עבודה זו נתמכה על ידי משרד המדע והטכנולוגיה של טייוואן תחת גרנט מספר 101-2221-E-002-064-MY3.

1. ייצור של המכשיר microfluidic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת פריסה גרפית (למשל, AutoCAD) לצייר את קווי המתאר של T-microchannel. לT-microchannel, שני ערוצי ההזנה הם 90 מיקרומטר רחבים ו2,500 מיקרומטר ארוכים, וערוץ המפגש הוא 180 מיקרומטר הארוך רחב ו3,000 מיקרומטר. חבר את הקצה של כל ערוץ למעגל בודד בקוטר של 1,100 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מארק &#39;ברור&#39; ו &#39;כהה&#39; לחשיפה ואזורים מכוסים, בהתאמה. לphotoresist שלילי (לדוגמא, SU-8), את הצורה של T-microchannel הוא &#39;ברורה&#39; ומקיף הוא &quot;כהה&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במחולל דפוס לייזר עם אורך גל של 442 ננומטר וגודל תכונת מינימום של 2 מיקרומטר להעביר את התבנית של T-microchannel על photomask כרום-על-זכוכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בphotomask, מצע (למשל, פרוסות סיליקון מלוטשות אחת בצד) וphotoresist אפוקסי הקבוע (למשל., SU-8) כדי להפוך את תבנית בתהליך ליתוגרפיה סטנדרטית. שכבת photoresist היא 55.2 מיקרומטר עבה. באופן כללי, עובי photoresist צריך להיות רזה יותר את עומק הקשר של העדשה האובייקטיבית 17-19. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתבנית וחומר שקוף כגון polydimethylsiloxane (PDMS) לפברק T-microchannel 20. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור חיבור fluidic, להשתמש בצינור נירוסטה של ​​2 מ&quot;מ בקוטר חיצוני אגרוף דרך החורים מיושרים לדפוסים חוזר בPDMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנק את המשטחים של PDMS ושקופיות זכוכית עם פלזמה חמצן ב 60 W למשך 30 שניות. צרף את PDMS לשקופית הזכוכית. משטחי חמצון של שני חומרים ליצור קשר חזק. הנח את מבנה PDMS ערובה על פלטה חשמלית במשך 5 דקות ב 120 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינורות טפלון לתוך חורי אגרוף לחיבור fluidic. </li></ol> 2. הגדרת ניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות מערכת Schlieren המיקרוסקופית מHoffmaמיקרוסקופ לעומת אפנון n על ידי הסרת צלחת החריץ במישור המוקד מול הקבל והחלפת המאפנן עם סכין-קצה במישור המוקד האחורי של מטרת 5X 3. העומק של מתאם, אשר תלוי בצמצם המספרי של 17-19 האובייקטיבי, צריך להיות מספיק כדי לכסות את כל העומק של מכשיר microfluidic. פני השטח של הסכין-קצו מושחר ידי תחמוצת אלומיניום anodic להפחית רפלקטיביות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר המצלמה במהירות גבוהה לצינור trinocular של מיקרוסקופ באמצעות מתאם C-הר. יש המצלמה להתמודד הנתיב האופטי של מיקרוסקופ באמצעות מפצל קרן. חבר את המצלמה למחשב שולחני באמצעות כבל Ethernet. הגדר את תיקון גמא 1 למצלמה, כך שקריאת הנתונים בגווני אפור שלה הוא יחסי לעוצמת הארת הקלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את מקור האור. על מנת להימנע מעודף חום, להשתמש בתאורת LED (דיודה פולט אור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת עיבוד תמונה (למשל, &lt;/ Em&gt; imread הפונקציה בMATLAB) כדי לקבל את ערכי גווני האפור של תמונה נרכשה. הסר את הסכין-הקצה, להתאים את התאורה, הצמצם וזמן החשיפה, כך שקריאת הנתונים בגווני אפור הממוצעת של התמונה היא כ -10% פחות מהערך המקסימאלי. זה מציין את עוצמת הרקע להפסקת 0% ואנו משתמשים בשווי של 230 לתמונה של 8 ביט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את סכין הקצה כדי לחסום את אור האירוע לחלוטין. להקליט את ההודעה בגווני אפור הממוצעת של התמונה. זה מציין את עוצמת הרקע להפסקת 100% והערך הוא כ 15 לתמונה של 8 ביט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאים את המיקום של סכין הקצה כך שאת ההודעה בגווני אפור הממוצעת של התמונה נרכשה נמצא באמצע של הערכים ל0% ו 100% הפסקת. עכשיו התואר של הפסקת מוגדר 50%. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן שני נוזלים שקופים עם מדדי שבירה ידועים 21 שהם לגמרי בליל אחד עם השני כבוחרים. כדי להעריך את התלות של תעשיה שבירהלשעבר בריכוז של התערובת, לבדוק את הספרות 21 או להשתמש במשוואת גלדסטון-דייל 22. אם העקומה היא קוי על כל מגוון, לבחור רכיבי נוזל אחרים. לאחר מכן, בחר הרכב ייעודי שמתחתיו מקדם שבירה של הפתרון משתנה באופן ליניארי עם הריכוז. לדוגמא, השתמשו לדלל אתנול מימי עם חלק מסה של 0.05 ומים כנוזלים עובדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את T-microchannel על הבמה הדגימה. מסדרים את T-microchannel כך עם מקביל ערוץ המחוברות לסכין-הקצה (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן שני מזרקים זהים: מזרק מלא בנוזל עובד המשמש כנוזל התייחסות (מים), והמזרק B מלא בנוזל עובד האחר (לדלל אתנול מימי). הגודל של המזרק תלוי בש קצב זרימה הרצוי ומפרט של משאבת המזרק: Q = πd 2 V / 4, כאשר D היא הקוטר הפנימי של SYRאינגה וV הוא המהירות של הבוכנה. פעימת זרימה בדרך כלל ניתן למנוע על ידי בחירת מזרק קטן כדי להגדיל V 23. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף את נוזל השקע מT-microchannel בכוס. ודאו הצינור לשקע הטפלון קבוע לקיר של הכוס וסופו מתחת לרמת הנוזל בכוס כדי למנוע רעידות שייגרמו על ידי breakoff אגל. </li></ol> 3. כיול <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש תמונות של שני נוזלי ערבוב ותמונות ההתייחסות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במספר ריינולדס נתן מחדש, להגדיר את קצב הזרימה של משאבות המזרק, ש. ש מחושב מש = μ (W + D) רי / 4ρ, שבו μ וρ הם הצמיגות וצפיפות של הנוזל עובד, וW ו- D הוא הרוחב ועומק של ערוץ המפגש של T-microchannel, בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משאבה טען אחד עם מזרק ומשאבה אחרת עם סאיRinge ב לחבר את שני פתחי הכניסה של T-microchannel למזרק והמזרק B דרך צינורות טפלון. התחל משאבות המזרק כדי לספק נוזלי העבודה לT-microchannel בשיעורי זרימת נפח זהים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכה עד שזרימה קבועה קובעת. זרימת המצב היציב מוגדר על ידי הופעתה של תבנית Schlieren נייחת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת המצלמה מבוקרת כדי להקליט עשרים מסגרות של ערבוב fluidic במסגרת שיעור של 30 תמונות בשניה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצור את המשאבה שנטענת עם מזרק ב לשאוב רק נוזל ההתייחסות (מים) דרך כניסה אחת לערוץ המפגש של T-microchannel בקצב קבוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכה עד שיגיע למצב זרימה יציב ולא דפוס Schlieren הוא ציין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת המצלמה נשלטה לקחת תמונת ההתייחסות, כאשר לא inhomogeneity אופטי קיים בT-microchannel. להקליט מסגרות עשרים במסגרת שיעור של 30 תמונות בשניה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור 3.1.1 ל3.1.7 במספר ריינולדס שונה: Re = 1, 5, 10, 20 ו -50, כך שאין זרימת מבנה מורכב עולה באזור המפגש של T-24 microchannel. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת עיבוד תמונה לחלק את התמונה נרכשה אני (i, j) על ידי תמונת התייחסותי: 0 (i, j) 25, שבו אני וי הם מדדי פיקסל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעסיק חבילת CFD (דינמיקה של נוזלים חישובית) כדי לדמות ערבוב של הנוזלים המיועדים בT-microchannel. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות המודל תלת-ממדי לגיאומטריה של T-microchannel. Discretize זרימת תחום לרשתות מובנים. כדי להגדיל את הדיוק, להעסיק רשת עדינה במפגש ובאזור של T-microchannel המרכזי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקצה את התכונות הפיסיקליות של נוזלים ולהקים את תנאי גבול לזרימת תחום. במהלך תהליך פתרון, לקבוע את מקדם הדיפוזיה תלוי ריכוז מהריכוז שהתקבל באחרוןאיטרציה 26 כדי לעדכן את הריכוז המקומי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את הרגישויות של התוצאות מחושבים על ידי ביצוע מחקר רשת 27. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכל צומת (x i, y i) על -plane XY, להעסיק את הכלי שלאחר עיבוד CFD לקחת את הערכים הממוצע של שדה הריכוז מעבר לעומק הערוץ על-ידי שלטון הטרפז: w (x i, j y) = {K Σ [w (x i, j y, z k) + w (x i, j y, z k +1)] ∙ (k +1 z - z k) / 2} / D 28, כאשר D היא עומק הערוץ. השתמש בתכנית differencing המרכזית לחשב derivative ריכוז ביחס לכיוון הנחל הצולב: (∂ w / y ∂) i, j = [w (י x i, y +1) - w (x i, j -1 y)] / (j y +1 - J y -1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשניהם הדרגתיים חיובי ושלילי, לחלץ את היחס של ערכים בגווני אפור אני / אני 0 (שהושג ב3.2) והשיפוע של חלק המוני ∂ w / ∂ y (שהושג ב3.4) במקומות שצוינו, כגון y = 0 (האמצע, streamwise כיוון) או x השונים נתון (כיוון זרם נגדית). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העלילה התוצאות ולקבוע את מערכת היחסים ביני / אני 0 ו∂ w / ∂ y, אני / אני 0 </sub&gt; = C 1 ∂ w / ∂ y + C 2 (ג 1 ו- C 2 הם קבועים), עם רגרסיה ליניארית. </li></ol> 4. Quantitation <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 3.1-3.2 לערבוב במכשיר microfluidic היעד. העומק של מכשיר microfluidic היעד צריך להיות זהה או קרוב לזה של T-microchannel. אם תופעה לא יציבה צפויה, לרכוש סרטון וידאו (רצף של תמונות) בשלב 3.1.4 במקום. במסגרת השיעור צריכה להיות גבוהה מספיק כדי לפתור את הדינמיקה של הזרימה החולפת ברורה, תוך זמן החשיפה צריך להיות זהה לערך המשמש ב2.4, 2.5, 3.1.4 ו3.1.7. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במערכת היחסים שהושגו בשלב 3.6 להמיר את היחס של ערכים בגווני אפור לשיפוע של חלק המוני במכשיר microfluidic היעד. </li></ol>

