Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

דור ובקרה של Electrohydrodynamic זורם בפתרונות אלקטרוליט מימית

Published: September 7, 2018 doi: 10.3791/57820
Automatic Translation
1, 1, 2, 1, 1
1Department of Mechanical Science and Bioengineering, Graduate School of Engineering Science, Osaka University, 2Division of Mechanical Science and Technology, Faculty of Science and Technology, GUNMA University

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. EHD זרימה המושרה על ידי יון לתקן תחבורה

  1. הפיתוח של מכשיר ערוץ הזרימה לתקן את יון תחבורה מסלולים
    1. להכין תבנית PTFE של המאגר:
      1. חתך של 13 x 30 x 10 מ מ3 עובש ממאגר טפלון (PTFE) באמצעות מכונת הטחינה (ראה איור 2). לחלופין, לרכוש מוצר בהזמנה אישית.
      2. 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.
      3. 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.
    2. לערבב סיליקון elastomer הבסיס, ריפוי סוכן ביחס של 10:1 בשפופרת 50 מ ל, לנער את הצינורית ביד.
    3. ליישב את PDMS נוזלי מגרגרי אבק, דגה אותו באמצעות משאבה רוטרי.
    4. 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.
    5. אופים את כל הגוף של הנוזל PDMS על גזייה ב 80 מעלות צלזיוס במשך כ 4 שעות.
    6. 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.
    7. להשיג צלחות זכוכית (מיוצר לפי הזמנה) עם צורה מעגלית של 18 מ מ קוטר או בכל ריבוע עם קצוות 18 מ מ.
    8. לשטוף את צלחות זכוכית בהשריה של אצטון, אתנול, מים טהורים (על מנת) באמבט ultrasonication למשך 15 דקות כל אחד.
    9. לפוצץ נוזלים שיורית משם עם רובה אוויר או חום צלחות זכוכית עם פלטה למשך 5 דקות-כ 473 k
    10. 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.
    11. 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.
    12. עם פינצטה, הניח את הצלחות הזכוכית מצופה עם סרט דק Au בשני קצותיו של המאגר. אלה הם האלקטרודות הסטייה.
    13. 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.
    14. 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.
    15. 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.
    16. 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.
  2. אופן ההכנה של פתרונות ושל בשוטף ובשיפוץ לניסויים
    1. 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.
    2. 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.
    3. 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.
    4. 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.
    5. 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.
    6. תוציא האלקטרודות Au עם פינצטה. הסר את הפתרון המאגרים באמצעות של micropipette.
    7. 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.
  3. מערכות מדידה וההתקנה ניסיוני
    1. 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.
    2. להסיר את כל הבועות מן התעלה על-ידי הוספת קצה micropipette הסוף ערוץ כדי לדחוף או למשוך אותם, לפני החלת פוטנציאל חשמלי.
    3. 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.
    4. לתעד את אופן הפעולה של החלקיקים מעקב במחשב.
    5. 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.
    6. 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.
    7. אחרי מדידה אחת (של 15 s), לגרום לקצר האלקטרודות על ידי המחבר אותם אחד לשני עם חוט במשך 20 דקות עד הפתרון הוא equilibrated.
    8. הבא, להזיז את מכלול של הפתרון לחללית אחרת (למשל, בקבוק מדגם של 10 מ ל) ומערבבים את זה עם micropipette.
    9. 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.

