DE102005036106B4 - Method and apparatus for determining the velocity profile of a dilute suspension in a microfluidic channel - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils einer in einem Mikrofluidik-Kanal fließenden Suspension, das die folgenden Schritte umfasst:
Erlangen von Bilddaten durch Photographieren des Innenraums des Mikrofluidik-Kanals durch ein Fluoreszenzmikroskop (a);
Erlangen von durch eine Farbe des Lichts repräsentierten Bilddaten durch Filtern der Bilddaten, um zwei Farben unter drei Grundfarben des Lichts zu eliminieren (b);
Bilden einer Matrix durch Verarbeiten der Farbintensität in dem ausgewählten Teil des entsprechenden Farbstreifenbildes aus Rohbilddaten (c);
numerisches Differenzieren der Matrix längs der Strömungsrichtung eines Teilchens (d);
Bilden eines Mittelwertes jedes Elements in der numerisch differenzierten Matrix, um das Rauschen zu eliminieren (e);
Berechnen einer Farbstreifenlänge zwischen einem Pixelpunkt mit einem maximalen Wert und einem Pixelpunkt mit einem minimalen Wert, wobei diese Werte um das Rauschen verminderte Werte sind (f); und
Bestimmen der Geschwindigkeit des Teilchens aus der berechneten Farbstreifenlänge (g).
Method for determining a velocity profile of a suspension flowing in a microfluidic channel, comprising the following steps:
Obtaining image data by photographing the interior of the microfluidic channel through a fluorescence microscope (a);
Obtaining image data represented by a color of the light by filtering the image data to eliminate two colors among three primary colors of the light (b);
Forming a matrix by processing the color intensity in the selected part of the corresponding color stripe image from raw image data (c);
numerically differentiating the matrix along the flow direction of a particle (d);
Forming an average of each element in the numerically differentiated matrix to eliminate the noise (e);
Calculating a color stripe length between a pixel point having a maximum value and a pixel point having a minimum value, which values are noise reduced values (f); and
Determine the velocity of the particle from the calculated color stripe length (g).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils einer in einem Mikrofluidik-Kanal fließenden Suspension.The The present invention relates to a method for determining a velocity profile of one in a microfluidic channel flowing Suspension.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the state of technology

Informationen über das Geschwindigkeitsprofil einer Suspension werden beim Entwerfen eines Mikrofluidik-Chips oder Lab-on-a-Chip unter Berücksichtigung einer Durchflussregelung entsprechend den Lösungseigenschaften, der Dispersion der Lösung, die für das Trenn- und Analysevermögen relevant ist, und einer effizienten Strömungsverteilung in jedem Kanal sehr stark einbezogen. Insbesondere können die Muster des Geschwindigkeitsprofils, die in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Kanalwände entsprechend dem Werkstoff des Chips verändert werden, eine Basis für das Verständnis der Beziehung zwischen den Werkstoffeigenschaften des Chips und dem Trennvermögen schaffen.Information about that Speed profile of a suspension when designing a Microfluidic chips or lab-on-a-chip, taking into account a flow control according to the solution properties, the dispersion of the solution, the for the separation and analysis ability relevant, and an efficient flow distribution in each channel very strongly involved. In particular, the patterns of the velocity profile, the dependent from the properties of the canal walls be changed according to the material of the chip, a basis for understanding the Relationship between the material properties of the chip and the releasability create.

Beispielsweise besitzt das Fluid, das in einem Mikrofluidik-Kanal eines Polydimethylsiloxan-(PDMS)-Glas-Mikrofluidik-Chips, der aus einer PDMS-Kopie und einer Glasabdeckung besteht, fließt, wegen der hydrophoben Eigenschaft von PDMS und der hydrophilen Eigenschaft von Glas eine ungleichmäßige Ausprägung. Folglich weist die Strömung der Suspension, die in dem Mikrofluidik-Kanal strömt, ein asymmetrisches Geschwindigkeitsprofil auf. An der Oberfläche der PDMS-Wand gilt nämlich die Randbedingung des Gleitens, während an der Oberfläche der Glaswand die Randbedingung des Nichtgleitens gilt. Daher ist es erforderlich, beim Entwerfen eines Mikrofluidik-Kanals ein Geschwindigkeitsprofil von Teilchen entsprechend den Lösungsumgebungen zu bestimmen, das für eine Analysevorrichtung (z. B. Chromatographie oder Elektrophorese) oder zum Steuern des Durchflusses in dem Mikrofluidik-Chip verwendet wird.For example has the fluid contained in a microfluidic channel of a polydimethylsiloxane (PDMS) glass microfluidic chip, the one from a PDMS copy and a glass cover flows, because of the hydrophobic property PDMS and the hydrophilic property of glass an uneven expression. consequently shows the flow the suspension flowing in the microfluidic channel asymmetric speed profile. On the surface of the PDMS wall is true the boundary condition of sliding, while on the surface of the Glass wall, the boundary condition of non-slip applies. Therefore, it is required when designing a microfluidic channel a velocity profile of particles according to the solution environments to determine that for an analyzer (eg chromatography or electrophoresis) or used to control the flow in the microfluidic chip becomes.

Es ist durch den MEMS-Prozess und die Mikrobearbeitungstechnologie ohne weiteres möglich, den Mikrofluidik-Kanal mit einer gewünschten Kanalbreite herzustellen. Die Lab-on-a-Chip-Technologie mit einer auf dem MEMS-Prozess und der Mikrobearbeitungstechnologie basierenden Kategorie des Mikrofluidik-Chips ermöglicht das Verwirklichen des Mikro-Gesamtanalysesystems (micro total analysis system, μ-TAS) sowie des Hochdurchsatzsystems (high throughput system, HTS). Gerade die winzige Größe des Lab-on-a-Chip schafft eine Portabilität, die es ermöglicht, eine Probe in dem Feld sofort zu analysieren [D.R. Reyes, D. Iossifidis, P.-A. Auroux, A. Manz "Micro Total Analysis Systems. 1. Indroduction, Theory, and Technology" Anal. Chem., 74, 2623-2636, 2002; P.-A Auroux, D. Iossifidis, D.R. Reyes, A. Manz "Micro Total Analysis Systems. 2. Analytical Standard Operations and Applications" Anal. Chem., 74, 2637-2652, 2002].It is through the MEMS process and the micromachining technology readily possible, to produce the microfluidic channel with a desired channel width. Lab-on-a-chip technology with one on the MEMS process and micromachining technology based category of the microfluidic chip enables the realization of the Micro Total Analysis Systems (micro total analysis system, μ-TAS) and the high throughput system (HTS). Just the tiny size of the lab-on-a-chip creates a portability, which makes it possible to immediately analyze a sample in the field [D.R. Reyes, D. Iossifidis, P.-A. Auroux, A. Manz "Micro Total Analysis Systems. 1. Indroduction, Theory, and Technology "Anal. Chem., 74, 2623-2636, 2002; P.-A Auroux, D. Iossifidis, D.R. Reyes, A. Manz "Micro Total Analysis System. 2. Analytical Standard Operations and Applications "Anal. Chem., 74," 2637-2652, 2002].

Bis Mitte der 1990er Jahre sind Mikrofluidik-Bausteine durch Anwendung einer siliciumbasierten Mikrobearbeitungstechnologie entwickelt worden. In der zweiten Hälfte der 1990er Jahre war die Mikrobearbeitungstechnologie, die Bausteine mit entsorgbaren Kunstoffen herstellte, erfolgreich. Dank dieser Mikrobearbeitungstechnologie kann der Baustein ohne weiteres in Massenfertigung kopiert werden. Unter diesen Technologien ist das am weitesten verbreitete Verfahren die Herstellung mit dem PDMS und dem photoresistenten SU8. Um die PDMS-Mikrofluidik-Kanäle zu erzeugen, wird zuerst auf einem Wafer eine dem Mikrofluidik-Kanal entsprechende Gießstruktur erzeugt. Danach wird eine PDMS-Lösung auf einen Wafer gegossen, gefolgt von dem Aushärten. Danach wird das ausgehärtete PDMS herausgeschält und zur richtigen Größe zugeschnitten. Danach wird es auf eine Glasabdeckung bondiert. Nach der Untersuchung von McDonald und Whitesides [J.C. McDonald, G.M. Whitesides "Poly(dimethylsiloxane) as a Material for Fabricating Mikrofluidic Devices" Acc. Chem. Res., 35(7), 491-498, 2002] ist dieses Verfahren bei geringen Kosten zweckmäßiger als das herkömmliche Verfahren des Ätzens eines Wafers bei der Herstellung vieler Mikrofluidik-Chips.To Mid-1990s are microfluidic devices by application developed a silicon-based micromachining technology Service. In the second half In the 1990s, micromachining technology was the building blocks made with disposable plastic, successful. thanks to this Micromachining technology, the block can easily in Mass production to be copied. Among these technologies is that most widely used method of preparation with the PDMS and the photoresistant SU8. To generate the PDMS microfluidic channels, is first on a wafer corresponding to the microfluidic channel cast structure generated. Then a PDMS solution poured onto a wafer, followed by curing. Thereafter, the cured PDMS peeled and tailored to the right size. After that it is bonded to a glass cover. After the investigation of McDonald and Whitesides [J.C. McDonald, G.M. Whitesides "poly (dimethylsiloxanes) as a Material for Fabricating Microfluidic Devices "Acc. Chem. Res. 35 (7), 491-498, 2002], this method is more convenient at low cost than the conventional one Method of etching a wafer in the manufacture of many microfluidic chips.

