著者の謝辞があります。

1. EHD 流れ整流イオン輸送
<ol><li>イオン輸送経路を是正するためにフロー チャネル デバイスの開発
	<ol>
<li>貯水池の PTFE の型を行います。<ol>
<li>フライス盤を使用してポリテトラフルオロ エチレン (PTFE) ブロックから 10 mm3型 x 30 x 13 をカット (図 2参照)。また、カスタムメイドの製品を購入します。</li>
			<li>バイアス電極を解決する貯留層にスリットを作るプラスチック接着剤で PTFE 金型の両端 1 mm3 x 18 x 15 のアクリル板を接着します。これらの部品は、厚板から切り出しているまたは購入できます。</li>
			<li>クリアな観察の平面サーフェスにプラ用接着剤、PTFE 金型の上部と下部の表面 1 mm3 x 30 x 13 のアクリル板を接着します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>50 mL のチューブで 10:1 の比率でシリコーンのエラストマー ベースと硬化剤を混合し、チューブを手で振る。</li>
		<li>真空容器内液体の PDMS を解決し、ロータリー ポンプを使用してガス抜き。</li>
		<li>容器からチューブを取り外します。24 mm3プラスチック容器貯留層の外側の形を成形し、貯水池金型 x 50 x 40 注ぎ、PDMS (1.1.1 手順参照) それで。</li>
		<li>ホット プレートで約 4 時間の 80 ° C の液体 PDMS の全身を焼きます。</li>
		<li>焼く後、PTFE の型と外側の容器から PDMS 貯水池を手で分離します。手術用のナイフを使用して、貯水池の中心を渡ってスリットを作る。これは、ピンセットを使用して、(手順 1.1.16 で準備) 陰イオン交換膜の端を配置する使用されます。 注: PDMS 貯水池は満水電解質溶液とその後、図 2に示すように。</li>
		<li>18 mm 端で正方形、直径 18 mm の円形と (特別注文製) ガラス板を取得します。</li>
		<li>アセトン、エタノールと 15 分間超音波浴 (順番) 純粋な水でそれらを浸すことによってガラス板を洗います。</li>
		<li>エアガンと離れて任意の残留液体を爆破または約 473 K で 5 分間ホット プレートとガラス板を熱</li>
		<li>高周波スパッタ法を使用して、Cr や 75 W で 1 分の Ar プラズマにさらされる Ti でガラス表面をコート、75 W、約 100 の太さを設定で 5 分 Au 薄膜を連続して、入金 nm。 注: ターゲット金属とガラス面をコーティングする前に 1 x 10− 2ペンシルバニア圧力減少まで分子拡散ポンプとロータリー ポンプ避難した真空チャンバー内で設定されたサンプル</li>
		<li>はんだごてを使って Au 電極表面上のリードをはんだ付けします。 注: Au 電極の形状が正方形とヘリカル ワイヤ、イオン電流を生成するのに十分な大きさの表面積を維持することによって置き換えられる可能性。</li>
		<li>ピンセット、貯水池の両端 Au 薄膜をコーティングしたガラス板を設定します。バイアス電極です。</li>
		<li>20 × 18 mm2の長方形の形に陰イオン交換膜をはさみを使ってカットします。13 mm 幅、高さ 10 mm の表面積は、液体にさらされます。ここでは、カッターやメスも使えます膜をカットします。</li>
		<li>膜の一方の端から 3 × 5.5 mm2の長方形の部分をハサミでカットします。 注: 陰イオン交換膜の膜厚は 220 μ m です。膜は、はさみやカッターで簡単に切る。膜の端部分的、商工会議所のスリットで固定されています。</li>
		<li>膜を貫通する流路を作成する手順 1.1.4 1.1.5 と同じように 1 x 1 mm2の断面のステンレス棒と PDMS ブロックを固めます。建設を一晩を残して、PDMS ブロックからステンレスの棒を引き出します。</li>
		<li>カット、PDMS 4.5 x 6 x 3 に正方形流路にブロック mm 部分 (図 2を参照) を使用して手術用のナイフ。外側のエッジに沿ってスリットを作るし、矩形切り欠き内膜にアタッチします。 注: チャネルの上面設定して水平方向に粒子の明確な観察のため、フロー チャネル経由で透明な壁。</li>
	</ol></li>
	<li>ソリューションおよび前処理実験のための準備
	<ol>
<li>原液を希釈して濃度 1 × 10− 11 × 10− 2、および 1 x 10−3 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液を準備します。</li>
		<li>NaOH 溶液の濃度を 4.2 x 10−3 vol % に設定すると、手順 1.2.1 で準備の各直径平均 2.93 μ m のポリスチレン粒子の分散を作る。 注: トレーサー粒子のサイズは、可観測性を改善するために適切に変更可能性があります。</li>
		<li>3 × 5.5 mm2 2 スリット入り 20 × 18 mm2の書式設定された陰イオン交換膜を ultrasonicate x 100 ワットの電力で純粋な水の 10 分の</li>
		<li>ピンセット、PDMS 貯水池に PDMS 流路に陰イオン交換膜を設定します。4 ml のピペットを使用して NaOH 溶液のタンクを埋めます。 注: 膜表面と流れチャネルは、ソリューション、ソリューションに公開される膜表面が少なくとも 100 倍に流路の断面も没頭しています。</li>
		<li>2.2 V の電位を適用するには、観察する前に膜の伝導性を改善するためにシリーズでは、2 h の前後方向に直流電源を使用します。</li>
		<li>ピンセットで Au 電極を引き出します。マイクロ ピペットを使用して貯水池からソリューションを削除します。</li>
		<li>ピンセットで貯水池に新しい Au 電極を設定します。4 ml の NaOH 溶液をマイクロ ピペットを使用しての貯水池を埋めます。解決の平衡観測を開始します。 注: 自然対流が落ち着くまで、トレーサー粒子の挙動を観察することによって判断されることを待っている時間は数分かかることがあります。</li>
	</ol></li>
	<li>実験のセットアップと測定システム
	<ol>
<li>フレーム レートと高速相補的金属酸化膜半導体 (CMOS) カメラの露光時間を設定し 500 fps、1 ms、それぞれ。 注:図 1のように、高速の CMOS カメラに接続されている顕微鏡のステージ上は実験装置を設定粒子の運動を記録することとします。ビューは、100 倍レンズとモニターで 15 に拡大されます。</li>
		<li>チャネルからチャネル ・ エンドをプッシュまたは電気潜在性を適用する前に、それらをプルにピペットの先端を挿入することによって任意の泡を削除します。</li>
		<li>外部電極バイアスに 2.2 V の電位を適用します。同時にデジタル マルチメータで、ポテンシオスタットまたは DC 電源を使用して電気的応答を監視します。 注: 電圧値は、ソリューションに O2 H2泡を生成する水の電気分解を回避上限に決定されます。</li>
		<li>コンピューターのトレーサー粒子の挙動を記録します。</li>
		<li>イオンの濃度勾配が EHD 流れ38,39でトリガーされることを確認するため電極プローブし、デジタルマルチメータを使用して、流路の両端の電位差を測定します。</li>
