توليد ومراقبة اليكتروهيدروديناميك التدفقات في حلول الكهرباء المائية

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجالات أبحاث السوائل الدقيقة والنانوية ، مثل مدى فعالية نقل التسرب في المساحات الضيقة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أن الكاتيونات والأنيونات ، التي يتم كهربة مسارات نقلها باستخدام غشاء التبادل الأيوني ، تقود التدفق الكهروهيدروديناميكي. يوضح الإجراءات أيوكو يانو ، أستاذ مساعد بجامعة جونما ، تخرج من مختبرنا ، وفوميكا نيتو ، طالبة دكتوراه من مختبرنا.

أولا ، قم بلصق ألواح الأكريليك على طرفي قالب PTFE بمادة لاصقة بلاستيكية ، مما يؤدي إلى عمل شقوق في الخزان لتسوية أقطاب التحيز. في أنبوب سعة 50 مليلتر ، امزج قاعدة مطاط من السيليكون في عامل معالجة بنسبة عشرة إلى واحد. بعد ذلك ، ضع PDMS سائل في وعاء مفرغ من الهواء ، وقم بإزالة الغاز منه باستخدام مضخة دوارة.

قم بإزالة الأنبوب من وعاء التفريغ. ثم صب PDMS في وعاء بلاستيكي مكعب 40 × 50 × 24 ملم ، لتشكيل الشكل الخارجي للخزان ، ووضع قالب الخزان فيه. اخبز جسم PDMS السائل بالكامل على طبق ساخن على حرارة 80 درجة مئوية لمدة أربع ساعات تقريبا.

بعد الخبز ، قم بعزل خزان PDMS عن قالب PTFE في الوعاء الخارجي يدويا. ثم قم بعمل شق عبر وسط الخزان باستخدام سكين جراحي. باستخدام الملقط ، قم بتعيين الألواح الزجاجية ، المطلية مسبقا بغشاء ذهبي رقيق ، على طرفي الخزان ، لتكون بمثابة أقطاب متحيزة.

بعد ذلك ، قم بقص غشاء تبادل الأنيون إلى مستطيل مربع 20 × 18 ملم باستخدام المقص. ثم قم بقص مستطيل ثلاثة في خمسة نقاط خمسة ملليمترات مربعة من إحدى حواف الغشاء. الآن ، قم بقص كتلة PDMS الصلبة بقناة تدفق مربعة إلى قطعة مكعبة ثلاثة في ستة × أربعة نقاط خمسة ملليمتر ، باستخدام سكين جراحي.

قم بعمل شقوق على طول الحواف الخارجية ، وقم بتثبيتها بالغشاء داخل الفتحة المستطيلة. بعد ذلك ، اضبط غشاء تبادل الأنيون مع قناة تدفق PDMS في خزان PDMS ، باستخدام ملاقط. باستخدام ماصة دقيقة، املأ الخزان بأربعة ملليلتر من محلول هيدروكسيد الصوديوم.

قم بتطبيق جهد كهربائي من نقطتين فولت ، باستخدام مصدر طاقة تيار مستمر ، في اتجاهين أمامي وخلف ، لمدة ساعتين كل منهما على التوالي ، لتحسين موصلية الغشاء قبل المراقبة. بعد ذلك ، اسحب الأقطاب الكهربائية الذهبية للخارج باستخدام الملقط. ثم قم بإزالة المحلول من الخزان باستخدام ماصة دقيقة.

ضع أقطاب كهربائية ذهبية جديدة في الخزان باستخدام ملاقط. املأ الخزان بأربعة ملليلتر من محلول هيدروكسيد الصوديوم باستخدام ماصة دقيقة. في هذه المرحلة ، اضبط معدل الإطارات ووقت التعرض لكاميرا أشباه الموصلات المجانية عالية السرعة المصنوعة من أكسيد المعدن على 500 إطار في الثانية ومللي ثانية واحدة ، على التوالي.

قم بإزالة أي فقاعات من القناة، عن طريق إدخال طرف ماصة دقيقة في نهاية القناة لدفعها أو سحبها للخارج، قبل تطبيق جهد كهربائي. الآن ، قم بتطبيق جهد كهربائي خارجيا مقداره نقطتين فولت على أقطاب انحياز الذهب. راقب الاستجابات الكهربائية في نفس الوقت ، باستخدام بوتينسيوستات ، ثم سجل سلوك جزيئات التتبع على الكمبيوتر.

