Name: דור ובקרה של Electrohydrodynamic זורם בפתרונות אלקטרוליט מימית (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: למדו ליצור זרימות אלקטרוהידרודינמיות חד-כיווניות בפתרונות אלקטרוליטיים באמצעות ממברנות חילוף יונים במערכות מיקרו-זורמיות. שיטה זו מאפשרת שליטה מדויקת בזרימת נוזלים במרחבים צרים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים יש אין התודות.

1. EHD זרימה המושרה על ידי יון לתקן תחבורה
<ol><li>הפיתוח של מכשיר ערוץ הזרימה לתקן את יון תחבורה מסלולים
	<ol>
<li>להכין תבנית PTFE של המאגר:<ol>
<li>חתך של 13 x 30 x 10 מ מ3 עובש ממאגר טפלון (PTFE) באמצעות מכונת הטחינה (ראה איור 2). לחלופין, לרכוש מוצר בהזמנה אישית.</li>
			<li>דבקים לוחות אקריליק 15 x 18 x מ מ 13 בשני הקצוות של העובש PTFE עם דבק פלסטיק, אשר יגרום חרכי במאגר המים ליישב את האלקטרודות הסטייה. חלקים אלה ניתן לגזור מתוך צלחת גדולה או לרכוש.</li>
			<li>דבקים הלוחות אקרילי של 13 x 30 x מ מ 13 על פני השטח העליונים והתחתונים של העובש PTFE עם דבק פלסטיק כדי להפוך משטחים מישוריים להשגחה ברורה.</li>
		</ol>
</li>
		<li>לערבב סיליקון elastomer הבסיס, ריפוי סוכן ביחס של 10:1 בשפופרת 50 מ ל, לנער את הצינורית ביד.</li>
		<li>ליישב את PDMS נוזלי מגרגרי אבק, דגה אותו באמצעות משאבה רוטרי.</li>
		<li>הסר את הצינור מכלי הקיבול. שופכים את PDMS לתוך 40 x 50 x 24 מ מ3 פלסטיק כלי הקיבול כדי לעצב את הצורה החיצונית של המאגר ומניחים את התבנית מאגר (ראה שלב 1.1.1) בתוכו.</li>
		<li>אופים את כל הגוף של הנוזל PDMS על גזייה ב 80 מעלות צלזיוס במשך כ 4 שעות.</li>
		<li>לאחר העוגות, לבודד את המאגר PDMS כייר PTFE, הכלי החיצוני בעבודת יד. לבצע חתך החוצה את המרכז של המאגר באמצעות סכין כירורגית. זה ישמש כדי להכניס אותו באמצעות פינצטה קצוות קרום חילופי אניון (להכין בשלב 1.1.16). הערה: המאגר PDMS מלא פתרונות אלקטרוליט מאוחר יותר, כפי שמוצג באיור2.</li>
		<li>להשיג צלחות זכוכית (מיוצר לפי הזמנה) עם צורה מעגלית של 18 מ מ קוטר או בכל ריבוע עם קצוות 18 מ מ.</li>
		<li>לשטוף את צלחות זכוכית בהשריה של אצטון, אתנול, מים טהורים (על מנת) באמבט ultrasonication למשך 15 דקות כל אחד.</li>
		<li>לפוצץ נוזלים שיורית משם עם רובה אוויר או חום צלחות זכוכית עם פלטה למשך 5 דקות-כ 473 k</li>
		<li>באמצעות תדר רדיו התזה, מעיל משטח זכוכית עם Cr או Ti נחשפים Ar פלזמה עבור 1 דקות ב- 75 וואט, במרוכז, להפקיד סרט דק Au עבור 5 דקות 75 וואט, קובעת את העובי כ 100 ננומטר. הערה: לפני ציפוי המשטח זכוכית עם מתכות היעד, הדגימות נקבעו בתוך תא ואקום זה פונה עם משאבה סיבוביים, משאבה פעפוע עד הלחץ ירד ל עונה 1 פרק 10−2 הפלסטינית.</li>
		<li>הלחמה קצה חוט על פני האלקטרודה Au באמצעות עבודה עם מלחם. הערה: הצורה של האלקטרודה Au ייתכן יכול להיות מוחלף על ידי ריבועים של חוטי הסליל, שמירה על פני שטחים גדולים מספיק כדי ליצור זרמים יוניים.</li>
		<li>עם פינצטה, הניח את הצלחות הזכוכית מצופה עם סרט דק Au בשני קצותיו של המאגר. אלה הם האלקטרודות הסטייה.</li>
		<li>חותכים ממברנה של אניון-המרת צורה מלבנית 20 x 18 מ מ2 באמצעות מספריים. פני שטח של 13 מ מ רוחב ו 10 מ מ גובה חשופים נוזל. כאן, יפנית או סכין כירורגית עשוי לשמש גם לחתוך את הקרום.</li>
		<li>גוזרים חתיכה מלבנית של 3 x 5.5 מ מ2 מקצה אחד של הקרום עם מספריים. הערה: העובי של קרום אניון-exchange היא 220 מיקרומטר. הקרום נחתך בקלות עם מספריים או סכין יפנית. הקצוות של הקרום בחלקו קבועים עם החריצים בבית הבליעה.</li>
		<li>לחזק בלוק PDMS עם מוט נירוסטה של חתך רוחב2 1 x 1 מ מ באותו אופן כמו צעדים 1.1.4 - 1.1.5, כדי ליצור ערוץ הזרימה חודר את הממברנה. להשאיר את הבנייה במשך הלילה ולאחר מכן משוך את המוט אל חלד מתוך הבלוק PDMS.</li>
		<li>לחתוך את PDMS בלוק עם ערוץ הזרימה מרובע לתוך 3 x 6 x 4.5 מ מ פיסה (ראה איור 2) באמצעות סכין כירורגית. לעשות חריצים לאורך השוליים החיצוניים, ולאחר מכן לצרף אותו הקרום בתוך אזור החיתוך מלבני. הערה: הפנים העליון של הערוץ חייב להגדיר אופקית אבחנה ברורה של החלקיקים ב הזרימה בערוץ דרך הקיר השקוף.</li>
	</ol></li>
	<li>אופן ההכנה של פתרונות ושל בשוטף ובשיפוץ לניסויים
	<ol>
<li>הכן פתרונות מימית NaOH בריכוזים של עונה 1 פרק 10− 1, עונה 1 פרק 10−2, עונה 1 פרק 10−3 מול/ליטר על ידי דילול הפתרון מניות.</li>
		<li>להפוך של פיזור של חלקיקים פוליסטירן של מיקרומטר 2.93 בממוצע קוטר בכל אחד הפתרונות NaOH מוכן בשלב 1.2.1 על-ידי הגדרת הריכוז 4.2 x 10−3 vol %. הערה: גודל החלקיקים מעקב עשויים להשתנות בהתאם לשיפור observability.</li>
		<li>Ultrasonicate את קרום אניון מעוצב-exchange של 20 x 18 מ מ2 עם חתך של 3 x 5.5 מ מ2 2 x 10 דקות במים טהורים-כוח של 100 W.</li>
		<li>עם פינצטה, להגדיר את הקרום אניון-exchange עם תעלת זרימה PDMS אל תוך האגם PDMS. מילוי המאגר עם 4 מ"ל NaOH פתרון באמצעות micropipette. הערה: הערוץ השטח ואת זרימת הממברנה שקועים בפתרון, איפה פני הממברנה חשוף לפתרון של פחות 100 x גדול יותר חתך הרוחב של ערוץ הזרימה.</li>
		<li>החל פוטנציאל חשמלי של 2.2 V באמצעות מקור כוח DC הכיוונים קדימה ואחורה על 2 h כל בסדרה, כדי לשפר את המוליכות של הקרום לפני התצפית.</li>
		<li>תוציא האלקטרודות Au עם פינצטה. הסר את הפתרון המאגרים באמצעות של micropipette.</li>
		<li>הגדר החדשה Au אלקטרודות בבית-המאגרים עם פינצטה. למלא את מאגרי מים עם 4 מ"ל NaOH פתרון באמצעות micropipette. מתחילים תצפיות כאשר הפתרון הוא equilibrated. הערה: ייתכן שיחלפו כמה דקות של זמן המתנה עד הסעת חום טבעי מתיישב, אשר יכולה להישפט על ידי התבוננות על אופן הפעולה של חלקיקים מעקב.</li>
	</ol></li>
	<li>מערכות מדידה וההתקנה ניסיוני
	<ol>
<li>הגדר את קצב המסגרות ואת את זמן החשיפה של מצלמה מהיר משלימים מתכת--מוליך למחצה (CMOS) 500 fps ו- 1 ms, בהתאמה. הערה: כפי שמוצג באיור1, המכשיר ניסיוני שוכן על השלב של מיקרוסקופ מחוברת מצלמת CMOS במהירות גבוהה כדי להקליט את הרגשות של חלקיקים. התצוגה מוגדל ב 15 בצג עם עדשה X 100.</li>
		<li>להסיר את כל הבועות מן התעלה על-ידי הוספת קצה micropipette הסוף ערוץ כדי לדחוף או למשוך אותם, לפני החלת פוטנציאל חשמלי.</li>
		<li>מבחוץ להחיל פוטנציאל חשמלי של 2.2 V האלקטרודות הסטייה Au. בו זמנית לנטר את התגובות חשמל באמצעות potentiostat או מקור כוח DC עם מולטימטר. הערה: ערך מתח נקבע להיות הגבול העליון, הימנעות אלקטרוליזה של מים שיוצר O2 ו- H2 בועות בפתרון.</li>
		<li>לתעד את אופן הפעולה של החלקיקים מעקב במחשב.</li>
		<li>למדוד את ההפרש בפוטנציאל חשמלי בין שני הקצוות של ערוץ הזרימה באמצעות אלקטרודות בדיקה Au ומולטימטר כדי לאשר ההדרגה הריכוז של יוני מפעילה38,זרימה EHD39.</li>
		<li>לקבוע את המקור של מערכת צירים קרטזית במרכז של הערוץ. הערה: ה- x- ציר זה לאורך הכיוון האורך של ערוץ הזרימה, ו- y- ו z-צירים הם בכיוונים אופקי ואנכי, חתך הרוחב של הערוץ, בהתאמה, כפי שמוצג באיור2. ערוץ PDMS שקופה מאפשרת נוזלי, ניתן לאבחן לאורך ה- x-ציר. התצוגה מתמקדת במישור xy - z = 0 על ידי שליטה העומק של המוקד. זרימת הנתונים אינם תלויים x בסעיף מבחן אלא רק ליד מפרץ צר של עודפים של הערוץ, נקודת התצפית מוגדר כ- 0.75 מ מ במורד הזרם מן המקור, כך x = 0.75, y = 0 ו- z = 0 מ מ.</li>
		<li>אחרי מדידה אחת (של 15 s), לגרום לקצר האלקטרודות על ידי המחבר אותם אחד לשני עם חוט במשך 20 דקות עד הפתרון הוא equilibrated.</li>
		<li>הבא, להזיז את מכלול של הפתרון לחללית אחרת (למשל, בקבוק מדגם של 10 מ ל) ומערבבים את זה עם micropipette.</li>
		<li>יוצקים את הפתרון מנוער אל החדר שוב באמצעות micropipette בעת iteratively ביצוע הניסוי. הערה: לאחר התבוננות, מהירות הזרימה EHD מחושבת על-ידי שימוש את החלקיקים תמונה velocimetry (PIV) שיטת39, ניתן לעשות זאת באמצעות תוכנה מתאימה כדי לעקוב אחרי העקירה של חלקיקים והערכה מספרית של המהירות. הסבר מפורט על שיטות PIV וכיצד להשתמש בהם מושמט כאן כי ניתוחים PIV היה בשימוש נרחב ההליכים של חישובים תלויים התוכנה ואת מערכת ההפעלה נמצא בשימוש.</li>
	</ol></li>