		<li>チャネルの中心にデカルトの座標系の原点を決定します。 注: x- 軸流路とyの長手方向に沿っては - とz-軸は、チャネルの断面の水平および垂直方向それぞれ、図 2に示します。液体フロー xに沿って可視化することにより、透明 PDMS チャネル-軸。ビューはzでxy平面に焦点を当てた焦点深度を制御することにより 0 を =。流量データは入口とチャネルの出口のすぐ近くを除いてテスト セクションで、 xの独立しており、観測点は、原点から下流約 0.75 mm に設定されますそのx = 0.75、 y = 0、z = 0 mm。</li>
		<li>1 回の測定後 (15 s)、ソリューションを平衡となるまで 20 分間のリードを持つ互いにそれらを接続して電極を短絡します。</li>
		<li>次に、ソリューションの全体を (例えば、10 mL のサンプル ボトル) 別の容器に移動し、マイクロ ピペットでかき混ぜます。</li>
		<li>実験を繰り返し実行するときにマイクロ ピペットを使用して再度チャンバーに攪拌した溶液を注ぐ。 注: 観測後、EHD 流動速度が粒子画像流速測定法 (PIV) 法39粒子の変位をトレースし、速度を数値的に評価する適切なソフトウェアを使用して行うことができますを使用して評価されます。PIV 解析が広く使用されている、ソフトウェアおよび使用しているオペレーティング システムに依存する計算の手順ここで PIV メソッドとそれらを使用する方法の詳細な説明は省略します。</li>
	</ol></li>
</ol>2. 陽イオン誘起 EHD 流れの観察
<ol><li>
実験装置の開発
	<ol>
<li>以前 1.1.7 1.1.5 - の手順で説明したような手順に従って底ガラス板上に 26 × 10 mm2表面を持つバイアス電極を形成します。</li>
		<li>高周波スパッタ法を使用して、Cr や 75 W で 2 分間 Ar プラズマにさらされる Ti でガラス表面をコートし、w. 75 で 5 分 Au 薄膜を入金 注: 電極のこの形状は、高い狭いチャネル領域に電場を集中するために決定されます。10 × 10 mm2の領域を持つチャネルの断面に、液体にさらされている電極表面の比率は 100: 1;この比率は、大量16チャネルの電位をドロップに十分であると予測されます。</li>
		<li>はんだごてを用いた電極の端にリード線をはんだ付けします。</li>
		<li>2 室をカット大きなシリコーン ゴム シートから手術用のナイフを使用して、2 つ 10 x 10 x 1 mm3貯水池にはさまれた各 1 mm3流路 x 1 x 1 (図 3参照)。これらの部品は、PDMS に置き換えられます可能性があります。</li>
		<li>陽イオン交換膜 127 μ m の平均厚さにカット 20 × 30 mm カッターまたは手術用のナイフを使用して図 3に示すように。</li>
		<li>100 を適用することによって 15 分の純粋な水の各部分を ultrasonicate w.</li>
		<li>図 3に示すように、ピンセットを使用して部屋の間に陽イオン交換膜を挿入します。これは濃度の異なる 2 電解質溶液が分離されます。</li>
		<li>押しながらチャンバーとディメン ジョンが 26 mm 幅で、長さ 38 mm ガラス板を有する陽イオン交換膜のスタックをシールします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
溶液の調製
	<ol>
<li>1 x 10− 2 mol/L トリス 1.01 μ m の平均直径のポリスチレン粒子の分散 (ヒドロキシメチル) アミノメタン エチレンジアミン四酢酸 (EDTA-トリス) バッファー溶液、1 x 10− 2 に容積比を調整する場所を準備します。vol %。</li>
		<li>1 mol/L 塩化カリウムとトリス EDTA の 1 × 10− 2 mol/L の混合物を準備します。</li>
		<li>上下両院にトリス-EDTA/ポリスチレン粒子とトリス-EDTA/KCl ソリューションをそれぞれ注入、注射針を介して挿入の部屋側の壁から。 注: 各チャンバーに注入溶液の量は、約 210 μ L です。</li>
		<li>上下の層のイオン濃度差をリラックス イオンの拡散の結果としてソリューションを平衡となるまで約 18 時間を待ちます。 注: 拡散プロセスの K 上のソリューションで+と膜の H+が期待されて膜を貫通する最初に、および Cl−はそれらをたどるとみられます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
実験のセットアップと測定システム
	<ol>
<li>手で、図 3に示すように、倒立顕微鏡のステージ上ステップ 2.1 で作成した実験装置を設定します。粒子の運動の軌跡を監視し、コンピューター上の観測データを記録する高速 CMOS カメラ顕微鏡に接続します。</li>
		<li>6 の 2 V の電位差を適用電源として関数発生器を使用して、2 つの電極間の s。</li>
		<li>EHD 流れがイオン輸送によって引き起こされることを確認するために、計40を使用してイオン電流を同時に測定します。</li>
		<li>粒子追跡流速計測法 (PTV) 法39による粒子の記録された軌跡を分析します。 注: 観測後、EHD 流動速度は粒子の変位をトレースし、速度を数値的に評価する適切なソフトウェアを使用して可能である PTV 法による評価されます。PTV 解析が広く使用されている、ソフトウェアおよび使用しているオペレーティング システムに依存する計算の手順ここで PTV メソッドとそれらを使用する方法の詳細な説明は省略します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Stuetzer, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+drag+pressure+generation.">Ion drag pressure generation.</a> Journal of Applied Physics. 30, 984-994 (1959).</li><li>Stuetzer, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+drag+pumps.">Ion drag pumps.</a> Journal of Applied Physics. 31, 136-146 (1960).</li><li>Melcher, J. R., Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamics:+A+review+of+the+role+of+interfacial+shear+stresses.">Electrohydrodynamics: A review of the role of interfacial shear stresses.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 1, 111-146 (1969).</li><li>Saville, D. 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著者が明らかに何もありません。