<ol>
	<li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow Visualization. , (1974).</li><li>Settles, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Schlieren and Shadowgraph Techniques. , (2001).</li><li>Sun, C. -. l., Hsiao, T. -. h. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+analysis+of+microfluidic+mixing+using+microscale+schlieren+technique.">Quantitative analysis of microfluidic mixing using microscale schlieren technique.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 15 (2), 253-265 (2013).</li><li>Sun, C. -. l., Sun, C. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effective+mixing+in+a+microfluidic+oscillator+using+an+impinging+jet+on+a+concave+surface.">Effective mixing in a microfluidic oscillator using an impinging jet on a concave surface.</a> Microsystem Technologies. , (2011).</li><li>Strook, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chaotic+mixer+for+microchannels.">Chaotic mixer for microchannels.</a> Science. 295 (5555), 647-651 (2002).</li><li>Wheat, P. M., Posner, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+mixing+using+equilibrium+reactions.">Quantifying mixing using equilibrium reactions.</a> Physics of Fluids. 21 (3), 037101 (2009).</li><li>Liu, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Passive+mixing+in+a+three-dimensional+serpentine+microchannel.">Passive mixing in a three-dimensional serpentine microchannel.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 9 (2), 190-197 (2000).</li><li>Munson, M. S., Yager, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+quantitative+optical+method+for+monitoring+the+extent+of+mixing+applied+to+a+novel+microfluidic+mixer.">Simple quantitative optical method for monitoring the extent of mixing applied to a novel microfluidic mixer.</a> Analytica Chimica Acta. 507 (1), 63-71 (2004).</li><li>Bradfield, W. S., Sheppard, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microschlieren-a+technique+for+the+study+of+details+in+compressible+flow.">Microschlieren-a technique for the study of details in compressible flow.</a> Aero/Space Engineering. 5 (18), 37-56 (1959).</li><li>Scroggs, S. D., Settles, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+study+of+supersonic+microjets.">An experimental study of supersonic microjets.</a> Experiments in Fluids. 21, 401-409 (1996).</li><li>Phalnikar, K. A., Alvi, F. S., Shih, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 31st AIAA Fluid Dynamics Conference &amp; Exhibit. , (2001).</li><li>Phalnikar, K. A., Kumar, R., Alvi, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+on+free+and+impinging+supersonic+microjets.">Experiments on free and impinging supersonic microjets.</a> Experiments in Fluids. 44 (5), 819-830 (2008).</li><li>Naughton, J. W., Bishop, D. S., Walrath, D. E., Lindberg, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-schlieren+characterization+of+a+high+momentum+micro-fluidic+actuator.">Micro-schlieren characterization of a high momentum micro-fluidic actuator.</a> , (2002).</li><li>Chen, H. -. M., Wu, H. -. W., Lee, J. -. N., Ting, C. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 23th National Conference of the Chinese Society of Mechanical Engineers. , (2006).</li><li>Davidson, G. P., Emmony, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+schlieren+probe+method+for+the+measurement+of+the+refractive+index+profile+of+a+shock+wave+in+a+fluid.">A schlieren probe method for the measurement of the refractive index profile of a shock wave in a fluid.</a> Journal of Physics E: Scientific Instruments. 13, 92-97 (1980).</li><li>Xie, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Schlieren+confocal+microscopy+for+phase-relief+imaging.">Schlieren confocal microscopy for phase-relief imaging.</a> Optics Letters. 39, 1238-1241 (2014).</li><li>Inou&#233;, S., Spring, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Video Microscopy: The Fundamentals. , (1997).</li><li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Gray, M. H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volume+illumination+for+two-dimensional+particle+image+velocimetry.">Volume illumination for two-dimensional particle image velocimetry.</a> Measurement Science and Technology. 11 (6), 809-814 (2000).</li><li>Olsen, M. G., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Out-of-focus+effects+on+particle+image+visibility+and+correlation+in+microscopic+particle+image+velocimetry.">Out-of-focus effects on particle image visibility and correlation in microscopic particle image velocimetry.</a> Experiments in Fluids. 29 (1), S166-S174 (2000).</li><li>Friend, J., Yeo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+microfluidic+devices+using+polydimethylsiloxane.">Fabrication of microfluidic devices using polydimethylsiloxane.</a> Biomicrofluidics. 4 (2), 026502 (2010).</li><li>Wohlfarth, C., Lechner, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Landolt-B&#246;rnstein:+Numerical+Data+and+Functional+Relationships+in+Science+and+Technology.">Landolt-B&#246;rnstein: Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology.</a> Optical Constants: Refractive Indices of Pure Liquids and Binary Liquid Mixtures (Supplement to III/38). 47, (2008).</li><li>Heller, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remarks+on+refractive+index+mixture+roles.">Remarks on refractive index mixture roles.</a> Journal of Physical Chemistry. 69 (4), 1123-1129 (1965).</li><li>Korczyk, P. M., Cybulski, O., Makulska, S., Garstecki, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+unsteadiness+of+the+rates+of+flow+on+the+dynamics+of+formation+of+droplets+in+microfluidic+systems.">Effects of unsteadiness of the rates of flow on the dynamics of formation of droplets in microfluidic systems.</a> Lab on a Chip. 11 (1), 173-175 (2011).</li><li>Dreher, S., Engler, M., Kockmann, N., Woias, P., Bockhorn, H., Mewes, D., Peukert, W., Warnecke, H. .. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+and+experimental+investigations+of+convective+micromixers+and+microreactors+for+chemical+reactions.">Theoretical and experimental investigations of convective micromixers and microreactors for chemical reactions.</a> Micro and Macro Mixing: Analysis, Simulation and Numerical Calculation. , (2010).</li><li>Huang, C. Y., Gregory, J. W., Sullivan, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Modified+schlieren+technique+for+micro+flow+visualization.">A Modified schlieren technique for micro flow visualization.</a> Measurement Science &amp; Technology. 18 (5), N32-N34 (2007).</li><li>Tyn, M. T., Calus, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+and+concentration+dependence+of+mutual+diffusion+coefficients+of+some+binary+liquid+systems.">Temperature and concentration dependence of mutual diffusion coefficients of some binary liquid systems.</a> Journal of Chemicaland Engineering Data. 20 (3), 310-316 (1975).</li><li>Celik, I. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Procedure+for+estimation+and+reporting+of+uncertainty+due+to+discretization+in+CFD+applications.">Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications.</a> Journal of Fluids Engineering. 130 (7), 078001 (2008).</li><li>Tasi&#263;, A. &. #. 3. 8. 1. ;., Djordjevi&#263;, B. D., Grozdani&#263;, D. K., Radojkovi&#263;, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+mixing+rules+in+predicting+refractive+indices+and+specific+refractivities+for+some+binary+liquid+mixtures.">Use of mixing rules in predicting refractive indices and specific refractivities for some binary liquid mixtures.</a> Journal of Chemical and Engineering Data. 37 (3), 310-313 (1992).</li><li>Hsiao, P. -. J., Chen, S. -. T., Hsiao, T. -. H., Sun, C. -. l. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+coarse-resolution+numerical+simulation+with+experimental+measurements+of+wind+turbine+aerodynamic+performance.">A comparison of coarse-resolution numerical simulation with experimental measurements of wind turbine aerodynamic performance.</a> , (2013).</li><li>Sun, C. -. l., Huang, C. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+schlieren+visualization+of+near-bubble+mass+transport+during+boiling+of+2-propanol/water+mixtures+in+a+square+capillary.">Microscale schlieren visualization of near-bubble mass transport during boiling of 2-propanol/water mixtures in a square capillary.</a> Experiments in Fluids. 55 (7), 1778 (2014).</li><li>Panigrahi, P. K., Muralidhar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Schlieren and Shadowgraph Methods in Heat and Mass Transfer. , (2012).</li></ol>