2. תצפית תזרימי EHD הקטיון-induced

  1. פיתוח מכשיר ניסיוני
    1. 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.
    2. 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.
    3. הלחמה קו ההובלה קצה האלקטרודות באמצעות עבודה עם מלחם.
    4. 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.
    5. לגזור קרום קטיון בעובי ממוצע של מיקרומטר 127 עד 20 x 30 מ"מ ובשנייה או סכין כירורגית, כפי שמוצג באיור3.
    6. Ultrasonicate כל חלק במים טהורים למשך 15 דקות על-ידי החלת 100 וו
    7. הכנס קרום קטיונים בין התאים באמצעות פינצטה, כפי שמוצג באיור3. . זה יפריד 2 פתרונות אלקטרוליט של ריכוזים שונים.
    8. הקש, לאטום את המחסנית של צ'יימברס, ממברנה קטיון עם צלחות זכוכית שמידותיו הן 26 מ מ רוחב ו 38 מ"מ.
  2. אופן ההכנה של פתרונות
    1. 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 %.
    2. להכין תערובת של 1 מול/ליטר של אשלגן כלורי עונה 1 פרק 10−2 מול/ליטר של טריס-EDTA.
    3. 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.
    4. 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.
  3. מערכות מדידה וההתקנה ניסיוני
    1. 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.
    2. להחיל על ההפרש בפוטנציאל חשמלי של 2 V 6 s בין שתי אלקטרודות באמצעות גנרטור פונקציה כמקור כוח.
    3. כדי לוודא כי EHD זורם הם המושרה בתחבורה יון, למדוד את הזרמים יוניים בו זמנית באמצעות מד זרם של40.
    4. 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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 מכן, המהירות ירידה, נפגשות ל- 0. שיא המהירות להגיע ליד 2 מ"מ/s. זה תוצאה של תזרים EHD שנוצר באמצעות ממברנה של אניון-exchange ו- עונה 1 פרק 10− 1 מול/ליטר NaOH פתרון.

הוא גם אישר כי המהירות electrophoretic התחבורה של חלקיקים מעקב היה נמוך בהרבה מאשר מהירות שיא של זרימת נוזלי עונה 1 פרק 10− 1 מול/ליטר NaOH פתרון38,39. כפי שפורט במירוץ ספרות39, EHD זרימה מסוג זה נחשבת מורכבת זורם הפוך נגרר על-ידי הו− עוברים הממברנה ו Na+ ו- H+ מרוכז בתעלה זרימה כדי לפצות על אניון תחבורה ממברנה. כפי הריכוז ירד, ההתנהגות תחבורה נטו להיות איטית יותר. משמעות הדבר המשך-עד המהירות הגיע לשיא-דעיכה והזמן נראה יותר, הפחתת ערך שיא המהירות. תוצאה זו צוין כי מספר יונים תנועה אשר היה מונע על ידי כוחות חשמליים ירד, כתוצאה מכך, גם צומצם כוח חשמלי הגוף בנוזל.

תצפית חשובה אחת היא רציפה זרמי יוניים לתקן על ידי יון סלקטיבי הממשקים גרם מולקולות הממס בנפגע בכיוון אחד זה גרם של זרימת הנוזל לפתח. במקרה זה, קיימת אפשרות כי זרימת הנוזל הועצמה על ידי ריכוז יון קיטוב חציית קרום אניון-exchange שהפעיל את זרימת הפוך בערוץ. נקודה זו הוזכר כבר בשנת המחקר הקודם39. זה היה אמור כי שדות AC היו גם יעילים לשלוט נוזלי זורם מעת לעת לשנות כיוונים. הזרם EHD הנוכחי היה מוגבל תגובות ארעי בגלל מספר מוגבל של Na+ יונים; מצב זה לא היה תורם לשמירה על זרם cationic קבועה, למרות המתח יישומית של 2.2 V היה מספיק כדי לגרום את אלקטרוליזה של מים. כדי ליצור תזרימי EHD קבוע, אנו מציעים גרירת מולקולות הממס עם מינים יון הם הנשאים הדומיננטי של הזרם יוניים. שאר הפרטים יאומתו בעבודתנו בעתיד. . הנה, הצגנו תוצאה נציג של תזרים EHD זה יכולים להיגרם בפתרונות NaOH מאת ומתקן יון תחבורה מסלולים. פרטים על תלות ריכוז ועל ההבדלים פוטנציאל חשמלי נדונות גם על ידי37,של יאנו, דוי ו Kawano-38 ו יאנו, שיראי, Imoto, דוי ו Kawano39.