Von Bedeutung für die Strömungsvisualisierungsstudie im Hinblick auf die Mikroströmung war, dass Taylor und Yeung die Teilchenfarbstreifen-Geschwindigkeitsmessung (particle streck velocimetry, PSV) anwandten, um sowohl die elektrokinetische Strömung als auch die druckgesteuerte Strömung eines fluoreszierenden Teilchens, dessen Größe kleiner als 1 Mikrometer war, zu untersuchen [J.A. Taylor, E.S. Yeung [Imaging of Hydrodynamic and Elektro-kinetic Flow Profiles in Capillaries", Anal. Chem., 65, 2929-2932, 1993]. Im Geschwindigkeitsprofil der druckgesteuerten Strömung wurde eine parabolische Grundform erhalten. In der elektrokinetischen Strömung war an der Wand eine elektroosmotische Geschwindigkeit vorhanden, jedoch trat in der Mitte der Kapillare wegen eines durch die elektrophoretische Bewegung geladener Teilchen eingeführten viskosen Rücktriebs ein kleiner Geschwindigkeitsfehler auf. Da die Farbstreifenlänge bzw. Schlierenlänge eines schwimmenden bzw. strömenden Teilchens ohne genaue numerische Verarbeitung für das Farbstreifenbild erhalten wurde, ist es notwendig, die Genauigkeit des Ergebnisses des Geschwindigkeitsprofils zu verbessern.Significant to the microflow flow visualization study was that Taylor and Yeung applied particle stretch velocimetry (PSV) to both the electrokinetic flow and pressure controlled flow of a fluorescent particle whose size was less than 1 micron , [Ya Taylor, ES Yeung [Imaging of Hydrodynamic and Electro-kinetic Flow Profiles in Capillaries ", Anal. Chem., 65, 2929-2932, 1993].) In the velocity profile of the pressure-controlled flow, a parabolic basic shape was obtained electrokinetic flow had an electroosmotic velocity on the wall, but occurred in the middle of the capillary because of a particle introduced by the electrophoretic motion viscous recoil a small speed error. Since the stripe length of a floating particle has been obtained without accurate numerical processing for the color stripe image, it is necessary to improve the accuracy of the result of the velocity profile.

Unlängst ist die Mikroteilchenbild-Geschwindigkeitsmessung (micro-particle image velocimetry, μ-PIV) entwickelt worden, um das Geschwindigkeitsprofil in Mikrofluidik-Kanälen zu erhalten. Bei der μ-PIV kann das Verfahren zum Erlangen eines Geschwindigkeitsprofils von Teilchen aus einem Teilchenbild in zwei Arten von Verfahren klassifiziert werden: die Musterübereinstimmungs-Geschwindigkeitsmessung (pattern matching velocimetry, PMV) und die Teilchenverfolgungs-Geschwindigkeitsmessung (particle tracking velocimetry, PTV).The longest is microparticle image velocity measurement (micro-particle image velocimetry, μ-PIV) to obtain the velocity profile in microfluidic channels. In the μ-PIV For example, the method of obtaining a velocity profile from Particles from a particle image classified into two types of process will: the pattern match speed measurement (pattern matching velocimetry, PMV) and the particle tracking velocity measurement (particle tracking velocimetry, PTV).

Zuerst ein anfängliches Bild I1, das keine Teilchenfarbstreifen enthält, durch Einbetten einer Lichtschicht in einen Kanal, in dem Teilchen strömen. Dann ein zweites Bild I2, das keine Teilchenfarbstreifen enthält, durch Einbetten einer Lichtschicht nach einer bestimmten Zeitspanne. Î1 und Î2 sind die Ergebnisse der schnellen Fourier-Transformation für die jeweiligen Bilder. Danach wird eine konjugiert komplexe Multiplikation am Ergebnis an derselben örtlichen Position bezüglich Î1 und Î2 ausgeführt. Danach werden durch Ausführen der inversen schnellen Fourier-Transformation Kreuzkorrelationsdaten erhalten.First, an initial image I 1 containing no particle streaks by embedding a light layer in a channel in which particles flow. Then, a second image I 2 containing no particle streaks by embedding a light layer after a certain period of time. Î 1 and Î 2 are the results of the fast Fourier transform for the respective images. Thereafter, a conjugate complex multiplication is performed on the result at the same local position with respect to Î 1 and Î 2 . Thereafter, cross-correlation data is obtained by performing the inverse fast Fourier transform.

Die genaue Geschwindigkeit jedes Teilchens kann durch Verwendung der Daten erhalten werden. Jedoch erfordert der obige Prozess eine wesentliche Menge an numerischer Verarbeitung, da er für jede lokale Position sowohl die Fourier-Transformation als auch die inverse Fourier-Transformation ausführt [M. Raffel, C.E. Willert, J. Kompenhans, "particle Image Velocimetry: A Practical Guide" Springer, Berlin, 1998; J.G. Santiago, S.T. Wereley, C.D. Meinhardt, D.J. Beebe, R.J. Adrian "A Particle Image Velocimetry System for Microdfluidics" Exp. Fluids, 25, 316-319, 1998].The exact speed of each particle can be determined by using the Data will be obtained. However, the above process requires substantial Amount of numerical processing, as it is for each local position both performs the Fourier transform as well as the inverse Fourier transform [M. Raffel, C.E. Willert, J. Kompenhans, "Particle Image Velocimetry: A Practical Guide "Springer, Berlin, 1998; J.G. Santiago, S.T. Wereley, C.D. Meinhardt, D.J. Beebe, R.J. Adrian "A Particle Image Velocimetry System for Microdfluidics "Exp. Fluids, 25, 316-319, 1998].

Aus der Patentschrift US 6 653 651 B1 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils einer in einem Mikrofluidik-Kanal fließenden Suspension bekannt, bei dem Bilddaten erlangt werden, indem der Innenraum des Mikrofluidik-Kanals durch ein Fluoreszenzmikroskop fotografiert wird. Darüber hinaus ist aus der genannten Patentschrift ein Mikrofluidik-Chip bekannt, in dem ein Mikrofluidik-Kanal („rectangular capillary") ausgebildet ist und der aus einem unteren Substrat („slide glass") und einem oberen Substrat („cover slip") besteht, der weiter ein Einlassloch und ein Auslassloch aufweist. Weiter weist das Substrat eine Dicke auf, die einen optischen Zugang für die Strömungsbilderzeugung erlaubt.From the patent US Pat. No. 6,653,651 B1 For example, a method is known for determining a velocity profile of a suspension flowing in a microfluidic channel, in which image data are obtained by photographing the interior of the microfluidic channel through a fluorescence microscope. In addition, from the cited patent a microfluidic chip is known, in which a microfluidic channel ("rectangular capillary") is formed and which consists of a lower substrate ("slide glass") and an upper substrate ("cover slip") Further, the substrate has a thickness that allows optical access for flow imaging.

Die Patentschrift US 5 979 245 beschreibt, dass einer Flüssigkeit eine fluoreszierende Substanz enthaltende Tracer-Teilchen zugeführt werden, die Teilchen mit Licht bestrahlt werden und durch das Licht angeregte Fluoreszenzemission von den Tracer-Teilchen beobachtet wird. Auf diese Weise ist eine genaue Geschwindigkeitsmessung der Flüssigkeit oder eine Visualisierung der Flüssigkeitsverteilung möglich.The patent US 5,979,245 describes that a fluorescent substance containing tracer particles are supplied to a liquid, the particles are irradiated with light and observed by the light-excited fluorescence emission is observed by the tracer particles. In this way an accurate speed measurement of the liquid or a visualization of the liquid distribution is possible.

Aus der Patentschrift US 5 124 071 sind mikroskopische, neutral schwimmende Teilchen bekannt, die eine fluoreszierende Substanz enthalten und als Tracer in der Geschwindigkeitsmessung von Flüssigkeiten mit Turbulenzen auf großen Skalen verwendet werden.From the patent US 5,140,071 For example, microscopic, neutrally buoyant particles containing a fluorescent substance are used as tracers in the speed measurement of large scale turbulence liquids.

