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调查的重力对流体流动的影响在Cu-MICA微通道

Harneet Kour Khajuria1,Simranjit考尔2,Parveen Lehana3
  1. M。科技学生(ECE)、ECE称,SSCET, Badhani, Pathankot,印度旁遮普
  2. 助理教授,部门的ECE、SSCET Badhani, Pathankot,印度旁遮普
  3. 副教授,物理学和电子称,查谟大学印度查谟
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文摘

微流体是一个新兴技术用于流体分析和微尺度应用DNA测序、细胞分离、化学结合,分析,粒子跟踪,opto-fluidics,蛋白质结晶,微分析、等的微观流体流动通道的参数可能取决于形状,尺寸,材料,和方向的通道。高取向也会影响液体的流量在给定的微通道重力。本文的目的是探讨在微流体流动重力的影响。三个不同的微观流体。巩膜被捏造的PCB基板使用丝网印刷和腐蚀。调查进行了使用不同的角巩膜的海拔。分析结果表明,微观流体的流动是角和材料相关的。

关键字
氯仿、乙醇、重力,甲醇,微通道,微流体。

介绍
微流控组件的小型化和集成利用极大的产生到发展的各种微流控设备综合使用不同的制备方法[1]。微流体目前处于青春期,似乎很有前途的技术几乎在各种应用程序中使用,尽管其局限性。它提供了解决非专业用户在纳米工作或在射流流体物理探索应用光学和有机合成的细胞在微通道[2]- [5]。
最近的调查显示微流体的流体作为微量分析的新兴技术的生物医学研究[5]和其他微观规模应用,如生物医药等领域[6],[7],化学绑定、免疫测定、细胞分类,和细胞分离[2]。它也用于测量的应用,如流体的粘滞性,细胞仪结果[8],毛细管电泳[1],[9],[10]扩散系数等。DNA测序及其净化是一种重要的微流体应用在生物医学研究。微流体装置可能被他们区别于其他设备包含一个或多个频道的小尺寸几乎小于1 mm [1], [2]。微观流体包括常见的液体,如细菌细胞悬浮液,血液样本,蛋白质或抗体解决方案,等[1],[2]。文献综述的微流体各微型应用程序显示了它的实用性[6],[11]- [16]。
Zingerle和里希特在1994年报道微流体设备的动态行为,如微阀,隔膜泵,和流动渠道提供另一种方式来研究复杂的流体系统的动态行为。石头出版社[11]在2003年提出了一个审查论文讨论的概述流在微流体设备专注于电动力学、混合、分散和多相流从而说明工业和科学使用微流体。不同的流体动力学问题由于多个物理效应,如压力梯度、毛细现象电动力学等进行了讨论。张等人[12]在2008年得出结论,大部分的微制造过程是基于平面技术。拓扑电极对电场分布的影响进行了研究在模拟利用COMSOL 4.2。Barbaros出版社在2009年[13]调查使用ACDEP颗粒和细胞的分离。唠叨出版社[14]在2010年回顾了自2000年以来,基于微流体分析的发展与小型化和观察到它作为一种很有前途的技术在免疫测定微观流体系统视为一个很大的优势。一个替代方法之前使用微流控操纵技术,如电动力学流已经开发了复杂的生物分析和数字微流体。李等人[6]在2012年报道的一个成本有效的方法构造3 d微电极领域的微流体通过光刻和溅射技术。Jay Raj出版社[14]在2010年回顾了在微流体混合在微观流体总结不同调查自2005年以来在分析流体流动和混合的微细血管进一步提供实验技术测量流模式,速度,微混合器的混合性能启蒙的重要性微观混合使用对微流控芯片实验室在生化分析术语。 Different designs of micro mixers were described and a focus on mixing performance of each has been made. Wong et.al [15] in the year 2012 worked for sorting and then separating micro dimension particles continuously with respect to size using a PDMS based ACDEP device. Murray et al. [16] in year 2012 described the microfluidic tuning of channels using polymer actuators exploring the application of microfluidics in the biology and medicinal field to accomplish the on chip fluid sample manipulation and development of EAM.
的微观流体流动通道的参数可能取决于形状,尺寸,材料,和方向的通道。可能会升高取向也会影响液体的流量在给定的微通道由于重力。本文的目的是探讨在微流体流动重力的影响。微流体的基本知识在第二部分介绍如下。调查的方法见第三部分。第四节中给出的结果和讨论,结论在第五部分。

