Generazione e caratterizzazione di gocce in una piattaforma opto-microfluidica di LiNbO3 in configurazione di co-flow

Gli obiettivi del seguente lavoro di tesi sono la caratterizzazione e lo studio del metodo di produzione di gocce detto co-flowing streams che fa uso di una giunzione microfluidica di tipo cross-junction integrata in una piattaforma opto-microfluidica costruita utilizzando un substrato di LiNbO3. Sono stati raccolti dati sperimentali per diversi regimi di produzione di gocce per poi confrontare questi ultimi con leggi di scala già presenti in letteratura al fine di attestare l'affidabilità del metodo di misura; si sono poi confrontati due diversi sistemi di misura usati per studiare le gocce generate: un sistema ottico integrato nella piattaforma tramite una guida di luce di cui poi viene analizzato il segnale in tensione dovuto all'interferenza fra la goccia passante nel canale e il fascio luminoso che attraversa la guida e un sistema di imaging che studia le immagini delle gocce che attraversano il canale, raccolte da una telecamera posta al di sotto della piattaforma. Sono state ricavate delle relazioni che permettono di calibrare l'apparato in modo da ottenere parametri fondamentali, come la lunghezza e il Numero Capillare delle gocce, utilizzando soltanto le grandezze ricavate dal sistema di misura ottico senza dover necessariamente utilizzare un sistema di imaging. Un risultato molto promettente che è stato ottenuto è la formulazione di una nuova legge di scala che lega la frequenza di generazione delle gocce al Numero Capillare di queste ultime (e dunque alla loro velocità) mediante una proporzionalità diretta. In ultimo si sono studiati anche alcuni possibili sviluppi futuri della caratterizzazione del sistema, come ad esempio l'identificazione della transizione fra due diversi regimi di produzione attraverso i soli parametri ottici e la descrizione dell'asimmetria della goccia tramite particolari indicatori di forma. The objectives of the following thesis are the characterization and study of the drops production method called co-flowing streams which uses of a microfluidic junction called cross-junction, integrated in an opto-microfluidic platform constructed using a LiNbO3 substrate. Experimental data were collected for different droplet production regimes, to then compare the latter with scale laws already present in the literature in order to certify the reliability of the measurement method; then we compared two different measurement systems used to study the generated droplets: an optical system integrated into the platform by using a light guide whose voltage signal is then analyzed to catch the interference between the drop passing through the channel and the light beam that goes through the guide and an imaging system that studies the images of the drops that cross the canal, collected by a camera placed below the platform. Reports have been obtained that allow to calibrate the apparatus in order to obtain fundamental parameters, such as the length and the Capillary Number of the droplets, using only the quantities obtained from the optical measuring system without necessarily having to use an imaging system. A very promising result that has been obtained is the formulation of a new scale law that links the frequency of drop generation to the Capillary Number of the latter (and therefore to their speed) through direct proportionality. Lastly, some possible future developments of the system characterization were studied, such as the identification of the transition between two different production regimes through optical parameters only and the description of the asymmetry of the droplet through particular shape indicators.