Die Patentschrift US 5 491 642 beschreibt ein Gerät zur Messung von Geschwindigkeiten in einer Flüssigkeit, in die lichtreflektierende Teilchen eingebracht wurden. Dazu weist das Gerät Komponenten zur Bestrahlung der Teilchen mit Licht und zur Aufnahme von durch die beleuchteten Teilchen gebildeten Mustern auf.The patent US 5,491,642 describes a device for measuring velocities in a liquid into which light-reflecting particles have been introduced. For this purpose, the device has components for irradiating the particles with light and for receiving patterns formed by the illuminated particles.

Aus der Druckschrift DE 36 03 905 A1 ist eine Durchflusszelle bekannt, in der ein Mikrofluidik-Kanal ausgebildet ist und die aus einem Substrat besteht, die weiter ein Einlassloch und ein Auslassloch aufweist. Weiter weist das Substrat eine Dicke auf, die einen optischen Zugang für die Strömungsbilderzeugung erlaubt.From the publication DE 36 03 905 A1 For example, a flow cell is known in which a microfluidic channel is formed and which consists of a substrate which further has an inlet hole and an outlet hole. Further, the substrate has a thickness that allows optical access for flow imaging.

Aus der Druckschrift US 2003/0054558 A1 ist ein aus zwei Teilen bestehender Mikrofluidik-Chip bekannt.From the publication US 2003/0054558 A1 is known a two-part microfluidic chip.

Aus der Druckschrift JP 2003279471 A ist ein Mikrofluidik-Chip bekannt, der aus einem unteren Substrat und einem oberen Substrat besteht. Das obere Substrat weist einen ⊓⁣-förmigen Mikrofluidik-Kanal mit einem Einlassloch und einem Auslassloch auf. Weiter besteht das obere Substrat aus Glass und weist eine Dicke auf, die einen optischen Zugang für eine Strömungsbilderzeugung erlaubt.From the publication JP 2003279471 A For example, a microfluidic chip is known that consists of a lower substrate and an upper substrate. The upper substrate has a ⊓⁣-shaped microfluidic channel with an inlet hole and an outlet hole. Further, the upper substrate is made of glass and has a thickness that allows optical access for flow imaging.

Die Patentschrift US 6 309 886 B1 beschreibt ein Gerät zur Abbildung von mehrfach fluoreszierenden Probenteilchen. Das Gerät umfasst einen Strömungskanal, der eine Strömungsrichtung der Teilchen vorgibt, einen Laserstrahl zur Beleuchtung der Teilchen in einer Beobachtungsebene senkrecht zur Strömungsrichtung, optische Elemente zur Abbildung der Beobachtungsebene und eine Kamera zur Aufnahme von Bildern.The patent US Pat. No. 6,309,886 B1 describes a device for imaging multiply fluorescent sample particles. The device comprises a flow channel, which specifies a direction of flow of the particles, a laser beam for illuminating the particles in an observation plane perpendicular to the flow direction, optical elements for imaging the observation plane and a camera for taking pictures.

Aus der Druckschrift US 2002/0137052 A1 ist ein System zur gleichzeitigen Analyse einer Vielzahl von Analyten, die auf Mikroteilchen verankert sind, bekannt.From the publication US 2002/0137052 A1 discloses a system for the simultaneous analysis of a variety of analytes anchored to microparticles.

Aus der Patentschrift US 5 488 469 ist ein Gerät zur Analyse von Zellen bekannt. Das Gerät umfasst eine Strömungszelle, durch die eine Probe fließt. Eine Lichtquelle beleuchtet in der Probe befindliche Zellen. Von den beleuchteten Zellen gelieferte Lichtinformation wird aufgenommen, weiterverarbeitet und ausgewertet.From the patent US 5,488,469 is a device known for analyzing cells. The device includes a flow cell through which a sample flows. A light source illuminates cells in the sample. Light information provided by the illuminated cells is recorded, further processed and evaluated.

Fast alle durch den Lab-on-a-Chip behandelten Lösungen sind eine Suspension, worin Teilchen mit verdünnter Konzentration dispergiert sind. In diesem Fall ist es effektiver, anstelle der PIV, die eine große Menge an Datenverarbeitung und teure Werkzeuge benötigt, die PSV anzuwenden. Jedoch ist es beim Anwenden der PSV notwendig, die Genauigkeit durch numerische Verarbeitung der Versuchsdaten zu verbessern.Nearly all solutions treated by the Lab-on-a-Chip are a suspension, wherein particles with dilute Concentration are dispersed. In this case it is more effective instead of the PIV, which is a big one Amount of data processing and expensive tools needed Apply PSV. However, it is necessary when applying the PSV, the Improve accuracy by numerically processing the experimental data.

Daher ist es notwendig, ein Verfahren zum Bestimmen eines genauen Geschwindigkeitsprofils der Mikroströmung in dem Mikrofluidik-Kanal mittels einer effektiven numerischen Verarbeitung zu entwickeln.Therefore it is necessary to have a method for determining an accurate velocity profile the microflow in the microfluidic channel by means of effective numerical processing to develop.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben erwähnten Probleme, die beim Stand der Technik auftreten, zu lösen. Die Erfinder bilden zum Bestimmen des Geschwindigkeitsprofils einer Suspension eine eindimensionale Strömung unter Verwendung eines PDMS-Glas-Lab-on-a-Chip mit schlitzartigen Kanälen, wobei die Kanaltiefe wesentlich größer als die Kanalbreite ist, verarbeiten die aus Versuchen erhaltenen Farbstreifenbilddaten von fluoreszierenden Teilchen eines Modells und erlangen das Geschwindigkeitsprofil genauer und schneller als das herkömmliche Verfahren. Die numerische Berechnung bei der Datenverarbeitung ist durch Implementierung des MATLAB-Programms (Mathworks, MA) ausgeführt worden. Anhand der durch Fluoreszenzmikroskopbetrachtung erhaltenen Teilchenfarbstreifen kann das asymmetrische Geschwindigkeitsprofil in Abhängigkeit von den Suspensionsbedingungen erhalten werden, indem die Geschwindigkeit von fluoreszierenden Teilchen entlang der seitlichen Position von der Mitte des Mikrofluidik-Kanals bis zu den Wandbereichen bestimmt wird.The The present invention has been made to overcome the above-mentioned problems, which occur in the prior art to solve. The inventors form the Determining the velocity profile of a suspension a one-dimensional flow using a PDMS glass lab-on-a-chip with slit-like channels, wherein the channel depth is much larger than is the channel width, processes the color stripe image data obtained from experiments of fluorescent particles of a model and obtain the velocity profile more accurately and faster than the conventional one Method. The numerical calculation in the data processing is by implementing the MATLAB program (Mathworks, MA). From the particle color stripes obtained by fluorescence microscopic observation can the asymmetric velocity profile depending on be obtained from the suspension conditions by the speed of fluorescent particles along the lateral position of the Center of the microfluidic channel up to the wall areas determined becomes.

Daher ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen des Geschwindigkeitsprofils einer in dem Mikrofluidik-Kanal fließenden Suspension zu schaffen.Therefore The object of the invention is a method for determining the velocity profile to create a suspension flowing in the microfluidic channel.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen des Geschwindigkeitsprofils einer in dem Mikrofluidik-Kanal fließenden Suspension. Genauer umfasst die vorliegende Erfindung die folgenden Schritte:
Erlangen von Bilddaten durch Photographieren des Innenraums des Mikrofluidik-Kanals mit einem Fluoreszenzmikroskop (a);
Erlangen von durch eine Farbe des Lichts repräsentierten Bilddaten durch Filtern der Bilddaten, um zwei Farben unter drei Grundfarben des Lichts zu eliminieren (b);
Bilden einer Matrix durch Verarbeiten der Farbintensität in dem ausgewählten Teil des entsprechenden Farbstreifenbildes aus Rohbilddaten (c);
numerisches Differenzieren der Matrix längs der Strömungsrichtung des Teilchens (d);
Bilden eines Mittelwertes jedes Elements in der numerisch differenzierten Matrix, um das Rauschen zu eliminieren (e);
Berechnen einer Farbstreifenlänge zwischen einem Pixelpunkt mit einem maximalen Wert und einem Pixelpunkt mit einem minimalen Wert, wobei diese Werte um das Rauschen verminderte Werte sind (f);
Bestimmen der Geschwindigkeit des Teilchens aus der berechneten Farbstreifenlänge (g).
The present invention relates to a method for determining the velocity profile of a suspension flowing in the microfluidic channel. More specifically, the present invention includes the following steps:
Obtaining image data by photographing the interior of the microfluidic channel with a fluorescence microscope (a);
Obtaining image data represented by a color of the light by filtering the image data to eliminate two colors among three primary colors of the light (b);
Forming a matrix by processing the color intensity in the selected part of the corresponding color stripe image from raw image data (c);
numerically differentiating the matrix along the flow direction of the particle (d);
Forming an average of each element in the numerically differentiated matrix to eliminate the noise (e);
Calculating a color stripe length between a pixel point having a maximum value and a pixel point having a minimum value, which values are noise reduced values (f);
Determine the velocity of the particle from the calculated color stripe length (g).