本研究の目的は、空間分布と輸送数値面で水溶液の陰イオンと陽イオンを分離されました。陰イオン交換膜を使用して、陰イオンと陽イオンの輸送を膜で、それぞれ膜を貫通する流路修正でした。また、陽イオン交換膜分離高低濃度溶液はかなり待機時間後電気分極のソリューションを生成する働いた。その結果、イオン電流の整流はイオン ドラッグ EHD 流れを誘導するために、電圧を減らすことに成功しました。
紹介した方法は水溶液万人非極性ソリューションに電荷を注入する kV の高電圧を必要とする従来の方法と比較して電圧が低いアプリケーションにあります。EHD 流れが非極性のソリューションと同様に、水溶液で有効であることが明らかになった。
しかし、現在の方法は、水の電気分解の理想的な可能性は 1.23 V にする知られている一定のイオン電流を維持するために水の電気分解に依存します。したがって、O2と液体の性質を変更 H2泡の生成を避けるために電圧に制限があります。この制限を克服するために電極と電解液の材料は溶液中のイオン電流を生成する電極表面での電気化学反応の設定を適切に設定する必要があります。すべての試験で電極表面を研磨し、電気化学反応を高めるソリューションで強力な電場を作るにはだけてください。
この研究では、イオン交換膜の使用はイオン種の輸送経路を是正するために提案されました。その一方で、EHD 流れの生成の効率性は膜の機能に依存しましょう。プロトコルで説明したように、イオンの拡散はそれが安定するまでかなり待機時間をかかります。したがって、膜の伝導性を高めるための前処理は、EHD 流れの生成の効率を改善することが重要です。外部電界イオン現在条件を維持し、イオンの輸送特性が改善されると、電気的偏光条件は効果的に達成。
将来は、水溶液の EHD 流れが期待される液体流れで張らなどと組み合わせてマイクロ ・ ナノ デバイス制御システム。さらに、医療機器、イオン輸送は生物の細胞を刺激し、シグナル伝達、重要な役割のためのアプリケーションも挑戦しています。

最近では、液体フロー制御技術は、マイクロ ・ ナノ デバイス1,2,3,4,5,のアプリケーションの関心のため注目をされています。6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. 水溶液とイオン液体など、極のソリューションではイオンと電気的荷電粒子通常液体流れの電気料金についてもたらします。このような偏波の粒子の輸送分子操作6,10、11,13,14などの様々 なアプリケーションの拡張を提供します。,15,16,17、イオン ダイオード デバイス12,18、および液体の流れは、19,20,21,22を制御します。Stuetzer1,2イオン ドラッグ ポンプの発明以来、EHD 流れは液体フロー制御システムの該当する現象をされています。メルヒャーとテイラーの3は、EHD 流れの理論的枠組みが見直されているし、いくつかの優れた実験を示したも重要な記事を掲載しました。サヴィル4と彼の同僚の23,24 EHD 液体技術の次の展開に貢献。しかし、数十 kV の1,2を分極しなさいそれらに油などの非極性ソリューションで電荷を注入する液体に適用されるため、電気の力によって駆動される液体の流れを誘導するいくつかの制限があった,3. 1.23 V よりも高い電位による水の電気分解のソリューションの特性を変更して、ソリューションが不安定になりますので、これは水溶液の欠点。
マイクロ ・ (4) ナノフルイディック チャネル チャネルの壁の表面電荷を引き起こす外部電界25,26,27 電気浸透流 (プロット) を効果的に誘発するポリマー濃度 ,,2829。プロットを使用して、いくつかの液体ポンプ技術は、水溶液、電気電圧30,31,32を減らすことで適用されています。その一方で、で張らはマイクロ ・ ナノ表面領域なる液体の量をより優位に生成されているに制限されます。さらに、壁の表面に非常に近い高濃度のイオンのトランスポートに応じてなど電気二重層ですべり境界のみ発生圧力勾配7,を作るのに十分ではないかもしれない液体の流れ8,22,26,27。 大丈夫、チャンネルの寸法や塩濃度などのチューニングは EOF のアプリケーションに必要です。対照的に、EHD 流れ力が溶剤を低下を避けるためにアプリケーション電圧が可能になる場合、固まりおよびエネルギーを輸送できるよう体で駆動。最近では、一部の研究者は、低電圧33,34,35,36EHD 流れのアプリケーションを示唆しています。これらの技術はまだ実装されていないが、フロンティアは拡大が見込まれます。
以前の研究で水溶液37,38,39,40の EHD 流れに関する実験的・理論的作業を実施しました。それは、イオン輸送経路の整流は電界下電気体力を引き起こす電気的荷電のソリューションを生成する有効であるはずだった。イオン交換膜と膜を交差流路を用いたイオン電流を是正することができました。流れに集中している陽イオン、陰イオン交換膜を適用すると、チャネル、溶剤をドラッグし、EHD 流れ37,38,39を開発しました。イオンの移動度の違い陽イオンと陰イオンの電流を分離するとき重要な要因であった。イオン交換膜は、イオン選択性によりモビリティを調節するため効果的に働いた。イオン輸送現象もイオン電流密度電界41によって影響の観点から検討しました。これらの研究は、単一分子、すなわち、マイクロと、モーションの影響熱的ゆらぎ11,16,17ナノ粒子開発の操作テクニックに実りされています。.で張らと EHD 流れは、圧力勾配と同様に正確なフロー制御方法のさまざまなを展開する予定です。
本研究では水溶液中の EHD 流れにドライブする 2 つの方法を紹介します。まず、作動流体の NaOH 溶液を使用して、EHD 流れ37,38,39を駆動します。陰イオン交換膜は、液体を 2 つの部分に分割します。1 × 1 mm の断面積と長さ 3 mm のポリジメチルシロキサン (PDMS) の流路は、膜を貫通します。2.2 V の電位を適用すると、OH−イオン、H+、ナ+の電気泳動の輸送は、電界に沿って誘導されます。陰イオン交換膜と流路は効果的に陰イオンが膜を通過支配的、両方の種は通常反対の方向で移動が流路の陽イオンを集中、イオン輸送経路を分離する作業します。電気的中性を維持します。したがって、このような状態では、液体の流れの原動力は発生しません。この構造は、1 mm 程度の流れの速度に達すると EHD 流動を生成することが重要/チャネルのため、外部の電場によって加速された陽イオンを高濃度ドラッグ溶媒分子。EHD 流れの観察を行い、図 1に示すように、顕微鏡と高速カメラを使用して記録します。第二に、イオン交換膜で区切られた 2 つの液相の濃度差によって生成される電気分極状態イオン交換膜40を横断します。本研究では、液体中の物体力に適用することが望ましい状況が発生イオン分布と対応する電位の平衡にかなり待っている時間の重要性を見つけます。イオン交換膜を横断、弱く偏光状態が実現されます。このような状態で外部から電界誘導方向イオン輸送液体に体の力を生成して溶媒にイオンから運動量輸送が EHD 流れを開発してその結果。
前述のように、現在のデバイス成功数ボルトの電圧差を大幅に減少し、このメソッドは、水溶液、使用できますが、従来の電荷注入法必要数十 kV と非水溶液への適用に限定されます。

