이 작품은 허가 번호 101-2221-E-002-064-MY3에서 과학 대만의 기술부에 의해 지원되었다.

미세 유체 소자의 제조 1 <ol><li> T - 마이크로의 윤곽을 그리는 그래픽 레이아웃 소프트웨어 (예를 들어, AutoCAD를)를 사용합니다. T-마이크로 채널, 2 개의 공급 채널​​은 90 ㎛ 폭 및 2500 ㎛의 길이 및 합류 채널 (180)은 길고 넓은 ㎛ 내지 3,000 ㎛ 인 것이다. 1,100 ㎛의 직경 개별 원에 각 채널의 끝을 연결합니다. </li><li> 마크 &#39;명확한&#39;각각 노출과 적용 분야에 대한 &#39;어둠&#39;. 네거티브 포토 레지스트의 경우 (예를 들면, SU-8), T-마이크로 채널의 형상은 &#39;클리어&#39;이고, 주변은 &#39;어두운.&#39; </li><li> 크롬 - 온 - 유리 포토 마스크 상에 T-의 미세 패턴을 전사하는 442 nm의 파장 및 2 ㎛의 최소 피처 크기와 레이저 패턴 생성기를 사용한다. </li><li> 포토 마스크 기판 (예를 들면, 단면 연마 실리콘 웨이퍼) 및 영구 에폭시를 사용하여 포토 레지스트 (예를 들어., SU-8)는 표준 리소그래피 공정을 통해 주형을 만드는. 포토 레지스트 층은 55.2 μm의 두께이다. 일반적으로, 포토 레지스트의 두께는 대물 렌즈 17-19의 상관 관계의 깊이보다 얇은 것으로한다. </li><li> T-마이크로 채널 (20)을 제조하는 금형 등의 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)와 같은 투명 재료를 사용한다. </li><li> 유체 연결의 펀치 외경 2mm의 스테인레스 스틸 튜브를 이용하여 구멍 PDMS에 원형 패턴으로 정렬. </li><li> PDMS, 30 초, 60 W 산소 플라즈마로 유리 슬라이드의 표면 치료. 유리 슬라이드에 PDMS를 연결합니다. 두 물질의 산화 된 표면은 강한 결합을 만들 수 있습니다. 120 ℃에서 5 분 동안 핫 플레이트 상에 결합 된 구조를 PDMS 놓는다. </li><li> 유체 연결에 대한 펀치 구멍에 테프론 튜브를 삽입합니다. </li></ol> 2. 실험 설정 <ol><li> Hoffma에서 마이크로 슐 리렌 시스템을 구축응축기의 정면 초점면에 슬릿 판을 제거하고, 5 배 대물 렌즈 (3)의 후면 초점면에서 나이프 - 에지 변조기 대체하여 N 개의 변조 현미경. 대물 17-19의 개구 수에 따라 상관의 깊이는, 미세 유동 장치의 전체 깊이를 커버하기에 충분해야한다. 칼날의 표면 반사율을 감소시키기 위해 양극 산화 알루미늄에 의해 흑화된다. </li><li> C-장착 어댑터를 통해 현미경 안 경통에 고속 카메라를 탑재. 카메라는 빔 스플리터를 통해 현미경의 광로에 직면하게한다. 이더넷 케이블을 통해 데스크톱 컴퓨터에 카메라를 연결합니다. 그 계조가 판독 입력 휘도에 비례하도록 카메라 (1)에 감마 보정을 설정한다. </li><li> 광원의 전원을 켭니다. 과량의 열을 방지하기 위해, LED (발광 다이오드) 조명을 사용한다. </li><li> 예를 들어, &lt;(이미지 처리 소프트웨어를 사용하여/ 엠&gt;에 MATLAB 함수 imread)은 취득 된 화상의 계조 값을 얻었다. 