</ol>2. תצפית תזרימי EHD הקטיון-induced
<ol><li>
פיתוח מכשיר ניסיוני
	<ol>
<li>טופס Au אלקטרודות הסטייה עם משטח2 26 x 10 מ"מ על צלחת זכוכית התחתון על פי הנהלים דומות לאלו שתוארו קודם לכן בשלבים 1.1.5 - 1.1.7.</li>
		<li>באמצעות תדר רדיו התזה, מעיל משטח זכוכית עם Cr או Ti נחשפים Ar פלזמה למשך 2 דקות בהספק של 75 וואט, להפקיד סרט דק Au עבור 5 דקות 75 W. הערה: צורה זו של האלקטרודה נקבע כדי מאוד להתרכז שדות חשמליים באזור הערוץ הצר. היחס בין פני השטח אלקטרודה, שבאזור 10 x 10 מ מ2 נחשף נוזל, כדי חתך הרוחב של הערוץ הוא אידיאלי הנסחר; יחס זה הוא חזה כדי להספיק להפיל את הפוטנציאל החשמלי לצלוח את התעלה על ידי כמות גדולה16.</li>
		<li>הלחמה קו ההובלה קצה האלקטרודות באמצעות עבודה עם מלחם.</li>
		<li>מסדין גומי סיליקון גדולים, לגזור 2 צ'יימברס, אחד עשוי 1 x 1 x 1 ערוץ הזרימה של3 מ מ מניחים בין שני 10 x 10 x 1 מ מ3 מאגרי מים, באמצעות סכין כירורגית (ראה איור 3). חלקים אלה עשוי להיות מוחלף על ידי PDMS.</li>
		<li>לגזור קרום קטיון בעובי ממוצע של מיקרומטר 127 עד 20 x 30 מ"מ ובשנייה או סכין כירורגית, כפי שמוצג באיור3.</li>
		<li>Ultrasonicate כל חלק במים טהורים למשך 15 דקות על-ידי החלת 100 וו</li>
		<li>הכנס קרום קטיונים בין התאים באמצעות פינצטה, כפי שמוצג באיור3. . זה יפריד 2 פתרונות אלקטרוליט של ריכוזים שונים.</li>
		<li>הקש, לאטום את המחסנית של צ'יימברס, ממברנה קטיון עם צלחות זכוכית שמידותיו הן 26 מ מ רוחב ו 38 מ"מ.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
אופן ההכנה של פתרונות
	<ol>
<li>להכין הפיזור של פוליסטירן חלקיקי קוטר ממוצע של מיקרומטר 1.01 בטריס מול/ליטר−2 עונה 1 פרק 10 (hydroxymethyl) aminomethane ethylenediaminetetraacetic חומצה (טריס-EDTA) בופר, שבו היחס בין נפח מותאם −2עונה 1 פרק 10 vol %.</li>
		<li>להכין תערובת של 1 מול/ליטר של אשלגן כלורי עונה 1 פרק 10−2 מול/ליטר של טריס-EDTA.</li>
		<li>להזריק החלקיק טריס-EDTA/פוליסטירן והפתרונות טריס-EDTA/אשלגן כלורי לתוך התאים העליון והתחתון, בהתאמה, דרך מחטי מזרקים הנוספים מתוך הקירות הצדדיים של התאים. הערה: כמות הפתרונות מוזרק לתוך כל תא הוא בערך 210 µL.</li>
		<li>חכו כ 18 h עד הפתרון הוא equilibrated כתוצאה דיפוזיה של היונים להירגע ההבדל ריכוז יון בין הרבדים העליונים והתחתונים. הערה: בתהליך דיפוזיה, K+ בפתרון העליון ו- H+ ממברנה צפויים לחדור את הקרום הראשונה, Cl− צפוי לעקוב אחריהם.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
מערכות מדידה וההתקנה ניסיוני
	<ol>
<li>להגדיר את המכשיר ניסיוני התפתחו במקביל 2.1 על הבמה של המיקרוסקופ הפוך ביד, כפי שמוצג באיור3. להתחבר המיקרוסקופ מצלמת CMOS במהירות גבוהה כדי לפקח על מסלולים של הרמזים חלקיקים ולתעד את נתוני התצפית מחשב.</li>
		<li>להחיל על ההפרש בפוטנציאל חשמלי של 2 V 6 s בין שתי אלקטרודות באמצעות גנרטור פונקציה כמקור כוח.</li>
		<li>כדי לוודא כי EHD זורם הם המושרה בתחבורה יון, למדוד את הזרמים יוניים בו זמנית באמצעות מד זרם של40.</li>
		<li>לנתח את מסלולים מוקלטים של החלקיקים על ידי החלקיק מעקב בשיטה velocimetry (זאת)39. הערה: לאחר התצפיות, מהירות הזרימה EHD מחושבת בשיטה זאת, אשר אפשרית באמצעות תוכנה מתאימה, כדי לעקוב אחרי העקירה של חלקיקים והערכה מספרית של המהירות. הסבר מפורט על שיטות זאת וכיצד להשתמש בהם מושמט כאן כי זאת ניתוחים היה בשימוש נרחב ותלויות ההליכים של חישובים תוכנה ומערכת הפעלה הנמצאת בשימוש.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Stuetzer, O. M. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1777003">Ion drag pressure generation.</a> Journal of Applied Physics. 30, 984-994 (1959).</li>
<li>Stuetzer, O. M. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1735388">Ion drag pumps.</a> Journal of Applied Physics. 31, 136-146 (1960).</li>
<li>Melcher, J. R., Taylor, G. I. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fl.01.010169.000551">Electrohydrodynamics: A review of the role of interfacial shear stresses.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 1, 111-146 (1969).</li>
<li>Saville, D. A. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fluid.29.1.27">Electrohydrodynamics: The Taylor-Melcher leaky dielectric model.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 29, 27-64 (1997).</li>
<li>Stein, D., Kruithof, M., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-charge-governed+ion+transport+in+nanofluidic+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Surface-charge-governed ion transport in nanofluidic channels.</a> Physical Review Letters. 93, 035901(2004).</li>
<li>Dekker, C. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nnano.2007.27">Solid-state nanopores.</a> Nature Nanotechnology. 2, 209-215 (2007).</li>
<li>Schoch, R. B., Han, J., Renaud, P. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.80.839">Transport phenomena in nanofluidics.</a> Reviews of Modern Physics. 80, 839-883 (2008).</li>
<li>Iverson, B. D., Garimella, S. V. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10404-008-0266-8">Recent advances in microscale pumping technologies: A review and evaluation.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 5, 145-174 (2008).</li>
<li>Sparreboom, W., van den Berg, A., Eijkel, J. C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principles+and+applications+of+nanofluidic+transport%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Principles and applications of nanofluidic transport.</a> Nature Nanotechnology. 4, 713-720 (2009).</li>
<li>Venkatesan, B. M., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanopore+sensors+for+nucleic+acid+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Nanopore sensors for nucleic acid analysis.</a> Nature Nanotechnology. 6, 615-624 (2011).</li>
<li>Uehara, S., Shintaku, H., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://fluidsengineering.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1439764">Electrokinetic flow dynamics of weakly aggregated λDNA confined in nanochannels.</a> Journal of Fluids Engineering. 133, 121203(2011).</li>
<li>Guan, W., Reed, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+field+modulation+of+the+membrane+potential+in+solid-state+ion+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Electric field modulation of the membrane potential in solid-state ion channels.</a> Nano Letters. 12, 6441-6447 (2012).</li>
<li>Yasui, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DNA+manipulation+and+separation+in+sublithographic-scale+nanowire+array%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">DNA manipulation and separation in sublithographic-scale nanowire array.</a> ACS Nano. 7, 3029-3035 (2013).</li>
<li>Ren, Y., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27703589">Particle rotational trapping on a floating electrode by rotating induced-charge electroosmosis.</a> Biomicrofluidics. 10, 054103(2016).</li>
<li>Ren, Y., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/elps.201700305">Flexible particle ﬂow-focusing in microchannel driven by droplet-directed induced-charge electroosmosis.</a> ELECTROPHORESIS. 39, 597-607 (2018).</li>
<li>Qian, W., Doi, K., Uehara, S., Morita, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+study+of+the+transpore+velocity+control+of+single-stranded+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Molecular+Sciences%22%5BJournal%5D)">Theoretical study of the transpore velocity control of single-stranded DNA.</a> International Journal of Molecular Sciences. 15, 13817-13832 (2014).</li>