יש המחברים אין לחשוף.

לערבוב fluidic במכשיר microfluidic, טכניקת Schlieren המיקרוסקופית היא מסוגלת למדוד את הגודל של מפל ריכוזים דרך לכמת שינוי בעוצמת אור. בגלל העיקרון של טכניקה זו מסתמך על גילוי של התפשטות אור לסירוגין, נוזלי העבודה והמכשיר microfluidic צריכים להיות שקוף לאור התקרית. בנוסף, הפרוטוקול מחייב קשר ליניארי בין מקדם השבירה של הפתרון וההרכב שלה, כך שההערכה ראשונית של נוזלי העבודה היא חיונית. מלבד פתרון אתנול המימי הפגין במסמך זה, טכניקת Schlieren microscale מיושמת בהצלחה למדוד שיפוע מליחות 29 והסעת solutocapillary 30. למדידות מדויקות, מגוון צמצם, רמת תאורה, זמן חשיפה, עדשה אובייקטיבית ועומק microchannel משמשים בהליך הכיול צריך להיות זהה לאלה המשמשים בהליך quantitation. יתר על כן, את עומק הקשר של העדשה האובייקטיבית צריך להיות גדול מספיק כדי לכסות את כל העומק של מכשיר microfluidic. תהליך הכיול של הערבוב בT-microchannel הוא השלב הקריטי ביותר בכימות מדויק של טכניקת Schlieren המיקרוסקופית. ליישום מוצלח של השיטה המוצעת, המשתמשים צריכים ליישר את חיבור הצינור כראוי, לנצל מזרק או פנאומטיקה קטן למסירת נוזל כדי למנוע זרימת תנודת 23, להשתמש במקור אור LED להפחתת עודף חום, לנהל את הליך הכיול במספרי ריינולדס נמוכים 24, ולמקם את מכשיר microfluidic במוקד לחסל תופעות אופטיות מסדר גבוה 31. השיפוע הנמוך ביותר למדידה (הדפוס בהיר, ∂ w / ∂ y &lt;0) צמוד לטווח הדינמי של המצלמה, ואילו שיפוע המדידה הגבוה ביותר (דפוס כהה, ∂ w / ∂ y&gt; 0) הוא הגיע כאשר סכין הקצה חוסם את אור המוסט לחלוטין. כדי לזהות מגוון רחב של מפל ריכוזים, ערך ISO גבוה הוא יתרון כל עוד חשיפה חסרה או חשיפת יתר אינה מתרחש. גבול הגילוי, שמתחתיו מערכת Schlieren מיקרו היא לא מסוגלת להבחין, תלוי בעוצמת השינוי המינימלי שהמצלמה מסוגלת לפתור. שינוי עוצמת המינימלי הוא מוגבל על ידי מידת הרעש והרמות של אוט טונאלי. לפיכך, מצלמה רגישות גבוהה עם עומק פיקסל גדול היא רצויה ליישום נמוך אות. המשמעות של טכניקת Schlieren המיקרוסקופית היא שני קפלים; מצד אחד, היא מאפשרת מדידות שדה מלא לא יציבים בזמן אמת בתצורה אופטית פשוטה. מצד השני, זה לא פולשני, כך שאף חומר זר הוא הציג להפריע שדה הזרימה. בגלל טכניקת מיקרו-Schlieren מייצרת השלכה דו-ממדית של inhomogeneity תלת-ממדי בmicrofמכשיר luidic, תופעת ערבוב מורכבת שנשאר רעולה בשיטות קיימות ניתן לראות בבירור. יישומים עתידיים של טכניקה זו כוללים כימות הדרגתיים ריכוז במהלך תהליך אלקטרוכימי או קביעת שיפוע מזין ללמוד chemotaxis חיידקים בזרם סביבת מיקרו.