나이프 에지를 제거 화상의 평균 계조 리드가 최대 값보다 약 10 % 이하가되도록 조명, 조리개와 노출 시간을 조정한다. 이는 0 % 차단 용 배경 강도를 나타내고, 우리는 8 비트 이미지 (230)의 값을 사용한다. </li><li> 완전히 입사광을 차단하기 위해 칼날을 넣습니다. 이미지의 평균 그레이 스케일 판독을 기록합니다. 이것은 100 % 차단을위한 배경 강도를 나타내고, 그 값은 약 15, 8 비트 화상에 대한 것이다. </li><li> 나이프 에지의 위치를​​ 조절하도록 상기 취득 된 화상의 평균 그레이 스케일 판독 값은 0 % 및 100 %에 대한 컷오프 값의 중간에 놓여있다. 지금 절단의 정도는 50 %로 설정된다. </li><li> 성분으로 서로 완전히 혼화 알려진 굴절률 (21)와 두 개의 투명한 액체를 준비합니다. 굴절 공업의 의존도를 평가하기혼합물의 농도에 대한 예는 문헌 (21)를 확인하거나 글래드스톤 - 데일 식 (22)를 사용합니다. 곡선이 전체 범위에 걸쳐 비선형 인 경우, 다른 유체 부품을 선택한다. 이어서, 용액의 굴절률 농도 변화하는 직선 아래에 지정된 조성물을 선택한다. 예를 들어, 작동 유체로서 0.05 질량 분율의 물로 희석 수성 에탄올을 사용한다. </li><li> 시편 무대에서 T-마이크로 넣습니다. 칼날에 합류 채널 병렬 너무 (그림 1) T - 마이크로 정렬. </li><li> 주사기는 기준 유체 (물)의 역할을 작동 유체로 충전되고, 주사기 B가 다른 작동 유체 (에탄올 희석)로 채워진다 : 두 개의 동일한 주사기를 준비한다. 주사기의 크기는 원하는 유량 Q와 주사기 펌프의 사양에 의존한다 : Q = D πd는 SYR의 내경은 2 V / 4인게 및 V는 플런저의 속도이다. 유량 맥동은 통상 23 V를 증가 작은 주사기를 선택함으로써 방지 될 수있다. </li><li> 비커에 T-마이크로 채널에서 출구 유체를 수집합니다. 확인 테프론 배출관 비커의 벽에 고정되고 그 단부 액적 breakoff 의해 발생 될 진동을 피하기 위해 비커 내의 액체 레벨 이하이다. </li></ol> 3. 교정 <ol><li> 두 유체 혼합과 참조 화상의 화상을 취득. <ol><li> 주어진 레이놀즈 수 (Re)에서, 주사기 펌프의 유량을 설정, Q. Q는 Q = μ (W + D) 재 / 4ρ, μ 및 ρ는 점도 및 작동 유체의 밀도 어디에, 및 W로부터 산출 및 D는 각각 T-마이크로 합류 채널의 폭 및 깊이이다. </li><li> 로드 한 주사기와 펌프와 SY와 다른 펌프ringe 나 연결은 T-마이크로의 두 입구는 테프론 튜브를 통해 주사기 B에 주사기. 동일한 체적 유량으로 T-마이크로 채널로 작동 유체를 전달하기 위해 주사기 펌프를 시작. </li><li> 꾸준한 흐름이 확립 될 때까지 기다립니다. 정상 흐름 조건은 고정 슐 리렌 패턴의 출현에 의해 정의된다. </li><li> 30 fps의 프레임 비율에서의 혼합 유체의 스물 프레임을 기록하는 카메라 제어 소프트웨어를 사용한다. </li><li> 오직 일정한 속도로 T-마이크로 합류 채널에 하나의 입구를 통해 상기 기준 유체 (물)을 주사기 펌프 B. 