三维聚合物打印粉末中毛细流动的低成本成像技术

该技术是一种新颖、高效、节约且无创的方法，可用于对流体在压实粉末床中的流动进行成像，具有高空间和时间分辨率。该技术的优势在于，流动池成本低、可重复使用、体积小且易于操作，体现了节约型科学的核心特点。轻敲粉末并确认粉末压实是制备可重复诊断工具的关键步骤。

首先，用聚氨酯泡沫（perafoam）封住微流控流动池的出口，以密封通道的一端，从而使空的流动池能够装填聚合物粉末。将公制刻度纸尺直接贴在流动通道下方。手持带有聚氨酯泡沫和纸尺的微流控流动池轻轻晃动。

流式池的质量是指未封装的流式池质量。使用塑料移液管转移粉末。将粉末加入通道时，至少轻敲流式池五次，以压实粉末。

继续填充粉末，直至粉末达到流道开口的起始位置。用浸有酒精的擦拭布清除流室外表面残留的粉末。粉末填充完毕后，目视检查流室是否存在填充松散的区域。

如果流动池内的粉末呈现松散堆积状态，再轻敲流动池五次。若粉末的堆积状态看起来均匀且紧密，则称量流动池以测定聚合物粉末的质量。为防止过多光线照射导致相机探测器过载，使用不透明材料（如黑色聚乳酸丝材3D打印的盖子）覆盖光源台。

确保材料上有一个与微通道尺寸相同的开口，以便光线照射到粉末。为确保移动设备上的相机能够捕捉到湿润与干燥粉末之间的对比度，请将光源板调至低至中等光强。将移动设备的相机直接对准光源板正上方。

确认相机与光源台顶部垂直。将相机对准移动设备并聚焦后，点击录制按钮。使用移液器向微通道的开放入口加入 125 微升液体。

记录流动过程持续两分钟，或直至所有粉末明显被润湿。将移动设备中的视频文件传输至计算机，以便于访问。软件安装完成后，打开追踪软件。

从文件菜单中选择打开文件，以加载传输到计算机桌面上的视频文件。要定义起始帧和步长，请点击剪辑设置图标。然后依次点击校准工具、新建，并选择校准标尺。

要放大视频中的标尺，请右键单击需放大的区域，然后从列表中选择“放大”。适当放大后，定义粘贴在微通道上的标尺上一毫米的起始和结束位置，并输入 1 mm 以定义该距离。单击坐标获取工具。

执行此步骤时，使用起始帧设置 x 轴和 y 轴的原点。要创建质点，请点击“create”。然后选择“point mouse”。

按住 Shift 键同时使用 Ctrl 键可调整矩形的大小。初始点为入口与通道的连接处。连续点击几次“搜索”旁边的按钮，以确认软件正在分析正确的区域。

如果软件运行正常，单击搜索，等待软件完成对视频的分析。图中显示的红色空心圆圈代表所汇总信息的精确时间和距离。在1到2秒的时间间隔内，液体流动的距离增加了一倍。

在2到5秒的时间间隔内，液体流动的距离也增加了一倍。从5到10秒，液体仍在快速移动。然而，15秒后，流速逐渐减慢，大约每5秒移动2毫米。

进行此操作时最需要注意的是将粉末压实。该方法适用于陶瓷和金属粉末，并在地质学野外研究中具有追踪颗粒堆积模式系统中流动行为的广阔潜力。该技术为研究人员探索化学修饰表面以及含有纳米颗粒的流体以观察颗粒附着行为奠定了基础。