In dem Verfahren zum Bestimmen des Geschwindigkeitsprofil einer Teilchensuspension wird vorzugsweise ein Mikrofluidik-Chip, bestehend aus einem oberen Substrat und einem unteren Substrat, verwendet. Das obere Substrat ist mit einem Einlassloch, durch das die Suspension eingeleitet wird, einer ⊓⁣-Form des Mikrofluidik-Kanals, in dem die Suspension fließt, und einem Auslassloch, aus dem die Suspension herausfließt, versehen.In the method for determining the velocity profile of a particle suspension is preferably a microfluidic chip consisting of an upper Substrate and a lower substrate used. The upper substrate is with an inlet hole through which the suspension is introduced becomes, a ⊓⁣-shape the microfluidic channel in which the suspension flows, and an outlet hole from which the suspension flows out, provided.

Im Mikrofluidik-Chip ist die seitliche Seitenwand des oberen Substrats, die zu einem Deckel des schlitzartigen Mikrofluidik-Kanals wird, mit einer richtigen Dicke hergestellt, um einen optischen Zugang für die Strömungsbilderzeugung zu erlauben.In the microfluidic chip, the lateral sidewall of the upper substrate, which becomes a lid of the microfluidic slot-like channel, is made with a proper thickness to provide optical access for the microfluidic channel Allow flow imaging.

Ein derartiger Mikrofluidik-Chip kann mit einem Herstellungsverfahren hergestellt werden, das die folgenden Schritte umfasst:
Ablagern eines Photoresists auf einem Substrat;
Mustern des Substrats, auf dem ein Photoresist abgelagert ist, indem es Ultraviolett-(UV)-Strahlung entsprechend einem Maskenmuster ausgesetzt wird;
Herstellen einer Grundgießform durch Entwickeln des Substrats und Herausschneiden des Substrats parallel zur seitlichen Seite des Photoresistmusters und an einem Punkt, der in einem gewissen Abstand von dieser Seite entfernt liegt;
Sondieren eines Glases als Seitenwand auf die Oberfläche, an der das Substrat herausgeschnitten worden ist;
Gießen von PDMS in die Grundgießform, bei der die Glasseitenwand bondiert worden ist, und Herausschälen des gegossenen PDMS aus der Grundgießform; und
Abspülen der PDMS-Kopie und einer Glasabdeckung sowie Verbinden von diesen miteinander durch Anwenden des reaktiven Ionenätzens (reactive ion etching, RIE).
Such a microfluidic chip can be produced by a manufacturing method comprising the following steps:
Depositing a photoresist on a substrate;
Patterning the substrate on which a photoresist is deposited by exposing it to ultraviolet (UV) radiation according to a mask pattern;
Forming a base mold by developing the substrate and cutting out the substrate parallel to the lateral side of the photoresist pattern and at a point some distance away from that side;
Probing a glass as a side wall on the surface where the substrate has been cut out;
Pouring PDMS into the base mold in which the glass side wall has been bonded, and peeling the cast PDMS out of the base mold; and
Rinse off the PDMS copy and a glass cover, and bond them together by using reactive ion etching (RIE).

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der folgenden genauen Beschreibung, die in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung erstellt worden ist, worin:The above and other objects, features and advantages of the present invention Invention will become more apparent from the following detailed description, in which which was created in conjunction with the accompanying drawing is, in which:

1 ein eindimensionales Strömungs- und Geschwindigkeitsprofil einer Teilchensuspension in dem Mikrofluidik-Kanal zeigt; 1 shows a one-dimensional flow and velocity profile of a particle suspension in the microfluidic channel;

2 eine Bilddatenverarbeitungsprozedur für Teilchenfarbstreifen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; 2 an image data processing procedure for particle color stripes according to the present invention;

3 ein Maskenlayout eines Mikrofluidik-Kanals ist; 3 is a mask layout of a microfluidic channel;

die 4a bis 4g Querschnittsdarstellungen für das Herstellen eines Mikrofluidik-Chips sind;the 4a to 4g Cross-sectional views for making a microfluidic chip are;

5 eine perspektivische Ansicht eines Mikrofluidik-Chips ist; 5 Figure 3 is a perspective view of a microfluidic chip;

6 ein Strukturdiagramm eines Versuchsaufbaus zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils unter Verwendung eines Mikrofluidik-Chips ist; 6 Fig. 10 is a structural diagram of an experimental setup for determining a velocity profile using a microfluidic chip;

7 ein Bild ist, das fluoreszierendes Licht zeigt, das den Mikrofluidik-Kanalaufbau an der Beobachtungsstation eines Fluoreszenzmikroskops beleuchtet; 7 Fig. 11 is an image showing fluorescent light illuminating the microfluidic channel structure at the observation station of a fluorescence microscope;

8 Bilddaten sind, die einen durch das Fluoreszenzmikroskop photographierten Teilchenfarbstreifen in dem Mikrofluidik-Kanal enthalten; 8th Image data containing a particle color stripe photographed by the fluorescence microscope in the microfluidic channel;

die 9a bis 9d Versuchsergebnisse sind, die Geschwindigkeitsprofile einer Teilchensuspension in dem Mikrofluidik-Kanal zeigt, die durch Anwenden des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten worden sind.the 9a to 9d Experimental results are showing velocity profiles of a particle suspension in the microfluidic channel obtained by applying the method according to the present invention.

11
Mikrofluidik-ChipMicrofluidic chip
22
Objektlinse eines Fluoreszenzmikroskopsobject lens a fluorescence microscope
33
digitale CCD-Kameradigital CCD camera
44
FluoreszenzlichtquelleFluorescent light source
55
optisches Filteroptical filter
66
Spritzenpumpesyringe pump
88th
Druckmesserpressure gauge
99
elektronische Waageelectronic Libra
1010
Computercomputer
100100
Siliciumwafersilicon wafer
200200
Photoresistphotoresist
300300
einleitende Rohrleitungintroductory pipeline
350350
Einströmungslochinflow hole
360360
Ausströmungslochoutflow hole
400400
GlasseitenwandGlass side wall
500500
PDMS-KopiePDMS Copy
600600
Glasabdeckungglass cover

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Im Folgenden werden die Ausführungsformen des Verfahrens zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils einer Teilchensuspension, die in einem Mikrofluidik-Kanal fließt, unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung genau beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt.in the Following are the embodiments of the method for determining a velocity profile of a Particle suspension flowing in a microfluidic channel, under With reference to the accompanying drawings described in detail. however For example, the present invention is not limited to these embodiments.

Zuerst wird die auf der vorliegenden Erfindung basierenden Teilchenfarbstreifen-Geschwindigkeitsmessung (PSV) erläutert.First becomes the particle color strip velocity measurement based on the present invention (PSV) explained.

Es werden eine Koordinate des Maximumpunkts Mx und eine Koordinate des Minimumpunkts mx des Teilchenfarbstreifens in Strömungsrichtung des Fluids (d. h. in x-Richtung) für die Teilchen, die in dem Mikrofluidik-Kanal strömen, bestimmt, wobei die Kanaltiefe H ist, die Kanalbreite W ist und die Kanallänge L ist. Das Verhältnis der wirklichen Strecke zur Anzahl von Pixeln ist γ, der Teilchenradius ist Rp und die Belichtungszeit der Kamera ist tE. Dann kann die Teilchengeschwindigkeit vx durch die folgende Gleichung 1 erhalten werden:

Figure 00110001
A coordinate of the maximum point M x and a coordinate of the minimum point m x of the particle color stripe in the flow direction of the fluid (ie in the x direction) for the particles flowing in the microfluidic channel are determined, the channel depth being H, the channel width W is and the channel length is L. The ratio of the actual distance to the number of pixels is γ, the particle radius is R p and the exposure time of the camera is t E. Then, the particle velocity v x can be obtained by the following equation 1:
Figure 00110001

Wenn der Farbstreifen von Teilchen in dem Mikrofluidik-Kanal als solcher beobachtet wird, wird vorzugsweise die Bewegung von Teilchen in dem Bereich, der durch die oben liegende Wand des Mikrofluidik-Kanals nicht beeinflusst wird, (idealerweise an der Position H/2) beobachtet. Die Koordinate in vertikaler Richtung des Maximumpunkts Mx in der Strömungsrichtung des Fluids repräsentiert die Teilchenposition in dem Kanal.When the color stripe of particles in the microfluidic channel is observed as such, it is preferable to observe the movement of particles in the region unaffected by the top wall of the microfluidic channel (ideally at position H / 2). The coordinate in the vertical direction of the maximum point M x in the flow direction of the fluid represents the particle position in the channel.

