Een Performance-testing Platform voor een geleiding Micropump met een plaat van de FR-4 koper beklede elektrode
9 oktober 2017
Dit document stelt een protocol voor de fabricage van een geleiding micropump met symmetrische vlakke elektroden op vlamvertragend glas-versterkt epoxy (FR-4) koper-geklede laminaat (CCL) voor het testen van de invloed van de afmetingen van de kamer op de prestaties van een geleiding micropump.
Het algemene doel van dit experiment is om een geleidingsmicropomp te fabriceren met behulp van symmetrische vlakke elektroden op vlamvertragend, glasversterkt expoxy koperbedekt laminaat om de invloed van de kamerdimensies op de prestaties van een geleidingsmicropomp te testen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de betrokken spanning slechts een paar honderd volt is. En de fabricagekosten zijn relatief laag.
Hoewel deze methode inzicht kan geven in het mechanisme van de geleidingspomp, kan deze ook worden toegepast op vele andere systemen zoals stamleveringssystemen en microkoelsystemen. Om te beginnen, plaats de plaat in de beker met de elektrodenoppervlakte naar beneden om kleine deeltjes zoals stof van het plaatoppervlak te helpen verwijderen. Plaats ook de houder, de inlaat- en uitlaatbuizen en andere gereedschappen die in de experimenten worden gebruikt in de beker.
Giet vervolgens voldoende 99,5 procent aceton om de items onder te dompelen. Plaats de beker in de ultrasone reiniger en zet hem vijf minuten aan. Plaats vervolgens de inlaat- en uitlaatbuizen van roestvrij staal in de twee gaten op de dekselplaat.
Plaats een kamerplaat gemaakt van siliconenmembraan op de elektrodenplaat en bedek deze vervolgens met een dekselplaat. Stapel en lijn de dekselplaat, de kamerplaat en de elektrodenplaat van boven naar beneden uit en plaats de uitgelijnde platen in de houder. Gebruik een M2-bout om de platen in de houder te bevestigen.
Druk de platen samen door de bouten vast te draaien. Gebruik vervolgens twee polyurethaanslangen met een buitendiameter van vier millimeter en een binnendiameter van twee millimeter om de inlaat- en uitlaatbuizen van roestvrij staal te verbinden. Verbind een ampèremeter, een 500 volt DC-voedingsbron en de micropomp in serie.
Plaats vervolgens een zekering van één milliampère tussen de ampèremeter en de voedingsbron om de ampèremeter te beschermen voor het geval de micropomp kortsluiting heeft. Plaats ten slotte de inlaatslang in een beker van 50 milliliter met 20 tot 30 milliliter aceton erin. Gebruik een cilinder om aceton te extraheren om de micropomp te vullen ter voorbereiding op het experiment.
Nadat het vloeistofniveau de uitlaatslang bereikt, blijf tien milliliter aceton binnenin extraheren tot alle bubbels van de kamer zijn verdreven. Zuig herhaaldelijk het aceton uit de pomp en injecteer het vervolgens opnieuw zonder lucht in de pomp te brengen om bubbels te verwijderen. Om de statische druktest uit te voeren, bevestigt u de uitlaatslang aan een klein frame zodat de slang recht en verticaal kan blijven.
Plaats een liniaal naast de uitlaatslang om het vloeistofniveau te meten. Verbind de micropomp met de voedingsbron. Start de test door de spanning op 500 volt te verhogen en noteer vervolgens het aanvankelijke vloeistofniveau.
Nadat het vloeistofniveau stabiel is geworden, noteer de tijd, het uiteindelijke vloeistofniveau en de elektrische stroom. Blijf het vloeistofniveau en de stroom elke tien seconden registreren totdat de micropomp uitvalt. Gebruik een grote maatcilinder om de vloeistof die uit de uitlaatslang komt te verzamelen om de teststroom te testen.
