Diese Forschung wurde unterstützt durch die grundlegende Wissenschaft Forschungsprogramm durch die National Research Foundation von Korea (NRF) von Korea, finanziert durch das Ministerium für Bildung (2016R1D1A1B01006801), und teilweise unterstützt von der Soonchunhyang University Research Fund .

Gesundheit und Sicherheit Zwecken, vor der Verwendung Tinte und Reinigungslösung beziehen sich auf die materiellen Sicherheitsdatenblatt (MSDS).
1. Drop-on-Demand-Electrohydrodynamic-Jet-Druck mit Silber-Nanopartikel-Tinte
<ol><li>Füllen Sie die gefilterten Silber-Nanopartikel (Psychopharmakologie) Tinte in die Farbwanne des Drucksystems EHD. Hinweis: Handelsübliche Psychopharmakologie Tinte für Inkjet Zweck einsetzbar. Die Tinte muss eine Viskosität von rund 10 cP und eine Oberflächenspannung von 20 ~ 40 mN/m, Drop-on-Demand jetten zu erhalten.</li>
	<li>Nehmen Sie eine Düse für das DOD EHD Drucken mithilfe einer thermischen Puller vor.<ol>
<li>Stellen Sie ein Glas Kapillare [Innendurchmesser (ID) von 1 mm] in der thermischen Abzieher.</li>
		<li>Legen Sie die Parameter der thermischen Abzieher; beispielsweise die Heizung Temperatur im Bereich von 580-590 ° C und ein Ziehen von rund 18 mm/s Geschwindigkeit. Hinweis: Die Parameter für die thermische Puller sollte das Ziel Düse-ID und den Umgebungsbedingungen variieren.</li>
		<li>Betreiben des thermischen Abziehers mit den eingestellten Parametern, Hitze in der Mitte der Kapillare und ziehen an beiden Enden zu einer Düse mit der ID 5 µm anzuwenden. Hinweis: Bestimmen Sie die Größe der Düse ID anhand der Ziel-Punkt-Größe auf dem Substrat. Als Referenz könnte die Düse ID von 5 µm 5 µm Größe Punkte drucken.</li>
		<li>Passen Sie die Länge der Glas-Düse durch Schneiden der Glas Düse über einem Glasschneider an.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Montieren Sie die Düse der Düsenhalter und Stecker, die mit Tinte Reservoir über Polytetrafluorethylen (PTFE) Schläuche verbunden sind.</li>
	<li>Wenden Sie den Luftdruck, Tinte, die Düsenspitze zu liefern.<ol>
<li>Schalten Sie den Luftdruck Controller und Luft Druck von 15 ~ 20 kPa bis Farbwanne, Tinte, die Düsenspitze zu liefern. Überwachen der Tintenfluss durch das transparente Glas-Düse und Schlauch um sicherzustellen, dass keine Luft in das Rohr und Düse gefangen ist, bei der Versorgung von der Tinte. Halten Druck Luft auf der Farbwanne bis Tinte an der Düsenspitze angezeigt wird. Hinweis: Reduzieren Sie den Druck nicht, bevor die Tinte an der Düsenspitze erscheint, weil die Blase Lufteinschlüsse an der Düsenspitze führen könnten.</li>
		<li>Reduzieren Sie den Druck auf ca. 12 kPa und den extrudierten Meniskus ohne jede Tinte tropft aus der Düsenspitze zu warten. Hinweis: Der richtige Luftdruck hängt von der Düse Größe und Tinte Viskosität. Erhöhen Sie den Luftdruck auf mehr als 30 kPa, übermäßige Luftverdichtung zu vermeiden, die für die Aufrechterhaltung des Meniskus in einem stabilen Zustand unerwünscht ist nicht.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Befestigen Sie den montierten Düsenkopf in das Drucksystem.</li>
	<li>Ein Glassubstrat auf dem Vakuum Futter des Inhabers Substrat und schalten Sie der Vakuumpumpe, das Substrat zu halten ein.</li>
	<li>Verschieben Sie die z-Achse-Phase, um die Pattsituation (H) Entfernung – die Lücke zwischen der Düsenspitze und die Substrat-Position – etwa 100 µm. nutzen die Seitenansicht Bild von der Überwachungskamera erworben, um Stand-off Abstand zu schätzen, mit der Entfernung der Düsenspitze für seine Überlegungen, wie in Abbildung 2dargestellt. Hinweis: Ein kleiner Abstand führt zu einem höheren elektrischen Feld, das Drucken mit einem niedrigeren DC und Puls Spannungen für jetten erleichtert. Jedoch kann ein geringer Abstand zu größeren Tropfen führen. Daher sollte das Ausmaß der Spannungen entsprechend reduziert werden, um die gewünschte Punktgröße zu erhalten. Im Allgemeinen empfiehlt sich die Verwendung einer niedrigeren Spannung kleiner gedruckten Punkte mit weniger Spritzen zu erhalten. Eine sorgfältige Bedienung ist jedoch erforderlich, wenn der Abstand weniger als 50 µm, wegen der höheren Chance Düse Bruchgefahr durch Kollision mit dem Substrat wird. In Anbetracht der Trade-off-Beziehung zwischen sprühvolumen Fähigkeit und Zuverlässigkeit empfehlen wir die Verwendung von einem Abstand von 100 µm.