Microfluidic active mixers employing ultra-high aspect-ratio rare-earth magnetic nano-composite polymer artificial cilia
Notice bibliographique
Résumé
We present a new micromixer based on highly magnetic, flexible, high aspect-ratio, artificial cilia that are fabricated as individual micromixer elements or in arrays for improved mixing performance. These new cilia enable high efficiency, fast mixing in a microchamber, and are controlled by small electromagnetic fields. The artificial cilia are fabricated using a new micromolding process for nano-composite polymers. Cilia fibers with aspect-ratios as high as 8:0.13 demonstrate the fabrication technique's capability in creating ultra-high aspect-ratio microstructures. Cilia, which are realized in polydimethylsiloxane doped with rare-earth magnetic powder, are magnetized to produce permanent magnetic structures with bidirectional deflection capabilities, making them highly suitable as mixers controlled by electromagnetic fields. Due to the high magnetization level of the polarized nano-composite polymer, we are able to use miniature electromagnets providing relatively small magnetic fields of 1.1 to 7 mT to actuate the cilia microstructures over a very wide motion range. Mixing performances of a single cilium, as well as different arrays of multiple cilia ranging from 2 to 8 per reaction chamber, are characterized and compared with passive diffusion mixing performance. The mixer cilia are actuated at different amplitudes and frequencies to optimize mixing performance. We demonstrate that more than 85% of the total volume of the reaction chamber is fully mixed after 3.5 min using a single cilium mixer at 7 mT compared with only 20% of the total volume mixed with passive diffusion. The time to achieve over 85% mixing is further reduced to 70 s using an array of eight cilia microstructures. The novel microfabrication technique and use of rare-earth permanently-magnetizable nano-composite polymers in mixer applications has not been reported elsewhere by other researchers. We further demonstrate improved mixing over other cilia micromixers as enabled by the high aspect-ratio, high flexibility, and magnetic properties of our cilia micromixer elements.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».