قم بتشكيل أقطاب كهربائية من التحيز الذهبي بسطح مربع 26 × 10 ملم على الصفيحة الزجاجية السفلية ، وفقا لإجراءات مماثلة لتلك الموضحة سابقا. باستخدام الاخرق بترددات الراديو ، قم بتغطية السطح الزجاجي بالكروم المعرض لبلازما الأرجون لمدة دقيقتين عند 75 واط ، وقم بإيداع طبقة رقيقة من الذهب لمدة خمس دقائق عند 75 واط. باستخدام مكواة لحام ، قم بلحام خط الرصاص على حافة الأقطاب الكهربائية.

من لوح مطاطي سيليكون كبير ، قم بقص غرفتين ، كل منهما مصنوع من قناة تدفق مكعبة واحدة تلو الأخرى موضوعة بين خزانين ، باستخدام سكين جراحي. بعد ذلك ، قم بقطع غشاء التبادل الكاتيوني إلى 20 × 30 ملم مربع باستخدام سكين جراحي. الموجات فوق الصوتية كل جزء في الماء النقي لمدة 15 دقيقة ، عن طريق تطبيق 100 واط.

أدخل غشاء التبادل الكاتيوني بين الغرف ، باستخدام الملقط ، ثم اضغط على كومة الغرف وغشاء التبادل الكاتيوني وأغلقها بألواح زجاجية. باستخدام المحاقن ، قم بحقن جسيمات البوليسترين Tris-EDTA المعدة مسبقا ومحاليل كلوريد البوتاسيوم Tris-EDTA في الغرف السفلية والعلوية ، على التوالي. الآن ، ضع الجهاز التجريبي على مسرح المجهر المقلوب.

قم بتوصيل المجهر بكاميرا أشباه الموصلات المجانية عالية السرعة المصنوعة من أكسيد المعدن لمراقبة مسارات حركات الجسيمات ، وتسجيل بيانات المراقبة على جهاز كمبيوتر. أخيرا ، قم بتطبيق فرق جهد كهربائي قدره فولتتين لكل ست ثوان بين القطبين ، باستخدام مولد دالة كمصدر للطاقة. يتم هنا عرض نتيجة تمثيلية لتوليد تدفق EHD ، الناتج عن تصحيح مسارات نقل الأيونات والكاتيونات عالية التركيز التي تسببت في تدفق سائل في القناة.

أظهر تحليل PIV أن سرعة جسيمات التتبع زادت بسرعة إلى قيمة الذروة ، عندما تم تطبيق جهد انتقائي من نقطتين فولت. بعد ذلك ، انخفضت السرعة وتقاربت إلى الصفر. تظهر هنا نتيجة تمثيلية لتدفق EHD المتولد في محلول مستقطب كهربائيا ، في ظل ظروف التيار الأيوني.

تم تحليل استجابة السرعة لتدفق EHD عن طريق تتبع جزيئات التتبع ، والتي استجابت للمجال الكهربائي عند تطبيق فولتين. تم نقل الجسيمات بسرعة في الاتجاه الخلفي ، وبعد استجابة زمنية قصيرة ، تغير التدفق إلى الاتجاه الأمامي ، وأصبحت السرعة ثابتة ، حتى تم إيقاف تشغيل الجهد الكهربائي. يتم تشغيل تدفق EHD ، الذي يتم سحبه بواسطة أيونات الصوديوم في القناة ، عن طريق نقل أيونات الهيدروكسيد في غشاء تبادل الأنيون.

في تدفق EHD ، المستحث في ظل ظروف التيار الكاتيوني ، تخترق أيونات البوتاسيوم غشاء التبادل الكاتيوني ، مما يتسبب في الظروف السائدة على الكاتيون ، ونتيجة لذلك ، يتم تحفيز تدفق EHD على طول التيار الكاتيوني. بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في غضون ساعتين ، إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. لاحظ مع مراعاة وقت كل من الأقطاب الكهربائية الذهبية وانتظار استقرار محلول الإلكترتريد.

أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن دمج الحلول الكهربائية يستغرق وقتا طويلا. عند اتباع هذا الإجراء ، يجب تعديل الحالة الكهروغرافية المحايدة في ظروف التيار الأيوني لدفع التدفقات الكهروهيدروديناميكية. بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال الفانومر السائل الجزئي والنانوي ، لاستكشاف طرق جديدة للتحكم في التدفق في أنواع مختلفة من التسرب.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء تدفق كهروهيدروديناميكي ناتج عن التيارات الأيونية المكهربة. لا تنس أن العمل باستخدام هيدروكسيد الصوديوم عالي التركيز يمكن أن يكون خطيرا للغاية ، ويجب دائما اتخاذ الاحتياطات ، مثل ارتداء نظارات السلامة والقفازات ومعطف المختبر ، أثناء تنفيذ هذا الإجراء.