Este trabalho foi patrocinado pela Fundação Nacional de ciências naturais da China (51375176); a Fundação de Provincial de ciência Natural de Guangdong de China (2014A030313264); e a ciência e tecnologia, planejamento de projeto da província de Guangdong, China (2014B010126003).

atenção: favor consultar todas as fichas de dados de segurança (MSDS) antes do uso. Acetona é altamente inflamável e pode causar irritação dos olhos e vias respiratórias. A tensão envolvida é tão alta quanto vários milhares de volts; daí, faíscas elétricas são esperadas quando realizar o experimento. Realizar os experimentos em um quarto com boa ventilação para evitar explosões e fogo de faíscas as.
 1. fabricação das placas e titular Nota: neste trabalho, as placas de eletrodo e o titular são fabricados por uma linha de produção em uma fábrica. Apenas o material e os parâmetros de todas as partes neste documento serão introduzidos devido os processos complicados.
<ol><li>Material e o tamanho da placa de eletrodo <ol><li>fabricação do eletrodo placas usando 1,4 mm CCL FR-4, com uma fina camada de cobre de 35 µm. Veja a Figura 1 para parâmetros detalhados da placa eletrodo.</li>
	</ol></li> <li>Parâmetros de eletrodos <ol><li>ordenar as placas de eletrodo da fábrica. Para obter mais detalhes, veja a Figura 2.</li>
	</ol></li> <li>Inspeção da placa de eletrodo <ol><li>depois da preparação da chapa de eletrodo, usar um microscópio eletrônico para inspecionar os eletrodos para eventuais falhas visíveis abaixo dos 100 X e ampliação de X 300. Observe que qualquer pequenos defeitos na superfície dos eléctrodos podem causar curto-circuito, como mostrado na Figura 3.</li>
		<li>Inspecionar e medir a largura do eletrodo e espaçamento para determinar se a precisão de dimensão atende o requisito.</li>
		<li>a placa com um amperímetro para ver se um curto-circuito elétrico ocorre teste.</li>
	</ol></li> <li>Preparação da placa da câmara <ol><li>cortar alguns membrana do silicone para o mesmo tamanho como a placa do eletrodo, conforme mostrado na Figura 4. Escolher as membranas de silicone com espessuras diferentes para fazer placas de câmara com diferentes alturas.</li>
		<li>Usar uma ferramenta de perfuração especial para fazer o buraco da câmara, conforme mostrado na Figura 5.</li>
	</ol></li> <li>Processamento do titular <ol><li>ordem o titular de uma fábrica. Os parâmetros detalhados são mostrados na Figura 6.</li>
	</ol></li> <li>Fabricação da placa de cobertura <ol><li>faça dois furos na parte superior da placa de cobertura usando uma perfuração da máquina para instalar os tubos de entrada e saída. Veja a Figura 7 para suas posições e tamanhos.</li>
	</ol></li></ol> 2. Montagem da microbomba <ol><li>acetona de uso para lavar todos os pratos, o titular, os tubos de entrada e saída e outras ferramentas usadas nas experiências. Colocar essas ferramentas e placas dentro de um copo e em seguida despeje suficiente 99.5% de acetona para mergulhá-los. Coloque o copo dentro do aparelho de ultra-sons. Ligue o aparelho de ultra-sons e ajuste o temporizador para 5 min.</li>
	<li>Inserir os tubos de aço inoxidável de entrada e saída nos dois furos na placa de tampa.</li>
	<li>Colocar uma placa de câmara feita de membrana de silicone sobre a placa do eletrodo e, em seguida, cubra-o com a placa de cobertura.</li>
	<li>Pilha e alinhe a placa de cobertura, chapa de câmara e o elétrodo da placa de cima para baixo e insira as placas alinhadas no suporte.
	<ol><li>Uso um M5 parafuso para fixar as placas dentro do titular. Ver a explosão e visualização normal da microbomba montada, como mostrado na Figura 8 e Figura 9, respectivamente.</li>
		<li>Pressão sobre as chapas juntos, apertando os parafusos. 
		Nota: Os tubos e a cavidade da placa de câmara irão formar uma passagem para o líquido de funcionamento. A placa da câmara elástica também pode selar a abertura entre placas para impedir que o líquido flui para fora. Ver a explosão e a visualização normal da microbomba montada na Figura 8 e Figura 9, respectivamente.</li>
	</ol></li> <li>Usar duas mangueiras de poliuretano com diâmetro externo de 4 mm e 2 mm de diâmetro interno para conectar os tubos de aço inoxidável de entrada e saída.</li>
	<li>Conecte um amperímetro, uma fonte de alimentação 500 V DC e a microbomba em série. Inserir um 1 mA fusível entre o amperímetro e a fonte de energia para proteger o amperímetro no caso a microbomba shorted.</li>
	<li>Inserir a mangueira de entrada em um copo de 50 mL com 20-30 mL de acetona dentro. 
	Nota: A Figura 10 mostra a plataforma concluída.</li>
</ol> 3. Procedimento experimental <ol><li>trabalhos preparatórios antes do experimento <ol><li>Use um cilindro para injetar acetona para encher a microbomba. Depois que o nível de líquido atinge a mangueira de saída, continuar a injetar 10 mL de acetona dentro até todas as bolhas são empurradas para longe da câmara. 
