Mikro Kanallarda Akışkanlar Velocity için Yenilikçi Teknikler

Giriş Giriş Giriş

Mikro Kanallarda sıvı hızı, modern mikroflorediklerin temel taşıdır, biyomedikal tanılarda doğrudan ilerlemeler, ilaç sunumu, kimyasal sentez ve ısı transferi, kompakt cihazlarda ısı geçişi.Bu alt-millimeter ölçeklerde, akış davranışı, makro ölçekli bir akıştan keskin bir şekilde hareket eder: Reynolds sayıları düşük, laminar akışları hakimdir ve optik komplikeli olmayan yöntemler ile yüzeysel yöntemler arasındaki yüzeysel yöntemler ve yüzeysel yöntemler arasındaki hızları birleştirir.

Her tekniğin neden işe yaradığını takdir etmek için, ilk önce mikro kanal akışının temel kısıtlamaları hatırlamaya yardımcı olur.Vizyonus kuvvetlerine giriş, bu hız profillerinin tipik olarak parabolik (Poiseuille akış) doğrudan kanallarında sıfır kayma ile, karmaşık geometriler, multifaz akışlar veya biyolojik sıvılar, gelişmiş ölçüm araçları gerektiren üç boyutlu desenler.

Mikro Kanal Akışı Ölçümü

Mikro kanal akışları küçük uzunluk ölçekleri (mikrometreler milimetreler için) ve düşük Reynolds sayıları (tipik olarak Re < 100, genellikle velt; 1). Bu tür koşullar altında, akış en düşük ve geçici olaylar için neredeyse yok değildir. Bu basitleme hızı profili tahmini, aynı zamanda herhangi bir ölçüm tekniğinin akışını mümkün olduğunca az rahatsız etmesi gerekir. Anahtar parametreler, kılavuzluk seçiminin yer alan doğrusal olmayan çözünürlük (toplayıcı olmayan)

Bir başka önemli husus, birden fazla boyuttaki hız verileri için ihtiyaçtır. Nokta ölçümleri (örneğin, tek bir yerde) bazı uygulamalar için yeterlidir, tam iki boyutlu veya üç boyutlu hız alanları karıştırmak, vortex formunu ve parçacık taşımasını sağlar. Birçok modern teknik akış alanını yeniden inşa etmek için tarama veya hacimsel görüntüleme kullanır.

Optik Teknikler

Optik yöntemler mikro kanal velocimetri için en yaygın kullanılan kategori olarak kalır, sıvının kendisi veya ek izr parçacıkları ile etkileşime girebilmek için görünür ışık kullanın. Yüksek çözünürlük, non-vaziflik ve tüm alanı verileri yakalama yeteneği sunar.

Parçacık Görüntü Velocimetri (PIV) ve Micro-PIV

[FONT=0)Particle Image Velocimetri (PIV)[Dönetici)[Dönetici)[değiştir | kaynağı değiştir] ve yüksek çözünürlükte iki yüzeysel görüntüyü kullanarak, yüksek çözünürlükte iki boyutlu görüntüyü elde etmek için, yüksek çözünürlükte bir şekilde ayarlayın.

Lazer Doppler Velocimetri (LDV) ve Micro-LDV

[FONT=0)Laser Doppler Velocimetri (LDV)[Döneticileri bir dizi girişim ağı üzerinden dağıtan ışık geçişi ile ısıtılır.İki koherent lazer kirişleri ölçüm noktasından ayrılır, bir disko-görüntü ile hareket eder, ancak hıza doğru orantılı olarak çalışır.

Evan Wave Velocimetri

Kanal duvarının çok yakın ölçümler için (100-500 nm ile), evaliz dalga teknikleri toplam içsel yansımayı kullanır. Bir lazer kritik açının ötesinde duvar-fluid arayüzüne yönlendirilir, üstel olarak çürütme elektromanyetik alan, sadece yüzlerce nanometreyi sıvıya nüfuz eder.

Fluorescence Correlation Spectroskop (FCS) ve Fluorescence Cross-Correlation

Parçacık pozisyonları izleme yerine, 03.Fluorescence Correlation Spectroskopu (FCS)), küçük bir gözlem hacminden (femtoliter) düşük derecede rahatsız edici ve akışla ilgili olarak, FCS, iki diffüzyon katlarını ve akış ve akış ve akış ve akış değişkenlerini otomatikleştirmek için tek bir noktaya kadar yüklenebilir. birincil avantajını kullanarak moleküler izler (örneğin, küçük organik boyalar) ile çalışma yeteneğidir.