ערבוב נוזל הוא נושא חשוב, כי הוא נמצא בתהליכים תעשייתיים רבים ומערכות ביולוגיות. עם הופעתה של מיקרופלואידיקה, הערבוב בmicroscale הביא הרבה תשומת לב בגלל האתגר שלה בשליטת דיפוזיה בין מנגנוני תחבורה ההמוניים. מאז עיצוב אימות כמותיים micromixer יעיל נדרשת, מספר שיטות מדידה פותחו 5-7. עם זאת, המבנה תלת-ממדי, נמצא בדרך כלל בmicromixers יעיל 5, דורש ייצוג מדויק יותר של שדה הריכוז שטכניקות המדידה המשותפת לא מצליחות לספק. בשל המגבלה של הצפייה קינטיקה זווית 8 או תגובת 6, השיטות הנ&quot;ל עשויות להניב תוצאות מטעות שאינו נכון להסביר את ההומוגניות של התערובת. לנוזלים שקופים אופטי ערבוב באופטי microstructures השקופה, טכניקת Schlieren microscale 3,9-14 </sup&gt; מספק חלופה אטרקטיבית לנתח ערבוב inhomogeneity. בעבר, טכניקת Schlieren microscale כבר משמשת בעיקר כדי להמחיש זרימת דחיסה 9-13, 15 או שלב שיפוע 16. יתרונות microscale Schlieren טכניקה משתי פריסה אופטית פשוטה ורגישות גבוהה ומאפשר החקירה לא פולשנית, לא רק של תכונת זרימה ספציפית שגורמת להפרעה אופטית אבל הוא גם מתאים לשימוש בהערכת ערבוב. במאמר זה, אנו בונים מערכת Schlieren המיקרוסקופית על ידי החדרת סכין קצה במישור המוקד האחורי של המטרה של מיקרוסקופ, מתאר הליך כיול לממש ניתוח כמותי, ולדווח מדידת אימות במתנד microfluidic 4. כדי ליישם מדידות, נוזלי העבודה נבחרו כראוי, כך שמקדמים שבירה של הנוזלים המעורבים משתנה באופן ליניארי עם הרכב, ואת העובי של מכשיר microfluidic היעד זהה בדואר בשימוש בכיול. מלבד ריכוז מינים, טכניקת Schlieren מיקרוסקופית ניתן להאריך למדוד את השיפוע של כמות סקלר אחרת שמתואמת באופן ליניארי לאינדקס שבירה, כגון טמפרטורה או מליחות.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Permanent Epoxy Negative Photoresist</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>SU-8 2150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>single side polished silicon wafer</td>
			<td>Light Technology</td>
			<td>S4W1PP5SABUP1</td>
			<td>p-type, diameter: 100&#177;0.5 mm, thickness: 525 &#177;25 mm, orientation: (1 0 0)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>syringe pump</td>
			<td>kdScientific</td>
			<td>kds210</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>syringe, i.e. 10 ml</td>
			<td>Terumo</td>
			<td>SS-10L2138</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hoffman modulation contrast microscope</td>
			<td>Leica Microsystems</td>
			<td>DM IL LED</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5X objective lens</td>
			<td>Leica Microsystems</td>
			<td>N PLAN</td>
			<td>NA = 0.12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>knife-edge</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made part</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>camera, i.e. high speed</td>
			<td>Integrated Design Tools</td>
			<td>NX7-S1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-mount adapter HC 0.63x</td>
			<td>Leica Microsystems</td>
			<td>541537</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>camera operating software</td>
			<td>Integrated Design Tools</td>
			<td>MotionPro X Studio 2.02.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>Sylgard-184 silicone elastomer kit</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon tubing, i.e. O.D. x I.D. 1/16 in. x 0.031 in.</td>
			<td>Supelco</td>
			<td>58700-U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>micro glass slide</td>
			<td>Matsunami Glass</td>
			<td>S2215</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hot plate</td>
			<td>Yeong-Shin</td>
			<td>HP-303DN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>distilled water, i.e. HPLC grade</td>
			<td>Alps Chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ethyl alcohol, i.e. reagent grade</td>
			<td>Nihon Shiyaku Reagent</td>
			<td>EA448652</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>image processing software</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td>MATLAB R2009a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>computational fluid dynamics package</td>
			<td>ESI group</td>
			<td>CFD-ACE+ 2008</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

analyzing mixing inhomogeneity in a microfluidic device by microscale schlieren technique

במאמר זה, אנו מציגים את השימוש בטכניקת Schlieren microscale למדוד ערבוב inhomogeneity במכשיר microfluidic. מערכת Schlieren microscale בנויה ממיקרוסקופ לעומת אפנון הופמן, אשר מספק גישה קלה למישור המוקד האחורי של העדשה האובייקטיבית, על ידי הסרת צלחת החריץ והחלפת המאפנן עם סכין-קצה. עיקרון העבודה של טכניקת Schlieren microscale מסתמך על גילוי סטייה קלה הנגרמת על ידי וריאציה של השבירה 1-3. אור המוסט או בורח או חסום על ידי סכין הקצה לייצר בהיר או כהה להקה, בהתאמה. אם מקדמים שבירה של התערובת משתנה באופן ליניארי עם ההרכב שלה, השינוי המקומי בעוצמת אור במישור התמונה הוא פרופורציונאלי למפל הריכוזים הנורמלי לציר האופטי. תמונת מיקרו-Schlieren נותנת הקרנה דו-ממדית של האור המופרע המיוצר על ידי inhomogeneity תלת-ממדי. כדי להשיג ניתוח כמותי, אנו מתארים הליך כיול שמתערבב שני נוזלים בחולצת microchannel. אנו מבצעים סימולציה נומרית להשיג מפל הריכוזים בT-microchannel שבקורלציה הדוקה עם תמונת מיקרו-Schlieren המקבילה. לשם השוואה, יחס בין הקריאות בגווני אפור של תמונת מיקרו-Schlieren וההדרגתי הריכוז מוצג במכשיר microfluidic היא הוקם. שימוש במערכת יחסים זו, אנו יכולים לנתח את inhomogeneity ערבוב מתמונת מיקרו-Schlieren עמית ולהדגים את היכולת של טכניקת Schlieren microscale עם מדידות במתנד microfluidic 4. לנוזלים שקופים אופטי, טכניקת Schlieren מיקרוסקופית היא כלי אבחון אטרקטיבי לספק מידע מלא שדה מיידי ששומר על תכונות תלת-ממדיות של תהליך הערבוב.