		Nota: É impossível ver se há quaisquer bolhas deixou dentro da câmara, porque a placa de cobertura e a placa do eletrodo não são transparentes. Injetar continuamente acetona ajuda a remover as bolhas, mas não pode garantir que não há bolhas são deixadas dentro a microbomba. Bolhas podem bloquear a passagem de líquido, ou podem curto-circuitos e causar uma explosão-micro dentro a microbomba, que vai queimar os eléctrodos. O efeito de bolhas sobre a operação da bomba ainda não está totalmente claro, mas as avarias causam foram observadas várias vezes.</li>
		<li>Despeje o copo de 20-30 mL de acetona e colocar a mangueira de entrada de dentro do copo. Certifique-se de que o nível do líquido é maior do que a entrada de pelo menos 5 mm para que acetona pode fluir para a bomba e nenhum ar pode ser sugado para a câmara de microbomba.</li>
	</ol></li> <li>Do teste de pressão estática <ol><li>Conecte a mangueira de saída para uma pequena moldura para que a mangueira possa permanecer em linha reta e vertical. Coloque uma régua ao lado da mangueira de saída para medir o nível do líquido.</li>
		<li>Conectar-se à fonte de energia a microbomba.</li>
		<li>Iniciar o teste, pressionando o interruptor e então anote o nível de líquido inicial.</li>
		<li>Após o nível do líquido torna-se estável, gravar o tempo, o nível do líquido final e a corrente elétrica.</li>
		<li>Continuar a gravar o nível do líquido e a corrente a cada 10 s até a microbomba decompõe.</li>
	</ol></li> <li>Teste de taxa de fluxo <ol><li>usar uma proveta grande para coletar o líquido que sai da mangueira de saída. Certifique-se de fixar a mangueira de saída para que o final permanece na mesma altitude como o nível do líquido no copo.</li>
		<li>Conectar-se à fonte de energia a microbomba.</li>
		<li>Iniciar o teste, pressionando o interruptor e então anote o nível de líquido inicial.</li>
		<li>Como o líquido começa a fluir para fora a mangueira de saída, registrar o volume de acetona dentro da proveta cada 10 s. Conforme o experimento passa, adicionar acetona para o béquer para manter o nível do líquido.</li>
	</ol></li> <li>Teste de confiabilidade
	<ol><li>Uso o tempo médio de trabalho para avaliar a confiabilidade da bomba. Durante o teste de taxa de fluxo e o teste de pressão estática, registre o tempo de operação, antes que a bomba se decompõe. Gravar os fenômenos detalhados de cada repartição durante o experimento e inspecione a superfície da placa de eletrodo depois para posterior análise.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kazemi, P. Z., Selvaganapathy, P. R., Ching, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+micropillar+electrode+spacing+on+the+performance+of+electrohydrodynamic+micropumps.">Effect of micropillar electrode spacing on the performance of electrohydrodynamic micropumps.</a> J Electrostat. 68 (4), 376-383 (2010).</li><li>Kano, I., Nishina, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+electrode+arrangements+on+EHD+conduction+pumping.">Effect of electrode arrangements on EHD conduction pumping.</a> IEEE Trans Ind Appl. 49 (2), 679-684 (2013).</li><li>Laser, D. J., Santiago, J. 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R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+investigation+of+conduction+pumping+of+dielectric+liquid+film+using+flush-mounted+electrodes.">Numerical investigation of conduction pumping of dielectric liquid film using flush-mounted electrodes.</a> Theor Comp Fluid Dyn. 28 (1), 89 (2014).</li><li>Jeong, S. -. I., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+electrohydrodynamic+pumping+through+conduction+phenomenon.">Experimental study of electrohydrodynamic pumping through conduction phenomenon.</a> J Electrostat. 56 (2), 123-133 (2002).</li><li>Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamic+pumping+of+dielectric+liquids.">Electrohydrodynamic pumping of dielectric liquids.</a> J Electrostat. 63 (6), 861-869 (2005).</li><li>Hojjati, M., Esmaeilzadeh, E., Sadri, B., Gharraei, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamic+conduction+pumps+with+cylindrical+electrodes+for+pumping+of+dielectric+liquid+film+in+an+open+channel.">Electrohydrodynamic conduction pumps with cylindrical electrodes for pumping of dielectric liquid film in an open channel.</a> Colloid Surface A. 392 (1), 294-299 (2011).</li><li>Yazdani, M., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+investigation+of+electrohydrodynamic-conduction+pumping+of+liquid+film+in+the+presence+of+evaporation.">Numerical investigation of electrohydrodynamic-conduction pumping of liquid film in the presence of evaporation.</a> J Heat Trans-T ASME. 131 (1), 011602 (2009).</li><li>Vafaie, R. H., Ghavifekr, H. B., Lintel, H., Brugger, J., Renaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bi-directional+AC+electrothermal+micropump+for+on-chip+biological+applications.">Bi-directional AC electrothermal micropump for on-chip biological applications.</a> Electrophoresis. 37 (5-6), 719-726 (2016).</li><li>Pearson, M. R., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Study+of+Linear+and+Radial+Two-Phase+Heat+Transport+Devices+Driven+by+Electrohydrodynamic+Conduction+Pumping.">Experimental Study of Linear and Radial Two-Phase Heat Transport Devices Driven by Electrohydrodynamic Conduction Pumping.</a> J Heat Trans-T ASME. 137 (2), 022901 (2015).</li></ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