탑재되어 펌프를 정지. </li><li> 정상 흐름 상태에 도달 할 때 더 슐 리렌 패턴이 관찰되지 않을 때까지 기다립니다. </li><li> 광학적 불균일성이 T-마이크로 채널에 존재하지 않는 경우에 참조 화상을 취할 카메라 제어 소프트웨어를 사용한다. 30 fps의 프레임 비율에서 스무 프레임을 기록한다. </li><li> 다른 레이놀즈 수에서 3.1.7에 3.1.1를 반복 = 1 다시, 5, 10, 20, 50이되도록 더 복잡한 유동 구조는 T-마이크로 채널 (24)의 합류 영역에 출현하지 않는다. </li></ol></li><li> i 및 j는 픽셀 인덱스이다 참조 화상 I 0 (I, J) (25)에 의해 취득 된 화상 I (I, J)를 분할하는 화상 처리 소프트웨어를 사용한다. </li><li> T - 마이크로에있는 지정된 유체의 혼합을 시뮬레이션하기 위해 CFD (전산 유체 역학) 패키지를 사용한다. <ol><li> T-마이크로 채널의 형상에 대한 입체 모델을 구축. 격자 구조 내로 유동 도메인 이산화. , 정확도를 높일 합류와 T-마이크로의 중심 지역에 미세한 메쉬를 사용합니다. </li><li> 유체의 물성을 할당하고 유동 도메인 경계 조건을 확립한다. 해결 프로세스 중 마지막에서 얻어진 농도에서 농도 의존적​​ 확산 계수를 결정지방의 농도를 업데이트하기 위해 반복 (26). </li><li> 그리드 연구 (27)를 수행하여 계산 된 결과의 민감도를 검사합니다. </li></ol></li><li> 각 노드 (X I, I, Y)의 XY -plane에이 사다리꼴 규칙에 의해 채널 깊이에 걸쳐 농도 필드의 평균값을 취하는 CFD 포스트 - 프로세싱 툴을 채용 : w (X I, Y의 j) = {Σ k를 [W (X I, Y의 J, Z의 k)는 W + (X I는, Y의 J, Z의 K + 1)] ∙ (Z k에 한 - Z의 K) / 2} / D 28, D는 어디 채널 깊이. deriva을 계산하기 위해 중앙 차분 기법을 사용하여교차 흐름 방향에 대한 농도의적인 (∂ w / ∂의 Y) I, J = [(X I, Y j를 +1) w - w (X I, Y의 J-1)] / (Y의 J 한 - Y의 J-1). </li><li> 양 및 음의 기울기 모두를 들어, 그레이 스케일 값 I / I가 0 (3.2에서 얻어진 것) 및 질량 분율의 구배 ∂ w / ∂ Y는 Y = 0 (중심선으로 지정 장소에서 (3.4에서 얻어진 것), 유선의 비율을 추출 방향) 또는 다양한 주어진 X (가교 스트림 방향). </li><li> 결과 플롯과 내가 사이에 / I 0의 관계를 결정하고 ∂ ∂ / Y, I / I 0 승 </su선형 회귀와 / Y ∂ + C 2 (C 1과 C 2는 상수) W B&gt; C = 1 ∂. </li></ol> 4. 정량 <ol><li> 반복 3.1 대상 미세 유체 소자에 혼합 3.2 단계를 반복합니다. 대상 미세 유체 장치의 깊이는 동일하거나 T-마이크로에 가까운해야합니다. 비정상 현상이 예상되는 경우, 단계 3.1.4 대신에 비디오 클립 (이미지의 연속)를 취득. 노출 시간은 2.4, 2.5, 3.1.4 및 3.1.7에서 사용되는 값과 동일해야하는 동안 프레임 레이트가 분명히 과도 유동 역학을 해결하기에 충분히 높아야한다. </li><li> 대상 미세 유체 소자의 질량 분율의 구배 계조 값의 비율을 변환하는 단계에서 얻어진 3.6의 관계를 사용한다. </li></ol>