אני יחס גווני האפור / אני 0 תחת מספר ריינולדס שונה עבור שני שיפועים חיוביים ושליליים של חלק מסה מוצג (איור 2) עם להקה סימטרית המופיעה באמצע T-microchannel. במספר ריינולדס הנמוך, הזנב של להקת Schlieren מורחב ומטושטש עקב הפיזור על פני ממשק הערבוב. ככל שמספר ריינולדס מגביר, אורך דיפוזיה מקצר מוביל ללהקה צרה. במקומות שונים במורד הזרם, הווריאציות של ΔI שינוי עוצמת / אני 0 לאורך כיוון הזרם הנגדית מתוארות כמותית (איור 3). התוצאות מתהליך הכיול מיוצגות (איור 4 א ו4B). מערכת היחסים ביני / אני 0 ו∂ w / ∂ y הוא ליניארי ועצמאי של num ריינולדסבער. מניתוח רגרסיה, אני / אני 0 = ∂ -110 W / ∂ y + 1.03 עבור y&gt; 0 ואני / אני 0 = ∂ -160 W / ∂ y + 0.83 ל∂ w / ∂ y &lt;0 ∂ / ∂ w , ∂ w / ∂ y הוא במיקרומטר -1. חוסר הוודאות ביחס הם ± 3.8% ו± 3.2% באיור 4 א ו -4, בהתאמה. הוא הגיע גבול הגילוי בי נקודות נתונים ברמה החוצה. יצוין, כי הסטייה במורדות הדרגתיים החיובית ושלילי היא לא נדירה 3. שימוש במשוואות אלה, הווריאציה של שיפוע חלק המוני עם זמן במתנד microfluidic 4 נתפסה (איור 5). ממשק הערבוב הוא מוסח באזור החלל וזרימת חוסר יציבות גommences. דמות וידאו זה מגלה בבירור את אופי נדנוד של הזרימה במתנד microfluidic ומדגימה את היכולת של טכניקת Schlieren המיקרוסקופית כדי ללכוד את מפל ריכוזי שדה מלא הזמן נפתרו במכשיר microfluidic. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig1.jpg" /> איור 1. סכמטי של ההתקנה האופטית. הכיוון של סכין הקצה מייצר להקה כהה עם שיפוע חיובי של שבירה. האור מסיט לעבר הכיוון של הגדלת מקדם שבירה. בגלל העדשה האובייקטיבית הופכת את התמונה, חסימת - אזור y מגנה אור המעוות ומייצרת להקה כהה. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig2.jpg" /> יחס 2. איור של קריאות בגווני אפור לערבוב בT-microchannel unde<html> r זרימת תצורה שונה. חיובי ושלילי הדרגתיים לגרום לפסים כהים ובהירים, בהתאמה. ככל שעולה מספר ריינולדס, הלהקה הופכת מרוכזת יותר. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig3.jpg" /> איור 3. הווריאציה של שינוי עוצמת לאורך כיוון הזרם הנגדית לשיפועים חיוביים ושליליים. הנדון = 1 וRe = 5. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig4.jpg" /> איור 4. יחסים בין השיפוע של חלק המוני והיחס בגווני אפור. לשיפועים חיוביים ושליליים, יחס גווני אפור משתנה באופן ליניארי עם שיפוע החלק ההמוני. 915 / 52915fig5.jpg &quot;/&gt; <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52915/52915fig5.mp4" target="_blank">איור 5 (איור וידאו).</a> האבולוציה של שיפוע חלק המוני במתנד microfluidic בנדון = 250. אופייני הערבוב באמצעות זרימת תנודה הוא נתפס בהצלחה על ידי טכניקת Schlieren מיקרוסקופית.

Watch this Scientific Journal Video about Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique at JoVE.com

Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

Herein, we describe a procedure that employs microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. Through calibration, distribution of concentration gradient can be derived from the micro-schlieren image.

ניתוח inhomogeneity ערבוב במכשיר microfluidic על ידי טכניקת microscale Schlieren

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren ...

analyzing-mixing-inhomogeneity-microfluidic-device-microscale

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.9K Views.  National Taiwan University. Herein, we describe a procedure that employs microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. Through calibration, distribution of concentration gradient can be derived from the micro-schlieren image. 

Video: Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

We have developed a microfluidic device that mimics the delivery and systemic clearance of drugs to heterogeneous three-dimensional tumor tissues in vitro. Nutrients delivered by vasculature fail to reach all parts of tumors, giving rise to heterogeneous microenvironments consisting of viable, quiescent and necrotic cell types. Many cancer drugs fail to effectively penetrate and treat all types of cells because of this heterogeneity. Monolayers of cancer cells do not mimic this heterogeneity, making it difficult to test cancer drugs with a suitable in vitro model. Our microfluidic devices were fabricated out of PDMS using soft lithography. Multicellular tumor spheroids, formed by the hanging drop method, were inserted and constrained into rectangular chambers on the device and maintained with continuous medium perfusion on one side. The rectangular shape of chambers on the device created linear gradients within tissue. Fluorescent stains were used to quantify the variability in apoptosis within tissue. Tumors on the device were treated with the fluorescent chemotherapeutic drug doxorubicin, time-lapse microscopy was used to monitor its diffusion into tissue, and the effective diffusion coefficient was estimated. The hanging drop method allowed quick formation of uniform spheroids from several cancer cell lines. The device enabled growth of spheroids for up to 3 days. Cells in proximity of flowing medium were minimally apoptotic and those far from the channel were more apoptotic, thereby accurately mimicking regions in tumors adjacent to blood vessels. The estimated value of the doxorubicin diffusion coefficient agreed with a previously reported value in human breast cancer. Because the penetration and retention of drugs in solid tumors affects their efficacy, we believe that this device is an important tool in understanding the behavior of drugs, and developing new cancer therapeutics.

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

We present the procedure for fabrication and operation of a microfluidic device that recreates heterogeneous tumor microenvironments in vitro. The variability in apoptosis within tumor tissue was quantified using fluorescent stains and the effective diffusion coefficient of the chemotherapeutic drug doxorubicin into tumor tissue was evaluated.

מכשיר microfluidic ליצירה מחדש של גידול microenvironment<em&gt; במבחנה</em

We have developed a microfluidic device that mimics the delivery and systemic clearance of drugs to heterogeneous three-dimensional tumor tissues in ...

A Microfluidic Device for Studying Multiple Distinct Strains

The study of cell responses to environmental changes poses many experimental challenges: cells need to be imaged under changing conditions, often in a comparative manner. Multiwell plates are routinely used to compare many different strains or cell lines, but allow limited control over the environment dynamics. Microfluidic devices, on the other hand, allow exquisite dynamic control over the surrounding conditions, but it is challenging to image and distinguish more than a few strains in them. Here we describe a method to easily and rapidly manufacture a microfluidic device capable of applying dynamically changing conditions to multiple distinct yeast strains in one channel. The device is designed and manufactured by simple means without the need for soft lithography. It is composed of a Y-shaped flow channel attached to a second layer harboring microwells. The strains are placed in separate microwells, and imaged under the exact same dynamic conditions. We demonstrate the use of the device for measuring protein localization responses to pulses of nutrient changes in different yeast strains.

