薯条和小费

乔纳斯M里贝^一，尼尔斯河斯科夫^b，奥尔Andreas K.卡夫利^一，阿姆斯特朗H钛^一，亨利克布鲁斯^b和B.J.RN T。斯托克^一

^一物理系，挪威科技大学，新利手机客户端NO–7491 Trondheim,挪威

^b物理系，Technical University of Denmark,DK–2800康根斯·林格比，丹麦

jonas.ribe@ntnu.编号

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为什么这个有用？

接触角测量对于表征液体对固体表面的润湿性很重要。在微流体学中，他们特别感兴趣，因为他们提供了对样品液体和微通道表面之间分子间相互作用的洞察。在使用氧等离子键组装聚二甲基硅氧烷（PDMS）装置时，接触角测量也很重要。为了获得最佳的结合强度，应尽量减小等离子体处理PDMS的水接触角，如Bhattacharya所示。等.〔1〕目前测量接触角的障碍是昂贵且不可移植的装置的要求。这里我们展示了一种使用在典型微流体实验室中发现的材料和设备测量接触角的方法。

我需要什么？

消耗品：

设备：

• Smartphone
• 数字比例尺
• 带真空泵的干燥器
• Oven
• 注射泵可选择的）
• 光源

对于测量：

• 移液管（0.5-3μl）
• 样品（例如）deionized (DI) water or other liquid sample)

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我该怎么办？

准备PDMS：

1. 称10:1 PDMS（Sylgard 184），装在数字秤上的塑料杯中。
2. 用塑料勺手动混合PDMS
3. 在干燥器中对PDMS进行除气，以去除气泡。

制作PDMS镜头：

1. 使用塑料勺柄（或吸液管）的尖端，将一小滴未固化的PDMS放在玻璃盖卡瓦的中心。重复使用不同数量的PDMS，获得不同放大倍数的镜片。
2. 将盖卡瓦倒置安装（例如在两个玻片之间）并在70°C下固化PDMS 15分钟。Longer curing times might be necessary,如果降幅较大。
3. 将PDMS镜头对准智能手机的摄像头，并用胶带固定。
4. Test the focus of your camera.对于我们的相机设置，最好的图像是用聚焦在2厘米左右的镜头拍摄的。

接触角测量：

1. 最好使用注射泵或其他可以移动的系统制作样品台。We mounted the smartphone on the syringe holder block with the camera pointing towards the pusher block.使用实验室中的玻璃载玻片或其他消耗品在推动块上制作样品架。将舞台中心与摄像机中心对齐。提示：如果使用要测量的样本进行校准，则校准更容易。将样品放在试块上，通过释放推杆试块并将其滑离/滑向相机，将其移动到焦点位置。增加阶段的高度，直到样品的顶部在相机中居中。
2. 将光源放在样品后面，均匀地照亮舞台。提示：将样品台放在白色墙壁前面，照亮墙壁，获得均匀的背景和最佳的对比度。
3. 用移液管在样品顶部滴一小滴（0.5-3μl）去离子水。将水滴放置在离相机最近的采样边附近。
4. 将采样边移到焦点。把房间里的环境光挡住。
5. 测量图像中水滴的接触角，例如使用Image J〔2〕带有接触角测量插件的软件〔3〕或者使用智能手机上的应用程序进行粗略估计。〔4〕

PDMS上的水接触角测量：（a）使用PDMS镜头的iPhone 6S前置摄像头的原始图像。（b）使用智能手机上的app直接测量（基于θ/2计算）（C-E）使用Dropsake插件的ImageJ测量。未改性的PDMS（C）和PDMS（D-E）用氧等离子体处理。

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我还应该知道什么？

PDMS透镜的焦距由Lee描述的PDMS体积决定。等.〔5〕.然而，由于聚二甲基硅氧烷的高粘度，用移液管难以控制聚二甲基硅氧烷的体积。我们建议您制作一系列镜头尺寸，并在您的智能手机相机上测试它们，看看哪个镜头的焦距合适。如果您的数字刻度具有毫克精度，您可以测量每个透镜使用的PDMS数量。每个PDMS透镜的质量通常小于10 mg。You can decrease the focal length further by adding PDMS to an already cured lens.现代智能手机既有后向摄像头，也有前向摄像头。根据我们的经验，使用前向摄像头时，下降对焦更容易。这里拍摄的照片是用苹果公司的iPhone6s，使用带有5MP传感器的前置摄像头拍摄的。治愈后的PDMS晶状体重量为7毫克。

提示：您也可以将PDMS透镜从盖片上取下，直接放在相机上。虽然，中心可能更难。

从无柄水滴的图像计算接触角可以使用一系列的技术。〔6〕如果液滴体积小，接触角不极端，我们通常可以忽略重力效应引起的液滴变形。外星和月球〔7〕计算了当水滴体积小于5μl且在疏水表面上小于2.7μl（θ=160°）时，其重力效应可以忽略。如果假设液滴是球形的，接触角可通过将底部和液滴高度之间的角度乘以2来估算。这被称为θ/2-方法，由例如接触角测量应用程序〔4〕对于IOS。通常情况下，实验装置和操作误差会限制固定液滴的测量。但通常具有±3°的精度。〔8〕基于水滴轮廓曲线拟合的图像处理算法可以提高再现性。图像J〔2〕带Dropsnake插件〔3〕使用活动轮廓（能量最小化）跟踪水滴的轮廓并计算接触角。这提高了精度，但速度较慢，目前需要在单独的计算机上进行分析。

确认

挪威研究委员会对挪威微和纳米制造设施的支持得到了承认，Norfab（197411/V30）。

工具书类

1. S.Bhattacharyaa.达塔JMBerg与SGangopadhyayJ微电子机械。S.，二千零五十四，590—597
2. Image J软件
3. 用于接触角测量的Dropsnake ImageJ插件
4. Contact Angle Measurement iOS app（日本人）
5. WM李，a.UpadhyaP.JReece和T。G.PhanBiomed.Opt.快递，2014，五，1626—1635
6. 是的。元和TR.李，Surface 新利手机客户端Science Techniques，Springer柏林/海德堡2013，五十一，3–34.
7. C.W外加和S一。Moon朗格缪尔，2010，二十六，11815–11822.
8. A.F.StalderG.库利克d.鼠尾草，L.巴比里和P.霍夫曼胶体和表面：物理化学。工程。方面，2006，二百八十六，92—103。