</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig2.jpg"> Abbildung 2: Stand-off Abstand Anpassung mithilfe von Side View Kamera-Bild. Die Düse Bild von einer Seitenansicht Kamera kann verwendet werden, um den Abstand zu schätzen. Der Stand-off Abstand (H) aus der Düsenspitze auf das Substrat kann leicht als die Hälfte der Abstand zwischen der Düsenspitze seinen Schatten geschätzt werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<ol start="8"><li>
Gelten DC und Puls Spannungen Bemerkung: Die DC und Puls Spannungen kann kontrolliert über die Druckersoftware.<ol>
<li>Die DC-Spannung schrittweise bis die Tinte tropft aus der Düsenspitze zu erhöhen. Hinweis: Die Ziel-Spannung nicht gleichzeitig anwenden. Die inkrementelle Spannung sollte weniger als 100 V gleichzeitig sein. Alles in allem eine Gleichspannung von mehr als 600 V nicht anwendbar.</li>
		<li>Reduzieren Sie die DC-Spannung etwas von Anfang DC-Spannung, bis keine weitere Tinte aus der Düse tropft beobachtet wird. Hinweis: Nach der Einstellung der pneumatischen Druck und DC-Spannung sollte der Meniskus in eine geeignete Form für jetten siehe Ergänzende Abbildung S1.</li>
		<li>Stellen Sie eine negativer Impulsspannung mit den Parametern der tsteigen = 0 ~ 100 µs, twohnen = 300 µs und tfallen = 0 µs7 (Abbildung 3) im Software-Menü.</li>
		<li>Gelten Sie die negative Impulsspannung am Substrat Halter. Passen Sie dann das Ausmaß der Impulsspannung, V-Impuls, um einen Tropfen pro Einzelimpuls Spannung zu erzeugen. Hinweis: Das Ausmaß der negativen Impulsspannung, VPuls, sollte kleiner als 600 V sein.</li>
		<li>Passen Sie die Gleichspannungen Hintergrund und Puls um die Zielgröße Tröpfchen auf das Substrat unter Beachtung der jettete Punkte auf das Substrat im Kamerabild Seite Ansicht zu erhalten. Hinweis: Um kleine Punkte mit weniger Spritzen auf dem Substrat zu erzeugen, sollte das Ausmaß der Impulsspannung, VPuls, so gering wie möglich sein.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig3.jpg"> Abbildung 3: Puls Spannung für DOD EHD jetten. Trapezförmigen Wellenform Spannung wird empfohlen, um DOD EHD jetten7zu produzieren. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<ol start="9"><li>
Druckmuster Hinweis: Zwei verschiedene Arten von Muster eignet sich für DOD EHD drucken: bitmap-Bild und (CAD)-Vektorinformationen basieren. Bitmap-Bild hat in DOD-basierte Inkjet-Druck verbreitet worden. Jedoch im Falle der gedruckten Elektronik-Anwendungen hat CAD-basierte Vektorinformationen Vorteile gegenüber DOD-basierte Inkjet-Druck, weil es effizient in Linie-basiertes Drucken mit einem einzigen EHD-Kopf. Zur gleichen Zeit kann ein Bitmap-Bild für das Bitmap-Bild drucken die Vektorinformationen umgewandelt werden.<ol>
<li>
Bitmap-Bild drucken
		<ol>
<li>Laden Sie ein Bitmap-Bild in der Registerkarte "Drucken" die Druckersoftware und wandeln Sie es in ein binäres Bild.</li>
			<li>Legen Sie die Parameter für das binäres Bild drucken. Zum Beispiel Intervall Drop (d.h. der Abstand zwischen 2 aufeinanderfolgenden Pixel) bei 10 µm. Hinweis: Das Bitmap-Bild muss keine Abmessungen. Die Abmessungen des gedruckten Bildes werden auf das Drop-Intervall bezogen werden. Beispielsweise wird das gedruckte Bild größer, wenn eine größere Tropfen Intervall verwendet wird. In herkömmlichen Inkjet-Druck, hat Punkt pro Zoll (DPI) häufig für diesen Zweck verwendet wurden. Allerdings ist darauf hinzuweisen, dass eine kleinere DPI eine größere Tropfen-Intervall bedeutet. Um die Drop-Intervall bestimmen, sollte die gedruckten Punktgröße betrachtet werden. Im Allgemeinen ist das Drop-Intervall für die EHD DOD Druck deutlich kleiner als die der herkömmlichen Inkjet-Druck.</li>
			<li>Drucken mit der ausgewählten Bitmap auf die Zielposition im Substrat beginnen.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Vektor-Druck, basierend auf CAD-Informationen
		<ol>
<li>Laden Sie CAD-Daten für den Druck. Hinweis: Das Dateiformat DXF, die Text-basierte CAD-Informationen ist, kann für die Druckinformationen verwendet werden.</li>