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

generation and control of electrohydrodynamic flows in aqueous electrolyte solutions

電気流体力学的 (EHD) を運転するには、流れ、水溶液中で陽イオンと陰イオンの輸送経路の分離が不可欠である向電気体力が液体のイオンの動きによって誘発される必要があるため。その一方で、肯定的なおよび負電荷は互いを引き付ける、電気的中性は平衡条件でどこでも維持されます。さらに、印加電圧の増加は不安定になるソリューションを引き起こす水の電気分解を避けるために抑制します。通常、EHD 流れを誘起すること非水溶液中で数十 kV などの非常に高い電圧を適用することによって電荷を注入します。本研究では 2 液相、イオン交換膜で区切られている水溶液中における電荷分離による EHD フローを生成する 2 つの方法を紹介します。膜におけるイオン移動度の差は、膜の両側でイオン濃度分極が誘起されます。本研究では、2 つの方法を示します。(を介して選択的に膜の遅い種の輸送なる流路で支配的、イオン交換膜を貫通する流路 i) イオン濃度勾配の緩和が発生します。これは液体の EHD 流動を生成する原動力です。イオン交換膜を通るイオンの拡散のための (ii) 長い待機時間は、外部から電界を加えることによってイオン ドラッグ流れの生成を可能。 にします。1 x 1 mm2の断面の流路に集中しているイオンは、電気泳動輸送経路に対応する液体の流れの方向を決定します。両方の方法で、EHD 流れの生成に必要な電気の電圧差は 2 V の整流イオン輸送経路近くまで大幅に短縮します。