<li>Qian, W., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006349517301492">Effect of polymer length and salt concentration on the transport of ssDNA in nanofluidic channels.</a> Biophysical Journal. 112, 838-849 (2017).</li>
<li>Liu, W., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5001051">A universal design of field-effect-tunable microfluidic ion diode based on a gating cation-exchange nanoporous membrane.</a> Physics of Fluids. 29, 112001(2017).</li>
<li>Liu, W., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5003973">Control of two-phase flow in microfluidics using out-of-phase electroconvective streaming.</a> Physics of Fluids. 29, 112002(2017).</li>
<li>Osman, O. O., Shintaku, H., Kawano, S. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10404-012-0988-5">Development of micro-vibrating flow pumps using MEMS technologies.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 13, 703-713 (2012).</li>
<li>Osman, O. O., Shirai, A., Kawano, S. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10404-015-1586-0">A numerical study on the performance of micro-vibrating flow pumps using the immersed boundary method.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 19, 595-608 (2015).</li>
<li>Daiguji, H. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/cs/b820556f#!divAbstract">Ion transport in nanofluidic channels.</a> Chemical Society Reviews Home. 39, 901-911 (2010).</li>
<li>Ristenpart, W. D., Aksay, I. A., Saville, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assembly+of+colloidal+aggregates+by+electrohydrodynamic+flow%3A+Kinetic+experiments+and+scaling+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Assembly of colloidal aggregates by electrohydrodynamic flow: Kinetic experiments and scaling analysis.</a> Physical Review E. 69, 021405(2004).</li>
<li>Ristenpart, W. D., Aksay, I. A., Saville, D. A. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/electrohydrodynamic-flow-around-a-colloidal-particle-near-an-electrode-with-an-oscillating-potential/C51AAB15BFB1276AF6C628754A95AEBC">Electrohydrodynamic flow around a colloidal particle near an electrode with an oscillating potential.</a> Journal of Fluid Mechanics. 575, 83-109 (2007).</li>
<li>Schoch, R. B., Hann, J., Renaud, P. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1896936?journalCode=phf">Effect of the surface charge on ion transport through nanoslits.</a> Physics of Fluids. 17, 100604(2005).</li>
<li>Ross, D., Johnson, T. J., Locascio, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+electroosmotic+flow+in+plastic+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Imaging of electroosmotic flow in plastic microchannels.</a> Analytical Chemistry. 73, 2509-2515 (2001).</li>
<li>Hsieh, S. -S., Lin, H. -C., Lin, C. -Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electroosmotic+flow+velocity+measurements+in+a+square+microchannel%5BTitle%5D)+AND+%22Colloid+and+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">Electroosmotic flow velocity measurements in a square microchannel.</a> Colloid and Polymer Science. 284, 1275-1286 (2006).</li>
<li>Rubinstein, I., Zaltzman, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electro-osmotically+induced+convection+at+a+permselective+membrane%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Electro-osmotically induced convection at a permselective membrane.</a> Physical Review E. 62, 2238-2251 (2000).</li>
<li>Bard, A. J., Faulkner, L. R. <a target="_blank" href="NULL">Electrochemical methods, 2nd ed</a>. , John Wiley & Sons. Danvers, MA. 362-363 (2001).</li>
<li>Brask, A., Goranović, G., Jensen, M. J., Bruus, H. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/15/4/029/meta">A novel electro-osmotic pump design for nonconducting liquids: theoretical analysis of flow rate-pressure characteristics and stability.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 15, 883-891 (2005).</li>
<li>Takamura, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-voltage+electroosmosis+pump+for+stand-alone+microfluidics+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Low-voltage electroosmosis pump for stand-alone microfluidics devices.</a> Electrophoresis. 24, 185-192 (2003).</li>
<li>Zeng, S., Chen, C. -H., Mikkelsen, J. C., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400501008553">Fabrication and characterization of electroosmotic micropumps.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 79, 107-114 (2001).</li>
<li>Bhaumik, S. K., Roy, R., Chakraborty, S., DasGupta, S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400513014329">Low-voltage electrohydrodynamic micropumping of emulsions.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 193, 288-293 (2014).</li>
<li>El Moctar, A. O., Aubry, N., Batton, J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15007458">Electro-hydrodynamic micro-fluidic mixer.</a> Lab on a Chip. 3, 273-280 (2003).</li>
<li>Bart, S. F., Tavrow, L. S., Mehregany, M., Lang, J. H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0924424790850375">Microfabricated electrohydrodynamic pumps.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 21, 193-197 (1990).</li>
<li>Ashikhmin, I. A., Stishkov, Y. K. <a target="_blank" href="https://www.springerprofessional.de/effect-of-insulating-walls-on-the-structure-of-electrodynamic-fl/10975504">Effect of insulating walls on the structure of electrodynamic flows in a channel.</a> Technical Physics. 57, 1181-1187 (2012).</li>
<li>Yano, A., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/282350540_Observation_of_Electrohydrodynamic_Flow_through_a_Pore_in_Ion-Exchange_Membrane">Observation of electrohydrodynamic flow through a pore in ion-exchange membrane.</a> International Journal of Chemical Engineering and Applications. 6, 254-257 (2015).</li>
<li>Doi, K., Yano, A., Kawano, S. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp5071538">Electrohydrodynamic flow through a 1 mm2 cross-section pore placed in an ion-exchange membrane.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 119, 228-237 (2015).</li>
<li>Yano, A., Shirai, H., Imoto, M., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.7567/JJAP.56.097201/meta">Concentration dependence of cation-induced electrohydrodynamic flow passing through an anion exchange membrane.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 56, 097201(2017).</li>
<li>Nagura, R., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/8012171/">Characterisation of microparticle transport driven by ionic current conditions in electrically polarized aqueous solutions.</a> Micro & Nano Letters. 12, 526-531 (2017).</li>
<li>Doi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonequilibrium+ionic+response+of+biased+mechanically+controllable+break+junction+%28MCBJ%29+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Nonequilibrium ionic response of biased mechanically controllable break junction (MCBJ) electrodes.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 118, 3758-3765 (2014).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

