微流控自由界面扩散：扩散系数测量与界面驱动输运现象的证实

我们开发了一种微流控工具，通过追踪微通道中初始陡峭浓度梯度随时间弛豫的过程，测量水溶液中溶质的扩散系数$D$。我们的芯片利用多层软光刻技术，并通过开启气动微阀触发纯水与初始由该阀分隔在通道中的溶液相互扩散，即所谓的自由界面扩散技术。距扩散区一定距离处的另一微阀关闭通道，从而抑制对流。利用该芯片，我们测量了水中从小分子到聚合物和胶体、尺寸范围广泛的溶质的扩散系数，其值在$D \in [10^{-13}- 10^{-9}]$~m$^2$/s范围内。在相同实验中添加胶体示踪剂后，还揭示了由于溶质浓度梯度存在而引起的扩散泳和扩散渗透现象。但我们表明，在所探索的浓度范围内，这些界面驱动输运现象并不影响溶质扩散系数的测量。