איור 6 (איור וידאו) מציג תוצאה נציג של הזרם EHD שנוצר ב פתרון חשמלית מקוטב בתנאים הנוכחיים יוניים. מהירות התגובה של הזרם EHD נותחה גם על ידי מעקב אחר החלקיקים tracer, כפי שמוצג באיור 7, אשר הייתה תוצאה אופיינית מתקבל על ידי מעקב אחר חלקיק בודד ליד המרכז של ערוץ הזרימה. כאשר פוטנציאל חשמלי של 2 V הוחלה t = 2 עד 8 s, חלקיקים פוליסטירן הגיב השדה החשמלי יישומית. ב t = 2 s, החלקיק translocated במהירות לכיוון לאחור, המתאים electrophoretic הובלת מטענים שליליים. לאחר זמן קצר תגובה, הזרם שינתה כיוון קדימה לבין המהירות הפך יציב ב 30 מיקרומטר/s עד הפוטנציאל החשמלי היה כבוי.

בתקופה זו, החלקיקים פוליסטירן טעונים שלילית עברה בכיוון של העברת המטענים חיוביים. באופן כללי, הכיוון יוכל לא להעצר באופן ספונטני תחת השדה החשמלי כיווני אחד, אפילו אם טעינת משטח של חלקיקי לחלוטין מוגן על ידי קטיונים מונה לפיכך, תוצאה זו ציינו כי קטיונים התפזרו בפתרון הועברו גם electrophoretically לאורך השדות החשמלי, גרירת מולקולות הממס שהתפתח בהדרגה את זרימת הנוזל. מטענים שליליים המרוכזת על פני השטח של חלקיקים שנגרמו כוח חשמלי יותר חזק קטיונים מופץ בפתרון, ונסענו, לפיכך, קודם כל התעבורה בכיוון שלילי. לאחר מכן, זרימת הנוזל נגרר על-ידי הזרם cationic גדל כוח גרירה על החלקיק. במשטר זה, מעברי צבע מהירות נצפו למעשה לאורך y-ציר בניצב לכיוון הזרימה, ולפיכך, דור זרימת הנוזל למעשה אושרה.

ההתנהגות של חלקיקים פוליסטירן מושפע EHD זורם גם ההערכה במחקר הקודם, התברר כי מהירות הזרימה EHD באופן פרופורציונלי גדל עם זרם יוניים גדל והולך. זמן המתנה של מעל 18 h לפני החלת שדה חשמלי חיצוני היא הגורם החשוב ביותר עבור גרימת EHD שוטף, כי זה לוקח זמן כה רב עבור ההפצות יון להיות equilibrated מאז הם כמעט אחיד בערוץ. כתוצאה מכך, תבניות זרימה כמו Poiseuille הם נצפו בהתמדה. מצד שני, אנחנו לא יכולים לאשר זרימה קבועה כאשר זמן ההמתנה היה לא מספיקה על מנת להשיג הפצות יון אחיד.

