Name: Miękkie elektrody oparte na kanałach mikroprzepływowych i ich zastosowanie w pojemnościowym czujniku ciśnienia (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-17T14:35:00.000+00:00
Duration: 5 min 57 s
Description: Poznaj metodę druku mikroprzepływowego do produkcji rozciągliwych elektrod z pasty ECPC dla czujników ciśnienia. Technika ta oferuje wysoką rozdzielczość i doskonałą przyczepność do podłoża PDMS.

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

Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin w ramach Granta 62273304.

1. Synteza gnojowicy ECPCs
<ol>
	<li>Rozproszyć CNT w rozpuszczalniku toluenowym w stosunku wagowym 1:30 i rozcieńczyć zasadę PDMS toluenem w stosunku wagowym 1:1, 
	UWAGA: Cała procedura eksperymentalna, która jest pokazana w <silna klasa="xfig">Rysunek 1, powinna być przeprowadzona w dobrze wentylowanym dygestorium.</li>
	<li>Mieszać magnetycznie zawiesinę CNT/toluen i roztwór PDMS/toluenu w temperaturze pokojowej przez 1 h. 
	UWAGA: Ten krok pozwala na dobre rozproszenie CNT w matrycy PDMS w następnym kroku.</li>
	<li>Wymieszać zawiesinę CNT/toluenu i roztwór PDMS/toluenu, aby utworzyć płynną mieszaninę CNT/PDMS/toluen, a następnie magnetycznie wymieszać tę mieszaninę na płycie grzejnej w temperaturze 80 °C w celu odparowania rozpuszczalnika (toluenu). 
	UWAGA: Odparowanie rozpuszczalnika zwiększa lepkość roztworu, która musi być precyzyjnie kontrolowana, aby ułatwić proces mieszania w następnym kroku. Czas potrzebny do całkowitego odparowania rozpuszczalnika wynosi 2 godziny.</li>
	<li>Dodać utwardzacz PDMS do mieszaniny CNT/PDMS/toluenu w stosunku wagowym 10:1, 
	UWAGA: Na tym etapie synteza gnojowicy ECPC jest zakończona.</li>
</ol>
2. Wytwarzanie rozciągliwych elektrod opartych na kanale mikroprzepływowym
<ol>
	<li>Przygotuj formę na bazie SU-8 z różnymi wzorami kanałów mikroprzepływowych przy użyciu konwencjonalnej techniki litografii na płytce Si. 
	UWAGA: Proces litografii formy przebiega zgodnie ze standardową metodą sugerowaną w karcie katalogowej zastosowanego fotorezystu; Grubość form wynosi około 100 μm, podczas gdy dla wszystkich struktur śladowych stosowane są trzy różne szerokości linii: 50 μm, 100 μm i 200 μm.</li>
	<li>Przeprowadź proces silanizacji na formie SU-8, zanurzając formę w roztworze (3-aminopropylo) trietoksysilanu. 
	UWAGA: Ten krok ułatwia odklejanie PDMS.</li>
	<li>Wymieszać roztwór podstawowy PDMS i utwardzacz w stosunku wagowym 10:1 i umieścić nieutwardzoną mieszaninę PDMS w eksykatorze próżniowym, aż wszystkie pęcherzyki powietrza znikną.</li>
	<li>Wlej odgazowaną mieszaninę na formę wykonaną w kroku 2.1 i umieść formę z nieutwardzonym roztworem PDMS na płycie grzejnej w temperaturze 85 °C na 1 godzinę, aby całkowicie utwardzić PDMS i przenieść wzór formy na utwardzoną folię PDMS. Oderwij warstwę PDMS za pomocą ostrza.</li>
	<li>Odleć niewielką ilość ECPC przygotowanych w kroku 1 na powierzchnię PDMS. Ostrożnie zeskrob zawiesinę ECPC wzdłuż wytłoczonego kanału mikroprzepływowego za pomocą żyletki. 
	UWAGA: Podczas tego procesu powlekania skrobania, zawiesina ECPC o wysokiej lepkości jest skutecznie zatrzymywana we wzorze mikrokanałów, a pozostałości pozostawione na powierzchni PDMS mogą być jednocześnie usuwane przez ostrze. Jeśli trudno jest zeskrobać zawiesinę ECPC do mikrokanału, zaleca się podgrzanie próbki w celu zwiększenia jej lepkości. Ten etap powlekania można powtarzać wiele razy, aż mikrokanalik zostanie wypełniony i uformowane zostaną ciągłe elektrody przewodzące.</li>
	<li>Podgrzewać próbkę w temperaturze 70 °C przez 2 godziny.</li>
	<li>Podłącz druty miedziane do dwóch końców elektrod wykonanych w ostatnim kroku za pomocą przewodzącej pasty srebrnej. Miejsce połączenia jest dodatkowo uszczelnione i zabezpieczone klejem gumowym. 
	UWAGA: Na tym etapie produkcja rozciągliwych elektrod opartych na ECPC jest zakończona, jak pokazano na rysunku Rysunek 2.</li>
</ol>
3. Produkcja pojemnościowego czujnika ciśnienia
<ol>