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저자가 공개하는 게 없다.

마이크로 유체 장치 내의 유체 혼합의 경우, 마이크로 슐 리렌 기술은 광 강도 변화를 정량화를 통해 농도 기울기의 크기를 측정 할 수있다. 이 기술의 원리는 빛의 전파의 교대를 검출에 의존하기 때문에, 작동 유체와 미세 유체 소자는 입사광에 대해 투명해야한다. 또한, 프로토콜은 용액의 굴절 지수와 작동 유체의 예비 평가가 필수적이다 지도록 조성물 간의 선형 관계를 필요로한다. 에탄올 수용액이 본원에서 입증 이외에도 마이크로 슐 리렌 기술이 성공적 염도 구배 29 solutocapillary 대류 30의 측정에 적용된다. 교정 과정에서 사용되는 정확한 측정, 조리개 범위, 조사 수준, 노출 시간, 대물 렌즈와 마이크로 깊이의 정량 방법에 사용되는 것과 동일 할 필요. 또한, 대물 렌즈의 상관 관계의 깊이는 미세 유동 장치의 전체 깊이를 커버하기에 충분히 커야한다. T-마이크로 믹싱의 보정 과정은 마이크로 슐 리렌 기술의 정확한 정량 분석​​에서 가장 중요한 단계이다. 제안 된 방법의 성공적인 구현을 위해, 사용자가 흐름 발진 (23)은, 과도한 열을 감소시키기 위해, LED 광원을 사용 피하기 위해 적절히 튜브 연결을 정렬 유체 전달을위한 작은 주사기 또는 공압을 이용해야하는 저 레이놀즈 수에서 보정 절차를 수행 (24), 및 고차 광학 효과 (31)을 제거하기 위해 초점 미세 유체 소자를 배치합니다. 최저 측정 구배 Y ∂ / w ∂, 가장 높은 측정 구배 반면 (명암 패턴, 카메라의 동적 범위에 링크 (밝은 패턴, ∂ / Y는 &lt;0 w ∂)&gt; 0)에 도달 할 때 칼날이 완전히 차단 굴절 된 빛을. 농도 구배의 넓은 범위를 검출하기 위해, 높은 ISO 값만큼 노출 부족이나 노출 과다가 발생하지 않는 장점이있다. 마이크로 슐 리렌 시스템이 식별 할 수없는 그 이하 검출 한계는 카메라가 해석 할 수있는 최소한의 강도 변화에 따라 달라집니다. 최소한의 강도 변화는 소음의 정도와 계조 표현의 수준에 의해 제한됩니다. 따라서, 큰 픽셀 깊이 고감도 카메라는 낮은 신호 애플리케이션에 대해 요구되고있다. 마이크로 슐 리렌 기술의 중요성은 두 겹이며; 한편으로는 간단한 광학 구성 실시간 비정상 전체 필드 측정을 가능하게한다. 어떠한 이물질 유동장을 방해하기 위해 도입되지 않도록 한편, 비 침습적이다. 마이크로 슐 리렌 기술은 초 미세의 입체 불균일성의 2 차원 투영을 생성하기 때문에기존의 방법에 의해 가려져 luidic 유지 장치, 복잡한 혼합 현상이 명확하게 알 수있다. 이 기술의 미래 응용 프로그램은 전기 화학적 과정에서 농도 구배를 정량화 또는 마이크로 플로우 환경에서 미생물 화성을 연구하기 위해 영양 기울기를 결정하는 것을 포함.