מטרתו של מחקר זה היתה נפרדים קטיונים, אניונים בפתרונות מימית במונחים של הפצות המרחבי ומספרים תחבורה. באמצעות ממברנה של אניון-exchange, התעבורה של אניונים ו קטיונים יכול לתקן את הקרום, ערוץ הזרימה חודר את הממברנה, בהתאמה. לחלופין, קרום קטיון שהפרידו גבוה ונמוך ריכוז פתרונות עבד כדי ליצור פתרונות חשמלית מקוטב לאחר זמן ההמתנה ארוכה. כתוצאה מכך, זרמים יוניים לתקן הצליחו להפחית את המתחים יישומית לזירוז זורם EHD גרר-יון.
השיטות המוצגים כאן הינם זמינים עבור פתרונות מימית עם המתחים יישום נמוך לעומת שי...

לאחרונה, זרימת הנוזל בקרת טכניקות משכו תשומת לב רבה בגלל עניין היישומים של מיקרו - ו nanofluidic התקנים1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15. בפתרונות קוטבי, כגון פתרונות מימית ונוזלים יוניים, יונים, חשמלית חלקיקים טעונים בדרך כלל מביא על מטענים חשמליים בפעולות הזרמת נוזלי. התעבורה של חלקיקים כאלה מקוטב מספק הרחבה של יישומים שונים, כגון מולקולה בודדת מניפולציה6,10,11,13,14 , 15 , 16 , 17יון דיודה התקנים12,18, זרימת הנוזל לשלוט19,20,21,22. זרימה EHD כבר תופעה ישימה עבור מערכות בקרת זרימת הנוזל מאז Stuetzer1,2 המציא את המשאבה גרירה יון. מלצ'ר ו טיילור3 פרסם מאמר חשוב בו למסגרת התיאורטית של זרימה EHD נבדקה היטב, ניסויים יוצא מן הכלל היו גם הדגימו. סאביל4 23,שלו לעבודה24 תרמו להרחבת הבאים EHD טכנולוגיות נוזלים. עם זאת, היו מספר מגבלות על גרימת זורם נוזל מונע על ידי כוחות חשמליים, כי עשרות kV צריך להיות מיושם נוזלים כדי להזריק מטענים חשמליים בפתרונות לא קוטביים, כגון שמנים, כדי polarize אותם1,2 , 3. זה חיסרון לפתרונות מימית כי אלקטרוליזה מים זה הנגרמת על ידי פוטנציאל חשמלי גבוה יותר מאשר 1.23 V שינוי המאפיינים של פתרונות והופכת את הפתרונות לא יציב.
מיקרו - nanofluidic ערוצים, חיובים משטח של ערוץ חומות לגרום את הריכוז של counterions זה ביעילות זירוז זורם electroosmotic (EOFs) תחת שדות חשמליים חיצוני25,26,27 28, ,29. שימוש EOFs, כמה טכניקות שאיבת נוזל הוחלו בפתרונות מימית, הפחתת מתחים חשמליים31,30,, או32. מצד שני, EOFs מוגבלות הנוצר micro - ו nanospaces שבו פני שטחים להיות דומיננטי יותר מאשר אמצעי אחסון נוזלי. יתר על כן, בהתאם הובלת יונים מרוכז מאוד ליד הקירות, כגון בשכבות חשמלי כפול, הגבול להחליק רק גורמת את זרימת הנוזל, וייתכן שזה לא מספיק לגרום לחץ מעברי צבע7, 8 , 22 , 26 , 27. בסדר כוונון, כגון ערוץ מידות וריכוזי מלח, נדרש עבור היישומים של EOF. לעומת זאת, EHD זורם מונעים ע י הגוף כוחות נראה להיות זמין להסעת ההמונים ואת האנרגיות אם החשמלי יישום יכול להיות מופחת כדי להימנע משפילים ממיסים. לאחרונה, יש חוקרים הציעו יישומים תזרימי EHD עם מתח נמוך33,34,35,36. למרות טכנולוגיות אלה עדיין לא יושמו, הגבולות צפויים להרחיב.
במחקרים קודמים, ערכנו גם עבודה ניסיוני ותיאורטי על זורם EHD פתרונות מימית37,38,39,40. זה היה אמור כי תיקון מסלולים תחבורה יון היה יעיל ליצירת פתרונות הטעונים חשמלית שגורמים כוחות גוף חשמלי תחת שדות חשמליים. על ידי שימוש של ממברנה חילוף יונים וערוץ הזרימה חוצה את הקרום, הצלחנו לתקן את זרמי יוניים. בשעת החלת של אניון החלפת ממברנה, קטיונים מרוכז בזרם ערוץ גרר את ממיסים ופיתח של EHD זרימה37,38,39. הבדלי הניידות של מינים יון היה גורם חשוב להפריד את הזרמים cationic ו anionic. ממברנות יונים עבד ביעילות כדי לווסת את הניידות בשל יון סלקטיביות. יון תחבורה תופעות נחקרו גם מנקודת המבט של צפיפות זרם יוניים מושפע שדות חשמליים יישומית41. מחקרים אלו היו רווחי בשביל לפתח טכניקות מניפולציה עבור מולקולות יחיד, כלומר, מיקרו - ו חלקיקים, תנועות אשר מושפעים מאוד תנודות תרמי11,16,17 . EOFs וזורמת EHD צפויים להרחיב את מגוון שיטות בקרת זרימה מדויקים, כמו גם לחץ מעברי צבע.
במחקר זה, נדגים שתי שיטות כדי נסיעה זורם EHD בפתרונות מימית. ראשית, פתרון NaOH משמש עבור נוזל עובד לנהוג על EHD זרימה37,38,39. אניון החלפת ממברנה מפרידה את הנוזל לשני חלקים. ערוץ הזרימה polydimethylsiloxane (PDMS) עם חתך רוחב של 1 x 1 מ מ, באורך של 3 מ מ חודר את הממברנה. על-ידי החלת פוטנציאל חשמלי של 2.2 V, הובלת electrophoretic Na+H+, הו− יונים מושרה לאורך השדות החשמלי. ממברנה של אניון-exchange וערוץ הזרימה לעבוד ביעילות כדי להפריד בין המסלולים תחבורה יון, איפה אניונים דומיננטית לעבור דרך הקרום ו קטיונים להתרכז בתעלה זרימה, למרות בשני המינים בדרך כלל לנוע בכיוונים מנוגדים, שמירה על electroneutrality. לפיכך, תנאי כזה אינו גורם הכוח המניע של נוזלי זורם. מבנה זה הוא קריטי כדי לייצר תזרים EHD מהירות הזרימה של מי מגיע גודל 1 מ/s בערוץ כי המרוכזת קטיונים מואצת של שדות חשמליים חיצוני גרור מולקולות הממס. זורם EHD נצפתה והקליט באמצעות מיקרוסקופ ומצלמה במהירות גבוהה כפי שמוצג באיור1. שנית, ריכוז ההבדל בין שני שלבים נוזלי מופרדים באמצעות קרום-יונים גורמת תנאי חשמלית מקוטב שיווצר חוצה ממברנה של יונים40. במחקר זה, אנו מוצאים את החשיבות של זמן ההמתנה ניכר equilibrate יון הפצות, פוטנציאל חשמלי המתאים, אשר גורמים עדיף התנאים להחלת כוח הגוף בנוזל. חציית הקרום יונים, תנאי בחולשה מקוטב מושגת. במצב כזה, שדה חשמלי חיצוני המניע תחבורה יון כיוונית שיוצר כוח הגוף בנוזל, כתוצאה מכך, העברת המומנטום של היונים הממס מפתחת תזרים EHD.
כפי שהוזכר לעיל, המכשירים נוכח להצליח באופן דרסטי הפחתת הפרש מתח המופעל עבור כמה וולט, ולכן שיטה זו הוא יכול לשמש עבור פתרונות מימית, למרות השיטות הזרקת קונבנציונאלי מטען חשמלי נדרש עשרות kV, מוגבלות ליישום פתרונות שאינם-מימית.

