微流道製作與流阻

利用玻璃細管在受熱熔融後具有延展性，完成製作微米級玻璃微流道，可以適當掌控相關參數，製作內徑微米級及長度可達數十公分的微流道；進而探究流阻與微流道內徑與長度之關係。

實驗材料： 玻璃滴管 打火機 2隻 砝碼或重物 光學顯微鏡 空壓機 培養皿 量筒

現象說明

垂直懸掛商業用玻璃滴管，底端可以加掛一物體，使用火焰槍於細管部以單側或雙側加熱加工，因為高溫使垂直懸掛之玻璃熔融流動而使細管部底端向下墜落，瞬時形成的細長之微流道。

探究問題

• 2.1 商用玻璃滴管之細管部內徑約為1公釐，如何透過加熱使滴管延展而形成微流道？
• 2.2 如何掌控以火炬加熱，使玻璃達到特定溫度而熔融延展？
• 2.3 在滴管細管部何處加熱？單火炬與雙火炬可能達成的效果有何不同？
• 2.4 滴管低端所加物體的重量，可以達成何種效果？
• 2.5 微流道製程上還有哪些可能的變數？
• 2.6 流阻與微流道內徑與長度的可能關係為何？

實作項目

• 3.1 將一支商用滴管垂直懸掛，並於低端掛一重物，於細管部中間附近單側以火焰槍加熱，直到熔融而使低端延展下墬，形成微流道；使用顯微鏡檢視製成之微流道。

• 3.2 續上，但是在兩側使用火焰槍加熱，製作微流道；使用顯微鏡檢視製成之微流道。

• 3.3 製成之微流道，以高壓氣體由一端輸入，另一端置於倒扣之加水量筒中，觀察與記錄量筒中水面下降之速率。

分析與結論

• 4.1 能完成微流道製作。

• 4.2 使用顯微鏡觀察拍照製成之微流道，試著在微流道上覆蓋一層油，並觀察其差別。

• 4.3 檢視不同方式製成之微流道內徑與長度。
• 4.4 檢視微流道內徑之均勻度。
• 4.5 在流阻實驗中，於固定兩端之壓力差時，紀錄倒叩之量筒水面高度對時間關係圖，藉以計算出流率。

• 4.6 流率與壓力差的關係圖，藉以計算出流阻。

教學目標與評量

• 5.1 能實際架設滴管與重物，進而操作火焰槍加熱滴管細管部，完成微流道之製作。
• 5.2 以顯微鏡檢視製成之微流道，並分辨於流道上是否覆蓋一層油之差別。
• 5.3 能分辨單支火焰槍與雙火焰槍製成之微流到之差別。
• 5.4 能完成固定壓力差下之流率實驗，改變壓力差後重複流率實驗。
• 5.5 能完成流率與壓力差的關係圖，藉以計算流阻。

參考資料

• https://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.5009773?class=pdf