurement to study the unsteady flow phenomena over a delta wing is demonstrated. The procedure and cautions for conducting the experiment are listed, including wind tunnel setup, data acquisition, and data processing. The representative results show that these two flow visualization methods are effective techniques for investigating the three-dimensional flow field qualitatively and quantitatively.

Here, we present a protocol to observe unsteady vortical flows over a delta wing using a modified smoke flow visualization technique and investigate the mechanism responsible for the oscillations of the leading-edge vortex breakdown locations.

Experimentelle Untersuchung der Strömung Struktur über eine Delta-Flügel über Flow Visualisierungsmethoden

It is well known that the flow field over a delta wing is dominated by a pair of counter rotating leading edge vortices (LEV). However, their mechanism is ...

Safe Experimentation in Optical Levitation of Charged Droplets Using Remote Labs

The work presents an experiment that allows the study of many fundamental physical processes, such as photon pressure, diffraction of light or the motion of charged particles in electrical fields. In this experiment, a focused laser beam pointing upwards levitate liquid droplets. The droplets are levitated by the photon pressure of the focused laser beam which balances the gravitational force. The diffraction pattern created when illuminated with laser light can help measure the size of a trapped droplet. The charge of the trapped droplet can be determined by studying its motion when a vertically directed electrical field is applied. There are several reasons motivating this experiment to be remotely controlled. The investments required for the setup exceeds the amount normally available in undergraduate teaching laboratories. The experiment requires a laser of Class 4, which is harmful to both skin and eyes and the experiment uses voltages that are harmful.

Optical levitation is a method for levitating micrometer-sized dielectric objects using laser light. Utilizing computers and automation systems, an experiment on optical levitation can be controlled remotely. Here, we present a remotely controlled optical levitation system that is used both for educational and research purposes.

Sichere Experimente in optischen Levitation des geladenen Tröpfchen mit Remote Labs

The work presents an experiment that allows the study of many fundamental physical processes, such as photon pressure, diffraction of light or the motion ...