<table><tbody><tr><td>סילגארד 184</td><td>דאו קורנינג קורפ</td><td>3097366-0516, 3097358-1004</td><td>PDMS</td></tr><tr><td>אצטון</td><td>וואקו תעשיות כימיות טהורות בע"מ</td><td>012-00343</td><td></td></tr><tr><td>אתנול</td><td>וואקו תעשיות כימיות טהורות בע"מ</td><td>054-00461</td><td></td></tr><tr><td>0.1 מול/ליטר תמיסת נתרן הידרוקסיד</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>196-02195</td><td></td></tr><tr><td>פוטזיום כלוריד</td><td>וואקו תעשיות כימיות טהורות בע"מ</td><td>163-03545</td><td></td></tr><tr><td>Tris-EDTA buffer 100x תרכיז</td><td>Sigma-Aldrich Co. LLC.</td><td>T9285-10014L</td><td></td></tr><tr><td>2.93 & חלקיק פוליסטירן m</td><td>Merck KGaA</td><td>L300 חלקיק Rouge</td><td>Tracer</td></tr><tr><td>1.01 &mu; מ חלקיק פוליסטירן</td><td>Merck KGaA</td><td>K100 (23716)</td>ממברנת חילופי <td>אניונים של חלקיקי עוקב</td></tr><tr><td></td><td>ASTOM Corp.</td><td>Neosepta AHA</td><td></td></tr><tr><td>Gold (Au)</td><td>Furuuchi Chemical Corp.</td><td>AUT-13301X</td><td>מתכת מטרה מקרטעת</td></tr><tr><td>טיטניום</td><td>Furuuchi Chemical Corp.</td><td>TIT-72301X</td><td>מתכת יעד מקרטעת</td></tr><tr><td>Chromium</td><td>Furuuchi Chemical Corp.</td><td>CRT-24301X</td><td>מקרטע מתכת יעד</td></tr><tr><td>מצלמת CMOS במהירות גבוהה</td><td>Keyence Corp.</td><td>מיקרוסקופ פולקסווגן-600M</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Keyence Corp.</td><td>פולקסווגן-9000</td><td></td></tr><tr><td>לוגר נתונים</td><td>Keyence Corp.</td><td>NR-500, NR-HA08</td><td></td></tr><tr><td>מד תזוזה לייזר</td><td>Keyence Corp.</td><td>LK-G5000, LK-H008W</td><td></td></tr><tr><td>PIV ותוכנת PTV</td><td>DITECT Co. Ltd.</td><td>Flownizer 2D</td><td></td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>AMTEK Inc.&nbsp;</td><td>VersaSTAT4</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוסקופ הפוך</td><td>Olympus Corp.</td>מצלמת CMOS מהירה <td>IX73</td><td></td></tr><tr><td></td><td>אנדור טכנולוגיה בע"מ</td>מחולל פונקציות <td>Zyla 5.5 sCMOS</td><td></td></tr> NF <tr><td></td><td>Corp.&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מחולל פונקציות</td> WF1945B <td>NF Corp.&nbsp;</td><td>WF1973</td><td></td></tr><tr><td>מנקה אולטראסוני</td><td>AS ONE Corp.</td><td></td><td></td>AS22GTU</tr><tr><td>משאבה סיבובית</td><td>ULVAC, Inc.</td><td>G-100S</td><td>Degas נוזל PDMS</td></tr><tr><td>משאבה סיבובית</td><td>ULVAC, Inc.</td><td>GLD-201A</td><td>מקרטע&nbsp;</td></tr><tr><td>משאבת דיפוזיה מולקולרית</td><td>ULVAC, Inc.</td><td>VPC-400</td><td>מקרטע</td></tr></tbody></table>