לאחר התבוננות על מהירות קבועה, הפוטנציאל החשמלי היה כבוי ב- t = 8 s. . כאן, כדי לשנות במהירות את ההפרש בפוטנציאל חשמלי בין 2 ל- 0 V, האלקטרודות מחוברות עשויים לדרוש יישום מוגזמת של הפוטנציאל החשמלי כדי להפוך את שני המשטחים אלקטרודה שוות ערך. במהלך התהליך, יונים המרוכזת ליד משטחים אלקטרודה מקבלים כוחות חשמליים דוחה, איזו תוצאה הפוכה זרמי יוניים. במיוחד, cationic הנוכחי היה דומיננטי בשכבה התחתונה הנגרמת על זרימת הנוזל שיווצר, תגובה ארעי כיוון לאחור למעשה נצפתה ב התוצאה ניסיוני, שהופיעו מיד כאשר הפוטנציאל החשמלי היה כבוי, נפגשות כדי 0 מיקרומטר/s. תהליכים כאלה בדור זרימה EHD היו טיפוסי בניסוי זה. ליד EHD תזרים קבוע, זורם הפוך שנצפו בעת מעבר בין הפוטנציאל החשמלי, את גם מעניין. בתגובות ארעי, תגובות אלקטרוכימיות על פני השטח אלקטרודה לגרום מעברי צבע ריכוז יון דרסטית, זירוז פעפוע פוטנציאליים, כמו גם מבחוץ חלה פוטנציאל חשמלי. כזה תחבורה יון מורכב תופעות שלא היו עוד מובהר מספיק ולעבוד, לכן, הם נושאים להיפתר בעתיד.

המנגנונים של הדור זרימה EHD סכמטי מוצגים באיור8. תזרים EHD המושרה בפתרונות NaOH מוצג באיור 8, המתאים במקרה של איור 4. הזרם EHD נגרר על-ידי Na+ בערוץ מופעלת על-ידי התעבורה של הו− בקרום אניון-exchange. הזרם לא יציב נגרמת על ידי פיזור המתלים השטף מסה, תנע השטף החשמלי, משטח ניידות וכתוצאה electrowetting של משטחים אלקטרודה. מנגנון נוסף של זרימת EHD המושרה בתנאים הנוכחיים cationic, אשר דומיננטי יותר מאשר אלה anionic, מיוצג באיור 8ב'. K+ יונים תחילה לחדור קרום קטיון, גורם תנאים הקטיון-הדומיננטי,, כתוצאה מכך, מושרה EHD זרימה לאורך הזרם cationic.

כמתואר לעיל, שמירה על תנאים חשמלית מקוטב בתנאים הנוכחיים יוניים על ידי צמצום היישום של פוטנציאל חשמלי היא המפתח כדי לייצר תזרימי EHD יציב. באמצעות שימוש בשיטות הנוכחי, וולט כמה עשוי להיות מספיק כדי לגרום EHD זורם פתרונות מימית, למרות אלקטרוליזה של מים נחוצה לשמור על זרמי יוניים מתמיד כדי לשפר את העברת המומנטום של יונים אלקטרוליט מולקולות הממס.

Figure 1
איור 1 : צילום של הגדרת הניסוי להשגחה זרימה EHD. תנועות של חלקיקים מעקב מבוצע מעקב אחר על ידי מיקרוסקופ מחובר מצלמה במהירות גבוהה, הקלטת מסלולים את הבקר. פוטנציאל חשמלי מוחלים באמצעות potentiostat או מקור חשמל DC. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 : איור סכמטי של מכשיר ניסיוני. ערוץ הזרימה של PDMS היא קבועה של קרום אניון-exchange, מלא עם תמיסה מימית NaOH. Au אלקטרודות ממוקמים בשני קצותיו של הפתרון. המקור של הקואורדינטה שוכן במרכז תעלת הזרימה מרובע, שטח התצפית נמצאת מישור xy ליד x = 0.75 ו- z = 0 מ"מ. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3 : תצלום של הגדרת הניסוי, תרשים סכמטי של התקן כדי לגרום לזרימה EHD גרר הקטיון בפתרון חשמלית מקוטב. 1 מול/ליטר אשלגן כלורי עם עונה 1 פרק 10−2 מול/ליטר טריס-EDTA בופר, עונה 1 פרק 10−2 vol % פוליסטירן (PSt) חלקיק אמולסיה עונה 1 פרק 10−2 מול/ליטר טריס-EDTA בופר מופרדים על ידי קרום קטיון, איפה קוטר ממוצע של החלקיקים PSt הוא 1.01 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4 (דמות וידאו): סרט של זרימה EHD מונחה על-ידי התעבורה של יוני Na+ מרוכז בתעלה זרימה. החלקיקים מעקב מועברים לאורך הכיוון של השדה החשמלי פוטנציאל חשמלי של 2.2 V מוחל ב t = 5 פוליסטירן טעונים שלילית ס' חלקיקים מובאים לצדדים קטודית תזרים EHD מונע על ידי הזרם cationic ב הערוץ. במקרה עונה 1 פרק 10− 1 מול/ליטר פתרון NaOH, מהירות שיא ליד 2 מ"מ/s מתמלאת במהירות לאחר החלת פוטנציאל חשמלי, ואת המהירות במרוכז נרקב לאפס. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)

