생성 및 제어 충돌기의 수성 전해질 솔루션에 흐르는

이 방법은 좁은 공간에서 누출이 얼마나 효과적으로 전달되는지와 같은 마이크로 및 나노 유체 연구 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 이온 교환막을 사용하여 전기가 통하는 수송 경로가 전기화되는 양이온과 음이온이 전기유체역학적 흐름을 구동한다는 것입니다. 우리 연구실을 졸업한 군마대학 조교수 Ayoko Yano와 우리 연구실의 박사 과정 학생인 Fumika Nito가 절차를 시연합니다.

먼저 PTFE 몰드의 양쪽 끝에 아크릴 플레이트를 플라스틱 접착제로 부착하여 저장소에 슬릿을 만들어 바이어스 전극을 고정합니다. 50 밀리리터 튜브에 실리콘 엘라스토머 베이스를 경화제에 10:1 비율로 혼합합니다. 그런 다음 진공 용기에 액체 PDMS를 설정하고 로터리 펌프를 사용하여 가스를 제거합니다.

진공 용기에서 튜브를 제거합니다. 그런 다음 PDMS를 40 x 50 x 24mm 입방체 플라스틱 용기에 부어 저장소의 외부 모양을 성형하고 그 안에 저장소 금형을 놓습니다. 액체 PDMS의 몸 전체를 섭씨 80도의 핫 플레이트에서 약 4시간 동안 굽습니다.

베이킹 후 PDMS 저장소를 외부 용기의 PTFE 몰드에서 손으로 분리합니다. 그런 다음 수술용 칼을 사용하여 저수지 중앙을 가로질러 슬릿을 만듭니다. 핀셋을 사용하여 이전에 금 박막으로 코팅된 유리판을 저장소의 양쪽 끝에 놓고 바이어스 전극 역할을 합니다.

다음으로, 가위를 사용하여 음이온 교환막을 20 x 18mm 정사각형 직사각형으로 자릅니다. 그런 다음 멤브레인의 한쪽 가장자리에서 3 x 5 포인트 5 밀리미터 정사각형 직사각형을 자릅니다. 이제 수술용 칼을 사용하여 사각형 흐름 채널이 있는 응고된 PDMS 블록을 3 x 6 x 4점 5mm 입방체 조각으로 자릅니다.

바깥쪽 가장자리를 따라 슬릿을 만들고 직사각형 컷아웃 내의 멤브레인에 부착합니다. 그런 다음 핀셋을 사용하여 PDMS 흐름 채널이 있는 음이온 교환막을 PDMS 저장소로 설정합니다. 마이크로피펫을 사용하여 수산화나트륨 용액 4ml를 저장통에 채웁니다.

관찰 전에 멤브레인의 전도성을 향상시키기 위해 DC 전원을 사용하여 앞뒤로 각각 2시간 동안 직렬로 2점 2볼트의 전위를 적용합니다. 그런 다음 핀셋으로 금 전극을 당겨 빼냅니다. 그런 다음 마이크로피펫을 사용하여 저장소에서 용액을 제거합니다.

핀셋으로 저장소에 새 금 전극을 설정합니다. 마이크로피펫을 사용하여 4ml의 수산화나트륨 용액으로 저장소를 채웁니다. 이 시점에서 고속 상보 금속 산화물 반도체 카메라의 프레임 속도와 노출 시간을 각각 초당 500프레임과 1밀리초로 설정합니다.

전위를 적용하기 전에 마이크로피펫의 끝을 채널 끝에 삽입하여 기포를 밀거나 당겨 채널에서 기포를 제거합니다. 이제 금 바이어스 전극에 2점 2볼트의 전위를 외부적으로 인가합니다. 동시에 전위차(potentiostat)를 사용하여 전기 반응을 모니터링한 다음 컴퓨터에 추적 입자의 거동을 기록합니다.