			<li>Legen Sie die Parameter für den Vektor Druck; zum Beispiel Intervall Tropfen auf 3 µm und die sprühvolumen Frequenz 10 Hz. Hinweis: Um die Verbindungslinie Muster drucken, sollten die Tropfen Intervall werden so gewählt, dass benachbart hinterlegt, dass Tropfen leicht überlappen. Zuviel Überlappung kann jedoch eine größere Linienbreite führen. Eine Überlappung von ca. 30 % empfiehlt sich für alle praktischen Linie drucken. Im Falle von Vektor-Druck, die Geschwindigkeit (V) die folgende Gleichung. V = d × f Hier, d = die Drop-Intervall und f = sprühvolumen Frequenz.</li>
			<li>Drucken Sie die geladene Muster auf dem Substrat mit vorher festgelegten Druckparameter wie Drop-Intervall, die Druckgeschwindigkeit, Spannung, usw. Hinweis: Nach dem Drucken, möglicherweise ein Sinterprozess verpflichtet, die gewünschte Leitfähigkeit der gedruckten Muster zu erhalten, die den Rahmen dieses Artikels sprengen würde.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>(2) leitende Gratwanderung Musterung mit Nahfeld-Elektrospinnen
<ol><li>Nahfeld-Elektrospinnen (NFES) Tinte für leitfähige Druck zu machen.<ol>
<li>Mischen Sie Ethanol und deionisiertes Wasser (DI) mit einem Volumenverhältnis von 3 (Ethanol) bis 1 (VE-Wasser), Lösungsmittel 1 vorzubereiten. Zum Beispiel mix 9 ml Ethanol und 3 ml DI Wasser um 12 ml Lösungsmittel 1 zu machen.</li>
		<li>0,3 g Poly (Ethylenoxid) mischen (PEO, Mwt = 400.000) und 9,7 g der vorbereiteten Lösungsmittel 1 zu einer Polymerlösung mit 3 Gew.-% des Menschen durch Rühren, mit einem Magnetrührer für mehr als 6 h bei Raumtemperatur (25 ° C).</li>
		<li>Mix-Ag Nano einfügen Tinte, die eine Viskosität von etwa 11.000 hat cP und die vorbereiteten Polymerlösung mit einem Gewichtsverhältnis von 5 (Ag Nano Paste Tinte) bis 1 (Polymerlösung) mit einem Vortex-Mixer für 10 min die Tinte für NFES. zu erhalten Zum Beispiel 10 g Ag Nano einfügen Tinte und 2 g Polymerlösung können gemischt werden, um die NFES Tinte zu erhalten. Hinweis: In diesem Protokoll ist das Verhältnis der Ausgangsmaterialien in der Regel wichtiger als die genaue Höhe der Materialien. Handelsübliche Ag Nano einfügen Tinte zum Bildschirm ausdrucken, die Ag Feststoffgehalt von etwa 85,5 Gew.-% hat, kann für diesen Zweck verwendet werden. Beachten Sie, dass die Auswahl des Lösungsmittels und das Polymer unterscheiden kann aufgrund der Zusammensetzung der Tinte, die verwendet wird.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Füllen Sie die vorbereitete NFES Tinte in die Spritze.</li>
	<li>Schließen Sie die Spritze mit einer Düse über das Verbindungsrohr. Hinweis: Für die Düse kann eine handelsübliche Spritzennadel mit der ID 100 µm verwendet werden.</li>
	<li>Liefern Sie die Tinte an der Düse durch die Spritze manuell drücken.</li>
	<li>Installieren Sie die Spritze in die Spritze-Motor, der an das System angeschlossen ist.</li>
	<li>Ein Substrat auf dem Vakuum-Spannfutter und schalten Sie der Vakuumpumpe, das Substrat während des Druckvorgangs zu halten ein.</li>
	<li>Steuern Sie die Z-Position (Bühne) Stand-off Abstand anpassen. Hinweis: Der empfohlene Abstand ca. 2 mm sollte eine deutlich kleinere Stand-off Abstand im Vergleich zu einem mit herkömmlichen Elektrospinnen verwendet wird.</li>
	<li>
Einstellen der Durchflussmenge
	<ol>
<li>Die Spritzenpumpe zu füllen die NFES Tinte in die Düse Montage und generieren eine Tintenfluss mit einer anfänglichen Durchflussmenge von 50 µL/min, das ist höher als der Ziel-Durchfluss zu betreiben.</li>
		<li>Legen Sie einen Ziel-Durchfluss von 1 µL/min strömt die Tinte aus der Düsenspitze. Hinweis: Ein kleiner Volumenstrom kann in kleinere Muster Breite führen. Allerdings könnte es Linie Bruch führen. Die Trade-off zwischen der Linienbreite und die Fortsetzung der Linie sollte betrachtet werden, wenn die Ziel-Durchflussmenge bestimmt wird.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Spannung anlegen
	<ol>
<li>Schließen Sie die DC-Spannungsquelle an der Düse-Stecker an und verbinden Sie die Boden-Spannung mit der Substrat-Inhaber.</li>