Uma das etapas críticas dentro do protocolo é bom inspecionar cuidadosamente a placa do eletrodo. Pequenas rebarbas na borda de um eletrodo podem resultar em um curto-circuito, e integridade superficial pode afetar muito o desempenho da bomba. A limpeza da placa do eletrodo e titular também é muito importante. A altura de câmara de eletrodo é inferior a 1 mm, para que pequenas partículas de pó podem bloquear o fluxo de trabalho líquido e causar um curto-circuito. Antes do ensaio, injetando acetona na câmara pode remover as bolhas fora da câmara.
O desempenho da microbomba pode ser severamente influenciado pela altura da câmara. Para eliminar tal influência, a placa de câmara elástica pode ser substituída por material mais difícil.
Existem algumas limitações para a técnica. Em primeiro lugar, a altura do eletrodo é determinada pela camada de metal sobre o CCL FR-4. É relativamente elevada, que afeta o fluxo de líquido até certo ponto. Em segundo lugar, por meio de membrana do silicone como a placa da câmara, o sealability da câmara é melhorada. No entanto, a elasticidade do silicone pode causar algum desvio na altura da câmara. Finalmente, a largura do eletrodo e do afastamento entre eletrodos são limitados pela técnica em si, que torna a alcançar a maior força do campo elétrico muito mais difícil do que com outra técnica.
Ao contrário de fotolitos e outras técnicas de fabricação de alta precisão, usar FR-4 CCL com este processo de fabricação do eletrodo é relativamente mais simples e mais barato. Por outro lado, a tensão elétrica necessária neste trabalho é muito menor. Pearson e Seyed-Yagoobi13 propuseram um eletrodo de anel eletrodo perfurada design e que requer 5 quilovolts de tensão DC para a bomba a funcionar, enquanto neste trabalho, a fonte de energia é apenas 500 V.
Este microbomba pode ser usada para fazer um loop de uma tubulação de calor, especialmente uma tubulação de calor longo que requer uma força motriz que não sejam a força capilar. Inserção de uma ou várias placas de eletrodo dentro da tubulação de calor pode fornecer suficiente força motriz para o refrigerante dielétrico viajar da extremidade fria à extremidade quente. Uma função semelhante também pode ser alcançada por um eletrodo anular, fabricado em material macio, isolado com uma carcaça de metal.

Micropumps pode dirigir o fluxo de líquido em uma escala muito menor do que a maioria das bombas. Nos últimos anos, vários regimes de condução foram aplicados com êxito a microfluidic sistemas1,2,3,4,5. A bomba de electrohydrodynamic (DHE) pode exercer forças diretamente sobre o líquido, sem partes móveis, o que torna mais simples e mais fácil de fabricar6. De acordo com os tipos de carga, bombas EHD podem ser classificadas como bombas injetoras, bombas de indução ou bombas de condução. Bombas de indução não funcionam em líquidos isotérmicos, enquanto bombas de injeção alterar a condutividade do líquido. Porque lhes falta a tais problemas, bombas de condução são mais estáveis e tem uma aplicação mais ampla.
A bomba de condução baseia-se a incompatibilidade das taxas de dissociação e recombinação de moléculas do líquido. Normalmente, o processo de dissociação e recombinação pode ser expressa como segue7,8: 
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/55867/55867eq1.jpg"> onde a taxa de recombinação kr é constante, enquanto a taxa de dissociação kd é uma função da força do campo elétrico. Quando a força do campo elétrico atinge um determinado valor, a taxa de dissociação excederá a taxa de recombinação. Em seguida, cargas livres mais viajam para os dois eletrodos de polaridade oposta e a forma de camadas de heterocharge. Estas camadas de heterocharge são a chave para a bomba, como o movimento das cargas empurra as moléculas de líquido para a frente. Portanto, força de corpo líquido pode ser gerada no líquido dentro da câmara utilizando eletrodos assimétricos ou a incompatibilidade da mobilidade dos íons positivos e negativos9,10,11,12 .
Este trabalho apresenta uma nova forma de fabricar uma placa de eletrodo planar simétrica para uma bomba de condução. A placa do eletrodo é preparada na CCL FR-4, e a câmara da bomba é preparada por micromaquinação. Os processos de fabricação são relativamente mais simples e mais conveniente do que aqueles de outros métodos de fabricação, tais como Nanolitografia. Uma plataforma de teste é criada para investigar o desempenho da microbomba de condução em condições diferentes. Além disso, a confiabilidade da microbomba de condução também é investigada em circunstâncias diferentes.

