Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thước đo giọt trong thời gian thực cho vi tuần hoàn số
Tóm tắt
Chúng tôi đã phát triển một phương pháp quang học, không cần vi chế tạo để thực hiện các phép đo đặc tính của từng giọt (tần suất sản xuất, vận tốc, và chiều dài) chảy trong một kênh vi chất lỏng trong suốt. Phương pháp của chúng tôi bao gồm việc giải thích tín hiệu vi phân được tạo ra bởi một cặp điốt quang được kết nối đầu-nối đuôi do sự biến động của độ chiếu sáng khi giọt đi qua. Chúng tôi đã kiểm tra tính liên quan của phương pháp không nền này bằng cách so sánh kết quả với các phép đo video và quan sát thấy sự phù hợp rất tốt ở tần suất lên đến dải kHz. Hơn nữa, vì các giá trị đo được lưu trữ trong một tệp văn bản đơn giản, việc đặc trưng dòng chảy trong thời gian rất dài (vài giờ) trở nên khả thi. Chúng tôi đã áp dụng khả năng này để thực hiện ba ví dụ nghiên cứu dài hạn: các chế độ tĩnh, các chế độ chuyển tiếp, và hiệu ứng của một lực tác động bên ngoài. Một số đặc điểm bất ngờ, như biến động trong thời gian dài, do đó có thể được chứng minh.
Từ khóa
#quang học #vi chất lỏng #giọt #phép đo thời gian thực #tần suất sản xuất #vận tốc #chiều dàiTài liệu tham khảo
Abate AR, Romanowsky MB, Agresti JJ, Weitz DA (2009) Valve-based flow focusing for drop formation. Appl Phys Lett 94:023503. doi:10.1063/1.3067862. http://link.aip.org/link/?APL/94/023503/1
Baker CA, Duong CT, Grimley A, Roper MG (2009) Recent advances in microfluidic detection systems. Bioanalysis 1:967–975. http://www.future-science.com/doi/abs/10.4155/bio.09.86
Baroud CN, Delville JP, Gallaire F, Wunenburger R (2007a) Thermocapillary valve for droplet production and sorting. Phys Rev E 75:046302. doi:10.1103/PhysRevE.75.046302
Baroud CN, Robert de Saint Vincent M, Delville JP (2007b) An optical toolbox for total control of droplet microfluidics. Lab Chip 7:1029–1033. http://www.rsc.org/Publishing/Journals/LC/article.asp?doi=b702472j
Bong KW, Chapin SC, Pregibon DC, Baah D, Floyd-Smith TM, Doyle PS (2011) Compressed-air flow control system. Lab Chip 11:743–747. doi:10.1039/C0LC00303D. http://dx.doi.org/10.1039/C0LC00303D
Cartellier A (1990) Optical probes for local void fraction measurements: characterization of performance. Rev Sci Instrum 61:874–886. doi:10.1063/1.1141457. http://link.aip.org/link/?RSI/61/874/1
Cartellier A (1992) Simultaneous void fraction measurement, bubble velocity, and size estimate using a single optical probe in gas–liquid two-phase flows. Rev Sci Instrum 63:5442–5453. doi:10.1063/1.1143416. http://link.aip.org/link/RSINAK/v63/i11/p5442/s1
Christopher GF, Anna SL (2007) Microfluidic methods for generating continuous droplet streams. J Phys D Appl Phys 40:R319–R336. http://stacks.iop.org/0022-3727/40/i=19/a=R01
Cox JA, Zins CJ (2006) Cytometer cell counting and size measurement method. International Patent WO/2006/119106
Cox JA, Zins CJ (2010) Particle parameter determination system. US Patent 7688427
de Lasa HI, Lee SL, Bergougnou MA (1987) Multi-probe system for measuring bubble characteristics gas hold-up, liquid hold-up and solid hold-up in a three-phase fluidized bed. US Patent 4659218
Dittrich PS, Tachikawa K, Manz A (2006) Micro total analysis systems. Latest advancements and trends. Anal Chem 78:3887–3908. doi:10.1021/ac0605602. http://dx.doi.org/10.1021/ac0605602
Duffy DC, McDonald JC, Schueller OJA, Whitesides GM (1998) Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Anal Chem 70:4974–4984. http://dx.doi.org/10.1021/ac980656z
Engl W, Roché M, Colin A, Panizza P, Ajdari A (2005) Droplet traffic at a simple junction at low capillary numbers. Phys Rev Lett 95:208304. doi:10.1103/PhysRevLett.95.208304. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.95.208304
Galas JC, Bartolo D, Studer V (2009) Active connectors for microfluidic drops on demand. New J Phys 11:075027. http://stacks.iop.org/1367-2630/11/i=7/a=075027
Götz S, Karst U (2007) Recent developments in optical detection methods for microchip separations. Anal Bioanal Chem 387:183–192. http://dx.doi.org/10.1007/s00216-006-0820-8
Hironaga K, Nishiura T (1985) Apparatus for measuring two-phase flow. US Patent 4516432