図 4(ビデオ図) は、プロトコルの手順 1 によるとイオン輸送経路のチャネルにおける流動誘起高濃度イオン整流から生じる EHD 流れ世代の代表的な結果を示す.図 5は、20 のデータがチャネルの中心に近いポイント PIV 解析の結果を示しています (y = z = 0 mm) を平均しました。1 x 10− 1 mol/L 水酸化ナトリウムtに適用されたとき 2.2 V の電気潜在的なソリューションの場合 = 5 s、ピーク値を迅速に増加するトレーサー粒子の速度。その後、速度が減少し、0 に収束します。ピーク速度近く 2 mm/s に達した。これは、陰イオン交換膜と 1 × 10− 1 mol/L NaOH 溶液を用いて EHD 流れの典型的な結果です。
トレーサー粒子の電気泳動の輸送速度は 1 × 10− 1 mol/L 水酸化ナトリウム解決策38,39における液流れのピーク速度よりもはるかに低いことが確認されました。この種類の EHD 流れはから成っているオハイオ州−膜と Na+ H+流路に集中して、陰を補うために通過してドラッグ逆フローとみなされて文学39で前述、膜を輸送します。濃度が減少し、トランスポートの動作は遅くなって傾向を示した。つまり、期間-速度がピークに達するまでの減衰時間が長く、速度の最大値が減少しましょう。この結果は、イオンの動きが電気の力によって駆動されたの数を減少することを示されているし、その結果、液体の電気体力も減少しました。
1 つの重要な観察は、イオン選択的なインターフェイスによって整流連続イオン電流発生を一方向にドラッグできる溶媒分子を開発する液体の流れの原因このことです。この場合、液体の流れはチャネルの逆の流れを引き起こした陰イオン交換膜を渡るイオン濃度分極によって増強されたという可能性があります。この点は、以前の研究39ですでに言及されました。それは AC フィールドが定期的に方向を変更する液体の流れを制御する効果的なもいたはずだった。現在の EHD 流れは Na+イオン; の有限な数のため過渡応答に限られていた。2.2 V の印加電圧は水の電気分解を誘発するのに十分だったにもかかわらず、このような状況は着実性陽イオン電流の維持に資するでした。絶え間ない EHD 流れを生成するには、イオン電流の支配的なキャリアは、イオンと溶媒分子をドラッグすることを提案します。詳細は、今後の業務検証されます。NaOH 溶液で誘発されることができるイオン輸送経路を整流 EHD 流れの代表的な結果を紹介します。矢野, 土井, 河野37,38と矢野、白井、井本、土井、河野39によって濃度依存性および電気潜在的な違いの詳細についても議論します。
図 6(ビデオ図) は、イオンの現在の条件の下で電気分極のソリューションで生成される EHD 流れの代表的な結果を示しています。EHD 流れの速度応答も、図 7に示すように、これは流路の中央付近の単一粒子追跡により得られる典型的な結果だった、トレーサー粒子の追跡によって分析されました。2 V の電位が、 tから適用された = 2 に 8 s、ポリスチレン粒子応用電界に答えた。T = 2 s、粒子の負電荷の電気泳動の輸送に対応する下位の方向に迅速に転流します。短時間反応後に前方方向に速度変更フローなった 30 μ m/s で安定まで電位がオフになっていた。
この期間に負荷電の粒子は正の電荷の輸送の方向に移動。一般に、方向反転可能性がありますいないされる自発的に一方向電界粒子の表面電荷は、イオンで完全にシールドされた場合でも。したがって、この結果は、ソリューションの分散の陽イオンが徐々 に液体の流れを開発した溶媒分子をドラッグ、電界に沿って運ばれたも電気泳動によって示されます。負電荷はソリューションでは、分散型の陽イオンによる電気の力よりも強い粒子表面の高濃度し、したがって、まず負の方向に輸送を行なった。その後、カチオン電流によるドラッグ液体の流れは粒子の抵抗を増加しました。このレジームでは、速度勾配は実際にyに沿って観察された-流れ方向と、したがって、液体の流れの生成に垂直な軸を実際に確認しました。
EHD 流れの影響を受けるポリスチレン粒子の挙動を以前の研究で評価したもと EHD 流れの速度が増加イオン電流に比例して増加したことが分かった。チャンネルでほぼ統一しているので平衡にイオン分布のように長い時間がかかるために、外部電場を適用する前に 18 時間以上の待機時間は一定の EHD 流れを誘発する最も重要な要因です。その結果、ポアズイユのような流れが着実に観察されます。その一方で、制服のイオン分布を達成するために待っている時間が足りなかったとき定常流を確認できませんでした。
Tでのオフになっていた電位一定速度を観察した後 = 8 s。ここでは、電気潜在的な違いをすばやく変更するには、2 から 0 V シールド電極は両方の電極の表面に相当する電位の過度のアプリケーションを必要があります。その過程で、イオン電極表面の近くに非常に集中して冷淡な電気力、その結果逆にイオン電流が表示されます。特に、下層を生成する液体の流れに支配された陽イオン電流と逆方向の過渡応答実際に観察された実験の結果、すぐに現われたとき電位オフ、0 μ m/s に収束しました。EHD 流れの生成のようなプロセスは、この実験の典型的だった。着実な EHD 流れの横にある逆流観察電位を切り替えたとき、オフも面白いです。過渡応答に電極表面での電気化学反応と可能性、電位を外部から適用し同様、潜在的な拡散を誘発する抜本的なイオン濃度勾配が。現象がまだされていないような複雑なイオン輸送は十分を明らかに、今後解決すべき課題は、したがって、作業を。
EHD 流れの生成のメカニズムは、図 8に模式的掲載されています。図 8は図 4のケースに対応するのに NaOH 溶液である EHD 流れを示します。チャネルの Na+でドラッグ EHD 流れは、OH−陰イオン交換膜の輸送によってトリガーされます。非定常の流れは、質量流束減衰、運動量フラックス減衰、表面の移動、および電極表面の電気泳動による損失が原因です。アニオン性のものよりもより支配的、カチオン性の現在の状態で EHD 流れの別のメカニズムは、図 8bで表されます。K+イオン最初陽支配的な状況を引き起こしている陽イオン交換膜に浸透し、カチオン電流に沿って EHD 流れを誘発する結果として。
前述のようは、EHD の定常流を生成するキーは、電位の適用を減らすことによってイオンの現在の条件の下で電気分極状態を維持します。数ボルトで十分かもしれません現在の方法を使用して、EHD を誘導するために流れる水溶液、水の電気分解は電解質イオンから溶媒分子への勢い転送を強化する一定のイオン電流を維持するために必要です。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57820/57820fig1.jpg"> 図 1: EHD 流れの観察実験装置の写真。トレーサー粒子の運動は、コント ローラーの軌跡を記録、高速カメラに接続されている顕微鏡によってトレースされます。電位は、ポテンシオスタットまたは DC 電源を使用して適用されます。<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57820/57820fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57820/57820fig2.jpg"> 図 2: 実験装置の概略図。PDMS 製流路は陰イオン交換膜で固定し、NaOH 水溶液でいっぱい。ソリューションの両端に電極が配置されます。正方形流路の中央に座標の原点を設定し、観測領域はxに近いxy平面 = 0.75 とz = 0 mm.<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57820/57820fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57820/57820fig3.jpg"> 図 3: 電気分極の溶液中陽イオン ドラッグ EHD 流れを誘導する実験のセットアップとデバイスの回路図の写真。1 mol/L 塩化カリウムと 1 × 10− 2 mol/L トリス-EDTA 緩衝液および 1 x 10− 2 vol % ポリスチレン (PSt) 粒子の分散 1 × 10− 2 mol/L トリス-EDTA 緩衝液が陽イオン交換膜で区切られてどこの平均粒径PSt 粒子です 1.01 μ m<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57820/57820fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57820/57820fig4.jpg"> 図 4(ビデオ図): 流路に集中して Na+イオンの輸送による EHD 流れの映画。2.2 V の電位をtに適用する際、トレーサー粒子が電場の方向に沿って運ばれる = 5, 負荷電ポリスチレン粒子が陽イオン電流によって駆動される EHD 流れでカソード側に持って来られるチャネル。1 × 10− 1 mol/L 水酸化ナトリウム解決策の場合ゼロに減衰、電位と速度を連続して適用する後 2 mm/s の近くのピーク速度はすぐに達されます。<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57820/fig4.mp4" target="_blank">してくださいここをクリックしてこのビデオを表示します。(右クリックしてダウンロード)</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57820/57820fig5.jpg"> 図 5: 記録映画の PIV 解析から生じる EHD 流れの応答が流路にみられる図 4。速度応答 (青い実線) はチャネルの中心の近くの 20 ポイントの平均によって得られた (y = z = 0 mm)。5 で 2.2 V の電圧を適用する後、速度を迅速に増加 s と徐々 に 0 mm/s に収束します。印加電圧のシーケンスも、赤い破線で示されます。<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57820/57820fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57820/57820fig6.jpg"> 図 6(ビデオ図): 陽イオン交換膜を用いた 1 mol/L 塩化カリウム ソリューションとポリスチレン分散を分離する電気的偏光ソリューションにおいて EHD 流れの映画。Tから 2 V の電位を適用する = 2 に 8 s、トレーサー粒子の輸送はカチオン電流によって駆動される EHD 流れを反映しています。一定流速度アプリケーションの可能性の中に 30 μ m/s に達する。さらに、粒子は粒子の電荷まず運動に影響を与えるためにオンとオフを電位をオン負の方向にも簡単に対応します。<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57820/fig6.mp4" target="_blank">してくださいここをクリックしてこのビデオを表示します。(右クリックしてダウンロード)</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57820/57820fig7.jpg"> 図 7:図 6の記録映画の PTV 分析で得られたチャネルの EHD 流れの応答を観察します。速度応答 (青線) は、チャネルの中心の近くの単一粒子の追跡によって得られました。印加電圧のシーケンスも、赤い破線で示されます。<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57820/57820fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。 
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57820/57820fig8.jpg"> 図 8:EHD 回路図フロー図 4 と 5 に対応する生成機構の解明 (パネル) と 6 および 7 (パネル b).(、) の液体の流れが NaOH 水溶液膜の OH−輸送による EOF が引き摺られ、チャネルでの Na+輸送の流れをトリガー、陰イオン交換膜で区切られた、部分的に誘導されます。モビリティ、および電極表面の電気泳動の表面質量流束の制振、制振、運動量フラックスと消費されます。(b)、陽イオン電流は、K+はまず引き摺られ、水を含む現在の一定の条件の下で陽イオン液体の流れに貢献する陽イオン交換膜を浸透し陰イオン電流より優位電気分解。<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57820/57820fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