דור ובקרה של electrohydrodynamic זורם בפתרונות אלקטרוליט מימית

Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

לנהוג electrohydrodynamic (EHD) זורם פתרונות מימית, ההפרדה של מסלולים תחבורה הקטיון, אניון חיוני כי כוח גוף חשמלי מכוון חייב להיגרם על ידי תנועות יוניים בנוזל. מצד שני, מטענים חיוביים ושליליים מושכים אחד את השני, electroneutrality נשמרת בכל מקום ב שיווי משקל התנאים. יתר על כן, עלייה מתח המופעל צריך לדכא להימנע אלקטרוליזה של מים, מה שגורם הפתרונות לחוסר יציבות. בדרך כלל, זורם EHD יכולה להיגרם במתן פתרונות שאינם-מימית על-ידי החלת מתח גבוה במיוחד, כמו עשרות kV, להזריק מטענים חשמליים. במחקר זה, שתי השיטות הם הציגו לייצר תזרימי EHD המושרה על ידי מטען חשמלי הפרדות בפתרונות מימית, ובו שני שלבים נוזלי מופרדים באמצעות קרום יונים. בשל הבדל בניידות יוניים ממברנה, יון ריכוז קיטוב מושרה בין שני צידי הקרום. במחקר זה, נדגים שתי שיטות. (i) ההרפיה של מעברי צבע ריכוז יון מתרחשת דרך ערוץ הזרימה החודר של קרום יונים, כאשר התעבורה של המין איטי ממברנה באופן סלקטיבי הופך דומיננטי בתעלה זרימה. זהו הכוח המניע ליצור תזרים EHD בתוך הנוזל. (ii) ארוך זמן ההמתנה עבור פעפוע של יונים עובר דרך קרום יונים מאפשר את הדור של תזרים גרר-יון על-ידי החלת שדה חשמלי חיצוני. יונים מרוכזים ערוץ הזרימה של חתך רוחב2 מ"מ 1 x 1 לקבוע את הכיוון של זרימת נוזלי, המקביל מסלולים תחבורה electrophoretic. בשתי השיטות, ההבדל מתח חשמלי נדרש לדור זרימה EHD התקצר ל סמוך 2 V על ידי ומתקן המסלולים תחבורה יון.

איור 4 (איור וידאו) מציג תוצאה נציג הדור זרימה EHD, הנובע תיקון יון תחבורה משעולים, מרוכז קטיונים שהביאה את זרימת הנוזל בתעלה, לפי שלב 1 של הפרוטוקול. איור 5 מראה תוצאה של ניתוח PIV, איפה נקודות נתונים 20 ליד המרכז של הערוץ (y = z = 0 מ מ) היו בממוצע. במקרה עונה 1 פרק 10− 1 מול/ליטר NaOH פתרון, כאשר פוטנציאל חשמלי של 2.2 V הוחל ב t = 5 s, המהירות של החלקיקים מעקב גדל במהירות שיא לערך. לאחר מכ...

תיקון יון תחבורה מסלולים היא שיטה יעילה כדי ליצור אחד-directional גרר-יון electrohydrodynamic זורם. על-ידי הגדרת ממברנה של יונים ערוץ הזרימה, תנאי מקוטב חשמלית נוצרת וגורם על זרימת הנוזל הולך להיות מגורש כאשר שדה חשמלי חיצוני מוחל.

דור ובקרה של Electrohydrodynamic זורם בפתרונות אלקטרוליט מימית

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed ...