2 zeigt eine Bilddatenverarbeitungsprozedur für den Teilchenfarbstreifen gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 Fig. 10 shows an image data processing procedure for the particle color strip according to the present invention.

Zuerst werden durch Photographieren des Innenraums des Mikrofluidik-Kanals mit einem Fluoreszenzmikroskop die Bilddaten erhalten. (1) in der Figur sind die Rohbilddaten, die einen Teilchenfarbstreifen und seinen Umgebungsbereich unter den gesamten durch das Fluoreszenzmikroskop photographierten Bilddaten zeigen. Diese Bilddaten enthalten abhängig von ihrer Größe n×m Pixel.First are photographed by photographing the interior of the microfluidic channel with a Fluorescence microscope received the image data. (1) in the figure the raw image data, which is a particle color band and its surrounding area among the whole photographed by the fluorescence microscope Show image data. These image data contain n × m pixels depending on their size.

Danach wird das Farbstreifenbild nach drei Grundfarben des Lichts, rot (R), grün (G) und blau (B), unterteilt. (2) in der Figur ist ein Graph, der die Intensität der grünen Farbkomponente unter den drei Grundfarben wiedergibt. Bilder können auf Computern mit einer gewünschten Farbe gezeigt werden, indem die Intensität der drei Grundfarben des Lichts eingestellt wird und die Grundfarben gemischt werden. Die Bilddaten werden außerdem durch die jeweiligen Intensitätsdaten für die rote, die grüne und die blaue Farbe für jedes Pixel gespeichert. Daher können die Intensitätsdaten der roten, der grünen und der blauen Farbe getrennt werden. Diese Intensitätsdaten der roten, der grünen und der blauen Farbe können durch eine n×m-Matrix wiedergegeben werden.After that turns the color stripe image into three primary colors of light, red (R), green (G) and blue (B), divided. (2) in the figure is a graph that the intensity the green Color component among the three primary colors. Pictures can be up Computers with a desired one Color can be shown by the intensity of the three primary colors of the Light is set and the basic colors are mixed. The Image data will also be added through the respective intensity data for the red, the green and the blue color for every pixel stored. Therefore, you can the intensity data the red, the green and the blue color are separated. This intensity data the red, the green and the blue color can through an n × m matrix be reproduced.

Der auf der rechten Seite und der linken Seite von (2) gezeigte Graph gibt die Intensität von rotem Licht bzw. von blauem Licht, die aus den Bilddaten von (1) herausgelöst wurde, wieder. Da Rot eine Hintergrundfarbe ist, wird es nicht zum Berechnen der Farbstreifenlänge von Teilchen verwendet. Da die blaue Farbe durch ein Fluoreszenzfilter herausgesiebt wird, ist die Intensität von blauem Licht stets null.Of the on the right side and the left side of (2) shown graph gives the intensity of red light or blue light resulting from the image data of (1) removed was again. Since red is a background color, it does not become Calculate the color stripe length used by particles. Because the blue color through a fluorescent filter is screened out, the intensity of blue light is always zero.

Daher entsprechen die zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils von Teilchen bei der vorliegenden Erfindung ausschließlich den Bilddaten (2) mit der grünen Farbe. Die n×m-Matrix, die Daten für die Grünintensität von (2) pixelweise wiedergibt, wird mit G bezeichnet. Die Intensität der grüner Farbe für jedes Pixel wird mit gij bezeichnet, wobei i und j für Zeilen- und Spaltenindizes stehen. In dem Abschnitt, in dem die Teilchenfarbstreifen beginnen, nimmt die Intensität grüner Farbe zu. In dem Abschnitt, in dem die Teilchenfarbstreifen enden, nimmt die Intensität grüner Farbe ab.Therefore, in the present invention, those for determining a velocity profile of particles correspond only to the green color image data (2). The n × m matrix representing data for the green intensity of (2) pixel by pixel is denoted by G. The intensity of the green color for each pixel is denoted by g ij , where i and j represent row and column indices. In the section where the particle color stripes start, the intensity of green color increases. In the section where the particle color stripes end, the intensity of green color decreases.

Daher wird beim Differenzieren der Matrix G längs der Strömungsrichtung von Teilchen der differenzierte Wert an dem Punkt, an dem die Intensität des Lichts zunimmt, maximiert und an dem Punkt, an dem die Intensität des Lichts abnimmt, minimiert.Therefore when differentiating the matrix G along the flow direction of particles the differentiated value at the point where the intensity of the light increases, maximizes and at the point where the intensity of light decreases, minimizes.

Es wird angenommen, dass die Strömungsrichtung des Teilchens x die Zeilenrichtung der G-Matrix ist. Der Wert, der ein Element gij-1 von gij subtrahiert, (d. h. gij – gij-1) ist ein numerischer Differentiationswert in der Zeilenrichtung.It is assumed that the flow direction of the particle x is the row direction of the G matrix. The value subtracting an element g ij-1 from g ij (ie, g ij -g ij-1 ) is a numerical differentiation value in the row direction.

Um eine numerische Differentiation für die gesamte Matrix G zu erhalten, kann der Rückwärtsdifferenzoperator X, der die Berechnung durch Subtrahieren jedes Elements von dem rechten Element (d. h. ein Matrixsubtrahieren des linken Spaltenvektors von einem rechten Spaltenvektor) ausführt, definiert werden. Danach kann die Differentiation von G durch Anwendung von Gleichung 2 erhalten werden:

Figure 00120001
(3) in 2 ist der Graph von G'x. Die linke Seite zeigt ihn dreidimensional und die rechte Seite zweidimensional, von einer Seite betrachtet.In order to obtain numerical differentiation for the entire matrix G, the backward difference operator X which performs the calculation by subtracting each element from the right element (ie, a matrix subtracting the left column vector from a right column vector) can be defined. Thereafter, the differentiation of G can be obtained by using Equation 2:
Figure 00120001
(3) in 2 is the graph of G ' x . The left side shows it in three dimensions and the right side in two dimensions, viewed from one side.

In dem Differentiationswert ist in einem lokalen Bereich Rauschen vorhanden. Das Rauschen erzeugt eine unerwünschte Verzerrung in dem Bild. Folglich sollte das Rauschen an lokalen Punkten durch lokale Mittelwertbildung minimiert werden.In the differentiation value has noise in a local area. The noise creates an undesirable Distortion in the picture. Consequently, the noise should be local Points are minimized by local averaging.

Die lokale Matrix G'L(ij), die neun Elemente für einen spezifizierten Punkt g'ij enthält, kann durch die Gleichung 3 ausgedrückt werden:

Figure 00130001
The local matrix G ' L (ij) containing nine elements for a specified point g' ij can be expressed by Equation 3:
Figure 00130001

Ferner wird ein neuer, um das Rauschen verminderter Punkt g'N(ij) erhalten, indem der Mittelwert um den Punkt g'ij nach der Gleichung 4 geschätzt wird:

Figure 00130002
Further, a new noise-reduced dot g ' N (ij) is obtained by estimating the mean value around the point g' ij according to Equation 4:
Figure 00130002

Wenn der obige Mittelwertbildungsprozess für alle Elemente von G'x ausgeführt worden ist, wird G'x zu einer neuen, um das Rauschen verminderten Matrix, die aus g'N(ij) zusammengesetzt ist. (4) in 2 gibt die Werte wieder, die sich aus der Prozedur der lokalen Mittelwertbildung ergeben.When the above averaging process has been performed for all elements of G ' x , G' x becomes a new noise reduced matrix composed of g ' N (ij) . (4) in 2 Returns the values resulting from the local averaging procedure.

Die Intensität des Rauschens in spezifischen Bereichen ist relativ stärker als jenes von benachbarten Bereichen. Jedoch macht der Mittelwertbildungsprozess des Rauschens in den spezifischen Bereichen und den benachbarten Bereichen die Intensität schwächer als den Abschnitt des Farbstreifens, in dem die Lichtintensität stark ist. Nach diesem Prinzip kann der Graph von (4) als Ergebnis des Rauschdämpfungsprozess in den spezifischen Bereichen erhalten werden. In (4) ist der Maximumpunkt der Startpunkt des Teilchenfarbstreifens und der Minimumpunkt der Endpunkt des Farbstreifens. Anhand dieses Ergebnisses kann die Länge des Teilchenfarbstreifens und die Teilchengeschwindigkeit berechnet werden.The intensity of noise in specific areas is relatively stronger than that of neighboring areas. However, the averaging process does of the noise in the specific areas and the neighboring ones Areas the intensity weaker as the section of the color strip in which the light intensity is strong is. According to this principle, the graph of (4) as a result of Noise reduction process in the specific areas. In (4) is the maximum point the starting point of the particle color band and the minimum point of the End point of the color strip. Based on this result, the length of the particle color strip and the particle velocity can be calculated.