We present a simple method to produce microfluidic devices capable of applying similar dynamic conditions to multiple distinct strains, without the need for a clean room or soft lithography.

מכשיר microfluidic ללימוד זני Distinct מרובים

The study of cell responses to environmental changes poses many experimental challenges: cells need to be imaged under changing conditions, often in a ...

A Microfluidic Technique to Probe Cell Deformability

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an efficient manner. Typically, data for ~102 cells can be acquired within a 1 hr experiment. An automated image analysis program enables efficient post-experiment analysis of image data, enabling processing to be complete within a few hours. Our device geometry is unique in that cells must deform through a series of micron-scale constrictions, thereby enabling the initial deformation and time-dependent relaxation of individual cells to be assayed. The applicability of this method to human promyelocytic leukemia (HL-60) cells is demonstrated. Driving cells to deform through micron-scale constrictions using pressure-driven flow, we observe that human promyelocytic (HL-60) cells momentarily occlude the first constriction for a median time of 9.3 msec before passaging more quickly through the subsequent constrictions with a median transit time of 4.0 msec per constriction. By contrast, all-trans retinoic acid-treated (neutrophil-type) HL-60 cells occlude the first constriction for only 4.3 msec before passaging through the subsequent constrictions with a median transit time of 3.3 msec. This method can provide insight into the viscoelastic nature of cells, and ultimately reveal the molecular origins of this behavior.

We demonstrate a microfluidics-based assay to measure the timescale for cells to transit through a sequence of micron-scale constrictions.

טכניקת Microfluidic לחקור deformability הסלולרי

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an ...

Microscale Vortex-assisted Electroporator for Sequential Molecular Delivery

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant exogenous molecular probes into cells. This work reports a microfluidic electroporation platform capable of performing multiple molecule delivery to mammalian cells with precise and molecular-dependent parameter control. The system&#8217;s ability to isolate cells with uniform size distribution allows for less variation in electroporation efficiency per given electric field strength; hence enhanced sample viability. Moreover, its process visualization feature allows for observation of the fluorescent molecular uptake process in real-time, which permits prompt molecular delivery parameter adjustments in situ for efficiency enhancement. To show the vast capabilities of the reported platform, macromolecules with different sizes and electrical charges (e.g., Dextran with MW of 3,000 and 70,000 Da) were delivered to metastatic breast cancer cells with high delivery efficiencies (&#62;70%) for all tested molecules. The developed platform has proven its potential for use in the expansion of research fields where on-chip electroporation techniques can be beneficial.

A microfluidic vortex assisted electroporation platform was developed for sequential delivery of multiple molecules into identical cell populations with precise and independent dosage control. The system&#8217;s size based target cell purification step preceding electroporation aided to enhance molecular delivery efficiency and processed cell viability.

Electroporator למשלוח סדרתית מולקולרי בסיוע וורטקס microscale

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant ...

Protocol for Biofilm Streamer Formation in a Microfluidic Device with Micro-pillars

Several bacterial species possess the ability to attach to surfaces and colonize them in the form of thin films called biofilms. Biofilms that grow in porous media are relevant to several industrial and environmental processes such as wastewater treatment and CO2 sequestration. We used Pseudomonas fluorescens, a Gram-negative aerobic bacterium, to investigate biofilm formation in a microfluidic device that mimics porous media. The microfluidic device consists of an array of micro-posts, which were fabricated using soft-lithography. Subsequently, biofilm formation in these devices with flow was investigated and we demonstrate the formation of filamentous biofilms known as streamers in our device. The detailed protocols for fabrication and assembly of microfluidic device are provided here along with the bacterial culture protocols. Detailed procedures for experimentation with the microfluidic device are also presented along with representative results.

Protocols for the study of biofilm formation in a microfluidic device that mimics porous media are discussed. The microfluidic device consists of an array of micro-pillars and biofilm formation by Pseudomonas fluorescens in this device is investigated.

פרוטוקול ליצירת biofilm Streamer במכשיר microfluidic עם מיקרו עמודים

Several bacterial species possess the ability to attach to surfaces and colonize them in the form of thin films called biofilms. Biofilms that grow in ...

Layer-by-layer Collagen Deposition in Microfluidic Devices for Microtissue Stabilization

Although microfluidics provides exquisite control of the cellular microenvironment, culturing cells within microfluidic devices can be challenging. 3D culture of cells in collagen type I gels helps to stabilize cell morphology and function, which is necessary for creating microfluidic tissue models in microdevices. Translating traditional 3D culture techniques for tissue culture plates to microfluidic devices is often difficult because of the limited channel dimensions. In this method, we describe a technique for modifying native type I collagen to generate polycationic and polyanionic collagen solutions that can be used with layer-by-layer deposition to create ultrathin collagen assemblies on top of cells cultured in microfluidic devices. These thin collagen layers stabilize cell morphology and function, as shown using primary hepatocytes as an example cell, allowing for the long term culture of microtissues in microfluidic devices.

The creation of functional microtissues within microfluidic devices requires the stabilization of cell phenotypes by adapting traditional cell culture techniques to the limited spatial dimensions in microdevices. Modification of collagen allows the layer-by-layer deposition of ultrathin collagen assemblies that can stabilize primary cells, such as hepatocytes, as microfluidic tissue models.

קולגן שכבת הפקדת-ידי שכבה במכשירי microfluidic לMicrotissue ייצוב

Although microfluidics provides exquisite control of the cellular microenvironment, culturing cells within microfluidic devices can be challenging. 3D ...