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Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

イオン輸送経路の整流は、一方向イオン ドラッグ電気流体力学流を生成する効果的な方法です。流路内には、イオン交換膜を設定することにより電気的偏光状態が生成され適用する外部電場に駆動される液体の流れを引き起こします。

電解質水溶液中に流れる電気流体力学の発生と制御

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

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ビデオ: Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

Waste Water Derived Electroactive Microbial Biofilms: Growth, Maintenance, and Basic Characterization

The growth of anodic electroactive microbial biofilms from waste water inocula in a fed-batch reactor is demonstrated using a three-electrode setup controlled by a potentiostat. Thereby the use of potentiostats allows an exact adjustment of the electrode potential and ensures reproducible microbial culturing conditions. During growth the current production is monitored using chronoamperometry (CA). Based on these data the maximum current density (jmax) and the coulombic efficiency (CE) are discussed as measures for characterization of the bioelectrocatalytic performance. Cyclic voltammetry (CV), a nondestructive, i.e. noninvasive, method, is used to study the extracellular electron transfer (EET) of electroactive bacteria. CV measurements are performed on anodic biofilm electrodes in the presence of the microbial substrate, i.e. turnover conditions, and in the absence of the substrate, i.e. nonturnover conditions, using different scan rates. Subsequently, data analysis is exemplified and fundamental thermodynamic parameters of the microbial EET are derived and explained: peak potential (Ep), peak current density (jp), formal potential (Ef) and peak separation (&#916;Ep). Additionally the limits of the method and the state-of the art data analysis are addressed. Thereby this video-article shall provide a guide for the basic experimental steps and the fundamental data analysis.

Chronoamperometric growth of anodic electroactive microbial biofilms in a fed-batch reactor using a three-electrode setup, controlled by a potentiostat, is demonstrated. The extracellular electron transfer is characterized using cyclic voltammetry in the presence of the electron donor and in the absence of the electron donor. Fundamental data analysis is demonstrated.

The growth of anodic electroactive microbial biofilms from waste water inocula in a fed-batch reactor is demonstrated using a three-electrode setup ...

環境学

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

ポーラー液体誘電体から電気流体橋の調製

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

工学

AC Electrokinetic Phenomena Generated by Microelectrode Structures

The field of AC electrokinetics is rapidly growing due to its ability to perform dynamic fluid and particle manipulation on the micro- and nano-scale, which is essential for Lab-on-a-Chip applications. AC electrokinetic phenomena use electric fields to generate forces that act on fluids or suspended particles (including those made of dielectric or biological material) and cause them to move in astonishing ways1, 2. Within a single channel, AC electrokinetics can accomplish many essential on-chip operations such as active micro-mixing, particle separation, particle positioning and micro-pattering. A single device may accomplish several of those operations by simply adjusting operating parameters such as frequency or amplitude of the applied voltage. Suitable electric fields can be readily created by micro-electrodes integrated into microchannels. It is clear from the tremendous growth in this field that AC electrokinetics will likely have a profound effect on healthcare diagnostics3-5, environmental monitoring6 and homeland security7.