Figure 5
איור 5 : התגובה של EHD זרימה נצפתה בתעלה זרימה, המתבררת מניתוח PIV עבור הסרט המוקלט של באיור 4. מהירות התגובה (קו כחול מלא) היה מתקבל על ידי הממוצע של 20 נקודות ליד המרכז של הערוץ (y = z = 0 מ מ). המהירות הוא גדל במהירות לאחר החלת של מתח חשמלי של 2.2 V-5 s ו יתמקד בהדרגה מ מ 0/s. רצף מתח המופעל גם מוצג עם קו מקווקו אדום. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6 (דמות וידאו): סרט של EHD זרימה נצפתה ב פתרון חשמלית מקוטב, הפרדה של 1 מול/ליטר אשלגן כלורי פתרון ופוליסטירן פיזור באמצעות קרום קטיון. החלת פוטנציאל חשמלי של 2 V מ- t = 2 עד 8 s, התעבורה של חלקיקים מעקב משקף את תזרים EHD מונע על ידי זרם cationic. מהירות זרימה מתמדת מגיע ל 30 מיקרומטר/s במהלך היישום של הפוטנציאל. בנוסף, החלקיקים בקצרה גם להגיב בכיוון שלילי כאשר הפוטנציאל החשמלי הוא להפעיל ולכבות כי המטען החשמלי של חלקיק משפיע קודם כל את התנועה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)

Figure 7
איור 7 : התגובה של זרימה EHD שנצפתה הערוץ, המתבררת מניתוח זאת בשביל הסרט המוקלט של איור 6- מהירות התגובה (קו כחול מלא) הושג על-ידי מעקב אחר חלקיק בודד ליד המרכז של הערוץ. רצף מתח המופעל גם מוצג עם קו מקווקו אדום. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. 

Figure 8
איור 8 : שרטוט של EHD לזרום מנגנונים מהדור המתאים דמויות 4 ו- 5 (פאנל a) ו- 6 ו- 7 (לוח ב'). () זורם נוזל הם המושרה בתמיסה המימית NaOH מופרד עם קרום אניון-exchange, איפה EOF המושרה בתחבורה− הו ממברנה מפעיל זרם גרר בתחבורה Na+ ' בערוץ והיא חלקית התפוגג עם המתלים השטף מסה, תנע השטף החשמלי, משטח ניידות electrowetting של משטחים אלקטרודה. (b) cationic הנוכחי הוא דומיננטי יותר מאשר הזרם anionic כי K+ ראשית חודר קרום קטיון, אשר תורמת זרימת הנוזל נגרר על-ידי קטיונים בתנאים הנוכחיים מתמיד מעורבים מים אלקטרוליזה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 שיטות קונבנציונליות הדורשים מתח גבוה מאוד של עשרות kV להחדיר מטענים חשמליים לתוך פתרונות לא קוטביים. זה היה הבהיר כי EHD זורם יעילים מימית פתרונות, כמו גם פתרונות לא קוטביים.