<table width="683">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:207px;height:21px;">Amperemeter</td>
			<td style="width:311px;">-</td>
			<td style="width:101px;">85C1-MA</td>
			<td style="width:64px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:207px;height:21px;">DC high voltage power supply</td>
			<td style="width:311px;">NanTong Jianuo electric device company</td>
			<td style="width:101px;">GY-WY500-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:207px;height:21px;">Fuse</td>
			<td style="width:311px;">-</td>
			<td style="width:101px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:207px;height:21px;">Ultrasonic cleaner</td>
			<td style="width:311px;">Derui ultrasonic device company</td>
			<td style="width:101px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:207px;height:21px;">Soldering iron</td>
			<td style="width:311px;">-</td>
			<td style="width:101px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a performance-testing platform for a conduction micropump with an fr-4 copper-clad electrode plate

Aqui, uma microbomba de condução com pares de eletrodo de planar simétrica preparado na estratificação cobre-folheada do epóxi reforçado com vidro resistente ao fogo (FR-4) (CCL) é fabricada. É usado para investigar a influência das dimensões da câmara sobre o desempenho de uma microbomba de condução e para determinar a confiabilidade da bomba da condução quando a acetona é usada como o fluido de trabalho. Uma plataforma de teste está configurada para avaliar o desempenho de microbomba condução em condições diferentes. Quando a altura da câmara é de 0,2 mm, a pressão da bomba atinge seu valor de pico.