In general, there are three AC Electrokinetic phenomena (AC electroosmosis, dielectrophoresis and AC electrothermal effect) each with unique dependencies on the operating parameters. A change in these operating parameters can cause one phenomena to become dominant over another, thus changing the particle or fluid behavior. 

It is difficult to predict the behavior of particles and fluids due to the complicated physics that underlie AC electrokinetics. It is the goal of this publication to explain the physics and elucidate particle and fluid behavior. Our analysis also covers how to fabricate the electrode structures that generate them, and how to interpret a wide number of experimental observations using several popular device designs. This video article will help scientists and engineers understand these phenomena and may encourage them to start using AC Electrokinetics in their research.

Manipulating fluids and suspended particles in the micro- and nano-scale is becoming more of a reality as enabling technologies, like AC electrokinetics, continue to develop. Here, we discuss the physics behind AC electrokinetics, how to fabricate these devices and how to interpret the experimental observations.

マイクロ電極の構造によって生成されたAC動電現象

The field of AC electrokinetics is rapidly growing due to its ability to perform dynamic fluid and particle manipulation on the micro- and nano-scale, ...

生物学

Microscale Vortex-assisted Electroporator for Sequential Molecular Delivery

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant exogenous molecular probes into cells. This work reports a microfluidic electroporation platform capable of performing multiple molecule delivery to mammalian cells with precise and molecular-dependent parameter control. The system&#8217;s ability to isolate cells with uniform size distribution allows for less variation in electroporation efficiency per given electric field strength; hence enhanced sample viability. Moreover, its process visualization feature allows for observation of the fluorescent molecular uptake process in real-time, which permits prompt molecular delivery parameter adjustments in situ for efficiency enhancement. To show the vast capabilities of the reported platform, macromolecules with different sizes and electrical charges (e.g., Dextran with MW of 3,000 and 70,000 Da) were delivered to metastatic breast cancer cells with high delivery efficiencies (&#62;70%) for all tested molecules. The developed platform has proven its potential for use in the expansion of research fields where on-chip electroporation techniques can be beneficial.

A microfluidic vortex assisted electroporation platform was developed for sequential delivery of multiple molecules into identical cell populations with precise and independent dosage control. The system&#8217;s size based target cell purification step preceding electroporation aided to enhance molecular delivery efficiency and processed cell viability.

マイクロスケール渦アシストシーケンシャル分子送達用エレクトロポ

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant ...

生物工学

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

サイズ制御されたポリ (エチレング リコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Controlling Flow Speeds of Microtubule-Based 3D Active Fluids Using Temperature

We present a method for using temperature to tune the flow speeds of kinesin-driven, microtubule-based three-dimensional (3D) active fluids. This method allows for tuning the speeds in situ without the need to manufacture new samples to reach different desired speeds. Moreover, this method enables the dynamic control of speed. Cycling the temperature leads the fluids to flow fast and slow, periodically. This controllability is based on the Arrhenius characteristic of the kinesin-microtubule reaction, demonstrating a controlled mean flow speed range of 4&#8211;8 &#181;m/s. The presented method will open the door to the design of microfluidic devices where the flow rates in the channel are locally tunable without the need for a valve.

The goal of this protocol is to use temperature to control the flow speeds of three-dimensional active fluids. The advantage of this method not only allows for regulating flow speeds in situ but also enables dynamic control, such as periodically tuning flow speeds up and down.

温度を用いた微小管ベースの3D活性流体の流速制御

We present a method for using temperature to tune the flow speeds of kinesin-driven, microtubule-based three-dimensional (3D) active fluids. This method ...

Aqueous Droplets Used as Enzymatic Microreactors and Their Electromagnetic Actuation

For the successful implementation of microfluidic reaction systems, such as PCR and electrophoresis, the movement of small liquid volumes is essential. In conventional lab-on-a-chip-platforms, solvents and samples are passed through defined microfluidic channels with complex flow control installations. The droplet actuation platform presented here is a promising alternative. With it, it is possible to move a liquid drop (microreactor) on a planar surface of a reaction platform (lab-in-a-drop). The actuation of microreactors on the hydrophobic surface of the platform is based on the use of magnetic forces acting on the outer shell of the liquid drops which is made of a thin layer of superhydrophobic magnetite particles. The hydrophobic surface of the platform is needed to avoid any contact between the liquid core and the surface to allow a smooth movement of the microreactor. On the platform, one or more microreactors with volumes of 10 &#181;L can be positioned and moved simultaneously. The platform itself consists of a 3 x 3 matrix of electrical double coils which accommodate either neodymium or iron cores. The magnetic field gradients are automatically controlled. By variation of the magnetic field gradients, the microreactors' magnetic hydrophobic shell can be manipulated automatically to move the microreactor or open the shell reversibly. Reactions of substrates and corresponding enzymes can be initiated by merging the microreactors or bringing them into contact with surface immobilized catalysts.

Lab-in-a-drop reaction systems allow the versatile implementation of complex reactions in a microfluidic scale. An automated actuation platform consisting of a 3 x 3 matrix of electromagnetic coils was developed and successfully used to merge two 10 &#181;L microreactors and thereby initiate an enzymatic reaction in the resulting liquid marbles.

マイクロリアクター及び、電磁作動に水滴が酵素として使用

For the successful implementation of microfluidic reaction systems, such as PCR and electrophoresis, the movement of small liquid volumes is essential. In ...