앞서 설명한 것과 유사한 절차에 따라 바닥 유리판에 26 x 10mm 제곱 표면으로 금 바이어스 전극을 형성합니다. 무선 주파수 스퍼터링을 사용하여 75와트에서 2분 동안 아르곤 플라즈마에 노출된 크롬으로 유리 표면을 코팅하고 75와트에서 5분 동안 금색 박막을 증착합니다. 솔더 인두를 사용하여 전극 가장자리에 있는 리드선을 납땜합니다.

큰 실리콘 고무 시트에서 수술용 칼을 사용하여 두 개의 저장소 사이에 배치된 1x1mm 입방체 흐름 채널로 만들어진 두 개의 챔버를 잘라냅니다. 다음으로, 수술용 칼을 사용하여 양이온 교환막을 20 x 30mm 제곱으로 잘라냅니다. 100와트를 가하여 15분 동안 순수한 물로 각 부품을 초음파화합니다.

핀셋을 사용하여 챔버 사이에 양이온 교환막을 삽입한 다음 챔버와 양이온 교환막의 스택을 유리판으로 누르고 밀봉합니다. 주사기를 사용하여 미리 준비된 Tris-EDTA 폴리스티렌 입자와 Tris-EDTA 염화칼륨 용액을 각각 하부 및 상부 챔버에 주입합니다. 이제 도립 현미경의 무대에 실험 장치를 설정하십시오.

현미경을 고속 무료 금속 산화물 반도체 카메라에 연결하여 입자 움직임의 궤적을 모니터링하고 관찰 데이터를 컴퓨터에 기록합니다. 마지막으로, 함수 발생기를 전원으로 사용하여 두 전극 사이에 6초당 2볼트의 전위차를 적용합니다. 채널에서 액체 흐름을 유도한 이온 수송 경로와 고농도 양이온의 정류로 인한 EHD 흐름 생성의 대표적인 결과가 여기에 제시되어 있습니다.

PIV 분석은 2점 2볼트의 절충적 전위가 적용되었을 때 추적 입자의 속도가 피크 값까지 빠르게 증가했음을 보여주었습니다. 그 후 속도가 감소하고 0으로 수렴했습니다. 이온 전류 조건에서 전기적으로 분극된 용액에서 생성된 EHD 흐름의 대표적인 결과가 여기에 나와 있습니다.

EHD 흐름의 속도 응답은 2볼트가 가해졌을 때 전기장에 반응하는 추적기 입자를 추적하여 분석되었습니다. 입자는 역방향 방향으로 빠르게 이동했고, 짧은 시간 응답 후 흐름이 정방향으로 변경되고 전위가 꺼질 때까지 속도가 일정해졌습니다. 채널의 나트륨 이온에 의해 끌리는 EHD 흐름은 음이온 교환막에서 수산화물 이온의 수송에 의해 트리거됩니다.

양이온 전류 조건에서 유도되는 EHD 흐름에서 칼륨 이온은 양이온 교환막을 관통하여 양이온 우성 조건을 유발하고 결과적으로 EHD 흐름은 양이온 전류를 따라 유도됩니다. 이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 두 시간 안에 완료할 수 있습니다. 금 전극 모두에 대한 시간과 electride 용액이 안정화될 때까지 기다리는 시간을 고려하십시오.

이 절차를 시도하는 동안 electride 솔루션을 통합하는 데 상당한 시간이 걸린다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 이 절차를 따를 때 전기 유체역학적 흐름을 구동하기 위해 이온 전류 조건에서 전기 중성 상태를 조절해야 합니다. 개발 후 이 기술은 마이크로 및 나노 유체 fanomer 분야의 연구자들이 다양한 유형의 누출에서 새로운 흐름 제어 방법을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.

이 비디오를 시청한 후에는 전기가 통하는 이온 전류에 의해 유도되는 전기 유체역학적 흐름을 만드는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 고농도 수산화나트륨으로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있으므로 이 절차를 수행하는 동안 항상 보안경, 장갑 및 실험복 착용과 같은 예방 조치를 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오.