Como mostrado na Figura 11, a pressão da bomba e sua crescente taxa aumentam quando a tensão aumenta. Quando a tensão atinge 500 V, a pressão da bomba atinge 1.100 PA.
A pressão de estática da bomba aumenta com a altura da câmara da bomba aumenta quando a altura da câmara é inferior a 0,2 mm. O desempenho da bomba atinge seu ponto mais alto quando a altura da câmara é de 0,2 mm. Em seguida, a pressão estática cai quando a altura da câmara continua a aumentar. Acredita-se que 0,2 milímetros é o melhor valor para a altura da câmara. Os resultados são mostrados na Figura 12.
Ao aumentar o comprimento da câmara, sobe a pressão estática, com uma grande inclinação até um comprimento de câmara de 23 milímetros e uma inclinação menor, indicando um aumento gradual, depois. A tendência de variação da pressão da bomba é mostrada na Figura 13.
Como mostrado na Figura 14, há uma ligeira diminuição da pressão estática versus curva de largura da câmara quando a largura da câmara aumenta de 2 mm a 3 mm... depois disso, a pressão estática permanece em um determinado nível, como a câmara aumenta de largura.
Durante o teste, a microbomba decompõe-se frequentemente depois de trabalhar por 10-90 min. Depois de trabalhar durante um determinado período de tempo, a pressão da bomba continua a cair até que ocorra a ruptura. No entanto, o desempenho da pressão da bomba pode ser restaurado quando acetona nova é adicionada para o copo.
Quando há bolhas no interior da bomba, a pressão da bomba não vai subir tão alto quanto faz normalmente porque a passagem do líquido de funcionamento é bloqueada pelas bolhas. Se as placas não são suficientemente limpos, significa que ainda há poeira ou outra contaminação, a bomba facilmente obter shorted quando essas partículas viajam para a lacuna entre eletrodos. Quando a bomba obtém em curto, a corrente elétrica vai subir muito rápido e queimar os eléctrodos.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig1.jpg"> 
Figura 1: tamanho da placa de eletrodo. A placa do eletrodo, placa de câmara e placa de cobertura são do mesmo tamanho. Suas larguras são de 9 mm e seus comprimentos são 40 milímetros. Os furos para o fio de solda tem um diâmetro de 1,6 mm. ordem as placas de eletrodo de fábrica com esses parâmetros e verificar o tamanho da placa depois de certificar-se de que eles podem caber dentro o titular. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig2.jpg"> 
Figura 2: dimensões dos eléctrodos. As placas de eletrodo tem 23 pares de eletrodos, com uma largura de eletrodo de 300 µm, um espaçamento de eletrodo de 200 µm, um fosso de largura entre os pares de dois eletrodos de 400 µm e um eletrodo acabar com espaçamento de 600 µm. O espaçamento do eletrodo é o parâmetro mais importante, como determina a intensidade do campo elétrico. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig3.jpg"> 
Figura 3: pequenos defeitos na superfície dos eléctrodos e os danos de curto-circuitos. Trapos e poços de superfície são os defeitos típicos dos eletrodos. Os poços em (um) tem causado um grave colapso. Alguns dos eletrodos em (b) queimam sob força de alto campo elétrico. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig4.jpg"> 
Figura 4: dimensões da placa de câmara. A largura e o comprimento da placa são 9 mm e 40 mm, respectivamente. A espessura da placa é de 0,3 mm destes testes. A precisão de dimensão é de 0,1 mm. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig4large.jpg" target="_blank">clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig5.jpg"> 
Figura 5: imagens do perfurador furo especial. A ferramenta de perfuração especial é personalizada para o corte da cavidade da placa de câmara. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig6.jpg"> 
Figura 6: A engenharia de desenho do titular. Abertura na parte superior a 3 mm é para os tubos de aço inoxidável de entrada e saída. A espessura das paredes todas é 2 mm, e o tamanho total do titular é 14 x 37.5 x 9 mm3. A parede de 2,4 mm à esquerda é para segurar a posição da placa do eletrodo, placa de cobertura e placa de câmara. Na parte inferior da porta, há um buraco de M5 roscadas para um parafuso de fixação. A precisão de dimensão do titular é 0,1 mm, que não é muito alto. Certifique-se de que a placa do eletrodo pode caber dentro. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig6large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig7.jpg"> 
Figura 7: os parâmetros da placa de cobertura. O material da placa de cobertura também é FR4. Dois tubos de aço inoxidável são introduzidos para fornecer a passagem de entrada e saída para o líquido de funcionamento. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig7large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig8.jpg"> 
Figura 8: vista explosão a microbomba. De cima para baixo são os tubos de entrada e saída, a placa de cobertura, a placa da câmara, a placa do eletrodo e o parafuso de fixação. Os tubos e a cavidade no cplaca de HAMBER formam uma passagem de líquido para o líquido de funcionamento. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig8large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig9.jpg"> 
Figura 9: processado imagem da microbomba montada. Depois de apertar o parafuso, todas as placas são pressionadas juntas, e o furo na chapa de câmara é o único espaço para o líquido flua. A placa da câmara elástica também pode selar a abertura entre placas para impedir que o líquido flui para fora. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig9large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig10.jpg"> 
Figura 10: as imagens da microbomba experimentar plataforma. O frasco que contém acetona pode ser substituir por um copo, mas é mais seguro cobrir o béquer com película fina para impedir que a acetona volatilizing demais. Fonte de energia, o amperímetro e a bomba são conectados em série. A mangueira de saída também pode ser substituída por um tubo de vidro. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig10large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig11v2.jpg"> 
Figura 11: A relação entre a tensão e a pressão da bomba. A pressão da bomba e sua crescente taxa sobe quando a tensão aumenta. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig11v2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig12v2.jpg"> 
Figura 12: A relação entre a altura da câmara e o desempenho da bomba. O desempenho da bomba primeiro aumenta então gotas quando a altura da câmara aumenta de 0.1 mm a 0,5 mm. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55867/55867fig12v2large.jpg" target="_blank">clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig13v2.jpg"> 
Figura 13: A relação entre o comprimento da câmara e o desempenho da bomba. O desempenho da bomba aumenta quando o comprimento aumenta.
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig14v2.jpg"> 
Figura 14: A relação entre a largura da câmara e o desempenho da bomba. A pressão da bomba permanece o mesmo quando a largura da câmara aumenta.

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A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Este trabalho apresenta um protocolo para a preparação de uma microbomba de condução utilizando eletrodos planares simétricos na estratificação cobre-folheada do epóxi reforçado com vidro resistente ao fogo (FR-4) (CCL) para testar a influência das dimensões da câmara sobre o desempenho de um microbomba de condução.

Uma plataforma de testes de desempenho para uma microbomba de condução com uma placa de eletrodos de cobre-folheada FR-4

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

a-performance-testing-platform-for-conduction-micropump-with-an-fr-4

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

5.9K visualizações.  South China University of Technology. Este trabalho apresenta um protocolo para a preparação de uma microbomba de condução utilizando eletrodos planares simétricos na estratificação cobre-folheada do epóxi reforçado com vidro resistente ao fogo (FR-4) (CCL) para testar a influência das dimensões da câmara sobre o desempenho de um microbomba de condução.