Dieser Prozess wird in wiederholender Weise auf jedes Teilchen in durch Photographieren des Innenraums des Mikrofluidik-Kanals mit einem Fluoreszenzmikroskop erhaltenen Bilddaten angewandt. Dann kann das Geschwindigkeitsprofil von zum Vorschein kommenden Teilchen in einer eindimensionalen Ebene erhalten werden.This process is applied repetitively to each particle in image data obtained by photographing the inside of the microfluidic channel with a fluorescence microscope. Then the velocity profile of emergent particles can be obtained in a one-dimensional plane become.

Im Folgenden wird ein in dem Verfahren zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils vorzugsweise verwendeter Mikrofluidik-Chip und sein Herstellungsverfahren erläutert.in the The following will be incorporated in the method for determining a velocity profile preferably used microfluidic chip and its manufacturing method explained.

3 ist ein Photomaskenlayout, das zum Herstellen des Mikrofluidik-Kanals erforderlich ist. Die Kreisbögen auf der linken und der rechten Seite geben das Einlassloch und das Auslassloch für Fluid an. Der Mikrofluidik-Kanal ist in Form eines ⊓⁣ entworfen, um eine minimale Dicke des Deckels in dem Mikrofluidik-Kanal zu ermöglichen. Folglich kann die Fokalebene des Fluoreszenzmikroskops so eingestellt werden, dass das Bild in der richtigen Position innerhalb des Mikrofluidik-Kanals, d. h. in dem Hauptmassenbereich, der von der oben liegenden Wand nicht beeinflusst wird, (idealerweise in der Höhe H/2) angeordnet wird. 3 is a photomask layout required to fabricate the microfluidic channel. The circular arcs on the left and right sides indicate the inlet hole and the fluid outlet hole. The microfluidic channel is designed in the form of a ⊓⁣ to allow a minimum thickness of the lid in the microfluidic channel. Consequently, the focal plane of the fluorescence microscope can be adjusted so that the image is placed in the correct position within the microfluidic channel, ie in the main mass region not affected by the overhead wall (ideally at height H / 2).

In dieser Ausführungsform ist die Länge des Mikrofluidik-Kanals auf 3 cm festgelegt. Diese Länge reicht aus, damit das Fluid in dem Kanal, nachdem der Kanal zu der "L"-Form gebogen worden ist, eine voll entwickelte Strömung ab dem Einlassloch aufrechterhalten kann. Die Kanalbreite ist auf 100 μm festgelegt und die Kanaltiefe auf 1000 μm.In this embodiment is the length of the microfluidic channel is set to 3 cm. This length is enough to allow the fluid in the channel to become fully developed after the channel has been bent to the "L" shape flow can maintain from the inlet hole. The channel width is up 100 μm fixed and the channel depth to 1000 microns.

Die 4a bis 4g sind Querschnittsdarstellungen zum Herstellen eines in dem Verfahren zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils vorzugsweise verwendeten Mikrofluidik-Chips.The 4a to 4g FIG. 15 are cross-sectional views for producing a microfluidic chip preferably used in the method for determining a velocity profile.

Zuerst wird in einer Höhe von etwa 100 μm durch das Rotieren bei der Drehzahl von 1150 min–1 mittels einer Rotations-Auftragsmaschine ein SU8-Negativ-Photoresist (200) auf den Siliciumwafer (100) aufgetragen (4a).First, a SU-8 negative photoresist (at a height of about 100 microns by rotating at the speed of 1150 min -1 by means of a rotary coater 200 ) on the silicon wafer ( 100 ) ( 4a ).

Danach wird das auf den Wafer (100) aufgetragene Photoresist (200) bei 65°C für 10 Minuten und bei 95°C für 30 Minuten vorgebrannt. In dieser Weise verdampft das Lösungsmittel des Photoresists. Danach wird der Wafer unter Verwendung der Photomaske, wie in 4 gezeigt ist, der UV-Strahlung ausgesetzt, um den gewünschten Teil des Photoresistpolymers zu vernetzen. Da der ausgesetzte Teil durch Wärme ständig vernetzt wird, wird er bei 65°C für 1 Minute und bei 95°C für 10 Minuten erwärmt. Nach dem Entfernen der nicht ausgesetzten Teile mittels einer Entwicklerlösung verbleibt die das negativ gemusterte Photoresist enthaltende Gießform. (4b).After that, this is applied to the wafer ( 100 ) applied photoresist ( 200 ) at 65 ° C for 10 minutes and preheated at 95 ° C for 30 minutes. In this way, the solvent of the photoresist evaporates. Thereafter, the wafer is made using the photomask, as in 4 exposed to UV radiation to crosslink the desired portion of the photoresist polymer. Since the exposed part is constantly crosslinked by heat, it is heated at 65 ° C for 1 minute and at 95 ° C for 10 minutes. After removal of the unexposed portions by means of a developer solution, the mold containing the negatively patterned photoresist remains. ( 4b ).

Danach wird die einleitende Rohrleitung (300) vor dem Vergießen an dem entsprechenden Einlassloch und dem entsprechenden Auslassloch angeklebt und aufgestellt (4c).Thereafter, the introductory pipeline ( 300 ) are glued and placed on the corresponding inlet hole and the corresponding outlet hole before pouring ( 4c ).

Danach wird der Wafer (100) an einer Position in einem gewissen Abstand (z. B. 0,5 mm bis 2 mm, vorzugsweise 1 mm) von der seitlichen Seite des Photoresistmusters (200), worin der Mikrofluidik-Kanal gebildet wird, entfernt und parallel zu dieser herausgeschnitten. Danach wird die Glasseitenwand (400) vertikal auf die Schnittfläche gestellt (4d). 4e ist eine ebene Figur, die die hergestellte Gießform zeigt. 4d ist eine längs der Linie A-A' in 4e aufgenommene Querschnittsansicht.Thereafter, the wafer ( 100 ) at a position at a certain distance (eg 0.5 mm to 2 mm, preferably 1 mm) from the lateral side of the photoresist pattern (FIG. 200 ), in which the microfluidic channel is formed, removed and cut out parallel to this. Then the glass side wall ( 400 ) placed vertically on the cut surface ( 4d ). 4e is a plane figure showing the manufactured mold. 4d is one along the line AA 'in 4e recorded cross-sectional view.

Danach wird PDMS-Lösung (500) (Dow Corning Sylgard-184, MI) in dem Volumenverhältnis von 10:1 mit einem Härtungsmittel vermischt und in die Gießform gegossen. Danach wird das PDMS durch sein Erwärmen für 2 Stunden bei 80°C ausgehärtet (4f).After that, PDMS solution ( 500 ) (Dow Corning Sylgard-184, MI) in the volume ratio of 10: 1 with a curing agent and poured into the mold. Thereafter, the PDMS is cured by heating for 2 hours at 80 ° C ( 4f ).

Danach wird das ausgehärtete PDMS aus der Gießform herausgeschält und zur richtigen Größe zugeschnitten. Danach wird die PDMS-Kopie (500) unter Anwendung von Ionenätzen (RIE)(Plasmatherm 760, USA) mit einer Glasabdeckung (600) bondiert (Marienfeld Micro Slides, Deutschland) (4f). In diesem Prozess wird dem PDMS und der Glasabdeckung geladener Sauerstoff zugesetzt. In dieser Weise werden die Oberflächen des Materials instabil, so dass sie ohne weiteres miteinander verbunden werden können, um stabil zu werden.Thereafter, the cured PDMS is peeled out of the mold and cut to the correct size. Then the PDMS copy ( 500 ) using ion etching (RIE) (Plasmatherm 760 , USA) with a glass cover ( 600 ) (Marienfeld Micro Slides, Germany) ( 4f ). In this process, charged oxygen is added to the PDMS and the glass cover. In this way, the surfaces of the material become unstable so that they can be readily joined together to become stable.

Danach wird, wie in 5 gezeigt ist, die Hauptrohrleitung mittels eines Epoxidklebers an das Einlassloch (350) und das Auslassloch (360) angeklebt. Danach wird sie mittels eines speziellen Schnellklebstoffs (SILY, Korea Altecho) für Silicium fest verbunden. 5 ist eine perspektivische Ansicht des kompletten Mikrofluidik-Chips als solchem. Bei der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, anstelle des PDMS andere durchsichtige Kunststoffe zu verwenden.After that, as in 5 is shown, the main pipeline by means of an epoxy adhesive to the inlet hole ( 350 ) and the outlet hole ( 360 ) glued. Thereafter, it is firmly bonded by means of a special rapid adhesive (SILY, Korea Altecho) for silicon. 5 is a perspective view of the complete microfluidic chip as such. In the present invention, it is also possible to use other transparent plastics instead of the PDMS.