유체 혼합은 많은 산업 공정과 생물학적 시스템에서 발견되는 중요한 문제이다. 마이크로 유체의 출현과 함께, 마이크로의 혼합으로 인해 대량 전송 메커니즘 중 확산 지배에의 도전에 많은 관심을 가져왔다. 효과적인 마이크로 믹서에 필요한 정량적 검증을 설계하기 때문에, 여러 가지 측정 방법 5-7 개발되었다. 그럼에도 불구하고, 일반적으로 효율적인 micromixers 5 검색된 입체 구조는 공통 측정 기술들이 제공하지 못하는 농도 필드의보다 정확한 표현을 요구한다. 인해 각도 8 또는 반응 속도론 6의 시청 제한하기 위해 상기 한 방법 올바르게 혼합물의 균질성을 고려하지 않은 잘못된 결과를 생성 할 수있다. 광학적으로 투명 미세에 혼합 광학적으로 투명한 액체, 마이크로 슐 리렌 기술 3,9-14에 대한 </SUP&gt; 불균일 혼합 분석 할 수있는 매력적인 대안을 제공합니다. 과거에는, 마이크로 슐 리렌 기법은 주로 압축성 유동 9-13, 15 또는 16 단계 구배를 시각화하는데 사용되었다. 마이크로 슐 리렌 기술 간단한 광학 레이아웃 및 높은 감도 모두로부터 혜택 및 광 교란을 야기하지만 혼합을 평가하는데 사용하기에 적합하다 특정한 유동 특성의 비 침습성 조사까지도 가능하게한다. 본 논문에서는 현미경의 대물 렌즈의 초점면에 나이프 에지를 삽입하여 마이크로 슐 리렌 시스템을 구축, 정량 분석을 실현하는 교정 절차를 설명하고, 미세 유체 발진기 4 유효성 측정을보고한다. 측정을 구현하기 위해, 작동 유체를 적절히 혼합 유체의 굴절률은 조성에 따라 선형 적으로 변화되도록 선택되고, 대상 미세 유체 소자의 두께에 동일 아르전자는 교정에 사용됩니다. 종 농도 외에, 마이크로 슐 리렌 기법은 선​​형으로 온도 나 염분 등의 굴절율, 상관된다 다른 스칼라 양의 기울기를 측정하기 위해 확장 될 수있다.

<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

본 논문에서는 미세 유체 장치에 불균일 혼합 측정하기 위해 마이크로 슐 리렌 기법의 사용을 소개합니다. 슐 리렌 마이크로 시스템은 슬릿 판을 제거하고 칼날에 변조기를 대체함으로써, 대물 렌즈의 후방 초점면에 쉽게 액세스 할 호프만 변조 현미경으로부터 구성된다. 마이크로 슐 리렌 기술의 작동 원리는 굴절률 1-3의 변화에 의한 빛의 편향을 검출에 의존한다. 편향 빛이 탈출 또는 각각 밝거나 어두운 밴드를 생산하는 칼날에 의해 가려 하나. 혼합물의 굴절률이 그 조성과 함께 선형 적으로 변화하는 경우, 이미지면에서의 광 강도의 변화는 로컬 광축에 수직 농도 구배에 비례한다. 마이크로 슐 리렌 화상 입체 불균일성에 의해 생성 된 광의 교란 이차원 투영을 준다. 정량 분석​​을 수행하기 위해, T-마이크로 채널에서 두 유체 혼합 교정 과정을 설명한다. 우리는 해당 마이크로 슐 리렌 화상과 밀접한 상관 관계 T-마이크로 채널에서 농도 구배를 얻는 수치 시뮬레이션을 수행한다. 이에 비해, 마이크로 슐 리렌 화상의 계조 판독 및 미세 유체 소자에서 제시된 농도 기울기 사이의 관계가 성립된다. 이 관계를 사용하여, 우리는 마이크로 유체 발진기 (4)에 측정과 마이크로 슐 리렌 기법의 능력을 준 마이크로 슐 리렌에서 이미지 혼합 불균일성을 분석하여 입증 할 수있다. 광학적으로 투명한 유체, 마이크로 슐 리렌 기술은 혼합 공정의 3 차원 기능을 유지 순시 전체 필드의 정보를 제공하는 진단 도구 매력적이다.