Co-culture of Living Microbiome with Microengineered Human Intestinal Villi in a Gut-on-a-Chip Microfluidic Device

Here, we describe a protocol to perform long-term co-culture of multi-species human gut microbiome with microengineered intestinal villi in a human gut-on-a-chip microphysiological device. We recapitulate the intestinal lumen-capillary tissue interface in a microfluidic device, where physiological mechanical deformations and fluid shear flow are constantly applied to mimic peristalsis. In the lumen microchannel, human intestinal epithelial Caco-2 cells are cultured to form a &#39;germ-free&#39; villus epithelium and regenerate small intestinal villi. Pre-cultured microbial cells are inoculated into the lumen side to establish a host-microbe ecosystem. After microbial cells adhere to the apical surface of the villi, fluid flow and mechanical deformations are resumed to produce a steady-state microenvironment in which fresh culture medium is constantly supplied and unbound bacteria (as well as bacterial wastes) are continuously removed. After extended co-culture from days to weeks, multiple microcolonies are found to be randomly located between the villi, and both microbial and epithelial cells remain viable and functional for at least one week in culture. Our co-culture protocol can be adapted to provide a versatile platform for other host-microbiome ecosystems that can be found in various human organs, which may facilitate in vitro study of the role of human microbiome in orchestrating health and disease.

We describe an in vitro protocol to co-culture gut microbiome and intestinal villi for an extended period using a human gut-on-a-chip microphysiological system.

עמית תרבות Microbiome חי עם Microengineered אדם המעיים villi בתוך גוט-על-שבב מכשיר microfluidic

Here, we describe a protocol to perform long-term co-culture of multi-species human gut microbiome with microengineered intestinal villi in a human ...

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An easy-to-use and low-cost sensor platform is highly desired to measure various types of analytes (e.g., biomarkers, hormones, and drugs) quantitatively and specifically. For this reason, dry film photoresist technology - enabling cheap, facile, and high-throughput fabrication - was used to manufacture the microfluidic biosensor presented here. Depending on the bioassay used afterwards, the versatile platform is capable of detecting various types of biomolecules. For the fabrication of the device, platinum electrodes are structured on a flexible polyimide (PI) foil in the only clean-room process step. The PI foil serves as a substrate for the electrodes, which are insulated with an epoxy-based photoresist. The microfluidic channel is subsequently generated by the development and lamination of dry film photoresist (DFR) foils onto the PI wafer. By using a hydrophobic stopping barrier in the channel, the channel is separated into two specific areas: an immobilization section for the enzyme-linked assay and an electrochemical measurement cell for the amperometric signal readout.
The on-chip bioassay immobilization is performed by the adsorption of the biomolecules to the channel surface. The glucose oxidase enzyme is used as a transducer for electrochemical signal generation. In the presence of the substrate, glucose, hydrogen peroxide is produced, which is detected at the platinum working electrode. The stop-flow technique is applied to obtain signal amplification along with rapid detection. Different biomolecules can quantitatively be measured by means of the introduced microfluidic system, giving an indication of different types of diseases, or, in regard to therapeutic drug monitoring, facilitating a personalized therapy.

A microfluidic biosensor platform was designed and fabricated using low-cost dry film photoresist technology for the rapid and sensitive quantification of various analytes. This single-use system allows for the electrochemical readout of on-chip-immobilized enzyme-linked assays by means of the stop-flow technique.

פלטפורמה מבוססת Photoresist ביוסנסור אלקטרוכימי Microfluidic הסרט יבש: ייצור המכשיר, הכנה על שבב Assay, ותפעול המערכת

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

Perfusable Vascular Network with a Tissue Model in a Microfluidic Device

A spheroid (a multicellular aggregate) is regarded as a good model of living tissues in the human body. Despite the significant advancement in the spheroid cultures, a perfusable vascular network in the spheroids remains a critical challenge for long-term culture required to maintain and develop their functions, such as protein expressions and morphogenesis. The protocol presents a novel method to integrate a perfusable vascular network within the spheroid in a microfluidic device. To induce a perfusable vascular network in the spheroid, angiogenic sprouts connected to microchannels were guided to the spheroid by utilizing angiogenic factors from human lung fibroblasts cultured in the spheroid. The angiogenic sprouts reached the spheroid, merged with the endothelial cells co-cultured in the spheroid, and formed a continuous vascular network. The vascular network could perfuse the interior of the spheroid without any leakage. The constructed vascular network may be further used as a route for supply of nutrients and removal of waste products, mimicking blood circulation in vivo. The method provides a new platform in spheroid culture toward better recapitulation of living tissues.

The protocol describes how to engineer a perfusable vascular network in a spheroid. The spheroid's surrounding microenvironment is devised to induce angiogenesis and connect the spheroid to the microchannels in a microfluidic device. The method allows the perfusion of the spheroid, which is a long-awaited technique in three-dimensional cultures.

רשת כלי הדם perfusable עם דגם רקמה במכשיר Microfluidic

A spheroid (a multicellular aggregate) is regarded as a good model of living tissues in the human body. Despite the significant advancement in the ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause inflammation, fever, hypo- or hypertension, and, in extreme cases, can lead to tissue and organ damage that may become fatal. The amounts of endotoxin in pharmaceutical products, therefore, are strictly regulated. Among the methods available for endotoxin detection and quantification, the Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) assay is commonly used worldwide. While any pharmaceutical product can interfere with the LAL assay, nano-formulations represent a particular challenge due to their complexity. The purpose of this paper is to provide a practical guide to researchers inexperienced in estimating endotoxins in engineered nanomaterials and nanoparticle-formulated drugs. Herein, practical recommendations for performing three LAL formats including turbidity, chromogenic and gel-clot assays are discussed. These assays can be used to determine endotoxin contamination in nanotechnology-based drug products, vaccines, and adjuvants.

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Detection of endotoxins in engineered nanomaterials represents one of the grand challenges in the field of nanomedicine. Here, we present a case study that describes the framework composed of three different LAL formats to estimate potential endotoxin contamination in nanoparticles.

ניתוח inhomogeneity ערבוב במכשיר microfluidic על ידי טכניקת microscale Schlieren

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

מכשיר microfluidic ליצירה מחדש של גידול microenvironment