Das Verfahren zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils kann unter Verwendung des hergestellten Mikrofluidik-Chips ausgeführt werden. 6 ist ein Strukturdiagramm eines Versuchsaufbaus zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils des Mikrofluidik-Chips gemäß der vorliegenden Erfindung.The method for determining a velocity profile may be performed using the fabricated microfluidic chip. 6 is a structural diagram of a test setup for Bestim a velocity profile of the microfluidic chip according to the present invention.

Unter Verwendung einer Spritzenpumpe (6)(Cole-Parmer 7600-Reihe, IL) wird eine Suspension, in der Polystyrol-Latex-Teilchen (Sigma L-5280, MO) mit einem Durchmesser von 2 μm dispergiert sind, unter konstantem Druck (der Druck kann durch den hochpräzisen Druckmesser (8) gemessen werden) durch das Einlassloch des wie oben hergestellten Mikrofluidik-Chips (1) injiziert.Using a syringe pump ( 6 ) (Cole-Parmer 7600 series, IL) a suspension in which polystyrene latex particles (Sigma L-5280, MO) are dispersed with a diameter of 2 microns, under constant pressure (the pressure can be determined by the high-precision pressure gauge ( 8th ) can be measured) through the inlet hole of the microfluidic chip ( 1 ).

Das von der Fluoreszenzlichtquelle (4)(Carl Zeiss M2 FL S, Deutschland) emittierte fluoreszierende Licht wird durch das Fluoreszenzfilter (5)(Carl Zeiss FITC-Fluoreszenzfilter, Deutschland) gefiltert, um Wellenlängen zu ergeben, die zum Beobachten der fluoreszierenden Polystyrol-Latex-Teilchen geeignet sind. In dieser Weise emittieren fluoreszierende Latexteilchen Licht mit einer inhärenten Wellenlänge. Das emittierte Licht wird durch die Objektlinse (2) um ein Vielfaches von 2,5 des Fluoreszenzmikroskops (Carl Zeiss SV-11, Deutschland) und außerdem durch eine digitale CCD-Kamera (3)(Carl Zeiss AxioCam HR, Deutschland) verstärkt. Mit der Digitalbilderzeugungssoftware (Axio Vision 3.1, Carl Zeiss) werden die Daten von der Kamera (3) zur Bilderlangung zu einem PC-basierten Rahmengreifer (10) geleitet. Das Gewicht der Suspension, die durch das Auslassloch des Mikrofluidik-Kanals ausströmt, wird durch die elektronische Waage (9) gemessen. In dieser Weise kann die mittlere Geschwindigkeit der Suspension geschätzt werden.That of the fluorescent light source ( 4 ) (Carl Zeiss M2 FL S, Germany) emitted fluorescent light is emitted through the fluorescence filter ( 5 ) (Carl Zeiss FITC fluorescence filter, Germany) to give wavelengths suitable for observing the polystyrene latex fluorescent particles. In this way, latex fluorescent particles emit light having an inherent wavelength. The emitted light is transmitted through the object lens ( 2 ) by a multiple of 2.5 of the fluorescence microscope (Carl Zeiss SV-11, Germany) and also by a digital CCD camera ( 3 ) (Carl Zeiss AxioCam HR, Germany). With the digital imaging software (Axio Vision 3.1, Carl Zeiss), the data from the camera ( 3 ) for image acquisition to a PC-based frame grabber ( 10 ). The weight of the suspension, which flows out through the outlet hole of the microfluidic channel, is transmitted through the electronic balance ( 9 ). In this way the mean velocity of the suspension can be estimated.

7 ist ein Bild durch Photographieren der Gestalt des durch fluoreszierendes Licht beleuchteten Mikrofluidik-Chips. 7 Fig. 11 is an image by photographing the shape of the fluorescent light-lit microfluidic chip.

8 ist ein durch Photographieren des Mikrokanals bei einer Kamerabelichtungszeit von 200 ms erhaltenes digitales Bild. Die Suspension, worin fluoreszierende Latexteilchen in einer extrem verdünnten Konzentration von 0,48 ppm dispergiert sind, strömt in dem Mikrofluidik-Kanal mit einem Durchfluss von 55 nl/s und einer Reynoldszahl von 0,1. Der Farbstreifen, der die Bewegung von Teilchen nachzeichnet, kommt in dem digitalen Bild zum Vorschein. Das Geschwindigkeitsprofil jedes Teilchens kann, wie oben beschrieben worden ist, durch numerische Verarbeitung des erhaltenen Bildes erhalten werden. 8th is a digital image obtained by photographing the microchannel at a camera exposure time of 200 ms. The suspension, in which fluorescent latex particles are dispersed at an extremely dilute concentration of 0.48 ppm, flows in the microfluidic channel at a flow rate of 55 nl / s and a Reynolds number of 0.1. The color stripe, which traces the movement of particles, appears in the digital image. As described above, the velocity profile of each particle can be obtained by numerically processing the obtained image.

Bei der vorliegenden Erfindung kann das Geschwindigkeitsprofil genauer bestimmt werden, da die Teilchengröße im Vergleich zur Kanalbreite kleiner ist. Speziell kann das Geschwindigkeitsprofil unter der Annahme, dass der Teilchenradius Rp ist und die Kanalbreite W ist, genauer bestimmt werden, falls 2Rp/W ≤ 0,1. Ferner kann ein genaueres Geschwindigkeitsprofil erhalten werden, wenn die vorliegende Erfindung auf eine verdünnte Suspension angewandt wird.In the present invention, the velocity profile can be more accurately determined because the particle size is smaller compared to the channel width. Specifically, assuming that the particle radius is R p and the channel width is W, the velocity profile can be more accurately determined if 2R p / W ≤ 0.1. Further, a more accurate velocity profile can be obtained when the present invention is applied to a dilute suspension.

Die 9a bis 9d zeigen Versuchsergebnisse des Bestimmens des Geschwindigkeitsprofils gemäß der vorliegenden Erfindung.The 9a to 9d show experimental results of determining the velocity profile according to the present invention.

9a ist ein Ergebnis für eine Lösung mit KCl, 1,0 mM, pH 5. 9b ist ein Ergebnis für eine Lösung mit KCl, 1,0 mM, pH 10. 9c ist ein Ergebnis für eine Lösung mit KCl, 0,1 mM und pH 7. 9d ist ein Ergebnis für eine Lösung mit KCl, 10 mM, pH 7. 9a is a result for a solution with KCl, 1.0 mM, pH 5. 9b is a result for a solution with KCl, 1.0 mM, pH 10. 9c is a result for a solution with KCl, 0.1 mM and pH 7. 9d is a result for a solution with KCl, 10 mM, pH 7.

KCl wird bei jeder Lösung als Elektrolyt verwendet. Der pH-Wert wird durch HCl und NaOH eingestellt. In den 9a bis 9d entsprechen die linke Seite und die rechte Seite der x-Achse (äquivalent zur Kanalbreite) der Glaswand bzw. der PDMS-Wand. Sie zeigen, dass die Teilchengeschwindigkeit an der Glasfläche, durch die hydrophile Eigenschaft bedingt, nach null konvergiert. Jedoch besitzt die Teilchengeschwindigkeit an der PDMS-Fläche, durch die hydrophobe Eigenschaft bedingt, anstelle von null einen endlichen Gleitgeschwindigkeitswert.KCl is used as electrolyte in every solution. The pH is adjusted by HCl and NaOH. In the 9a to 9d The left side and the right side correspond to the x-axis (equivalent to the channel width) of the glass wall and the PDMS wall, respectively. They show that the particle velocity at the glass surface, due to the hydrophilic property, converges to zero. However, the particle velocity at the PDMS surface, due to the hydrophobic property, has a finite sliding velocity value instead of zero.

Gemäß dem Verfahren zum Bestimmen des Geschwindigkeitsprofils der Erfindung ist es möglich, das Geschwindigkeitsprofil in dem Mikrofluidik-Kanal ohne Ausführung einer übermäßigen numerischen Verarbeitung genau und effizient zu bestimmen. Das Verfahren zum Bestimmen des Geschwindigkeitsprofils kann für die Durchflussregelung in Abhängigkeit von Fluideigenschaften in dem Mikrofluidik-Kanal und eine effiziente Strömungsverteilung angewandt werden.According to the procedure For determining the velocity profile of the invention, it is possible to determine the velocity profile in the microfluidic channel without execution an excessive numerical Accurately and efficiently determine processing. The procedure for Determining the velocity profile can be used for flow control in dependence of fluid properties in the microfluidic channel and efficient flow distribution be applied.