		<li>Erhöhen Sie die DC-Spannung allmählich auf 1,5 kV. Hinweis: Da die Stand-off Abstand im Bereich von wenigen Millimetern ist, die DC-Spannung gesteigert werden bis zu 2 kV, die höher ist, dass der DOD EHD-Druck Jet. Jedoch eine Gleichspannung größer als 2 kV sollte vermieden werden, da es das funktionelle Material beschädigen könnten, vor allem Ag paste Tinte, hinzu kommt die Polymerlösung. Im Allgemeinen empfiehlt sich eine niedrigere Gleichspannung, wenn eine dünner gedruckten Zeile erforderlich ist. Jedoch konnte der gedruckten Linien leicht getrennt werden, wenn eine niedrige Spannung verwendet wird, weil die Zugkraft für kontinuierliche Tinte drucken mit der DC-Spannung verbunden ist. Betrachtet man die vor-und Nachteile, empfehlen wir die Verwendung von eine Gleichspannung von 1 kV bis 2 kV.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Starten Sie den Leerlauf Druck mit einer Druckgeschwindigkeit von 300 mm/s für mehr als 10 min, eine stationäre Strömung zu erhalten. Passen Sie die Druckparameter wie die DC Spannung und Strom beim Leerlauf ausdrucken, das gewünschte Druckergebnis zu erhalten. Hinweis: Im Leerlauf Druck von mehr als 10 min ist erforderlich, um eine stationäre Strömung zu erhalten, weil die zähflüssige Tinte in den langen Schlauch während der Tinte Lieferung an der Düsenspitze komprimiert werden kann. Ohne Leerlauf drucken, kann die gedruckte Linienbreite mit der Zeit ändern. Die Leerlaufdrehzahl Druck somit sollte dasselbe wie die tatsächliche Druckgeschwindigkeit damit die sprühvolumen Parameter während des Druckvorgangs angepasst werden können. Auf diese Weise wird die DC-Spannung beim Leerlauf ausdrucken, die Breite der Ziel-Linie zu erhalten angepasst. Beachten Sie, dass die Durchflussmenge und Gleichspannung ausgeglichen sein sollte, so dass die Menge der Tinte, die durch die Spritzenpumpe geschoben entspricht der Menge der Tinte, die durch das elektrische Feld nach unten gezogen werden kann.</li>
	<li>Wählen Sie die Druck-Muster, wie eine kontinuierliche Linie und Grid-Muster. Hinweis: Da die hergestellte Faser leicht abgelenkt werden kann und nach dem Zufallsprinzip wegen der Ladung Abstoßung Kraft erzeugt durch die gedruckten Linien hinterlegt werden kann, die Druckgeschwindigkeit sollte größer sein als 300 mm/s, das Muster mit den Druck Richtungen auszurichten und die Abstand zwischen den gedruckten Zeilen wird empfohlen, mehr als 100 µm werden um den gürten oder Linie Muster drucken.</li>
	<li>Drucken Sie das gewählte Muster auf dem Substrat mit vorher festgelegten Druckparameter. Hinweis: Ein Sintern müssen erhalten die Ziel-Funktionalitäten der gedruckten Muster, die den Rahmen dieses Artikels sprengen würde.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Onses, M. S., Sutanto, E., Ferreira, P. M., Alleyne, A. G., Rogers, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms,+Capabilities,+and+Applications+of+High-Resolution+Electrohydrodynamic+Jet+Printing.">Mechanisms, Capabilities, and Applications of High-Resolution Electrohydrodynamic Jet Printing.</a> Small. 11 (34), 4237-4266 (2015).</li><li>Jaworek, A., Krupa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Classification+of+the+modes+of+EHD+spraying.">Classification of the modes of EHD spraying.</a> Journal of Aerosol Science. 30 (93), 873-893 (1999).</li><li>Lee, A., Jin, H., Dang, H. W., Choi, K. H., Ahn, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+experimental+parameters+to+determine+the+jetting+regimes+in+electrohydrodynamic+printing.">Optimization of experimental parameters to determine the jetting regimes in electrohydrodynamic printing.</a> Langmuir. 29 (44), 13630-13639 (2013).</li><li>Sun, D., Chang, C., Li, S., Lin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-field+electrospinning.">Near-field electrospinning.</a> Nano Letters. 6 (4), 839-842 (2006).</li><li>Pan, C. -. T., Tsai, K. -. C., Wang, S. -. Y., Yen, C. -. K., Lin, Y. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-Area+Piezoelectric+PVDF+Fibers+Fabricated+by+Near-Field+Electrospinning+with+Multi-Spinneret+Structures.">Large-Area Piezoelectric PVDF Fibers Fabricated by Near-Field Electrospinning with Multi-Spinneret Structures.