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Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, each offering its own advantages and shortcomings5,6. Most prominently, due to the microscale device dimensions, a high modulus is required to facilitate implantation into living tissue. Conversely, the stiffness of the device should match the surrounding tissue to minimize induced local strain7-9. Therefore, we recently developed a new class of bio-inspired materials to meet these requirements by responding to environmental stimuli with a change in mechanical properties10-14. Specifically, our poly(vinyl acetate)-based nanocomposite (PVAc-NC) displays a reduction in stiffness when exposed to water and elevated temperatures (e.g. body temperature). Unfortunately, few methods exist to quantify the stiffness of materials in vivo15, and mechanical testing outside of the physiological environment often requires large samples inappropriate for implantation. Further, stimuli-responsive materials may quickly recover their initial stiffness after explantation. Therefore, we have developed a method by which the mechanical properties of implanted microsamples can be measured ex vivo, with simulated physiological conditions maintained using moisture and temperature control13,16,17. 
To this end, a custom microtensile tester was designed to accommodate microscale samples13,17 with widely-varying Young's moduli (range of 10 MPa to 5 GPa). As our interests are in the application of PVAc-NC as a biologically-adaptable neural probe substrate, a tool capable of mechanical characterization of samples at the microscale was necessary. This tool was adapted to provide humidity and temperature control, which minimized sample drying and cooling17. As a result, the mechanical characteristics of the explanted sample closely reflect those of the sample just prior to explantation.
The overall goal of this method is to quantitatively assess the in vivo mechanical properties, specifically the Young's modulus, of stimuli-responsive, mechanically-adaptive polymer-based materials. This is accomplished by first establishing the environmental conditions that will minimize a change in sample mechanical properties after explantation without contributing to a reduction in stiffness independent of that resulting from implantation. Samples are then prepared for implantation, handling, and testing (Figure 1A). Each sample is implanted into the cerebral cortex of rats, which is represented here as an explanted rat brain, for a specified duration (Figure 1B). At this point, the sample is explanted and immediately loaded into the microtensile tester, and then subjected to tensile testing (Figure 1C). Subsequent data analysis provides insight into the mechanical behavior of these innovative materials in the environment of the cerebral cortex.

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

A method is discussed by which the in vivo mechanical behavior of stimuli-responsive materials is monitored as a function of time. Samples are tested ex vivo using a microtensile tester with environmental controls to simulate the physiological environment. This work further promotes understanding the in vivo behavior of our material.

Teste de microtração ambientalmente controlado mecanicamente adaptativas nanocompósitos poliméricos para<em&gt; Ex vivo</em&gt; Caracterização

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

Bioengenharia

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in vitro analysis are well suited to study of large numbers of cells (&ge;105) in milliliter-scale volumes (&ge;0.1 ml). However, there are many instances in which it is necessary or desirable to scale down culture size to reduce consumption of the cells of interest and/or reagents required for their culture, stimulation, or processing. Unfortunately, conventional approaches do not support precise and reproducible manipulation of micro-scale cultures, and the microfluidics-based automated systems currently available are too complex and specialized for routine use by most laboratories. To address this problem, we have developed a simple and versatile technology platform for automated culture, stimulation, and recovery of small populations of cells (100 - 2,000 cells) in micro-scale volumes (1 - 20 &mu;l). The platform consists of a set of fibronectin-coated microcapillaries ("cell perfusion chambers"), within which micro-scale cultures are established, maintained, and stimulated; a digital microfluidics (DMF) device outfitted with "transfer" microcapillaries ("central hub"), which routes cells and reagents to and from the perfusion chambers; a high-precision syringe pump, which powers transport of materials between the perfusion chambers and the central hub; and an electronic interface that provides control over transport of materials, which is coordinated and automated via pre-determined scripts. As an example, we used the platform to facilitate study of transcriptional responses elicited in immune cells upon challenge with bacteria. Use of the platform enabled us to reduce consumption of cells and reagents, minimize experiment-to-experiment variability, and re-direct hands-on labor. Given the advantages that it confers, as well as its accessibility and versatility, our platform should find use in a wide variety of laboratories and applications, and prove especially useful in facilitating analysis of cells and stimuli that are available in only limited quantities.

We have developed an automated cell culture and interrogation platform for micro-scale cell stimulation experiments. The platform offers simple, versatile, and precise control in cultivating and stimulating small populations of cells, and recovering lysates for molecular analyses. The platform is well suited to studies that use precious cells and/or reagents.

A plataforma automatizada versátil para experiências de estimulação Micro escala celulares

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in ...

Investigating Receptor-ligand Systems of the Cellulosome with AFM-based Single-molecule Force Spectroscopy

Cellulosomes are discrete multienzyme complexes used by a subset of anaerobic bacteria and fungi to digest lignocellulosic substrates. Assembly of the enzymes onto the noncatalytic scaffold protein is directed by interactions among a family of related receptor-ligand pairs comprising interacting cohesin and dockerin modules. The extremely strong binding between cohesin and dockerin modules results in dissociation constants in the low picomolar to nanomolar range, which may hamper accurate off-rate measurements with conventional bulk methods. Single-molecule force spectroscopy (SMFS) with the atomic force microscope measures the response of individual biomolecules to force, and in contrast to other single-molecule manipulation methods (i.e.&#160;optical tweezers), is optimal for studying high-affinity receptor-ligand interactions because of its ability to probe the high-force regime (&#62;120 pN). Here we present our complete protocol for studying cellulosomal protein assemblies at the single-molecule level. Using a protein topology derived from the native cellulosome, we worked with enzyme-dockerin and carbohydrate binding module-cohesin (CBM-cohesin) fusion proteins, each with an accessible free thiol group at an engineered cysteine residue. We present our site-specific surface immobilization protocol, along with our measurement and data analysis procedure for obtaining detailed binding parameters for the high-affinity complex. We demonstrate how to quantify single subdomain unfolding forces, complex rupture forces, kinetic off-rates, and potential widths of the binding well. The successful application of these methods in characterizing the cohesin-dockerin interaction responsible for assembly of multidomain cellulolytic complexes is further described.