Parçacık bazlı Yöntemler PIV

Nanopartikül İzleme Analizi (NTA)

NTA genellikle parçacık boyutunun dağılımını ölçmek için kullanılırken, aktığın ağ geçidinin bilinen veya kontrol edildiği zaman hız bilgileri sağlayabilir.A kamera, Brownian hareketini izler ve nanopartiküllerin reklamını izler (20-1000 nm) küçük bir alandan / her parçacığın yörüngesini yakalamak için yeterlidir. NTA, yüksek çerçeveli kanallardan uzak durmaya ihtiyaç duyduğu hızlı mücadeleler ile mücadele eder.

Parçacık Streak Velocimetri (PSV)

PSV'de, uzun süreli görüntüleme kayıtları, hareket eden partiküllerin sürekli ışık kaynağı tarafından aydınlatılmasıyla oluşturulan çizgileri kaydeder.Her çizginin uzunluğu ve yönelimi hız büyüklüğü ve yön. PSV genellikle PIV'den daha basit çünkü iki-pulse senkronizasyonu gerektirmez; tek uzun vadeli bir görüntü, karmaşık alanlardan kaçınmak veya yeniden hareket etmek için yeterince sıkıştırılabilir.

Elektrik ve Manyetik Yöntemler

Manyetik Resonance Velocimetri (MRV)

Manyetik Resonance Velocimetri, MRG'lerin (özellikle de diğer uygun sıvılar) nükleer dalgalar ile uyumlu ve daha sonra optik olarak opak kanalları ve dokular ile sabit bir şekilde sabitlenebilir.

Elektrokimya Velocimetri

Bu teknik, bir kalibrasyon veya teorik model aracılığıyla mikroelektrodes kullanır, bir elektroaktif türlerin kütle transferini ölçebilir ve elektrot yüzeyindeki akış hızına bağlıdır (kont-diffüzyon) Elektronöre veya teorik modele göre, tek bir nokta, yerel ve konum ölçümlerini belirleyebilir ve tam-on-a-çi-çizor cihazlara entegre edilebilir. Ancak, elektrokimyasal yöntemlere ihtiyaç duydukları mantıklıdır.

Impedance-Based Velocimetri

Bu yaklaşımda, bir çift mikroelekrodallar AC gerilimi uygular ve aralarındaki dürtüler, akans veya iyonlar tarafından akılır. Bilinen bir geometride iki çift kullanarak (örneğin, bir zaman ışığı düzenleme), bir perturbasyon geçiş zamanı hıza dönüştürülebilir. Impedance velocimetri etiketi bağımsız, hızlı ve biyolojik sıvılarla uyumludur.

Mikrofabricated Sensörler (MEMS)

Mikroelectromechanical sistemler doğrudan, kanal hızı algılaması minimum dış optik ile mevcuttur:0) Normal anemometreler) ve [[Dönetici sensörleri).

[FONT:0] ⁇ anemometreler[[Döneticiler[Döneticiler) bir kanal boyunca birden fazla sensöre güvenerek, bir platin dirençle ısıtılabilir ve hareket eden sıvıya göre yüksek çözünürlükte bir tepki elde etmek için gerekli olan güç, sürekli ısı değiştiricileri ile ilişkili ısı değiştiricileri ve ısı iletkenliği ve vitreus gibi akışkan özellikleri ölçebilir.

[[Düzücüksel olmayan sensörler[Döneticiler) , küçük bir kantile üzerinde akış tarafından uygulanan sürüklenme kuvvetini ölçmektir.Aksilik (measured optik veya pastazoresist olarak) yerel hız meydanındaki ile orantılıdır. Bu sensörler düşük ve konumlarda son derece hassastır ve akanık olabilir ve akanlık alanı rahatsız edebilir.

Gelişen ve Hibrit Yaklaşımlar

En heyecan verici son gelişmeler, aksi takdirde belirsiz olacaktır ham verilerden hız bilgilerini çıkarmak için birden çok ölçüm prensibini birleştirir.