עם זאת, השיטות תלויות אלקטרוליזה של מים כדי לשמור על זרמי יוניים קבוע בו הפוטנציאל אידיאלי של מים אלקטרוליזה ידוע להיות 1.23 V. לפיכך, יש הגבלה על המתח שימושית כדי למנוע יצירת O2 ו- H2 בועות זה לשנות את המאפיינים של נוזל. כדי להתגבר על מגבלה זו, חומרים של אלקטרודות ופתרונות אלקטרוליט צריך להיקבע בהתאם לקביעת תגובות אלקטרוכימיות על פני השטח אלקטרודה לייצר זרמי יונית הפתרונות. במהלך כל המשפט, משטחים אלקטרודה צריך להיות מלוטש, בארד להפוך שדה חשמלי חזק הפתרון, שיפור תגובות אלקטרוכימיות.

במחקר זה, השימוש של יונים ממברנות הוצע לתקן את המסלולים התחבורה של יון מינים. מצד שני, היעילות של דור זרימה EHD נראה לסמוך על היכולת של הממברנות. כמפורט בפרוטוקול, פעפוע של יונים לוקח זמן ההמתנה ניכר עד שיהפוך יציב. לכן, preprocess כדי להגדיל את מוליכות הקרומים חיוני לשיפור היעילות של הדור זרימה EHD. בעת שמירה על יונית בתנאים הנוכחיים בשדות חשמלי חיצוני, שיפור תחבורה המאפיינים של יונים, תנאים חשמלית מקוטב מושגות ביעילות.

בעתיד, EHD תזרימי של פתרונות מימית צפויים להיות ישימים עבור מערכות בקרת זרימת הנוזל בהתקנים מיקרו - ו nanofluidic בשילוב עם EOFs וכדומה. יתר על כן, יישומים עבור מכשירים רפואיים, יון איזו תחבורה יש תפקיד חשוב לעורר תאים ביולוגיים, האות התמרה חושית, גם מאתגרת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים יש אין התודות.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sylgard 184 Dow Corning Corp. 3097366-0516, 3097358-1004 PDMS
Acetone Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 012-00343
Ethanol Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 054-00461
0.1 mol/L Sodium Hydroxide Solution Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 196-02195
Pottasium Chloride Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 163-03545
Tris-EDTA buffer 100x concentrate Sigma-Aldrich Co. LLC. T9285-10014L
2.93 μm polystyrene particle Merck KGaA L300 Rouge Tracer particle
1.01 μm polystyrene particle Merck KGaA K100(23716) Tracer particle
Anion exchange membrane ASTOM Corp. Neosepta AHA
Gold (Au) Furuuchi Chemical Corp. AUT-13301X Sputtering target metal
Titanium Furuuchi Chemical Corp. TIT-72301X Sputtering target metal
Chromium Furuuchi Chemical Corp. CRT-24301X Sputtering target metal
Hight-speed CMOS camera Keyence Corp. VW-600M
Microscope Keyence Corp. VW-9000
Data logger Keyence Corp. NR-500, NR-HA08
Laser displacement meter Keyence Corp. LK-G5000, LK-H008W
PIV and PTV software DITECT Co. Ltd. Flownizer 2D
Potentiostat AMTEK Inc.  VersaSTAT4
Inverted microscope Olympus Corp. IX73
High-speed CMOS camera Andor Technology Ltd. Zyla 5.5 sCMOS
Function generator NF Corp.  WF1945B
Function generator NF Corp.  WF1973
Ultrasonic cleaner AS ONE Corp. AS22GTU
Rotary pump ULVAC, Inc. G-100S Degas liquid PDMS
Rotary pump ULVAC, Inc. GLD-201A Sputtering 
Molecular diffusion pump ULVAC, Inc. VPC-400 Sputtering