그레이 스케일 비는 I / 질량 분율의 양 및 음의 기울기 모두 다른 레이놀즈 수 미만 I 0 T - 마이크로 채널의 중간에 나타나는 대칭 밴드 (도 2)를 나타낸다. 낮은 레이놀즈 수에서, 슐 리렌 밴드의 꼬리 인해 혼합 인터페이스를 통해 분산 확장과 희미합니다. 레이놀즈 수가 증가함에 따라, 확산 길이는 좁은 밴드 선도 단축시킨다. 다른 다운 스트림 위치에서 강도 변화 ΔI의 변형 / I가 교차 흐름 방향을 따라 0 정량적 (도 3)에 도시되어있다. 보정 과정에서의 결과가 (도 4a 표현 및 (b)). 나는 사이의 관계 / I 0 승 ∂ / ∂ y는 레이놀즈 NUM의 선형 및 독립적BER. 회귀 분석에서, I / I 0 = -110 ∂ W / 대한 Y + 1.03 ∂ ∂ W / ∂ Y&gt; 0 및 I / I 0 = -160 ∂ W / Y ∂ + 0.83를위한 W / ∂ Y &lt;∂ 0 , ∂ ∂ y는 μm의 -1에 / W. 상대 불확실성은 ± 3.8 %이며, 각각도 4a 및도 4b에서 3.2 % ~ ±. 데이터 포인트가 평준화 여기서 검출 한계에 도달한다. 이 플러스, 마이너스의 기울기 경사에 편차가 3 드물지되는 것은 아니다. 이들 방정식을 사용하여, 마이크로 유체 발진기 4 시간 질량 분율 구배의 변동 (도 5)를 볼 수있다. 혼합 인터페이스 공진 영역으로 편향 및 C 불안정성 유동된다ommences. 이 비디오도 명확 미세 발진기 유동의 진동 특성을 계시하고 미세 유체 소자에 시분 전체 필드 농도 구배를 캡처 마이크로 슐 리렌 기법의 능력을 보여준다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig1.jpg" /> 광 설치의 그림 1. 도식. 칼날의 방향은 굴절률의 긍정적 인 그라데이션 어두운 밴드를 생산하고 있습니다. 광은 굴절률을 증가시키는 방향으로 편향시킨다. 대물 렌즈는 이미지를 반전하기 때문에, 블로킹 - 영역 (Y)은 왜곡 된 광을 차폐하고 어두운 밴드를 생성한다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig2.jpg" /> 운데 T-마이크로 채널에서 혼합 그레이 스케일 판독 그림 2. 비율<html> . 다른 흐름 구성을 r에 긍정적이고 부정적인 그라데이션은 각각 어둡고 밝은 밴드가 발생. 레이놀즈 수의 증가함에 따라, 밴드는 더 집중하게된다. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig3.jpg" /> 도 3 포지티브 및 네거티브 모두 그라디언트 교차 흐름 방향 강도 변화의 변화. 리 = 1 및 R6 = 5. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52915/52915fig4.jpg" /> 그림 질량 분율의 기울기와 그레이 스케일 비율 사이 4. 관계. 긍정과 부정 모두 그라디언트를 들어, 그레이 스케일 비율은 질량 분율 기울기에 따라 선형 적으로 변화한다. 915 / 52915fig5.jpg &quot;/&gt; <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52915/52915fig5.mp4" target="_blank">그림 5 (비디오 그림).</a> 다시 = (250) 흐름의 진동을 통해 혼합 특성에 미세 유체 발진기의 질량 분율 그라데이션의 발전이 성공적으로 마이크로 슐 리렌 기술에 의해 캡처됩니다.

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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.

마이크로 스케일 슐 리렌 기술에 의해 미세 유체 소자 믹싱 비균질성 분석

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 조회수.  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. 

비디오: 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.

종양 Microenvironment를 재현을위한 마이크로 유체 장치<em&gt; 체외에서</em

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

연구

생체공학

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.

여러 고유 긴장 유학을위한 마이크로 유체 장치

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.

미세 유체 기술은 셀 변형능을 검사 할

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.

마이크로 소용돌이를 이용한 순차 분자 전달을위한 Electroporator을

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.

마이크로 기둥 미세 유체 장치에서 바이오 필름 보리 형성을위한 프로토콜

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.

Microtissue 안정화를위한 미세 유체 장치에서 레이어별로 층 콜라겐 증착

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.

에 Microengineered 인간의 장내 융모와 생활 마이크로 바이 옴의 공동 문화 창자 - 온 - 어 - 칩 미세 유체 장치

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.

드라이 필름 포토 레지스트 기반 전기 화학 미세 바이오 센서 플랫폼: 장치 제작, 온 칩 시험 준비 및 시스템 운영

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.

미세 소자에서 조직 모델 perfusable 혈관 네트워크

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.