Makine-Learning-Assisted Velocimetri

Derin öğrenme, birkaç şekilde hız çıkarmayı dönüştürmektir. Convolutional sinir ağları (CNNs)[Döneticileri takip etmek, görüntü dizilerinden gelen, yüksek parçacık yoğunluğu ve aşırı uçlu ölçümler gibi sorunlarla sınırlı olabilir. Örneğin, birkaçPhysPhysV noktası ölçümler tüm alanı kısıtlayıcı ve fiziksel bir şekilde azaltılabilir.

Optofluidic Resonators

Mikrospering-gallery-mode (WGM) resonatörler - mikrosperasyonlar veya ring rezonanslar tarafından oluşturulan rezonanslar - çok küçük bir ayak izi ile ilgili değişiklikler için mükemmel bir şekilde hassastır, ancak şu anda karmaşık ve şu anda yakın olan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunurlar.

Ultrasonik Velocimetri Mikroscale

Yüksek frekanslı ultrason (eski aralık) alt kata kadar odaklanılabilir ve çok dar kanallardan gelen Doppler geçişlerini tespit etmek için kullanılır (örneğin, hücreler, mikrobübbles). ultrason tüm kan akışları boyunca mükemmel bir penetrasyonu sağlarken, mikro kanaldaki uzaysal çözünürlüğü genellikle on ila yüz mikrometredir - 500 μm veya daha büyük kanallar için yeterlidir.

Tekniklerin Karşılaştırma Analizi

Doğru velocimetri yöntemi seçmek, karar arasındaki ticarete bağlıdır, invaziyete, hıza ve karmaşıklığına bağlıdır. Aşağıdaki özet temel kontrastlara işaret eder:

Birçok uygulama için, teknikler kombinasyonu en iyi sonuçları verir - örneğin, μPIV geniş alan haritası ve MEMS sensörleri sürekli izleme için kullanılır.

Anahtar Alanlarda Uygulamaları

Mikro Kanal hızlarını ölçme yeteneği, çok sayıda alanda tam olarak ilerlemeyi sağlamıştır:

[FONT:0]Biomedical Engineering[[DÜT:1): Mikrofluidic cihazlar kan analizi için, tekne duvarlarının yakınında bulunan hız profili hücre adhesion ve plakalet aggregasyonu etkiler. μPIV, hasta hücre hastalığının kırmızı kan hücresi deformability ve akış direncini nasıl değiştirdiğini incelemek için kullanılmıştır.

[FONT:0)Chemical Processing[[DÜT:1): Nanopartikül sentez veya sürekli akış kimyası için mikroreactors, tam konut zaman dağıtımları gerektirir. Velocity haritalama, ürün üniformasını etkileyen ölü bölgeleri veya recirculation bölgeleri tanımlamaya yardımcı olur. MRV özellikle çekicidir, çünkü birçok kimyasal reaksiyon platosyok metal veya silikon reaktörlerde meydana gelir.

[FONT=0)Electronics Soğutma[Dönetici: CFONTDÜDÜDÜSTRİYE:0)Electronics Soğutma[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ

[FONT:0)Environmental İzleme[[DÜT:1): Su kalitesi için mikrofluidik sensörler örneklemeyi kontrol etmek ve analytes tespit etmek için akış hızı. Doğru hız ölçümü, kalibre toplama okumaları için gereklidir.

Future Yol Tarifi

Birkaç trend, mikro kanal velocimetrinin bir sonraki nesli şekillendirecektir. Biri, eklenme süresine ve biyokompatlanabilirlik kaygılarını azaltmak için eklenmiş olan ve mikrobiyometri ve fotonik kristal sensörlerin entegrasyonudur.[Dönemli yöntemlere göre yüksek çözünürlükte 1,2).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Parçacık tabanlı optik yöntemlerden manyetik rezonans ve MEMS, mikro kanallarda sıvı hızı ölçme aracı zengin ve sürekli izleme gerektirir. Her teknik, uzaysal karar, zamansal yanıt, invazivlik ve maliyetle ilgili olarak, yöntemdeki özel bilimsel veya mühendislik sorusuna bağlıdır - tüm alanı haritalama, nokta ölçüm veya sürekli izleme gerektirir. Mikrofluidic uygulamalar biyolojiye, kimyaya ve enerji sistemlerine çeşitlendirmeye devam eder.

[FONT:0] Daha fazla okuma için yazı göndermeler:[Dönetici][Dönetici:0)[Döneticileri ve/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya/veya) [Döneticileri için) [Döneticileri için) [Dönemli) [Döneticileri için) [Döneticileri için) [Döneticileri için)