微流体基本知识
微流体的数值模拟是一个优化工具用来可视化复杂流动现象,否则很难获得实验[1]。微流控分析参数在下面的子部分解释。
答:雷诺数
少一个维度参数称为雷诺数是用来确定几何流取决于特殊的流的类型。雷诺数是用来描述流体在微通道的流动,在数学上定义为[1]:
图像
L = 4 / P通道长度,crossectional区域的通道,P的湿周通道,μ的粘度、流体密度ρ,Vavg平均流速[1]。
再保险取决于材料的性质(密度、粘度),边界条件和临界速度。在微流体雷诺数小于25是常见的。的基础上雷诺数和通道截面几何的变化转变临界点确定流体流动是层流,瞬态或湍流如下表[17]。
因为对于小尺寸,雷诺数远低于100年微流体,通常小于1这意味着微观流体的流动是层流没有发生任何动荡。此外,微流体的层流也可以运输雷诺数的湍流如果获得的大约2000 [18]。
b类型的流
流体流动可以分为以下主要类型[17]- [20]。每种类型的流的特点介绍:
1)层流:这种类型的流体流动是层流平稳滑动的相邻层,类似于一个平行层流动已经观察到,随着时间的推移速度矢量是恒定的。流动速度相对较低,这种流体的雷诺数值小于2300 [17],[19]。
2)湍流:在更高的速度称为层流紊流有时。这种流动的雷诺数值通常是超过4000。在动荡的流体类型卷曲电场线的观察导致相邻层以这样一种方式的混合,发生不可预知的速度矢量场的发展。观察到的流型是越来越动荡向更高的速度(17 - 20)。
3)瞬变流动:这是一个周期性的流动,称为第三微流体流态。它包含了表面波和声波。雷诺数2300和4000之间的值不同。
微流体流动通常是一种层流流体雷诺数确定的值小于2300 [18]- [20]。然而,流体流动从层流到湍流也会发生由于其敏感性流动干扰和信道的不完美。斯托克斯流层流的极端的例子是涉及流体通过渠道的匍匐在雷诺数小于1。这是由于更大的粘性力相对于惯性力的影响在低雷诺数的价值观。微流体流态包括各种类型的泡沫流等流鼻涕虫/泰勒流、搅拌流、弹状流和环状流[18]- [22]。这些流图2所示。
c .粘度
粘度的流体的定义是其内部流动阻力。的财产构成摩擦的流体称为粘度。有必要确定流速度自低粘度的液体速度相比,高粘性液体流动[6]。
d .液体的高度
材料画的数量由于毛细管作用称为液体的高度,用h。毛细管作用的基础微流体由于毛细管压力流体在微通道流动取决于胶粘剂分子间作用力的毛细管作用在液体-基体界面变得更强于粘性液体内部的分子间作用力。因此每当流体与微通道交互即毛细管界面,表面张力诱导使流体在微通道流推进[23]。人类的眼睛是最好的例子定义毛细管作用的眼睛由于眼泪在眼睛变得澄清了在每一个闪烁的眼睛。其他的例子包括吸水纸毛巾,蜡烛威克斯,等[23]。数学上,液体是表示为的高度
imge
其中γ表示表面张力的液体,接触角θ,r是列半径,g表示引力,ρ是密度[24]。雷竞技网页版
流体流动的毛细血管crossectional维度1毫米以上形成一个新的名为milli-fluidic射流系统系统。在毫射流系统过渡到湍流雷诺数值达到1时,不能忽视。这是一个限制milli -射流系统如果相比其他射流系统甚至微流体系统[23]。

方法
提出的方法用于研究分为三个步骤:微通道传输模式,模式蚀刻和颞流体流动分析。解释这些步骤如下。
步骤1:微通道传输模式
微流控通道模式是在铜制作的丝网印刷。这些调查渠道的形状被选为“Y”形。通道被固定为1毫米的宽度和长度为3.6厘米。通道的底部的材料是铜的云母和边界。
步骤2:蚀刻图案
在蚀刻,删除不需要的铜衬底使用氯化铁。腐蚀剂的解决方案是准备使用氯化铁粉和水的比例1:3体积(图3)。混合是不停的用玻璃棒搅拌,直到整个块氯化铁溶解在水里。微通道的铜基体浸入腐蚀剂托盘和托盘倾斜然后轻轻地在水平和垂直方向搅拌溶液直到观察到腐蚀发生即去除铜的云母未开始发生地区。提高反应的速率,红外线灯是用来加热解决方案。这一过程耗时12至15分钟完成。蚀刻图案所示图3 b。
步骤3:颞流体流动分析
调查进行了使用三种液体乙醇,甲醇,氯仿。这些液体的物理特性列在表二世。
金属注射器被用来注射乙醇,甲醇,氯仿的通道。液体的流动在Cu-Mica微通道是数字电影摄影机观察和记录使用。调查进行了不同角度的海拔从100年到900年(图4)。

结果和讨论
调查的结果绘制在图5和图6。不同角度的流动时间的海拔(图5)显示,氯仿需要最小时间和乙醇最大时间在每一个仰角。在海拔更高的角度,不同的液体的重力对流动的影响是可以忽略不计。
流速度的增加与仰角(图6)。氯仿显示最大速度和乙醇作为最低海拔的各个角度。所表现出的最大的变化速度(加速度)氯仿范围600 - 700。甲醇和乙醇的最大加速度是在同一个范围800 - 900。流的模式是独特的在不同的液体,微通道分析可以用于自动识别。

结论
调查进行了研究重力的影响通过Cu-Mica式微通道流动的液体。分析结果表明,不同的液体具有独特的流动模式,因此他们可能使用微通道自动识别分析。

表乍一看
表的图标 表的图标
表1 表2

数据乍一看
图1 图2 图3
图1 图2 图3
图4 图5 图3
图4 图5 图6

引用
























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