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחומי המחקר המיקרו והננו-נוזלי, כגון עד כמה דליפה מועברת ביעילות בחללים צרים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שקטיונים ואניונים, שמסלולי ההובלה שלהם מחושמלים באמצעות קרום חילופי יונים, מניעים את הזרימה האלקטרוהידרודינמית. מי שמדגימים את הנהלים הם איוקו יאנו, פרופסור משנה מאוניברסיטת גונמה, שסיימה את לימודיה במעבדה שלנו, ופומיקה ניטו, דוקטורנטית מהמעבדה שלנו.ראשית, הדביקו לוחות אקריליק בשני הקצוות של תבנית PTFE עם דבק פלסטי, שיעשה חריצים במאגר כדי ליישב את אלקטרודות ההטיה. בשפופרת של 50 מיליליטר, מערבבים בסיס אלסטומר סיליקון בחומר ריפוי ביחס של עשר לאחד. לאחר מכן, הניחו PDMS נוזלי בכלי ואקום, ושחררו אותו באמצעות משאבה סיבובית.הסר את הצינור מכלי הוואקום. לאחר מכן שפכו את ה-PDMS לתוך כלי פלסטיק מעוקב בגודל 40 על 50 על 24 מילימטר, כדי לעצב את הצורה החיצונית של המאגר, ולהניח בו את תבנית המאגר. אופים את כל גוף ה-PDMS הנוזלי על פלטה חמה בחום של 80 מעלות צלזיוס במשך כארבע שעות.לאחר האפייה יש לבודד את מאגר ה-PDMS מתבנית ה-PTFE בכלי החיצוני ביד. לאחר מכן צור חריץ על פני מרכז המאגר, באמצעות סכין כירורגית. בעזרת פינצטה, הגדר לוחות זכוכית, שצופו בעבר בסרט דק זהב, בשני קצוות המאגר, כדי לשמש כאלקטרודות ההטיה.לאחר מכן, חותכים קרום חילופי אניונים למלבן בגודל 20 על 18 מילימטר מרובע, בעזרת מספריים. ואז חותכים מלבן של שלושה על חמישה נקודות חמישה מילימטר מרובע מקצה אחד של הממברנה. כעת, חתכו בלוק PDMS מוצק עם תעלת זרימה מרובעת לחתיכה קובייה של שלושה על שש על ארבע נקודות חמישה מילימטרים, באמצעות סכין כירורגית.צור חריצים לאורך הקצוות החיצוניים, והצמד אותו לקרום בתוך הגזרה המלבנית. לאחר מכן, הגדר את קרום חילופי האניונים עם תעלת הזרימה PDMS למאגר ה-PDMS, בעזרת פינצטה. בעזרת מיקרופיפטה, מלאו את המאגר בארבעה מיליליטר תמיסת נתרן הידרוקסיד.הפעל פוטנציאל חשמלי של שתי נקודות שני וולט, באמצעות מקור מתח DC, בכיוונים קדימה ואחורה, למשך שעתיים כל אחד בסדרה, כדי לשפר את מוליכות הממברנה לפני התצפית. לאחר מכן, משוך את אלקטרודות הזהב החוצה בעזרת פינצטה. לאחר מכן, הסר את התמיסה מהמאגר, באמצעות מיקרופיפטה.הצב אלקטרודות זהב חדשות במאגר בעזרת פינצטה. מלאו את המאגר בארבעה מיליליטר תמיסת נתרן הידרוקסיד, בעזרת מיקרופיפטה. בשלב זה, הגדר את קצב הפריימים וזמן החשיפה של מצלמת מוליכים למחצה תחמוצת מתכת משלימה במהירות גבוהה ל-500 פריימים לשנייה ולאלפית שנייה אחת, בהתאמה.הסר את כל הבועות מהתעלה, על ידי הכנסת קצה המיקרופיפטה לקצה התעלה כדי לדחוף או למשוך אותן החוצה, לפני הפעלת פוטנציאל חשמלי. כעת, הפעל חיצונית פוטנציאל חשמלי של שתי נקודות שני וולט על אלקטרודות הטיית הזהב. עקוב בו זמנית אחר התגובות החשמליות, באמצעות פוטנציוסטט, ולאחר מכן רשום את התנהגות חלקיקי העוקב במחשב.צור אלקטרודות הטיית זהב עם משטח מרובע בגודל 26 על 10 מילימטר על צלחת הזכוכית התחתונה, על פי נהלים דומים לאלה שתוארו קודם לכן. בעזרת התזת תדרי רדיו, מצפים את משטח הזכוכית בכרום החשוף לפלזמת ארגון למשך שתי דקות ב-75 וואט, ומניחים סרט זהב דק למשך חמש דקות ב-75 וואט. בעזרת מלחם, הלחמו קו עופרת בקצה האלקטרודות.מגיליון גומי סיליקון גדול, גזרו שני תאים, שכל אחד מהם עשוי מתעלת זרימה קובייה של מילימטר אחד אחד המונחת בין שני מאגרים, באמצעות סכין כירורגית. לאחר מכן, גזרו קרום חילופי קטיונים לגודל של 20 על 30 מילימטר בריבוע, בעזרת סכין כירורגית. אולטרסאונד כל חלק במים טהורים למשך 15 דקות, על ידי מריחת 100 וואט.הכנס את קרום חילופי הקטיונים בין התאים, בעזרת פינצטה, ואז לחץ ואטום את ערימת התאים ואת קרום חילופי הקטיונים, בעזרת לוחות זכוכית. בעזרת מזרקים, הזרקו חלקיקי פוליסטירן Tris-EDTA שהוכנו בעבר ותמיסות אשלגן כלורי Tris-EDTA לתאים התחתונים והעליונים, בהתאמה. כעת, הצב את המכשיר הניסיוני על הבמה של מיקרוסקופ הפוך.חבר את המיקרוסקופ למצלמת המוליכים למחצה של תחמוצת מתכת במהירות גבוהה כדי לנטר את מסלולי תנועות החלקיקים, ולהקליט את נתוני התצפית במחשב. לבסוף, החל הפרש פוטנציאל חשמלי של שני וולט לשש שניות בין שתי האלקטרודות, על ידי שימוש במחולל פונקציות כמקור כוח. תוצאה מייצגת של יצירת זרימת EHD, הנובעת מתיקון מסלולי הובלת יונים וקטיונים מרוכזים מאוד שגרמו לזרימת נוזל בתעלה, מוצגת כאן.ניתוח ה-PIV, הראה כי מהירות חלקיקי העוקב גדלה במהירות לערך שיא, כאשר הופעל פוטנציאל אקלקטי של שתי נקודות שני וולט. לאחר מכן, המהירות ירדה והתכנסה לאפס. תוצאה מייצגת של זרימת EHD הנוצרת בתמיסה מקוטבת חשמלית, בתנאי זרם יוני, מוצגת כאן.תגובת המהירות של זרימת ה-EHD נותחה על ידי מעקב אחר חלקיקי העוקב, שהגיבו לשדה החשמלי כאשר הופעל שני וולט. החלקיקים עברו במהירות לכיוון אחורה, ולאחר תגובת זמן קצרה, הזרימה השתנתה לכיוון קדימה, והמהירות נעשתה יציבה, עד שהפוטנציאל החשמלי כבה. זרימת ה- EHD, הנגררת על ידי יוני נתרן בתעלה, מופעלת על ידי הובלת יוני הידרוקסיד בקרום חילופי אניונים.בזרימת EHD, המושרה בתנאי זרם קטיוני, יוני אשלגן חודרים לקרום חילופי קטיונים, וגורמים לתנאים דומיננטיים של קטיון, וכתוצאה מכך, זרימת EHD מושרה לאורך הזרם הקטיוני. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך שעתיים, אם היא מבוצעת כראוי. שימו לב תוך התחשבות בזמן של שתי אלקטרודות הזהב והמתנה להתייצבות תמיסת האלקטריד.בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור ששילוב פתרונות ה-electride לוקח זמן רב. בעת ביצוע הליך זה, יש למתן את המצב האלקטרו-ניטרלי בתנאי זרם יוני כדי להניע את הזרימות האלקטרו-הידרודינמיות. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום הפנומר המיקרו והננו-נוזלי, לחקור שיטות חדשות לבקרת זרימה בסוגים שונים של דליפה.לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע זרימה אלקטרוהידרודינמית הנגרמת על ידי זרמים יוניים מחושמלים. אל תשכח שעבודה עם נתרן הידרוקסיד בריכוז גבוה עלולה להיות מסוכנת ביותר, ויש לנקוט תמיד באמצעי זהירות, כגון הרכבת משקפי בטיחות, כפפות וחלוק מעבדה, בעת ביצוע הליך זה.