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Stuetzer, O. M. Ion drag pressure generation. Journal of Applied Physics. 30, 984-994 (1959).
  2. Stuetzer, O. M. Ion drag pumps. Journal of Applied Physics. 31, 136-146 (1960).
  3. Melcher, J. R., Taylor, G. I. Electrohydrodynamics: A review of the role of interfacial shear stresses. Annual Review of Fluid Mechanics. 1, 111-146 (1969).
  4. Saville, D. A. Electrohydrodynamics: The Taylor-Melcher leaky dielectric model. Annual Review of Fluid Mechanics. 29, 27-64 (1997).
  5. Stein, D., Kruithof, M., Dekker, C. Surface-charge-governed ion transport in nanofluidic channels. Physical Review Letters. 93, 035901 (2004).
  6. Dekker, C. Solid-state nanopores. Nature Nanotechnology. 2, 209-215 (2007).
  7. Schoch, R. B., Han, J., Renaud, P. Transport phenomena in nanofluidics. Reviews of Modern Physics. 80, 839-883 (2008).
  8. Iverson, B. D., Garimella, S. V. Recent advances in microscale pumping technologies: A review and evaluation. Microfluidics and Nanofluidics. 5, 145-174 (2008).
  9. Sparreboom, W., van den Berg, A., Eijkel, J. C. T. Principles and applications of nanofluidic transport. Nature Nanotechnology. 4, 713-720 (2009).
  10. Venkatesan, B. M., Bashir, R. Nanopore sensors for nucleic acid analysis. Nature Nanotechnology. 6, 615-624 (2011).
  11. Uehara, S., Shintaku, H., Kawano, S. Electrokinetic flow dynamics of weakly aggregated λDNA confined in nanochannels. Journal of Fluids Engineering. 133, 121203 (2011).
  12. Guan, W., Reed, M. A. Electric field modulation of the membrane potential in solid-state ion channels. Nano Letters. 12, 6441-6447 (2012).
  13. Yasui, T., et al. DNA manipulation and separation in sublithographic-scale nanowire array. ACS Nano. 7, 3029-3035 (2013).
  14. Ren, Y., et al. Particle rotational trapping on a floating electrode by rotating induced-charge electroosmosis. Biomicrofluidics. 10, 054103 (2016).
  15. Ren, Y., et al. Flexible particle flow-focusing in microchannel driven by droplet-directed induced-charge electroosmosis. ELECTROPHORESIS. 39, 597-607 (2018).
  16. Qian, W., Doi, K., Uehara, S., Morita, K., Kawano, S. Theoretical study of the transpore velocity control of single-stranded DNA. International Journal of Molecular Sciences. 15, 13817-13832 (2014).
  17. Qian, W., Doi, K., Kawano, S. Effect of polymer length and salt concentration on the transport of ssDNA in nanofluidic channels. Biophysical Journal. 112, 838-849 (2017).
  18. Liu, W., et al. A universal design of field-effect-tunable microfluidic ion diode based on a gating cation-exchange nanoporous membrane. Physics of Fluids. 29, 112001 (2017).
  19. Liu, W., et al. Control of two-phase flow in microfluidics using out-of-phase electroconvective streaming. Physics of Fluids. 29, 112002 (2017).
  20. Osman, O. O., Shintaku, H., Kawano, S. Development of micro-vibrating flow pumps using MEMS technologies. Microfluidics and Nanofluidics. 13, 703-713 (2012).
  21. Osman, O. O., Shirai, A., Kawano, S. A numerical study on the performance of micro-vibrating flow pumps using the immersed boundary method. Microfluidics and Nanofluidics. 19, 595-608 (2015).
  22. Daiguji, H. Ion transport in nanofluidic channels. Chemical Society Reviews Home. 39, 901-911 (2010).
  23. Ristenpart, W. D., Aksay, I. A., Saville, D. A. Assembly of colloidal aggregates by electrohydrodynamic flow: Kinetic experiments and scaling analysis. Physical Review E. 69, 021405 (2004).