	<li>Wykonać miękką elektrodę z projektem z efektem międzypalcowego prążka, stosując proponowaną metodę (kroki 2.1-2.7). 
	UWAGA: Odstęp między elektrodami i szerokość linii projektu efektu międzypalcowego prążka są ustawione na takie same i produkowane są dwie konfiguracje: 200 μm i 300 μm. Przed procedurą ogrzewania (krok 2.6), która może utwardzić elektrodę, zaleca się oczyszczenie powierzchni elektrody taśmą samoprzylepną, aby uniknąć potencjalnego zwarcia między dwiema ścieżkami elektrody w strukturze międzypalcowej, ponieważ taśma klejąca może selektywnie przyklejać się do nadmiaru nieutwardzonej zawiesiny ECPC pozostającej na powierzchni PDMS, a ECPC wypełnione w mikrokanaliku mogą zostać zatrzymane.</li>
	<li>Przygotuj formę wydrukowaną w 3D. 
	UWAGA: Forma została zaprojektowana tak, aby posiadała wgłębienie (3 cm szerokości, 4 cm długości i wysokości 10 mm) z otworem, do którego można wlać płynny silikon.</li>
	<li>Dokładnie wymieszaj dwa składniki elastycznej pianki silikonowej platynowej w proporcjach wagowych dla części A: części B 1:1 i 6:1, aby przygotować warstwy dielektryczne miękkich pianek silikonowych o dwóch rozmiarach porów. Szybko wymieszaj. 
	UWAGA: Porowatość można kontrolować, regulując proporcje mieszania części A i części B.</li>
	<li>Wlej mieszaninę z ostatniego kroku do formy wykonanej w kroku 3.2.</li>
	<li>Użyj deski z kilkoma otworami, aby zakryć otwór formy.</li>
	<li>Mieszaninę utwardzić w temperaturze pokojowej przez 1 godz. 
	UWAGA: Ponieważ pianka silikonowa rozszerza się do dwu- lub trzykrotnie większej niż pierwotna objętość po utwardzeniu, pianka wyrośnie z otworów, co oznacza, że grubość pianki we wnęce będzie równa wysokości wnęki formy.</li>
	<li>Odetnij nadmiar pianki silikonowej, która przechodzi przez otwory i usuń deskę.</li>
	<li>Umieść przygotowaną piankę dielektryczną na wierzchu międzypalcowej warstwy miękkiej elektrody, aby sfinalizować produkcję czujnika ciśnienia. 
	UWAGA: Grubość utwardzonej pianki silikonowej wynosi 10 mm.</li>
</ol>
4. Charakterystyka odkształcenia elektrody
<ol>
	<li>Clamp elektrodę wytworzoną w kroku 2 pomiędzy ruchomymi stopniami zmodyfikowanego silnika krokowego.</li>
	<li>Zastosuj jednoosiowe naprężenie do elektrody, kontrolując ruchomy stopień, aby rozciągnąć elektrodę. 
	UWAGA: Zastosowaną rozciągliwość można obliczyć na podstawie przemieszczenia ruchomego stopnia.</li>
	<li>Użyj multimetru, aby zarejestrować pomiar rezystancji.</li>
</ol>
5. Charakterystyka ciśnienia dla elektrody
<ol>
	<li>Wykonać elektrodę zygzakowatą o konstrukcji równoważnej elektrodzie międzypalcowej (kroki 2.1-2.7). 
	UWAGA: Biorąc pod uwagę, że elektrody grzebieniowe elektrody międzypalcowej mają wiele palców, elektroda zygzakowata jest zaprojektowana do łączenia palców w jedną ścieżkę przewodzącą w celu oceny właściwości elektrycznych elektrody międzypalcowej. W skład badanej elektrody wchodzi sześć palców o szerokości 300 μm, a odstęp między palcami wynosi 2 mm.</li>
	<li>Zamontuj ciśnieniową platformę załadowczą, podłączając wydrukowany w 3D pręt ładujący (o średnicy 2,5 cm), standardowy czujnik ciśnienia i ruchomy stolik silnika krokowego.</li>
	<li>Umieść sfabrykowaną elektrodę pod wydrukowanym w 3D prętem ładującym.</li>
	<li>Wywieraj nacisk na elektrodę, kontrolując ruchomy stopień, aby napędzać pręt ładujący poruszający się pionowo w kierunku elektrody o zaprogramowaną odległość. 
	UWAGA: Ciśnienie można kontrolować, ustawiając przemieszczenie ruchomego stopnia, a standardowe ciśnienie jest obliczane na podstawie pomiaru siły ze standardowego czujnika siły.</li>
	<li>Użyj multimetru, aby zarejestrować pomiar rezystancji.</li>
</ol>
6. Charakterystyka ciśnienia dla pojemnościowego czujnika ciśnienia
<ol>
	<li>Użyj tej samej platformy, co w kroku 5, aby wywrzeć nacisk na pojemnościowy czujnik ciśnienia wyprodukowany w kroku 3.</li>
	<li>Użyj miernika LCR, aby zarejestrować pomiar pojemności. 
	UWAGA: Pojemność jest mierzona przy częstotliwości testowej 1 kHz.</li>
</ol>

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes for Capacitive Pressure Sensing

<ol><li>Sun, Z. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artificial+intelligence+of+things+%28AIoT%29+enabled+virtual+shop+applications+using+self-powered+sensor+enhanced+soft+robotic+manipulator%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Science%22%5BJournal%5D)">Artificial intelligence of things (AIoT) enabled virtual shop applications using self-powered sensor enhanced soft robotic manipulator.</a> Advanced Science. 8 (14), 2100230(2021).</li>
<li>Lo, L. -W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inkjet-printed+soft+resistive+pressure+sensor+patch+for+wearable+electronics+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Technology%22%5BJournal%5D)">Inkjet-printed soft resistive pressure sensor patch for wearable electronics applications.</a> Advanced Materials Technology. 5 (1), 1900717(2020).</li>
<li>Zhu, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Haptic-feedback+smart+glove+as+a+creative+human-machine+interface+%28HMI%29+for+virtual%2Faugmented+reality+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Haptic-feedback smart glove as a creative human-machine interface (HMI) for virtual/augmented reality applications.</a> Science Advances. 6 (19), (2020).</li>
<li>Woo, S. -J., Kong, J. -H., Kim, D. -G., Kim, J. -M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+thin+all-elastomeric+capacitive+pressure+sensor+array+based+on+micro+contact+printed+elastic+conductors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">A thin all-elastomeric capacitive pressure sensor array based on micro contact printed elastic conductors.</a> Journal of Materials Chemistry C. 2 (22), 4415-4422 (2012).</li>
<li>Tang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+stretchable+electrodes+on+wrinkled+polydimethylsiloxane+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Highly stretchable electrodes on wrinkled polydimethylsiloxane substrates.</a> Scientific Reports. 5, 16527(2015).</li>
<li>Lo, L. -W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+inkjet-printed+PEDOT%3APSS-based+stretchable+conductor+for+wearable+health+monitoring+device+applications%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">An inkjet-printed PEDOT:PSS-based stretchable conductor for wearable health monitoring device applications.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 13 (18), 21693-21702 (2021).</li>
<li>Luo, R. -B., Li, H. -B., Du, B., Zhou, S. -S., Zhu, Y. -X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+strategy+for+high+stretchable%2C+flexible+and+conductive+polymer+films+based+on+PEDOT%3APSS-PDMS+blends%5BTitle%5D)+AND+%22Organic+Electronics%22%5BJournal%5D)">A simple strategy for high stretchable, flexible and conductive polymer films based on PEDOT:PSS-PDMS blends.</a> Organic Electronics. 76, 105451(2020).</li>
<li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+stable+flexible+pressure+sensors+with+a+quasi-homogeneous+composition+and+interlinked+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Highly stable flexible pressure sensors with a quasi-homogeneous composition and interlinked interfaces.</a> Nature Communications. 13, 1317(2022).</li>
<li>Hong, S., Lee, S., Kim, D. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Materials+and+design+strategies+of+stretchable+electrodes+for+electronic+skin+and+its+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+IEEE%22%5BJournal%5D)">Materials and design strategies of stretchable electrodes for electronic skin and its applications.</a> Proceedings of the IEEE. 107 (10), 2185-2197 (2019).</li>
<li>Shi, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Screen-printed+soft+capacitive+sensors+for+spatial+mapping+of+both+positive+and+negative+pressures%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Screen-printed soft capacitive sensors for spatial mapping of both positive and negative pressures.</a> Advanced Functional Materials. 29 (23), 1809116(2019).</li>
<li>Mahmoudinezhad, M. H., Anderson, I., Rosset, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interdigitated+sensor+based+on+a+silicone+foam+for+subtle+robotic+manipulation%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecular+Rapid+Communications%22%5BJournal%5D)">Interdigitated sensor based on a silicone foam for subtle robotic manipulation.</a> Macromolecular Rapid Communications. 42 (5), 2000560(2019).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W tym protokole zademonstrowaliśmy nowatorską metodę drukowania elektrod rozciągliwych opartą na kanałach mikroprzepływowych. Materiał przewodzący elektrody, zawiesinę ECPCs, można przygotować metodą odparowania rozpuszczalnika, która pozwala na dobre rozproszenie CNT w matrycy PDMS, tworząc w ten sposób przewodzący polimer, który wykazuje rozciągliwość tak wysoką jak podłoże PDMS.
W procesie skrobania gnojowica ECPC jest szybko wprowadzana do kanału mikroprzepływowego PDMS za pomocą żyletki. ...

Miękkie czujniki nacisku były szeroko stosowane w zastosowaniach takich jak pneumatyczne chwytaki robotów1, elektronika do noszenia2, systemy interfejsu człowiek-maszyna3, itp. W takich zastosowaniach system sensoryczny wymaga elastyczności i rozciągliwości, aby zapewnić konforemny kontakt z dowolnymi powierzchniami krzywoliniowymi. W związku z tym wymaga wszystkich niezbędnych komponentów, w tym podłoża, elementu przetwornikowego i elektrody, aby zapewnić stałą funkcjonalność w warunkach ekstremalnych odkształceń4. Ponadto, aby utrzymać wysoką wydajność wykrywania, konieczne jest utrzymanie zmian w miękkich elektrodach na minimalnym poziomie, aby uniknąć zakłóceń w elektrycznych sygnałach czujnikowych5.
Jako jeden z podstawowych elementów miękkich czujników ciśnienia, rozciągliwe elektrody zdolne do wytrzymywania wysokich poziomów naprężeń i odkształceń są kluczowe dla zachowania przez urządzenie stabilnych ścieżek przewodzących i charakterystyki impedancji6,7. Miękkie elektrody o doskonałych parametrach zwykle charakteryzują się 1) wysoką rozdzielczością przestrzenną w skali mikrometrycznej oraz 2) wysoką rozciągliwością z silnym wiązaniem z podłożem, a są to cechy niezbędne do umożliwienia wysoce zintegrowanej miękkiej elektroniki w rozmiarze nadającym się do noszenia8. W związku z tym ostatnio zaproponowano różne strategie opracowywania miękkich elektrod o powyższych właściwościach, takie jak druk atramentowy, sitodruk, druk natryskowy i druk transferowy itp.9. Metoda druku atramentowego6 jest szeroko stosowana ze względu na zalety prostej produkcji, braku wymogu maskowania i niskiej ilości odpadów materiałowych, ale trudno jest osiągnąć wzór w wysokiej rozdzielczości ze względu na ograniczenia pod względem lepkości atramentu. Sitodruk10 i druk natryskowy11 to proste i opłacalne metody tworzenia wzorów, które wymagają nałożenia maski cienia na podłoże. Jednak operacja zakładania lub zdejmowania maski może zmniejszyć przejrzystość wzoru. Chociaż druk transferowy4 został uznany za obiecujący sposób na uzyskanie druku w wysokiej rozdzielczości, metoda ta ma skomplikowaną procedurę i czasochłonny proces drukowania. Co więcej, większość miękkich elektrod wytwarzanych tymi metodami modelowania ma inne wady, takie jak rozwarstwienie od podłoża.
Tutaj prezentujemy nowatorską metodę drukowania do szybkiego wytwarzania opłacalnych miękkich elektrod o wysokiej rozdzielczości opartych na mikroprzepływowych konfiguracjach kanałów. W porównaniu z innymi konwencjonalnymi metodami wytwarzania, proponowana strategia wykorzystuje elastyczne przewodzące kompozyty polimerowe (ECPC) jako materiał przewodzący oraz litograficznie wytłaczane kanały mikroprzepływowe do modelowania ścieżek elektrod. Zawiesina ECPC jest przygotowywana metodą odparowywania rozpuszczalnika i składa się z 7% wagowych nanorurek węglowych (CNT) dobrze zdyspergowanych w matrycy polidimetylosiloksanu (PDMS). Poprzez zeskrobanie zawiesiny ECPC do kanału mikroprzepływowego można wytworzyć elektrody o wysokiej rozdzielczości zdefiniowane przez wzór litograficzny. Ponadto, ponieważ elektroda jest oparta głównie na PDMS, na granicy faz między elektrodą opartą na ECPC a substratem PDMS powstaje silne wiązanie. W ten sposób elektroda może utrzymać poziom rozciągliwości tak wysoki, jak podłoże PDMS. Wyniki eksperymentów potwierdzają, że proponowana elektroda rozciągliwa może reagować liniowo na odkształcenia osiowe do 30% i wykazuje doskonałą stabilność w zakresie wysokiego ciśnienia 0-400 kPa, co wskazuje na duży potencjał tej metody do wytwarzania miękkich elektrod w pojemnościowych czujnikach ciśnienia, co również wykazano w niniejszej pracy.