Cellulosomes are multienzyme complexes designed for digesting cellulose. AFM-based SMFS was used to study the mechanical properties and folding configuration of cellulosome-associated protein assemblies. We present a complete workflow for protein immobilization, data acquisition, and data analysis to study the interactions of individual receptor-ligand complexes involved in cellulosome assembly.

Investigando Sistemas receptor-ligante do Celulossoma com base-AFM única molécula Força Espectroscopia

Cellulosomes are discrete multienzyme complexes used by a subset of anaerobic bacteria and fungi to digest lignocellulosic substrates. Assembly of the ...

Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This technology has shown potential in addressing previously challenging applications; including, delivery to primary immune cells, cell reprogramming, carbon nanotube, and quantum dot delivery. This vector-free microfluidic platform relies on mechanical disruption of the cell membrane to facilitate cytosolic delivery of the target material. Herein, we describe the detailed method of use for these microfluidic devices including, device assembly, cell preparation, and system operation. This delivery approach requires a brief optimization of device type and operating conditions for previously unreported applications. The provided instructions are generalizable to most cell types and delivery materials as this system does not require specialized buffers or chemical modification/conjugation steps. This work also provides recommendations on how to improve device performance and trouble-shoot potential issues related to clogging, low delivery efficiencies, and cell viability.

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This protocol provides detailed steps on how to use the system for a broad range of applications.

Espremendo celular como uma plataforma de entrega intracelular Robust Microfluidic

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This ...

A Microfluidic Platform for Precision Small-volume Sample Processing and Its Use to Size Separate Biological Particles with an Acoustic Microdevice

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. However, to achieve robust sample manipulation it is necessary to address device integration with the macroscale environment. To realize repeatable, sensitive particle separation with microfluidic devices, this protocol presents a complete automated and integrated microfluidic platform that enables precise processing of 0.15&#8211;1.5 ml samples using microfluidic devices. Important aspects of this system include modular device layout and robust fixtures resulting in reliable and flexible world to chip connections, and fully-automated fluid handling which accomplishes closed-loop sample collection, system cleaning and priming steps to ensure repeatable operation. Different microfluidic devices can be used interchangeably with this architecture. Here we incorporate an acoustofluidic device, detail its characterization, performance optimization, and demonstrate its use for size-separation of biological samples. By using real-time feedback during separation experiments, sample collection is optimized to conserve and concentrate sample. Although requiring the integration of multiple pieces of equipment, advantages of this architecture include the ability to process unknown samples with no additional system optimization, ease of device replacement, and precise, robust sample processing.

This protocol describes a system architecture for performing automated small volume (0.15&#8211;1.5 ml) particle separations using a microfluidic device, and discusses methods to optimize acoustofluidic device performance and operation.

Uma plataforma microfluídica para processamento de precisão de pequeno volume de amostra e respectiva utilização para Tamanho partículas biológicas separadas com um microdispositivos Acústico

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. ...

Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane technology. Understanding the fouling process could lead to optimization and higher efficiency of membrane based filtration. Here we show the design and fabrication of an automated three-dimensionally (3-D) printed microfluidic cross-flow filtration system that can test up to 4 membranes in parallel. The microfluidic cells were printed using multi-material photopolymer 3-D printing technology, which used a transparent hard polymer for the microfluidic cell body and incorporated a thin rubber-like polymer layer, which prevents leakages during operation. The performance of ultrafiltration (UF), and nanofiltration (NF) membranes were tested and membrane fouling could be observed with a model foulant bovine serum albumin (BSA). Feed solutions containing BSA showed flux decline of the membrane. This protocol may be extended to measure fouling or biofouling with many other organic, inorganic or microbial containing solutions. The microfluidic design is especially advantageous for testing materials that are costly or only available in small quantities, for example polysaccharides, proteins, or lipids due to the small surface area of the membrane being tested. This modular system may also be easily expanded for high throughput testing of membranes.&#160;

Design and fabrication of a three-dimensionally (3-D) printed microfluidic cross-flow filtration system is demonstrated. The system is used to test performance and observe fouling of ultrafiltration and nanofiltration (thin film composite) membranes.