  24. Ristenpart, W. D., Aksay, I. A., Saville, D. A. Electrohydrodynamic flow around a colloidal particle near an electrode with an oscillating potential. Journal of Fluid Mechanics. 575, 83-109 (2007).
  25. Schoch, R. B., Hann, J., Renaud, P. Effect of the surface charge on ion transport through nanoslits. Physics of Fluids. 17, 100604 (2005).
  26. Ross, D., Johnson, T. J., Locascio, L. E. Imaging of electroosmotic flow in plastic microchannels. Analytical Chemistry. 73, 2509-2515 (2001).
  27. Hsieh, S. -S., Lin, H. -C., Lin, C. -Y. Electroosmotic flow velocity measurements in a square microchannel. Colloid and Polymer Science. 284, 1275-1286 (2006).
  28. Rubinstein, I., Zaltzman, B. Electro-osmotically induced convection at a permselective membrane. Physical Review E. 62, 2238-2251 (2000).
  29. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical methods, 2nd ed. , John Wiley & Sons. Danvers, MA. 362-363 (2001).
  30. Brask, A., Goranović, G., Jensen, M. J., Bruus, H. A novel electro-osmotic pump design for nonconducting liquids: theoretical analysis of flow rate-pressure characteristics and stability. Journal of Micromechanics and Microengineering. 15, 883-891 (2005).
  31. Takamura, Y., et al. Low-voltage electroosmosis pump for stand-alone microfluidics devices. Electrophoresis. 24, 185-192 (2003).
  32. Zeng, S., Chen, C. -H., Mikkelsen, J. C., Santiago, J. G. Fabrication and characterization of electroosmotic micropumps. Sensors and Actuators B: Chemical. 79, 107-114 (2001).
  33. Bhaumik, S. K., Roy, R., Chakraborty, S., DasGupta, S. Low-voltage electrohydrodynamic micropumping of emulsions. Sensors and Actuators B: Chemical. 193, 288-293 (2014).
  34. El Moctar, A. O., Aubry, N., Batton, J. Electro-hydrodynamic micro-fluidic mixer. Lab on a Chip. 3, 273-280 (2003).
  35. Bart, S. F., Tavrow, L. S., Mehregany, M., Lang, J. H. Microfabricated electrohydrodynamic pumps. Sensors and Actuators A: Physical. 21, 193-197 (1990).
  36. Ashikhmin, I. A., Stishkov, Y. K. Effect of insulating walls on the structure of electrodynamic flows in a channel. Technical Physics. 57, 1181-1187 (2012).
  37. Yano, A., Doi, K., Kawano, S. Observation of electrohydrodynamic flow through a pore in ion-exchange membrane. International Journal of Chemical Engineering and Applications. 6, 254-257 (2015).
  38. Doi, K., Yano, A., Kawano, S. Electrohydrodynamic flow through a 1 mm2 cross-section pore placed in an ion-exchange membrane. The Journal of Physical Chemistry B. 119, 228-237 (2015).
  39. Yano, A., Shirai, H., Imoto, M., Doi, K., Kawano, S. Concentration dependence of cation-induced electrohydrodynamic flow passing through an anion exchange membrane. Japanese Journal of Applied Physics. 56, 097201 (2017).
  40. Nagura, R., Doi, K., Kawano, S. Characterisation of microparticle transport driven by ionic current conditions in electrically polarized aqueous solutions. Micro & Nano Letters. 12, 526-531 (2017).
  41. Doi, K., et al. Nonequilibrium ionic response of biased mechanically controllable break junction (MCBJ) electrodes. The Journal of Physical Chemistry C. 118, 3758-3765 (2014).

Tags

הנדסה גיליון 139 זרימה Electrohydrodynamic יונית הפתרון הנוכחי מימית תיקון אלקטרופורזה ממברנה יונים
דור ובקרה של Electrohydrodynamic זורם בפתרונות אלקטרוליט מימית
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Doi, K., Nito, F., Yano, A., Nagura, … More

Doi, K., Nito, F., Yano, A., Nagura, R., Kawano, S. Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions. J. Vis. Exp. (139), e57820, doi:10.3791/57820 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter