Dispositivi microfluidici per la caratterizzazione di processi di evento di poro-scala in mezzi porosi per le applicazioni di recupero olio
Summary
L’obiettivo di questa procedura è facilmente e velocemente produrre un dispositivo microfluidico con geometria personalizzabile e resistenza al rigonfiamento di fluidi organici per gli studi di recupero olio. Uno stampo di polidimetilsilossano è generato in primo luogo e quindi usato per lanciare il dispositivo base epossidica. Uno studio rappresentativo cilindrata è segnalato.
Abstract
Dispositivi microfluidici sono strumenti versatili per lo studio dei processi di trasporto a scala microscopica. Esiste una domanda per dispositivi microfluidici che i componenti sono resistenti a basso peso molecolare dell’olio, a differenza dei dispositivi tradizionali polidimetilsilossano (PDMS). Qui, dimostriamo un facile metodo per rendere un dispositivo con questa proprietà, e usiamo il prodotto di questo protocollo per esaminare i meccanismi di poro-scala da cui schiuma recupera greggio. Un modello in primo luogo è stato progettato utilizzando software di progettazione assistita da elaboratore (CAD) e stampato su una trasparenza con una stampante ad alta risoluzione. Questo modello viene poi trasferito a un photoresist tramite una procedura di litografia. PDMS è avviare il pattern, curata in un forno e rimosso per ottenere uno stampo. Un polimero di reticolazione del tiolo-ene, comunemente usato come adesivo ottico (OA), è poi versato sulla muffa e curato sotto luce UV. Lo stampo PDMS è sbucciato lontano il cast adesivo ottico. Un substrato di vetro viene quindi preparato, e le due metà del dispositivo sono legate insieme. Dispositivi ottici basati su adesivo sono più robusti rispetto a tradizionali dispositivi microfluidici PDMS. La struttura di resina epossidica è resistente al rigonfiamento di molti solventi organici, che apre nuove possibilità per gli esperimenti che coinvolgono liquidi organici leggeri. Inoltre, il comportamento di bagnabilità superficiale di questi dispositivi è più stabile di quella di PDMS. La costruzione di dispositivi microfluidici adesivo ottico è semplice, richiede ancora in modo incrementale più sforzo che la realizzazione di dispositivi basati su PDMS. Inoltre, anche se dispositivi ottici adesivi sono stabili in liquidi organici, essi possono esibire ridotta forza di legame dopo un lungo periodo. Dispositivi microfluidici adesivo ottico possono essere fatto in geometrie che fungono da 2-D micromodels per mezzi porosi. Questi dispositivi vengono applicati nello studio dello spostamento di olio per migliorare la nostra comprensione dei meccanismi coinvolti nella bonifica di recupero e acquifero di petrolio poro-scala.
Introduction
Lo scopo di questo metodo è quello di visualizzare e analizzare le interazioni fluide multifase, multi-componente e le dinamiche complesse poro-scala in mezzi porosi. Fluido di flusso e trasporto in mezzi porosi sono stati di interesse per molti anni perché questi sistemi sono applicabili ai diversi processi sottosuolo come recupero olio, bonifica dell’acquifero e idraulico Fratturazione1,2, 3 , 4 , 5. utilizzando micromodels di imitare queste complesse strutture di poro, intuizioni uniche sono acquisite visualizzando gli eventi dinamici di poro-livello tra le diverse fasi di fluido e la media6,7,8 ,9,10,11.
La fabbricazione di micromodels tradizionale a base di silice è costoso, richiede tempo e stimolante, ma costruendo micromodels da adesivo ottico offre una relativamente poco costoso, veloce e facile alternativa12,13, 14,15. Rispetto ad altri a base di polimeri micromodels, adesivo ottico presenta le proprietà di bagnatura della superficie più stabile. Ad esempio, superfici micromodel polidimetilsilossano (PDMS) diventerà presto idrofobiche nel corso di un esperimento di dislocamento tipico16. Inoltre, il modulo di Young di PDMS è 2,5 MPa, mentre quello di adesivo ottico è 325 MPa13,17,18. Così, adesivo ottico è meno soggetto a fallimento indotto di deformazione e canale di pressione. D’importanza, adesivo ottico curato è molto più resistente al rigonfiamento di componenti organici a basso peso molecolare, che consente esperimenti che coinvolgono petrolio greggio e solventi luce saranno condotte18. Nel complesso, ottico adesivo è un’alternativa superiore a PDMS per gli studi di spostamento che coinvolgono il petrolio greggio quando micromodels a base di silice sono proibitivamente costosi o complessi e ad alta temperatura e pressione gli studi non sono necessari.