Tridimensionalmente Impresso Microfluidic Sistema Cross-flow para ultrafiltração / nanofiltração membrana Teste de Desempenho

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to spatially fractionate the sample based on a biological property of interest. For the resultant spatial distribution to be used as the assay readout, microfluidic devices are often subjected to microscopic analysis requiring complex instrumentation with higher cost and reduced portability. To address this limitation, we have developed an integrated electronic sensing technology for multiplexed detection of particles at different locations on a microfluidic chip. Our technology, called Microfluidic CODES, combines Resistive Pulse Sensing with Code Division Multiple Access to compress 2D spatial information into a 1D electrical signal. In this paper, we present a practical demonstration of the Microfluidic CODES technology to detect and size cultured cancer cells distributed over multiple microfluidic channels. As validated by the high-speed microscopy, our technology can accurately analyze dense cell populations all electronically without the need for an external instrument. As such, the Microfluidic CODES can potentially enable low-cost integrated lab-on-a-chip devices that are well suited for the point-of-care testing of biological samples.

We demonstrate a microfluidic platform with an integrated surface electrode network that combines resistive pulse sensing (RPS) with code division multiple access (CDMA), to multiplex detection and sizing of particles in multiple microfluidic channels.

Plataforma microfluídico com multiplexada detecção electrónica do Ordenamento do Rastreamento de Partículas

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

An Ultrasonic Tool for Nerve Conduction Block in Diabetic Rat Models

Nerve conduction block with a high intensity-focused ultrasound (HIFU) transducer has been performed in normal and diabetic animal models recently. HIFU can reversibly block the conduction of peripheral nerves without damaging the nerves while using an appropriate ultrasonic parameter. Temporary and partial block of the action potentials of nerves shows that HIFU has the potential to be a useful clinical treatment for pain relief. This work demonstrates the procedures for suppressing the action potentials of neuropathic nerves in diabetic rats in vivo using an HIFU transducer. The first step is to generate adult male diabetic neuropathic rats by streptozotocin (STZ) injection. The second step is to evaluate the peripheral diabetic neuropathy in STZ-induced diabetic rats by an electronic von Frey probe and a hot plate. The final step is to record in vivo extracellular action potentials of the nerve exposed to HIFU sonication. The method showed here may benefit the study of ultrasound analgesic applications.

This work presents the methodology of applying high intensity-focused ultrasound to block the action potentials of diabetic neuropathic nerves.

Um instrumento ultra-sônico para condução nervosa bloquear em modelos de ratos diabéticos

Nerve conduction block with a high intensity-focused ultrasound (HIFU) transducer has been performed in normal and diabetic animal models recently. HIFU ...

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

In the last decade, microfluidic techniques have been applied to study small animals, including the nematode Caenorhabditis elegans, and have proved useful as a convenient live imaging platform providing capabilities for precise control of experimental conditions in real time. In this article, we demonstrate live imaging of individual worms employing WormSpa, a previously-published custom microfluidic device. In the device, multiple worms are individually confined to separate chambers, allowing multiplexed longitudinal surveillance of various biological processes. To illustrate the capability, we performed proof-of-principle experiments in which worms were infected in the device with pathogenic bacteria, and the dynamics of expression of immune response genes and egg laying were monitored continuously in individual animals. The simple design and operation of this device make it suitable for users with no previous experience with microfluidic-based experiments. We propose that this approach will be useful for many researchers interested in longitudinal observations of biological processes under well-defined conditions.

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

In this article, we demonstrate live imaging of individual worms employing a custom microfluidic device. In the device, multiple worms are individually confined to separate chambers, allowing multiplexed longitudinal surveillance of various biological processes.

Uma plataforma Microfluidic para Imaging Longitudinal em Caenorhabditis elegans

In the last decade, microfluidic techniques have been applied to study small animals, including the nematode Caenorhabditis elegans, and have proved ...

An Ultrahigh-throughput Microfluidic Platform for Single-cell Genome Sequencing

Sequencing technologies have undergone a paradigm shift from bulk to single-cell resolution in response to an evolving understanding of the role of cellular heterogeneity in biological systems. However, single-cell sequencing of large populations has been hampered by limitations in processing genomes for sequencing. In this paper, we describe a method for single-cell genome sequencing (SiC-seq) which uses droplet microfluidics to isolate, amplify, and barcode the genomes of single cells. Cell encapsulation in microgels allows the compartmentalized purification and tagmentation of DNA, while a microfluidic merger efficiently pairs each genome with a unique single-cell oligonucleotide barcode, allowing &gt;50,000 single cells to be sequenced per run. The sequencing data is demultiplexed by barcode, generating groups of reads originating from single cells. As a high-throughput and low-bias method of single-cell sequencing, SiC-seq will enable a broader range of genomic studies targeted at diverse cell populations.

Single-cell sequencing reveals genotypic heterogeneity in biological systems, but current technologies lack the throughput necessary for the deep profiling of community composition and function. Here, we describe a microfluidic workflow for sequencing &gt;50,000 single-cell genomes from diverse cell populations.

Uma plataforma Microfluidic de ultra alta taxa de transferência para o sequenciamento do genoma de célula única

Sequencing technologies have undergone a paradigm shift from bulk to single-cell resolution in response to an evolving understanding of the role of ...