</a> Micromachines. 8 (4), (2017).</li><li>Mishra, S., Barton, K. L., Alleyne, A. G., Ferreira, P. M., Rogers, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+and+drop-on-demand+printing+with+a+pulsed+electrohydrodynamic+jet.">High-speed and drop-on-demand printing with a pulsed electrohydrodynamic jet.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (9), (2010).</li><li>Kwon, K. S., Lee, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+pulse+voltage+shape+effects+on+electrohydrodynamic+jets+using+a+vision+measurement+technique.">Investigation of pulse voltage shape effects on electrohydrodynamic jets using a vision measurement technique.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (6), (2013).</li><li>Chen, C. H., Saville, D. A., Aksay, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+laws+for+pulsed+electrohydrodynamic+drop+formation.">Scaling laws for pulsed electrohydrodynamic drop formation.</a> Applied Physics Letters. 89, (2006).</li><li>Sung, K., Lee, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+influencing+liquid+breakup+in+electrohydrodynamic+atomization.">Factors influencing liquid breakup in electrohydrodynamic atomization.</a> Journal of Applied Physics. 96 (7), 3956-3961 (2004).</li><li>Kim, J. H., Oh, H. C., Kim, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamic+drop-on-demand+patterning+in+pulsed+cone-jet+mode+at+various+frequencies.">Electrohydrodynamic drop-on-demand patterning in pulsed cone-jet mode at various frequencies.</a> Journal of Aerosol Science. 39 (9), 819-825 (2007).</li><li>Phung, T. H., Kim, S., Kwon, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high+speed+electrohydrodynamic+(EHD)+jet+printing+method+for+line+printing.">A high speed electrohydrodynamic (EHD) jet printing method for line printing.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 27, (2017).</li><li>Teo, W. E., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+electrospinning+design+and+nano+fiber+assemblies.">A review on electrospinning design and nano fiber assemblies.</a> Nanotechnology. 17, R89-R106 (2006).</li><li>Tang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+relective+nanofiber+films+based+on+electrospinning+and+their+application+on+color+uniformity+and+luminous+efficacy.">Highly relective nanofiber films based on electrospinning and their application on color uniformity and luminous efficacy.</a> Optics Express. 25, 20598-20611 (2017).</li><li>Huebner, G., Zapka, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparing+inkjet+with+other+printing+processes+and+mainly+screen+printing.">Comparing inkjet with other printing processes and mainly screen printing.</a> Handbook of Industrial Inkjet Printing - A Full System Approach. 1, 7-22 (2018).</li><li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+protein+fibers+as+matrices+for+tissue+engineering.">Electrospun protein fibers as matrices for tissue engineering.</a> Biomaterials. 26, 5999-6008 (2005).</li><li>Bhardwaj, N., Kundu, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospinning:+A+fascinating+fiber+fabrication+technique.">Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique.</a> Biotechnology Advances. 28, 325-347 (2010).</li><li>He, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-Field+Electrospinning:+Progress+and+Applications.">Near-Field Electrospinning: Progress and Applications.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 121, 8663-8678 (2017).</li><li>Yang, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+fabrication+of+silver+nanowires+embedded+in+PVP+fibers+by+near-field+electrospinning+process.">Synthesis and fabrication of silver nanowires embedded in PVP fibers by near-field electrospinning process.</a> Optical Materials. 39, 118-124 (2015).</li><li>Chang, C., Limkrailassiri, K., Lin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+near-field+electrospinning+for+large+area+deposition+of+orderly+nanofiber+patterns.">Continuous near-field electrospinning for large area deposition of orderly nanofiber patterns.</a> Applied Physics Letters. 93 (12), (2008).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