Obwohl zum Zweck der Veranschaulichung bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist Fachleuten auf diesem Gebiet klar, dass verschiedene Modifikationen, Zufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und vom Leitgedanken der Erfindung, die in den begleitenden Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen.Even though for illustrative purposes, preferred embodiments of the present invention Invention have been described to those skilled in the art clear that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention, as set forth in the accompanying drawings claims is disclosed departing.

Claims (7)

Verfahren zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils einer in einem Mikrofluidik-Kanal fließenden Suspension, das die folgenden Schritte umfasst: Erlangen von Bilddaten durch Photographieren des Innenraums des Mikrofluidik-Kanals durch ein Fluoreszenzmikroskop (a); Erlangen von durch eine Farbe des Lichts repräsentierten Bilddaten durch Filtern der Bilddaten, um zwei Farben unter drei Grundfarben des Lichts zu eliminieren (b); Bilden einer Matrix durch Verarbeiten der Farbintensität in dem ausgewählten Teil des entsprechenden Farbstreifenbildes aus Rohbilddaten (c); numerisches Differenzieren der Matrix längs der Strömungsrichtung eines Teilchens (d); Bilden eines Mittelwertes jedes Elements in der numerisch differenzierten Matrix, um das Rauschen zu eliminieren (e); Berechnen einer Farbstreifenlänge zwischen einem Pixelpunkt mit einem maximalen Wert und einem Pixelpunkt mit einem minimalen Wert, wobei diese Werte um das Rauschen verminderte Werte sind (f); und Bestimmen der Geschwindigkeit des Teilchens aus der berechneten Farbstreifenlänge (g).Method for determining a velocity profile a flowing in a microfluidic channel suspension, the following steps include: Obtaining image data by photographing of the interior of the microfluidic channel through a fluorescence microscope (A); Obtaining represented by a color of light Image data by filtering the image data to two colors under three To eliminate basic colors of light (b); Forming a matrix by processing the color intensity in the selected part the corresponding color stripe image from raw image data (c); numeric Differentiate the matrix longitudinally the flow direction a particle (d); Make an average of each element in the numerically differentiated matrix to eliminate the noise (E); Calculating a color stripe length between a pixel point with a maximum value and a pixel point with a minimum Value, where these values are noise-reduced values (f); and Determine the velocity of the particle from the calculated Paint stripe length (G). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fokalebene des Fluoreszenzmikroskops so eingestellt wird, dass sie sich während des Photographierens des Innenraums des Mikrofluidik-Kanals im Schritt (a) in der Mitte der Mikrofluidik-Kanalhöhe befindet.The method of claim 1, wherein the focal plane of Fluorescence microscope is adjusted so that during the Photographing the interior of the microfluidic channel in step (a) is located in the middle of the microfluidic channel height. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (b) die ausschließlich durch die grüne Farbe repräsentierten Bilddaten durch Filtern der Bilddaten, um die rote Farbe und die blaue Farbe unter den drei Grundfarben des Lichts zu eliminieren, erhalten werden.The method of claim 1, wherein in step (b) the exclusively through the green Color represented Image data by filtering the image data to the red color and the to eliminate blue color among the three primary colors of light, to be obtained. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teile, in denen im Schritt (c) die Lichtintensität durch das Pixel verarbeitet wird, einen Teilchenfarbstreifen und seinen Umgebungsbereich unter den gesamten Bilddaten umfassen.The method of claim 1, wherein the parts in which in step (c) the light intensity is processed by the pixel, a particle color strip and its surrounding area among the entire image data. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes Element in der numerisch differenzierten Matrix im Schritt (e) lokal gemittelt wird.The method of claim 1, wherein each element in the numerically differentiated matrix in step (e) is averaged locally becomes. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der lokale Mittelwert jedes Elements der Mittelwert des Elements und seines benachbarten Elements ist.The method of claim 5, wherein the local mean each element is the mean of the element and its neighboring one Elements is. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (c) bis (g) für jeden in den Bilddaten gezeigten Teilchenfarbstreifen wiederholt werden.The method of claim 1, wherein steps (c) to (g) for repeats each particle color strip shown in the image data become.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018203833A1 (en) * 2018-03-14 2019-09-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and device for inspecting a component for a motor vehicle

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI20085628L (en) * 2008-06-23 2009-12-24 Tampereen Teknillinen Yliopist Method and device for inspecting fluid flow in a microfluidic system
KR101056408B1 (en) * 2008-11-11 2011-08-11 한국과학기술연구원 Microfluidics device for measuring interface sliding speed in microchannel flows
KR101052494B1 (en) 2009-06-30 2011-07-29 한양대학교 산학협력단 Method for Measuring Flow Characteristics of Electronic Printing Ink Using Micro Particle Imagemeter and Microfluidic Chip Using Immersion Oil Technology
KR101416452B1 (en) * 2012-11-16 2014-07-14 한국과학기술연구원 Method and apparatus for measuring velocity profile by collective imaging of microfluidic tracer particle and computer-readable recording medium recorded with program performing the method
KR101358295B1 (en) * 2012-12-21 2014-02-05 서울대학교산학협력단 Substrate for energy converting using liquid
CN117233395A (en) * 2023-09-28 2023-12-15 上海交通大学 Quick diagnosis chip based on liquid unidirectional rectification and manufacturing method thereof

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3603905A1 (en) * 1985-02-08 1986-08-14 Omron Tateisi Electronics Co., Kyoto Flow-rate and particle analyser and flow cell therefor
US5124071A (en) * 1990-09-20 1992-06-23 Joseph Katz Microscopic particles containing imbedded fluorescent dyes and use thereof in particle-image velocimetry
US5488469A (en) * 1991-08-30 1996-01-30 Omron Corporation Cell analyzing apparatus
US5491642A (en) * 1993-12-03 1996-02-13 United Technologies Corporation CCD based particle image direction and zero velocity resolver
US5979245A (en) * 1992-04-17 1999-11-09 Osaka Gas Company Limited Method of measuring fluid flow by analyzing the fluorescent emissions from tracer particles in the fluid
US6309886B1 (en) * 1999-06-04 2001-10-30 The Regents Of The University Of California High throughput analysis of samples in flowing liquid
US20020137052A1 (en) * 1994-10-13 2002-09-26 Lynx Therapeutics, Inc. System and apparatus for sequential processing of analytes
US20030054558A1 (en) * 2001-07-18 2003-03-20 Katsuo Kurabayashi Flow cytometers and detection system of lesser size
JP2003279471A (en) * 2002-03-20 2003-10-02 Nippon Sheet Glass Co Ltd Chip for microchemical system and microchemical system
US6653651B1 (en) * 1998-12-09 2003-11-25 Carl D. Meinhart Micron resolution particle image velocimeter

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100405710B1 (en) * 2001-06-26 2003-11-14 현대자동차주식회사 Electric automobile battery charging equipment
KR20020024163A (en) * 2002-01-30 2002-03-29 강희원 The Method for Manufacturing for food with seafeed and cereals

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3603905A1 (en) * 1985-02-08 1986-08-14 Omron Tateisi Electronics Co., Kyoto Flow-rate and particle analyser and flow cell therefor
US5124071A (en) * 1990-09-20 1992-06-23 Joseph Katz Microscopic particles containing imbedded fluorescent dyes and use thereof in particle-image velocimetry
US5488469A (en) * 1991-08-30 1996-01-30 Omron Corporation Cell analyzing apparatus
US5979245A (en) * 1992-04-17 1999-11-09 Osaka Gas Company Limited Method of measuring fluid flow by analyzing the fluorescent emissions from tracer particles in the fluid
US5491642A (en) * 1993-12-03 1996-02-13 United Technologies Corporation CCD based particle image direction and zero velocity resolver
US20020137052A1 (en) * 1994-10-13 2002-09-26 Lynx Therapeutics, Inc. System and apparatus for sequential processing of analytes
US6653651B1 (en) * 1998-12-09 2003-11-25 Carl D. Meinhart Micron resolution particle image velocimeter
US6309886B1 (en) * 1999-06-04 2001-10-30 The Regents Of The University Of California High throughput analysis of samples in flowing liquid
US20030054558A1 (en) * 2001-07-18 2003-03-20 Katsuo Kurabayashi Flow cytometers and detection system of lesser size
JP2003279471A (en) * 2002-03-20 2003-10-02 Nippon Sheet Glass Co Ltd Chip for microchemical system and microchemical system

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Acc. Chem. Res.- 35(7), 491-498, 2002 *
Anal. Chem., 65, 2929-2932, 1993 *
Anal. Chem., 74, 2623-2636, 2002 *
Anal. Chem., 74, 2637-2652 *
Exp. Fluids, 25, 316-319, 1998 *
Patent Abstract of Japan & JP 2003279471 A *
Patent Abstract of Japan: JP 2003-279 471 A

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018203833A1 (en) * 2018-03-14 2019-09-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and device for inspecting a component for a motor vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
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