Huebner A, Sharma S, Srisa-Art M, Hollfelder F, Edel JB, deMello AJ (2008) Microdroplets: a sea of applications? Lab Chip 8:1244–1254. doi:10.1039/B806405A. http://dx.doi.org/10.1039/B806405A
Jakiela S, Makulska S, Korczyk PM, Garstecki P (2011) Speed of flow of individual droplets in microfluidic channels as a function of the capillary number, volume of droplets and contrast of viscosities. Lab Chip 11:3603–3608. doi:10.1039/C1LC20534J. http://dx.doi.org/10.1039/C1LC20534J
Jousse F, Lian G, Janes R, Melrose J (2005) Compact model for multi-phase liquid-liquid flows in micro-fluidic devices. Lab Chip 5:646–656
Korczyk PM, Cybulski O, Makulska S, Garstecki P (2011) Effects of unsteadiness of the rates of flow on the dynamics of formation of droplets in microfluidic systems. Lab Chip 11:173–175. doi:10.1039/C0LC00088D. http://dx.doi.org/10.1039/C0LC00088D
Lee W, Walker LM, Anna SL (2009) Role of geometry and fluid properties in droplet and thread formation processes in planar flow focusing. Phys Fluids 21:032103. doi:10.1063/1.3081407. http://link.aip.org/link/?PHF/21/032103/1
Lim HJ, Chang KA, Su CB, Chen CY (2008) Bubble velocity, diameter, and void fraction measurements in a multiphase flow using fiber optic reflectometer. Rev Sci Instrum 79:125105. doi:10.1063/1.3053271. http://link.aip.org/link/?RSI/79/125105/1
Link DR, Grasland-Mongrain E, Duri A, Sarrazin F, Cheng Z, Cristobal G, Marquez M, Weitz DA (2006) Electric control of droplets in microfluidic devices. Angew Chem Int Ed 45:2556–2560. doi:10.1002/anie.200503540. http://dx.doi.org/10.1002/anie.200503540
Liu S, Gu Y, Le Roux RB, Matthews SM, Bratton D, Yunus K, Fisher AC, Huck WTS (2008) The electrochemical detection of droplets in microfluidic devices. Lab Chip 8:1937–1942. doi:10.1039/B809744E. http://dx.doi.org/10.1039/B809744E
Milne G, Rhodes D, MacDonald M, Dholakia K (2007) Fractionation of polydisperse colloid with acousto-optically generated potential energy landscapes. Opt Lett 32(9):1144–1146. doi:10.1364/OL.32.001144. http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-32-9-1144
Nguyen NT, Lassemono S, Chollet FA (2006) Optical detection for droplet size control in microfluidic droplet-based analysis systems. Sens Actuators B 117:431–436. doi:10.1016/j.snb.2005.12.010. http://www.sciencedirect.com/science/article/B6THH-4J2M4CB-9/2/1ca9ced8282d056b3c8a94d40a78f2ea
Niu X, Zhang M, Peng S, Wen W, Sheng P (2007) Real-time detection, control, and sorting of microfluidic droplets. Biomicrofluidics 1:044101. doi:10.1063/1.2795392. http://link.aip.org/link/BIOMGB/v1/i4/p044101/s1
Padgett M, Di Leonardo R (2011) Holographic optical tweezers and their relevance to lab on chip devices. Lab Chip 11:1196–1205. doi:10.1039/C0LC00526F. http://dx.doi.org/10.1039/C0LC00526F
Revellin R, Dupont V, Ursenbacher T, Thome JR, Zun I (2006) Characterization of diabatic two-phase flows in microchannels: flow parameter results for r-134a in a 0.5 mm channel. Int J Multiphase Flow 32:755–774. doi:10.1016/j.ijmultiphaseflow.2006.02.016. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301932206000541
Song H, Chen DL, Ismagilov RF (2006) Reactions in droplets in microfluidic channels. Angew Chem Int Ed 45:7336–7356. http://dx.doi.org/10.1002/anie.200601554
Sun T, Morgan H (2010) Single-cell microfluidic impedance cytometry: a review. Microfluid Nanofluid 8:423–443. http://dx.doi.org/10.1007/s10404-010-0580-9
Teh SY, Lin R, Hung LH, Lee AP (2008) Droplet microfluidics. Lab Chip 8:198–220. doi:10.1039/B715524G. http://dx.doi.org/10.1039/B715524G
Trivedi V, Doshi A, Kurup GK, Ereifej E, Vandevord PJ, Basu AS (2010) A modular approach for the generation, storage, mixing, and detection of droplet libraries for high throughput screening. Lab Chip 10:2433–2442. doi:10.1039/C004768F. http://dx.doi.org/10.1039/C004768F
Ward T, Faivre M, Abkarian M, Stone HA (2005) Microfluidic flow focusing: Drop size and scaling in pressure versus flow-rate-driven pumping. Electrophoresis 26:3716–3724. doi:10.1002/elps.200500173. http://dx.doi.org/10.1002/elps.200500173
Willaime H, Barbier V, Kloul L, Maine S, Tabeling P (2006) Arnold tongues in a microfluidic drop emitter. Phys Rev Lett 96:054501. doi:10.1103/PhysRevLett.96.054501. http://link.aps.org/abstract/PRL/v96/e054501