In diesem Protokoll, wir konzentrieren uns auf feine Muster mit zwei Modi Psychopharmakologie Tinte drucken: DOD EHD Druck- und NFES. Die EHD-Jet Drucken Anwendung ist jedoch nicht beschränkt auf die Verwendung von Psychopharmakologie leitlack. Hier besprechen wir die allgemeinen Leitlinien für die Auswahl der Tinte, die Systemkonfiguration und andere Druckparameter EHD-Jet Drucken für verschiedene feine Muster Anwendungen verwenden musste.
Die erste und wichtigste Schritt für den Druck de...

EHD Jet Druck hat in verschiedenen Bereichen, wie gedruckte Elektronik, Biotechnologie und erweiterte Materialanwendungen verbreitet denn es ist in der Lage, hochauflösende und Low-Cost direkte Musterung1. Die gedruckten Linienbreite oder gedruckten Punktgröße konnte bis 1 µm ist deutlich kleiner als die der konventionellen Piezo-basierte Inkjet drucken1reduziert werden.
In EHD-Druck, ein kleiner Teil der Tinte (oder Meniskus) verdrängt die Düsenspitze und gepflegt durch die Kontrolle der Flow Rate1,2,3,4,5 oder positiver Luftdruck1 ,6,7. Die extrudierte Meniskus ist geladen und kann problemlos gezogen werden aus der Düsenspitze auf das Substrat durch ein elektrisches Feld, wie in Abbildung 1dargestellt. Konische Meniskus bildet sich während der jetten, produzieren einen Tinte Stream viel dünner als die Größe der Düse.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig1.jpg"> Abbildung 1: EHD Druck. Die Abbildung zeigt das Prinzip der EHD Jet Druck. Tinte wird per Druck geschoben und gezogen durch ein elektrisches Feld um eine extrudierte Meniskus aus der Düse zu bilden. Dann kann die geladene Tinte leicht Substrat über einen DC oder Impulsspannung ausgestoßen werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Obwohl ein EHD Drucker für zwei verschiedene Modi, Nahfeld-Elektrospinnen (NFES) und Drop-on-Demand (DOD) EHD Jet Druck verwendet werden kann, unterscheiden die Realisierung Methoden stark voneinander Tinte, fluidische System und treibende Spannung1 , 2 , 3. NFES4,5 verwendet beispielsweise eine relativ hohe zähflüssige Tinte [mehr als 1.000 Centipoise (cP)], kontinuierliche Mikro-Linienmuster mit High-Speed-Druck bis zu 1 m/s zu bilden. Auf der anderen Seite DOD EHD Jet Druck6,7,8 Verwendungen niederviskosen Tinte mit einer Viskosität von etwa 10 cP Dot-basierte komplexe Muster mit einem niedrigen Druck drucken weniger als 10 mm/s Geschwindigkeit.
Da die Voraussetzung für jeden Modus deutlich unterschiedlich ist, kann es schwierig für unerfahrene Forscher, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen sein. Die empirische "Know-how" könnte in der Praxis wichtig sein. Um Forscher daran gewöhnen zu helfen präsentieren wir das Druckverfahren EHD Protokolle für feine leitfähige Musterung mit Ag Nanopartikel Tinte drucken. Jedoch haben wir Kommentare zu den Protokollen hinzugefügt, so dass sie nicht auf eine leitfähige Musterung mit Ag Nanopartikel Tinte begrenzt sind. Schließlich werden Druck und Verarbeitung Richtlinien im Abschnitt Diskussion dargestellt.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="696">
	<tbody>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:216px;">EHD integrated printing system</td>
			<td style="width:195px;">Psolution Ltd., South Korea</td>
			<td style="width:119px;">PS300</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Harima Ag Nanoparticle ink</td>
			<td style="width:195px;">Harima Inc., Japan</td>
			<td style="width:119px;">Harima NPS-JL</td>
			<td>Ag solid content: ~ 53 wt%, Viscosity: ~10 cP, Surface tension: ~30 mN/m</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Glass capillary</td>
			<td style="width:195px;">Narishige Scientific Instrument Lab</td>
			<td style="width:119px;">G-1</td>
			<td>Inner diameter: 1 mm; Used to make nozzle for DOD EHD jet printing using thermal puller</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Nozzle thermal puller</td>
			<td style="width:195px;">Sutter Instrument, USA</td>
			<td style="width:119px;">Sutter P-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Microscope Slides (Glass subtrate)</td>
			<td style="width:195px;">Paul-Marienfeld &#38; Co.KG, Germany</td>
			<td style="width:119px;">10 006 12</td>
			<td>Dimension (L x W x T): 76 mm x 26 mm x 1 mm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Magnetic Stirrer</td>
			<td style="width:195px;">Barnstead Thermolyne Corp., USA</td>
			<td style="width:119px;">Cimarec SP131635</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Vortex Stirrer</td>
			<td style="width:195px;">Jeiotech, South Korea</td>
			<td style="width:119px;">Lab Companion VM-96T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ag nanopaste&#160;</td>
			<td style="width:195px;">NPK, South Korea</td>
			<td style="width:119px;">ES-R001</td>
			<td>Ag solid content: ~85.5 wt%, Viscosity: ~11000 cP</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Poly ethylene oxide (PEO)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich, USA</td>
			<td>372773-500G</td>
			<td>Mw = 400000</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ethanol</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich, USA</td>
			<td>459836-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-resolution patterning using two modes of electrohydrodynamic jet: drop on demand and near-field electrospinning

