Investigation of the effects of tube geometry in the microfludic device used to generate nanospheres

Abstract

Bu çalışmada, birleşme açısının ve sıvı çözelti akış hızının mikro akışkan cihaz içine yerleştirilmiş 100 µm'lik bir tüp içinde mikro baloncuk patlamasından elde edilen polimetilsilseskiokson (PMSQ) nano-küre oluşumuna etkileri incelenmiştir. Kullanılan mikro akışkan cihazda mikro baloncuk patlamasından elde edilen polimer nano küre üretiminin anlaşılması, biyomedikal tedavide hücre naklini, ileri terapötik uygulamalar ve gıda endüstrisi gibi birçok uygulama için çok yararlı olabileceği görülmüştür. Sıvı ve gaz kanalları arasındaki bağlantı açısının (Ø = 0 ° ila 60 °) ve gaz basıncının 50 ila 400 kPa olduğu zaman ki etkileri dikkate alınmıştır. Dijital mikroskop sonuçları, baloncuk oluşturma işlemi sırasında mikro baloncuk boyutunun, genellikle aynı akış hızında ve gaz basıncında birleşme açısının artmasıyla azaldığını göstermektedir. Yapılan deneylerde değişken mikro baloncukların oluşturulduğu en verimli açının yaklaşık 60 ° 'lik bir bağlantı açısı olduğu görülmüştür. Ayrıca, 100 µm çapında tüp kullanılan birleşik mikro akışkan bağlantı cihazındaki nano küre büyüklüğü, aynı akış ve gaz basıncı koşullarıyla bağlantı açısı arttıkça azalmaktadır. Bu çalışmada kullanılan cihazdaki mikro baloncuk oluşumunun gaz basıncına büyük ölçüde bağlı olduğu ve N2 gaz basıncının 50 kPa'dan daha büyük olduğunda mikro akışkan cihazı ile mikro baloncuk oluşumunun sağlanabildiği görülmüştür.

This study describes polymethylsilsesquioxone (PMSQ) nanospheres formation from microbubble bursting in a 100 µm capillaries embedded combined microfluidic device based on effects of junction angle and flow rate of liquid solution. The understanding of polymer nanosphere generation from microbubble bursting in the device with thin capillaries used could be very useful for many applications, such as cell transplantation in biomedical therapy, advanced therapeutic applications and food industry. The effects of the junction angle (Ø=0° to 60°) between the liquid and gas channels and the gas pressure ratios (50 to 400 kPa) are considered. The digital microscope results indicate that the microbubble size during the bubble generation process generally decreases with the increase of junction angle at the same flow rate and gas pressure. A junction angle of around 60° was figured out as the most efficient angle at which alternating microbubbles are still formed at lower capillary numbers (Ca). In addition, the nanosphere size in the combined microfluidic junction device with 100 µm capillaries decreases as junction angle increases with the same flow and gas pressure conditions. The microbubble formation in the device used in this work depends sinificantly on the gas pressure, and the combined microfluidic junction device with thin capillaries becomes a microbubble generation when N2 gas pressure is greater than 50 kPa.