Assembly and Characterization of an External Driver for the Generation of Sub-Kilohertz Oscillatory Flow in Microchannels

Microfluidic technology has become a standard tool in chemical and biological laboratories for both analysis and synthesis. The injection of liquid samples, such as chemical reagents and cell cultures, is predominantly accomplished through steady flows that are typically driven by syringe pumps, gravity, or capillary forces. The use of complementary oscillatory flows is seldom considered in applications despite its numerous advantages as recently demonstrated in the literature. The significant technical barrier to the implementation of oscillatory flows in microchannels is likely responsible for the lack of its widespread adoption. Advanced commercial syringe pumps that can produce oscillatory flow, are often more expensive and only work for frequencies less than 1 Hz. Here, the assembly and operation of a low-cost, plug-and-play type speaker-based apparatus that generates oscillatory flow in microchannels is demonstrated. High-fidelity harmonic oscillatory flows with frequencies ranging from 10-1000 Hz can be achieved along with independent amplitude control. Amplitudes ranging from 10-600 &#181;m can be achieved throughout the entire range of operation, including amplitudes &#62; 1 mm at the resonant frequency, in a typical microchannel. Although the oscillation frequency is determined by the speaker, we illustrate that the oscillation amplitude is sensitive to fluid properties and channel geometry. Specifically, the oscillation amplitude decreases with increasing channel circuit length and liquid viscosity, and in contrast, the amplitude increases with increasing speaker tube thickness and length. Additionally, the apparatus requires no prior features to be designed on the microchannel and is easily detachable. It can be used simultaneously with a steady flow created by a syringe pump to generate pulsatile flows.

The protocol demonstrates a convenient method to produce harmonic oscillatory flow from 10-1000 Hz in microchannels. This is performed by interfacing a computer-controlled speaker diaphragm to the microchannel in a modular manner.

マイクロチャネルにおけるサブキロヘルツ振動流を生成するための外部ドライバの組み立てと特性評価

Microfluidic technology has become a standard tool in chemical and biological laboratories for both analysis and synthesis. The injection of liquid ...

Glass-Based Devices to Generate Drops and Emulsions

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. The first device is built for the generation of simple drops driven by gravity. The second device is designed to generate emulsion drops in a coflowing scheme. The third device is an extension of the coflowing device with the addition of a third liquid that acts as an electric ground, allowing the formation of electrified drops that subsequently discharge. In this setup, two of the three liquids have an appreciable electrical conductivity. The third liquid mediates between these two and is a dielectric. A&#160;voltage difference applied between the two conducting liquids creates an electric field that couples with hydrodynamic stresses of the coflowing liquids, affecting the jet and drop formation process. The addition of the electric field provides a path to generate smaller drops than in simple coflow devices and for generating particles and fibers with a wide range of sizes.

Here, a protocol to manufacture glass-based microfluidic devices used for generating highly monodisperse emulsions with controlled drop size is presented.

滴やエマルジョンを生成するためのガラスベースのデバイス

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. ...

Merging Ion Concentration Polarization between Juxtaposed Ion Exchange Membranes to Block the Propagation of the Polarization Zone

The ion concentration polarization (ICP) phenomenon is one of the most prevailing methods to preconcentrate low-abundance biological samples. The ICP induces a noninvasive region for charged biomolecules (i.e., the ion depletion zone), and targets can be preconcentrated on this region boundary. Despite the high preconcentration performances with ICP, it is difficult to find the operating conditions of non-propagating ion depletion zones. To overcome this narrow operating window, we recently developed a new platform for spatiotemporally fixed preconcentration. Unlike preceding methods that only use ion depletion, this platform also uses the opposite polarity of the ICP (i.e., ion enrichment) to stop the propagation of the ion depletion zone. By confronting the enrichment zone with the depletion zone, the two zones merge together and stop. In this paper, we describe a detailed experimental protocol to build this spatiotemporally defined ICP platform and characterize the preconcentration dynamics of the new platform by comparing them with those of the conventional device. Qualitative ion concentration profiles and current-time responses successfully capture the different dynamics between the merged ICP and the stand-alone ICP. In contrast to the conventional one that can fix the preconcentration location at only ~5 V, the new platform can produce a target-condensed plug at a specific location in the broad ranges of operating conditions: voltage (0.5-100 V), ionic strength (1-100 mM), and pH (3.7-10.3).

The protocol for a novel ion concentration polarization (ICP) platform that can stop the propagation of the ICP zone, regardless of the operating conditions is described. This unique ability of the platform lies in the use of merging ion depletion and enrichment, which are two polarities of the ICP phenomenon.

偏光ゾーンの伝播を遮断するように並置されたイオン交換膜との間のイオン濃度分極のマージ

The ion concentration polarization (ICP) phenomenon is one of the most prevailing methods to preconcentrate low-abundance biological samples. The ICP ...

電解質水溶液中に流れる電気流体力学の発生と制御

要約

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Waste Water Derived Electroactive Microbial Biofilms: Growth, Maintenance, and Basic Characterization

ポーラー液体誘電体から電気流体橋の調製

マイクロ電極の構造によって生成されたAC動電現象

マイクロスケール渦アシストシーケンシャル分子送達用エレクトロポ

サイズ制御されたポリ (エチレングリコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

温度を用いた微小管ベースの3D活性流体の流速制御

マイクロリアクター及び、電磁作動に水滴が酵素として使用

マイクロチャネルにおけるサブキロヘルツ振動流を生成するための外部ドライバの組み立てと特性評価

滴やエマルジョンを生成するためのガラスベースのデバイス

偏光ゾーンの伝播を遮断するように並置されたイオン交換膜との間のイオン濃度分極のマージ

電解質水溶液中に流れる電気流体力学の発生と制御

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ポーラー液体誘電体から電気流体橋の調製

マイクロ電極の構造によって生成されたAC動電現象

マイクロスケール渦アシストシーケンシャル分子送達用エレクトロポ

サイズ制御されたポリ (エチレング リコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

温度を用いた微小管ベースの3D活性流体の流速制御

マイクロリアクター及び、電磁作動に水滴が酵素として使用

マイクロチャネルにおけるサブキロヘルツ振動流を生成するための外部ドライバの組み立てと特性評価

滴やエマルジョンを生成するためのガラスベースのデバイス

偏光ゾーンの伝播を遮断するように並置されたイオン交換膜との間のイオン濃度分極のマージ

サイズ制御されたポリ (エチレングリコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成