<table><tbody><tr><td>Aparat fotograficzny</td><td>OPLENIC APARAT</td><td></td><td></td>CYFROWY</tr><tr><td>Nanorurki węglowe (CNT)</td> <td>Nanjing Xianfeng Nano-technologia</td><td></td><td>Średnica: 10-20 nm, Długość: 10-30 i mu; m</td></tr><tr><td>Mieszadło z płytą grzejną</td><td>Thermo Scientific</td><td>Super-Nuova+</td><td>Sprzęt do mieszania i podgrzewania</td></tr><tr><td>Miernik LCR</td><td>Keysight</td><td>E4980AL</td><td>Sprzęt do pomiaru pojemności</td></tr><tr><td>Mikroskop Multimetr</td><td>SDPTOP</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Fluke</td><td></td><td>Sprzęt do pomiaru rezystancji</td></tr><tr><td>Piekarnik</td><td>Yamoto</td><td>DX412C</td><td>Urządzenia grzewcze</td></tr><tr><td>Maska fotograficzna</td><td>Shenzhen Weina Electronic Technology</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>Microchem</td><td>SU-8 3050</td><td></td></tr><tr><td>Polidimetylosiloksan (PDMS)</td> <td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td>Elastomer silikonowy</td></tr><tr><td>Pianka silikonowa</td><td>Gładka na</td><td>Soma Foama 25</td><td>Dwuskładnikowa Platynowa Silikon Elastyczna Pianka</td></tr><tr><td>Wafel silikonowy</td><td>Suzhou Crystal Silicon Electronic & Średnica technologii</td><td></td><td>: 2 cale</td></tr><tr><td>Mieszadło</td><td>IKA</td><td>Color Squid</td><td>Sprzęt do mieszania</td></tr><tr><td>Toluen</td><td>Sinopharm Odczynnik</td><td></td> chemiczny <td>Rozpuszczalnik do przygotowania ECPC</td></tr><tr><td>Trietoksysilan</td><td>Macklin</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

miękkie elektrody oparte na kanałach mikroprzepływowych i ich zastosowanie w pojemnościowym czujniku ciśnienia

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing

Elastyczne i rozciągliwe elektrody są niezbędnymi elementami miękkich sztucznych systemów sensorycznych. Pomimo ostatnich postępów w dziedzinie elastycznej elektroniki, większość elektrod jest ograniczona rozdzielczością wzoru lub możliwościami drukowania atramentowego z superelastycznych materiałów o wysokiej lepkości. W tym artykule przedstawiono prostą strategię wytwarzania rozciągliwych elektrod kompozytowych opartych na mikrokanałach, którą można osiągnąć poprzez zeskrobywanie elastycznych przewodzących kompozytów polimerowych (ECPC) do litograficznie wytłaczanych kanałów mikroprzepływowych. ECPC przygotowano metodą odparowywania lotnego rozpuszczalnika, która pozwala uzyskać równomierną dyspersję nanorurek węglowych (CNT) w matrycy polidimetylosiloksanu (PDMS). W porównaniu z konwencjonalnymi metodami wytwarzania, proponowana technika może ułatwić szybkie wytwarzanie dobrze zdefiniowanych, rozciągliwych elektrod z zawiesiną o wysokiej lepkości. Ponieważ elektrody w tej pracy zostały wykonane z materiałów całkowicie elastomerowych, między elektrodami opartymi na ECPC a podłożem opartym na PDMS na stykach ścianek mikrokanałów mogą powstawać silne wzajemne połączenia, co pozwala elektrodom wykazywać wytrzymałość mechaniczną przy dużych naprężeniach rozciągających. Ponadto systematycznie badano również odpowiedź mechaniczno-elektryczną elektrod. Wreszcie, opracowano miękki czujnik nacisku poprzez połączenie dielektrycznej pianki silikonowej i warstwy elektrod międzypalcowych (IDE), co wykazało ogromny potencjał czujników ciśnienia w zastosowaniach miękkich robotycznych czujników dotykowych.

Zgodnie z protokołem, ECPC mogą być formowane za pomocą kanału mikroprzepływowego, co prowadzi do powstania rozciągliwych elektrod o wysokiej rozdzielczości. Ryciny 3A, B przedstawiają zdjęcia miękkich elektrod o różnych projektach ścieżek i rozdzielczościach druku. Rycina 3C pokazuje różne szerokości linii wykonanych elektrod, w tym 50 µm, 100 µm oraz 200 µm. Rezystancja każdej z elektrod została przedstawiona na Rycini 3D<...

Elastyczne elektrody mają szeroki zakres zastosowań w miękkiej robotyce i elektronice do noszenia. Obecny protokół demonstruje nową strategię wytwarzania wysoce rozciągliwych elektrod o wysokiej rozdzielczości za pomocą litograficznie zdefiniowanych kanałów mikroprzepływowych, co toruje drogę dla przyszłych wysokowydajnych miękkich czujników ciśnienia.

Miękkie elektrody oparte na kanałach mikroprzepływowych i ich zastosowanie w pojemnościowym czujniku ciśnienia

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most ...

Nasze badania koncentrują się głównie na elastycznej i rozciągliwej elektronice do zastosowań czujnikowych, jednocześnie starając się opracować innowacyjne materiały i procesy produkcyjne dla elastycznych systemów elektronicznych. Elastyczne i rozciągliwe elektrody są centralnymi elementami miękkich sztucznych systemów sensorycznych. Pomimo ostatnich postępów w elastycznej elektronice, większość elektrod jest albo ograniczona rozdzielczością Pythona, albo możliwością wtryskiwania drukowania superelastycznych materiałów o wysokiej lepkości.W tym protokole zademonstrowaliśmy normalną metodę drukowania elektrod rozciągliwych opartą na kanałach mikroprzepływowych. Materiał przewodzący elektrody, zawiesina ECPC, może być zeskrobywana do mikrokanału, tworząc w ten sposób przewodzący polimer, który wykazuje rozciągliwość tak wysoką jak podłoże PDMS. W porównaniu z elektronami wytwarzanymi przez istniejące metody wytwarzania, takie jak druk wtryskowy, druk skrobaczny, druk natryskowy i druk transferowy, proponowane elektrony programowe oparte na kanałach mikroprzepływowych mają zalety wysokiej rozdzielczości drukowania i wysokiej rozciągliwości przy silnym wiązaniu z podłożem.Protokół przedstawiony w tym badaniu łączy zalety rozciągliwych materiałów i kanałów mikroprzepływowych, umożliwiając tanią i szybką metodę wytwarzania rozciągliwych elektronów o wysokiej rozdzielczości do bardziej miękkich zastosowań w wykrywaniu potencjału robotów. Na początek zdysperguj nanorurki węglowe lub CNT w rozpuszczalniku toluenowym w stosunku wagowym od 1 do 30. I rozcieńczyć bazę PDMS toluenem w równym stosunku wagowym.Mieszaj magnetycznie zawiesinę toluenu CNT i roztwór toluenu PDMS w temperaturze pokojowej przez jedną godzinę. Wymieszaj przygotowaną zawiesinę i roztwór, aby utworzyć płynną mieszaninę toluenu CNT-PDMS i magnetycznie wymieszaj na gorącej płycie w temperaturze 80 stopni Celsjusza, aby odparować toluen. Następnie dodać utwardzacz PDMS do mieszaniny w stosunku wagowym 10 do 1, aby zakończyć syntezę zawiesiny ECPC.Aby wytworzyć rozciągliwe elektrody oparte na kanale mikroprzepływowym, wymieszaj roztwór na bazie PDMS i utwardzacz w stosunku wagowym 10 do jednego i umieść nieutwardzoną mieszaninę PDMS w eksykatorze próżniowym, aż wszystkie pęcherzyki powietrza znikną. Przygotuj formę na bazie SU-8 z różnymi wzorami kanałów mikroprzepływowych przy użyciu konwencjonalnej techniki litografii na płytce silikonowej. Następnie wlej odgazowaną mieszaninę na wyprodukowaną formę i umieść formę na gorącej płycie w temperaturze 85 stopni Celsjusza na jedną godzinę, aby utwardzić PDMS i przenieść wzór formy SU-8 na utwardzoną folię PDMS.Następnie odklej warstwę PDMS. Następnie odlej niewielką ilość zsyntetyzowanej zawiesiny ECPC S na powierzchnię PDMS i za pomocą żyletki ostrożnie zeskrob gnojowicę wzdłuż wytłoczonego kanału mikroprzepływowego. Następnie podgrzewaj gnojowicę w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez dwie godziny.Na koniec podłącz drut miedziany do każdego końca przygotowanych elektrod za pomocą przewodzącej pasty srebrnej i uszczelnij połączenie klejem gumowym uszczelniaczem. Za pomocą tego protokołu można wytwarzać miękkie elektrody o różnych wzorach ścieżek i rozdzielczościach drukowania. Rezystancja elektrod wzrastała wraz ze zmniejszającą się szerokością linii, a elektrody serpentynowe wykazywały wyższą rezystancję niż elektrody o strukturze liniowej, ze względu na ich dłuższą długość efektywną.Rezystancja elektrod wzrastała liniowo wraz z odkształceniem rozciągającym spowodowanym efektem geometrycznym. Czułość elektrod serpentynowych była niższa niż elektrody o strukturze liniowej ze względu na efekt naprężonego uwalniania. Aby zmontować pojemnościowy czujnik ciśnienia, należy wyprodukować miękką elektrodę z konstrukcją z efektem międzypalcowego prążka.Wymieszaj dwa składniki elastycznej pianki silikonowej platynowej w proporcjach wagowych jeden do jednego i sześć do jednego i szybko wymieszaj, aby przygotować warstwy dielektryczne miękkiej pianki silikonowej o dwóch rozmiarach porów. Wlej mieszaninę do wydrukowanej w 3D formy i przykryj ją za pomocą deski z kilkoma otworami. Po utwardzeniu mieszaniny odetnij piankę silikonową przechodzącą przez otwory i usuń deskę.Na koniec umieść przygotowaną piankę dielektryczną na międzypalcowej warstwie miękkiej elektrody, aby sfinalizować produkcję czujnika ciśnienia. Urządzenie o szerokości linii 200 mikrometrów miało wyższą czułość ze względu na silniejszy efekt pola prążkowego, a pianka o wyższym stosunku wagowym części A do części B miała również wyższą czułość niż pianka o niższej frakcji powietrza. Cykliczny test wykazał, że wyprodukowany miękki czujnik pojemnościowy zachował wysoką powtarzalność dzięki 1000 cyklicznym obciążeniom ciśnieniowym.