generation-control-electrohydrodynamic-flows-aqueous-electrolyte

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

מניפולציה נוזלים חלקיקים המרחפים הטכנולוגיות שמאפשר מיקרו בקנה מידה ננו נהיה יותר של מציאות כמו, כמו AC electrokinetics, להמשיך ולפתח. כאן, אנו דנים את הפיסיקה מאחורי AC electrokinetics, איך לפברק התקנים אלה וכיצד לפרש את תצפיות ניסיוניות.

AC תופעות electrokinetic שנוצר על ידי מבנים microelectrode

מודגמת צמיחה כרונואמפרומטרית של ביופילמים מיקרוביאליים אלקטרואקטיביים אנודיים בכור אצווה מוזנת באמצעות מערך של שלוש אלקטרודות, הנשלט על ידי פוטנציוסטט. העברת האלקטרונים החוץ-תאית מאופיינת באמצעות וולטמטריה מחזורית בנוכחות תורם האלקטרונים ובהיעדר תורם האלקטרונים. מודגם ניתוח נתונים בסיסי.

ביופילמים מיקרוביאליים אלקטרואקטיביים המופקים משפכים: גידול, תחזוקה ואפיון בסיסי

Microdevice עם פוטנציאל תפוקה גבוהה משמש כדי להדגים dielectrophoresis תלת ממדי (3D) (DEP) עם חומרים חדשים. נייר nanoplatelet גרפן וסרט דו צדדי נערמו לסירוגין; מיקרו היטב 700 מיקרומטר נקדח רוחבי לשכבות. התנהגות DEP של חרוזי פוליסטירן הודגמה במייקרו היטב.

פיתוח של התקנים 3D גראפן אלקטרודה dielectrophoretic

פלטפורמת electroporation סייע מערבולת microfluidic פותחה למסירה רציפה של מולקולות מרובות לתוך אוכלוסיות תאים זהות עם שליטה מדויקת ובלתי תלויה מינון. electroporation צעד טיהור תא המטרה שקדמו מבוסס גודל של המערכת סייע לשפר את יעילות אספקה ​​מולקולרית וכדאיויות תא מעובד.

Electroporator למשלוח סדרתית מולקולרי בסיוע וורטקס microscale

גשרי נוזל electrohydrodynamic אופקי ואנכיים הם כלים פשוטים ורבים עוצמה לחקר האינטראקציה של שדות חשמליים בעוצמה גבוהה ונוזלי דיאלקטרי קוטביים. בניית מנגנון בסיסי ודוגמאות מבצעיות, כוללים תמונות תרמוגרפיות, לשלושה נוזלים (לדוגמא, מים, DMSO, וגליצרול) מוצגים.

הכנת גשרי Electrohydrodynamic מנוזלי דיאלקטרי פולאר

מערכות התגובה מעבדה-ב--שחרור מאפשרים יישום רב תכליתי של תגובות מורכבות בקנה מידה microfluidic. פלטפורמה הופעה אוטומטית של מטריצה 3 x 3 של סלילים אלקטרומגנטיים פותחה נהגה בהצלחה מיזוג שני 10 µL microreactors, ובכך ליזום לתגובה אנזימטי של הקופה נוזלי המתקבל.

טיפות מימית משמש Microreactors אנזימטיות, הופעה אלקטרומגנטית שלהם

הפרוטוקול עבור קיטוב ריכוז יון רומן (ICP) פלטפורמה שיכולה לעצור את ההתפשטות של אזור ICP, ללא תלות בתנאי ההפעלה מתוארת. יכולת הייחודית זו של הפלטפורמה נמצאת בשימוש של התמזגות דלדול יון והעשרה, שהן שני קטבים של תופעת ICP.

מיזוג קיטוב ריכוז יון בין חופפי Ion Exchange ממברנות כדי לחסום את ההתפשטות של אזור הקיטוב

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להמחיש את תהליכי ייצור וניסויים אימות של semi-three-dimensional (למחצה 3D) מיקוד זרימת microfluidic שבב על היווצרות droplet.

דור של פולי שבשליטת גודל (אתילן גליקול) Diacrylate טיפות דרך דו-תלת-ממדי לזרום התמקדות Microfluidic מכשירים

המטרה של פרוטוקול זה היא להשתמש בטמפרטורה כדי לשלוט על מהירויות הזרימה של נוזלים פעילים תלת ממדיים. היתרון של שיטה זו לא רק מאפשר להסדיר מהירויות זרימה באתרו, אלא גם מאפשר בקרה דינמית, כגון מהירויות זרימה מעת לעת כוונון מעלה ומתחת.

שליטה במהירויות זרימה של נוזלים פעילים תלת-ממדיים מבוססי מיקרוכדורית באמצעות טמפרטורה

הפרוטוקול מדגים שיטה נוחה להפקת זרימה מתנדתית הרמונית מ-10-1000 הרץ במיקרו-ערוצים. זה נעשה על ידי התממשקות דיאפרגמה רמקול מבוקרת מחשב למיקרו-ערוץ באופן מודולרי.

הרכבה ואפיון של דרייבר חיצוני ליצירת זרימה תנודתית תת-קילוהרץ במיקרו-ערוצים

כאן, מוצג פרוטוקול לייצור התקנים מיקרופלואידיים מבוססי זכוכית המשמשים ליצירת תחליבי מונודיספראז גבוהים עם גודל טיפה מבוקר.

התקנים מבוססי זכוכית ליצירת טיפות ותחליבים

למדו ליצור זרימות אלקטרוהידרודינמיות חד-כיווניות בפתרונות אלקטרוליטיים באמצעות ממברנות חילוף יונים במערכות מיקרו-זורמיות. שיטה זו מאפשרת שליטה מדויקת בזרימת נוזלים במרחבים צרים.

דור ובקרה של Electrohydrodynamic זורם בפתרונות אלקטרוליט מימית

גלה סרטונים נוספים