Il protocollo descritto in questa pubblicazione fornisce le istruzioni di montaggio dettagliate per micromodels adesivo ottico e segnala i trucchi sottili che assicurano il successo nella manipolazione di piccole quantità di fluidi. La progettazione e la fabbricazione di micromodels base adesivo ottico con litografia soft prima descritto. Allora, la strategia di spostamento fluido è data per ultra-basse portate che sono comunemente irraggiungibile con controllori di flusso di massa. Successivamente, un risultato sperimentale rappresentativo è dato come esempio. Questo esperimento rivela schiuma destabilizzazione e propagazione comportamento in presenza di petrolio greggio e mezzi porosi eterogenei. Infine, analisi di dati e di elaborazione di immagine tipica è segnalato.
Il metodo fornito qui è adatto per applicazioni di visualizzazione che coinvolgono il flusso multifase e interazioni in spazi confinati microchannel. In particolare, questo metodo è ottimizzato per caratteristiche micro-caratteristica risoluzioni superiori a 5 e inferiore a 700 µm. portate tipiche sono dell’ordine di 0,1-1 mL/h. Negli studi di petrolio greggio o dislocamento leggero solvente di fluidi acquosi o gassosi nell’ordine questi parametri ottimizzati alle condizioni ambientali, questo protocollo deve essere appropriato.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo per lo studio dei processi di recupero olio in ottica micromodels adesivo un equilibrio tra la robustezza del micromodels non polimerici – come il vetro o silicio – e la facile realizzazione di dispositivi microfluidici PDMS. A differenza di micromodels di vetro o adesivo ottico, dispositivi PDMS mancano resistenza alla luce specie organiche. PDMS micromodels, inoltre, non sono ideali per molti esperimenti perché le superfici di questi dispositivi hanno proprietà wetting instabile, e la matrice po…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Riconosciamo il sostegno finanziario del Consorzio di Università del riso per processi in mezzi porosi (Houston, TX, USA).
Materials
| 3 mL Leur-Lok Syringe | Fischer Scientific | 14-823-435 | |
| 10 mL Glass Syringe | Fischer Scientific | 1482698G | |
| Photomask | CAD/Art Services | ||
| Silicon Wafer | University Wafer | 452 | |
| Propylene-Glycol-Methyl-Ether-Acetate | Sigma Aldrich | 484431-4L | |
| 150 mm Glass Petri Dish | Carolina Biological Supply | #721134 | |
| 60 mm Plastic Petri Dish | Carolina Biological Supply | #741246 | |
| Mask Aligner | EV Group | EVG 620 | |
| 1 mm Biopsy Punch | Miltex, Plainsboro, NJ | 69031-01 | |
| Industrial Dispensing Tip | CML Supply | Gauge 23 | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX-71 | |
| Plasma System | Harrick Plasma | PDC-32G | Plasma cleaner |
| Polydimehtylsiloxane (PDMS) | Dow Corning, Midland, MI | SYLGARD 184 | |
| Norland Optical Adhesive 81 (NOA81) or (OA) | Norland Products Inc. | 8116 | Optical adhesive |
| Quick-Set Epoxy | Fisher Scientific | 4001 | |
| Glass Slides | Globe Scientic Inc. | 1321 | |
| SU-8 2015 Photoresist | MicroChem | SU-8 2015 | Photo resist |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | Fusion 400 | |
| Glass Capillary Tubing | SGE Analytical Science | 1154710C | |
| High-Speed Camera | Vision Research | V 4.3 | |
| Polyethylene Tubing | Scientific Commodities Inc. | #BB31695-PE/3 |
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