Estudio teórico y experimental del llenado capilar en geometrías de sección variable con aplicaciones en microfluídica.

EMANUEL ELIZALDE; RAÚL URTEAGA; R.R. KOROPECKI; CLAUDIO L. A. BERLI

Tandil

Congreso; 99 Reunión de la Asociación Física Argentina; 2014

AFA

La dinámica del llenado capilar en tubos de sección uniforme es bien conocida desde hace más o menos un siglo. No obstante, el llenado capilar de microcanales de sección variable ha sido menos investigado, y al presente tiene gran interés debido la utilización del fenómeno para el bombeo pasivo de fluidos en chips de microflu´ıdica. En estos sistemas, un problema central es el control del flujo a partir del dise?no de la geometría y/o topología de los microcanales. En este contexto, en la reunión anterior (AFA 2013) reportamos un estudioteórico y experimental del llenado capilar en micro y nanocanales de sección circular variable. El presente trabajo describe el análisis teórico y experimental del llenado capilar en geometr´ıas de sección rectangular. En particular, aquí se consideran sistemas donde la presión de Laplace no cambia a lo largo del dominio, lo cual tiene dos aplicaciones muy relevantes: (i) celdas planas de sección rectangular, tipo Hele-Shaw, de altura constante y ancho variable, y (ii) medios porosos, tipo papel, con secciones variables. El primer caso representa las geometrías que resultan de los procesos estándar de microfabricación. El segundo caso involucra el flujo en sustratos de papel y otros derivados de celulosa, los cuales son muy utilizados para desarrollar chips de diagnóstico de bajo costo.El modelo fluidodinámico desarrollado involucra un problema inverso, cuya resolución permite diseñar geometrías para obtener un control preciso de la cinemática de imbibición del fluido. A modo de ejemplo, aquí se discute el perfil geométrico que posibilita la imbibición a velocidad constante. Para validar el modelo se construyeron prototipos experimentales con perfil geométrico predefinido: (i) microcanales planos, a partir de dos portaobjetosde laboratorio unidos mediante un film de vinilo, y (ii) piezas de papel de filtro Whatman grado 1. En ambos casos, la posición del frente de avance en función del tiempo fue obtenida a partir del análisis de imágenes fotográficas.Los resultados experimentales están notablemente de acuerdo con la predicción teórica.