Electrohydrodynamic (EHD) Jet Druck hat in verschiedenen Bereichen hingewiesen, weil es als ein Werkzeug mit hoher Auflösung und Low-Cost direkte Strukturierung verwendet werden kann. EHD Drucken verwendet fluidische Lieferant, um den extrudierten Meniskus durch schieben die Tinte aus der Düsenspitze zu halten. Das elektrische Feld dient dann den Meniskus bis auf das Substrat hochauflösende Muster produzieren zu ziehen. Zwei Modi der EHD Druck werden seit feine Musterung: kontinuierliche Nahfeld-Elektrospinnen (NFES) und Punkt-basiertes Drop-on-Demand (DOD) EHD drucken. Je nach den Druckmodi werden die Anforderungen an die Druckerei Ausrüstung und Tinte Viskosität unterscheiden. Obwohl zwei verschiedene Modi mit einem einzigen EHD-Drucker implementiert werden können, die Realisierung Methoden unterscheiden sich erheblich in Bezug auf Tinte, fluidische System und fahrspannung. Folglich, ohne ein korrektes Verständnis der sprühvolumen Anforderungen und Einschränkungen ist es schwierig, die gewünschten Ergebnisse erzielen. Dieses Papier soll eine Leitlinie zu präsentieren, damit unerfahrene Forscher die Versuch und Irrtum Bemühungen um die EHD-Jet für ihre spezifischen Forschungs- und Entwicklungszwecke verwenden verringern können. Um die feine Musterung Umsetzung zu demonstrieren, verwenden wir Ag Nanopartikel Tinte für die leitfähigen Musterung in das Protokoll. Darüber hinaus präsentieren wir auch die generalisierten Drucken Richtlinien, die für andere Arten von Tinte für verschiedene feine Musterung Anwendungen verwendet werden können.

