Geração e controle de Electrohydrodynamic flui em soluções aquosas de eletrólito

Este método pode ajudar a responder a questões-chave nos campos de pesquisa micro e nanofluídica, como a eficácia com que os vazamentos são transportados em espaços estreitos. A principal vantagem dessa técnica é que cátions e ânions, cujas vias de transporte são eletrificadas por meio de uma membrana de troca iônica, conduzem o fluxo eletrohidrodinâmico. Demonstrando os procedimentos estão Ayoko Yano, professora assistente da Universidade de Gunma, que se formou em nosso laboratório, e Fumika Nito, estudante de doutorado em nosso laboratório.

Primeiro, cole placas de acrílico em ambas as extremidades de um molde de PTFE com um adesivo plástico, que fará fendas no reservatório para assentar os eletrodos polarizados. Em um tubo de 50 mililitros, misture uma base de elastômero de silicone em agente de cura na proporção de dez para um. Em seguida, coloque um PDMS líquido em um recipiente de vácuo e desgaseifique-o usando uma bomba rotativa.

Remova o tubo do recipiente de vácuo. Em seguida, despeje o PDMS em um recipiente de plástico cúbico de 40 por 50 por 24 milímetros, para moldar a forma externa do reservatório e coloque o molde do reservatório nele. Asse todo o corpo do PDMS líquido em uma chapa quente a 80 graus Celsius por cerca de quatro horas.

Após o cozimento, isole o reservatório PDMS do molde de PTFE no recipiente externo com a mão. Em seguida, faça um corte no centro do reservatório, usando uma faca cirúrgica. Usando uma pinça, coloque placas de vidro, previamente revestidas com uma fina película dourada, em ambas as extremidades do reservatório, para servir como eletrodos de polarização.

Em seguida, corte uma membrana de troca aniônica em um retângulo quadrado de 20 por 18 milímetros, usando uma tesoura. Em seguida, corte um retângulo quadrado de três por cinco vírgula cinco milímetros de uma borda da membrana. Agora, corte um bloco PDMS solidificado com um canal de fluxo quadrado em uma peça cúbica de três por seis por quatro vírgula cinco milímetros, usando uma faca cirúrgica.

Faça fendas ao longo das bordas externas e prenda-o à membrana dentro do recorte retangular. Em seguida, coloque a membrana de troca aniônica com o canal de fluxo PDMS no reservatório PDMS, com uma pinça. Usando uma micropipeta, encha o reservatório com quatro mililitros de solução de hidróxido de sódio.

Aplique um potencial elétrico de dois vírgula dois volts, usando uma fonte de alimentação CC, nas direções para frente e para trás, por duas horas cada em série, para melhorar a condutividade da membrana antes da observação. Em seguida, puxe os eletrodos de ouro com uma pinça. Em seguida, retire a solução do reservatório, usando uma micropipeta.

Coloque novos eletrodos de ouro no reservatório com uma pinça. Encha o reservatório com quatro mililitros de solução de hidróxido de sódio, usando uma micropipeta. Neste ponto, defina a taxa de quadros e o tempo de exposição de uma câmera semicondutora de óxido metálico complementar de alta velocidade para 500 quadros por segundo e um milissegundo, respectivamente.

Remova quaisquer bolhas do canal, inserindo a ponta de uma micropipeta na extremidade do canal para empurrá-las ou puxá-las para fora, antes de aplicar um potencial elétrico. Agora, aplique externamente um potencial elétrico de dois vírgula dois volts aos eletrodos de polarização de ouro. Monitore simultaneamente as respostas elétricas, usando um potenciostato, e registre o comportamento das partículas traçadoras no computador.

Formar eletrodos de polarização de ouro com uma superfície quadrada de 26 por 10 milímetros na placa de vidro inferior, de acordo com procedimentos semelhantes aos descritos anteriormente. Usando pulverização catódica de radiofrequência, cubra a superfície do vidro com cromo exposto ao plasma de argônio por dois minutos a 75 watts e deposite um filme fino de ouro por cinco minutos a 75 watts. Usando um ferro de solda, solde uma linha de chumbo em uma borda dos eletrodos.

De uma grande folha de borracha de silicone, corte duas câmaras, cada uma feita de um canal de fluxo cúbico de um por um milímetro colocado entre dois reservatórios, usando uma faca cirúrgica. Em seguida, corte uma membrana de troca catiônica de 20 por 30 milímetros quadrados, usando uma faca cirúrgica. Ultrassonicar cada parte em água pura por 15 minutos, aplicando 100 watts.

Insira a membrana de troca catiônica entre as câmaras, usando uma pinça, depois pressione e sele a pilha das câmaras e a membrana de troca catiônica, com placas de vidro. Usando seringas, injete partículas de poliestireno Tris-EDTA previamente preparadas e soluções de cloreto de potássio Tris-EDTA nas câmaras inferior e superior, respectivamente. Agora, coloque o dispositivo experimental no palco de um microscópio invertido.

Conecte o microscópio à câmera semicondutora de óxido metálico complementar de alta velocidade para monitorar as trajetórias dos movimentos das partículas e registrar os dados de observação em um computador. Por fim, aplique uma diferença de potencial elétrico de dois volts por seis segundos entre os dois eletrodos, usando um gerador de função como fonte de energia. Um resultado representativo de uma geração de fluxo EHD, resultante da retificação de vias de transporte de íons e cátions altamente concentrados que induziram um fluxo de líquido no canal, é apresentado aqui.

A análise PIV demonstrou que a velocidade das partículas traçadoras aumentou rapidamente para um valor de pico, quando um potencial eclético de dois vírgula dois volts foi aplicado. Depois disso, a velocidade diminuiu e convergiu para zero. Um resultado representativo do fluxo EHD gerado em uma solução eletricamente polarizada, sob condições de corrente iônica, é mostrado aqui.

A resposta de velocidade do fluxo EHD foi analisada rastreando as partículas traçadoras, que responderam ao campo elétrico quando dois volts foram aplicados. As partículas rapidamente se deslocaram na direção para trás e, após um curto período de resposta, o fluxo mudou para a direção para frente e a velocidade tornou-se constante, até que o potencial elétrico foi desligado. O fluxo EHD, arrastado por íons de sódio no canal, é desencadeado pelo transporte de íons hidróxido em uma membrana de troca aniônica.

No fluxo EHD, induzido sob condições de corrente catiônica, os íons potássio penetram em uma membrana de troca catiônica, causando condições dominantes de cátions e, como resultado, o fluxo EHD é induzido ao longo da corrente catiônica. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em duas horas, se for executada corretamente. Nota levando em consideração o tempo para ambos os eletrodos de ouro e aguardando a estabilização da solução de eletreto.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que a incorporação das soluções de eletreto leva um tempo considerável. Ao seguir este procedimento, a condição eletroneutra deve ser moderada em condições de corrente iônica para conduzir os fluxos eletrohidrodinâmicos. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores da área de fanômero micro e nano fluídico, explorarem novos métodos de controle de fluxo em vários tipos de vazamento.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como fazer o fluxo eletrohidrodinâmico induzido por correntes iônicas eletrificadas. Não se esqueça de que trabalhar com hidróxido de sódio em alta concentração pode ser extremamente perigoso, e precauções como usar óculos de segurança, luvas e jaleco devem sempre ser tomadas durante a realização deste procedimento.