Zorg ervoor dat de uitlaatslang wordt bevestigd zodat het uiteinde op dezelfde hoogte blijft als het vloeistofniveau in de beker. Zet de voedingsbron aan. Start de test door de spanning op 500 volt te verhogen en noteer vervolgens het aanvankelijke vloeistofniveau.
Terwijl de vloeistof begint uit de uitlaatslang te stromen, noteer het volume aceton in de maatcilinder elke tien seconden. Terwijl het experiment doorgaat, voegt u aceton toe aan de beker om het vloeistofniveau te handhaven. Hier wordt de toename van de pompdruk bij een toename van de spanning weergegeven.
Wanneer de spanning 500 volt bereikt, bereikt de pompdruk 1.100 Pascal. De statische druk van de pomp stijgt met de hoogte van de pompkamer. De prestaties van de pomp bereiken hun hoogste punt wanneer de hoogte van de kamer 0,2 millimeter is.
Vervolgens daalt de statische druk wanneer de hoogte van de kamer verder toeneemt. Op basis van deze resultaten wordt 0,2 millimeter beschouwd als de beste waarde voor de hoogte van de kamer. Door de lengte van de kamer te vergroten, stijgt de statische druk, met een grote helling tot een kamerlengte van 23 millimeter.
Vervolgens blijft het stijgen met een kleinere helling, wat duidt op een geleidelijke stijging. Er is een lichte afname in de curve van de statische druk versus kamerbreedte wanneer de kamerbreedte toeneemt van twee millimeter tot drie millimeter. Daarna blijft de statische druk op een bepaald niveau terwijl de kamerbreedte toeneemt.
Eenmaal onder de knie, kan deze techniek in een half uur worden uitgevoerd als deze goed wordt uitgevoerd. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een platform instelt en de prestaties van een geleidingsmicropomp test. Vergeet niet dat werken met aceton gevaarlijk kan zijn en voorzorgsmaatregelen zoals het dragen van rubberen handschoenen moeten altijd worden genomen tijdens het uitvoeren van deze procedure.
We toonden aan dat deze methode cruciaal is. Tijdens het experiment kan een kortsluiting optreden als de was- en inspectiestappen niet zorgvuldig worden uitgevoerd.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert een protocol voor het vervaardigen van een conductiemicropomp met behulp van symmetrische planaire elektroden op vlamvertragend glasvezelversterkt epoxy kopergeclad laminaat. Het onderzoek is erop gericht te onderzoeken hoe de afmetingen van de kamer de prestaties van de micropomp beïnvloeden.
Belangrijkste Onderdelen van de Studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Microfluidica
- Elektrohydrodynamica
- Fabricage van apparaten
Achtergrond
- De conductiemicropomp werkt bij lage spanningsniveaus.
- De fabricagekosten zijn relatief laag, waardoor deze toegankelijk is voor diverse toepassingen.
- Deze techniek kan inzicht bieden in de mechanismen van conductiepompen.
- Potentiële toepassingen omvatten transportsystemen voor vloeistoffen en microkoelsystemen.
Doel van de studie
- Het fabriceren van een conductiemicropomp met specifieke elektrodeconfiguraties.
- Het beoordelen van de impact van kamerdimensies op de pompprestaties.
- Het verkennen van de bredere toepasbaarheid van de fabricagetechniek.
Gebruikte methoden
- Plaatsen van de elektrodeplaat in een bekerglas voor reiniging.
- Inbouw van inlaat- en uitlaatbuizen in de experimentele opstelling.
- Testen van verschillende kamerdimensies om de prestaties te evalueren.
- Analyse van het geleidingsmechanisme onder verschillende condities.
Belangrijkste resultaten
- De micropomp vertoonde effectieve prestaties bij lage voltages.
- De afmetingen van de kamer hadden een significante invloed op de efficiëntie van de pomp.
- De verkregen inzichten kunnen toekomstige ontwerpen van soortgelijke apparaten informeren.
- Het potentieel voor toepassing in diverse microfluïdische systemen werd vastgesteld.
Conclusies
- In deze studie is met succes een conductie-micropomp gefabriceerd.