microfluidic-channel-based-soft-electrodes-their-application

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Prezentujemy protokoły wytwarzania i automatyzacji macierzy mikrozaworów opartych na elastomerowym polidimetylosiloksanie (PDMS), które nie wymagają dodatkowej energii do zamknięcia i charakteryzują się precyzyjnymi objętościami zdefiniowanymi fotolitograficznie. Przedstawiono równoległy mieszalnik o objętości subnanolitrowej oraz zintegrowany mikrofluidyczny system perfuzyjny.

Chip mikrofluidyczny sterowany macierzami elastomerowych mikrozaworów

Mikrofluidykę można zintegrować ze standardowymi technikami elektrofizjologicznymi, co umożliwia zastosowanie nowych modalności eksperymentalnych. W szczególności motywacją do...

Zastosowanie mikrofluidyki w elektrofizjologii

Źródło: Kurz, D. L. i in. Platforma mikrofluidyczna do badania biozatkania w porowatych ośrodkach. J. Vis. Exp. (2022)Film demonstruje użycie urządzenia mikrofluidycznego do badania powstawania biofilmu. Do mikrokanału wprowadzana jest zawiesina bakteryjna, po której następuje inkubacja, umożliwiająca rozwój biofilmu. Następnie wznawia się przepływ, a monitorowanie ciśnienia wraz z obrazowaniem wykorzystuje się do wykrywania powstawania biofilmu i zatkania porów w czasie.