- De afmetingen van de kamer spelen een cruciale rol bij de prestatieresultaten.
- Deze methode kan worden aangepast voor diverse microfluïdische toepassingen.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Dit protocol maakt de kostenefficiënte fabricage van geleidende micropompen bij lage spanning mogelijk voor het onderzoeken van elektrohydrodynamisch vloeistoftransport. Het platform ondersteunt de systematische evaluatie van de effecten van de kamergeometrie op de pompprestaties, waardoor kwantitatieve gegevens worden geleverd voor de optimalisatie van microfluïdische apparaten. Een dergelijke karakterisering helpt bij het verminderen van risico's in vroege ontwerpfases voor lab-on-a-chip en microkoelingstoepassingen door prestatiedrempels vast te stellen onder gecontroleerde omstandigheden.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt mechanistische analyse van elektrohydrodynamische principes bij vloeistofmanipulatie op microschaal mogelijk.
- Operationele waarde: Maakt gebruik van toegankelijke materialen en laagspanningsbedrijf om de experimentele complexiteit te verminderen.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Biedt een gestandaardiseerd platform om te beoordelen hoe geometrische parameters de stroomsnelheid en de drukoutput beïnvloeden.
- Operationele waarde: Ondersteunt reproduceerbaar testen over verschillende kamerdimensies met aceton als modelvloeistof.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Geeft inzicht in ontwerpafwegingen voor microfluïdische systemen die een nauwkeurige vloeistofbehandeling vereisen, zoals bij geneesmiddelformulering of thermisch beheer.
- Operationele waarde: Stelt de optimale kamerhoogte (0,2 mm) voor de maximale druk vast, wat dient als leidraad voor de iteratie van prototypes.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen vroege discovery-workflows waarin vloeistofmechanische actuatiemechanismen worden geëvalueerd voor integratie in diagnostische of therapeutische afgifteplatforms.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing over hoe elektrodeconfiguratie en kamergeometrie de elektrohydrodynamische stroming beïnvloeden.
- Screening: Maakt kwantitatieve vergelijking van statische druk en debiet mogelijk over variërende kamerlengtes, breedtes en hoogtes.
- Analytics: Genereert tijdopgeloste vloeistofniveau- en stroommetingen om pompmetrieken te berekenen.
- Translationeel onderzoek: Verbindt empirische prestatiegegevens met potentieel gebruik in microkoelings- of gelokaliseerde afgiftesystemen.
- Enterprise Reuse: De fabricagebenadering op basis van FR-4 biedt een herbruikbaar, kostenefficiënt platform voor iteratieve microfluïdische prototyping.
Operationele en zakelijke impact
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert mechanistische ambiguïteit bij elektrohydrodynamisch pompen door variabelen van kamerdimensies te isoleren.
- Operationele waarde: Maakt snelle prestatietesten (<30 min) mogelijk na assemblage, wat iteratieve ontwerpcycli ondersteunt.
- Strategische waarde: Identificeert optimale geometrische parameters om de pompefficiëntie te verbeteren, waardoor iteratiecycli in de apparaatontwikkeling worden verkort.
- Impact op portfolio: Ondersteunt go/no-go-beslissingen voor microfluïdische actuatietechnologieën op basis van empirische druk-stroomrelaties.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in microfluïdische assemblage en elektrohydrodynamische principes.
- Vereist een DC-voeding (tot 500 V), een ampèremeter en een vloeistofbehandelingopstelling met chemische compatibiliteit voor aceton.
- Vereist praktijken vergelijkbaar met die in een cleanroom om partikelcontaminatie tijdens de plaatbereiding te voorkomen.
- Omvat veiligheidsprotocollen voor het omgaan met brandbare oplosmiddelen en hoogspanningscomponenten.
- Beperkt tot vloeistoffen met een geschikte elektrische geleidbaarheid en vluchtigheid; de prestaties kunnen variëren bij alternatieve werkvloeistoffen.