Urządzenie mikrofluidyczne do obrazowania w czasie rzeczywistym i śledzenia ciśnienia podczas tworzenia biofilmu

W tym artykule opisujemy różne techniki dla platform szybkiego prototypowania mikroprzepływów. Proponowane techniki opierają się na epoksydach wrażliwych na promieniowanie ultrafioletowe (UV) i utwardzanych temperaturowo, rurkach na bazie polidimetylosiloksanu (PDMS), łączeniu drutem i anizotropowych foliach adhezyjnych. Przedstawione procedury montażu zostały opracowane zarówno dla urządzeń jednorazowego użytku, jak i systemów mikroprzepływowych wielokrotnego użytku.

Wysokowydajne, mikroprzepływowe, szybkie i tanie metody prototypowania

Mikro-prefabrykowane urządzenia zintegrowane z komponentami fluidycznymi stanowią platformę in vitro do badań komórkowych naśladujących mikrośrodowisko in vivo. Opracowaliśmy mikroprzepływowe chipy na bazie polimetakrylanu metylu do badania reakcji komórkowych pod wpływem pojedynczych lub współistniejących bodźców naprężeń chemicznych/elektrycznych/ścinających.

Projektowanie urządzeń mikroprzepływowych do badania odpowiedzi komórkowych pod wpływem pojedynczych lub współistniejących bodźców naprężeń chemicznych/elektrycznych/ścinających

Prezentujemy platformę mikroprzepływową ze zintegrowaną siecią elektrod powierzchniowych, która łączy rezystancyjne wykrywanie impulsów (RPS) z wielokrotnym dostępem z podziałem kodu (CDMA), do wielokrotnego wykrywania i wymiarowania cząstek w wielu kanałach mikroprzepływowych.

Platforma mikroprzepływowa z multipleksowaną detekcją elektroniczną do przestrzennego śledzenia cząstek

Platforma mikroprzepływowego biosensoru została zaprojektowana i wykonana przy użyciu taniej technologii fotorezystu z suchą folią do szybkiej i czułej kwantyfikacji różnych analitów. Ten jednorazowy system pozwala na elektrochemiczny odczyt testów enzymatycznych immobilizowanych na chipie za pomocą techniki stop-flow.

Elektrochemiczna platforma biosensorów mikroprzepływowych oparta na suchym filmie fotorezystu: produkcja urządzenia, przygotowanie testu na chipie i obsługa systemu

Tutaj prezentujemy protokół wykrywania i kwantyfikacji nisko obfitych cząsteczek w złożonych roztworach za pomocą imprintingu molekularnego w połączeniu z biosensorem pojemnościowym.

Ultraczułe wykrywanie biomarkerów za pomocą biosensora pojemnościowego opartego na imprintingu molekularnym

Przedstawiona tutaj jest metoda mechanicznego fenotypowania pojedynczych komórek za pomocą opartej na elektronice platformy mikroprzepływowej zwanej mechano-node-pore sensing (mechano-NPS). Platforma ta utrzymuje umiarkowaną przepustowość 1-10 komórek/s, mierząc zarówno elastyczne, jak i lepkie właściwości biofizyczne komórek.

Mechano-Node-Pore Sensing: szybka, niewymagająca oznaczeń platforma do wieloparametrowych pomiarów lepkosprężystych pojedynczych komórek

Przedstawiono prostą i opłacalną metodę wytwarzania opartą na technice odparowywania rozpuszczalnika, która optymalizuje wydajność miękkiego pojemnościowego czujnika ciśnienia, co jest możliwe dzięki kontroli porowatości w warstwie dielektrycznej przy użyciu różnych stosunków masowych roztworu PDMS / toluenu.

Zwiększenie czułości miękkich pojemnościowych czujników ciśnienia przy użyciu techniki kontroli porowatości opartej na parowaniu rozpuszczalnika

Protokół dla nowatorskiego dynamicznego wieloparametrowego testu funkcjonalnego płytek krwi przy użyciu biosensora pojemnościowego jest prezentowany tutaj. To podejście, zaprojektowane w półsztywnym mikrośrodowisku w celu zwiększenia znaczenia fizjologicznego, zapewnia trzy parametry wyjściowe wrażliwe na liczbę płytek krwi, siłę stymulacji i szlaki aktywacji.

Dynamiczna wieloparametrowa ocena funkcji płytek krwi za pomocą biosensora pojemnościowego

Poznaj metodę druku mikroprzepływowego do produkcji rozciągliwych elektrod z pasty ECPC dla czujników ciśnienia. Technika ta oferuje wysoką rozdzielczość i doskonałą przyczepność do podłoża PDMS.

Miękkie elektrody oparte na kanałach mikroprzepływowych i ich zastosowanie w pojemnościowym czujniku ciśnienia

Przeglądaj więcej filmów