Dot-basierten Drop-on-Demand-Druck: DOD Druck basiert auf einen Tropfen pro sprühvolumen Trigger jetten. DOD jetten, niedrigviskose Tinte mit einer Viskosität von ca. 10 produzieren sollte cP verwendet werden. Die Tinte Voraussetzung für EHD DOD Druck ist ähnlich wie die konventionellen DOD-Inkjet, wie die EHD-Druckverfahren mit derjenigen der konventionellen DOD-Inkjet. Bei herkömmlichen Inkjet-Druck, hat die Raster-Drucktechnik weit verbreitet wurde, weil es fü...

Watch this Scientific Journal Video about High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning at JoVE.com

High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning

Hochauflösende Musterung mit zwei Modi der Electrohydrodynamic Jet: Drop-on-Demand und Nahfeld-Elektrospinnen

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um hochauflösende leitfähige Muster mit Electrohydrodynamic (EHD) Jet Druck zu produzieren. Das Protokoll enthält zwei Modi der EHD Jet Druck: die kontinuierliche Nahfeld-Elektrospinnen (NFES) und die Dot-basiertes Drop-on-Demand (DOD) EHD drucken.

Electrohydrodynamic (EHD) jet printing has drawn attention in various fields because it can be used as a high-resolution and low-cost direct patterning ...

high-resolution-patterning-using-two-modes-electrohydrodynamic-jet

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.6K Aufrufe.  Soonchunhyang University. Hier präsentieren wir ein Protokoll, um hochauflösende leitfähige Muster mit Electrohydrodynamic (EHD) Jet Druck zu produzieren. Das Protokoll enthält zwei Modi der EHD Jet Druck: die kontinuierliche Nahfeld-Elektrospinnen (NFES) und die Dot-basiertes Drop-on-Demand (DOD) EHD drucken.

Serie: High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution. Traditionally, multiple experiments are run in parallel, with individual samples removed from the study at sequential time points for evaluation by light microscopy. Several intravital techniques have been developed, with confocal, multiphoton, and second harmonic microscopy all demonstrating their ability to be used for imaging in situ 1. With these systems, however, the required infrastructure is complex and expensive, involving scanning laser systems and complex light sources. Here we present a protocol for the design and assembly of a high-resolution microendoscope which can be built in a day using off-the-shelf components for under US$5,000. The platform offers flexibility in terms of image resolution, field-of-view, and operating wavelength, and we describe how these parameters can be easily modified to meet the specific needs of the end user.
We and others have explored the use of the high-resolution microendoscope (HRME) in in vitro cell culture 2-5, in excised 6 and living animal tissues 2,5, and in human tissues in vivo 2,7. Users have reported the use of several different fluorescent contrast agents, including proflavine 2-4, benzoporphyrin-derivative monoacid ring A (BPD-MA) 5, and fluoroscein 6,7, all of which have received full, or investigational approval from the FDA for use in human subjects. High-resolution microendoscopy, in the form described here, may appeal to a wide range of researchers working in the basic and clinical sciences. The technique offers an effective and economical approach which complements traditional benchtop microscopy, by enabling the user to perform high-resolution, longitudinal imaging in situ.

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

In many biological and clinical situations it is advantageous to study cellular processes as they evolve in their native microenvironment. Here we describe the assembly and use of a low-cost fiber-optic microscope which can provide real time imaging in cell culture, animal studies, and clinical patient studies.

Hochauflösende LWL-Mikroendoskopiesysteme für In situ Cellular Imaging

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution.  ...

Forschung

Biotechnik

Electrospinning Fundamentals: Optimizing Solution and Apparatus Parameters

Electrospun nanofiber scaffolds have been shown to accelerate the maturation, improve the growth, and direct the migration of cells in vitro. Electrospinning is a process in which a charged polymer jet is collected on a grounded collector; a rapidly rotating collector results in aligned nanofibers while stationary collectors result in randomly oriented fiber mats. The polymer jet is formed when an applied electrostatic charge overcomes the surface tension of the solution. There is a minimum concentration for a given polymer, termed the critical entanglement concentration, below which a stable jet cannot be achieved and no nanofibers will form - although nanoparticles may be achieved (electrospray). A stable jet has two domains, a streaming segment and a whipping segment. While the whipping jet is usually invisible to the naked eye, the streaming segment is often visible under appropriate lighting conditions. Observing the length, thickness, consistency and movement of the stream is useful to predict the alignment and morphology of the nanofibers being formed. A short, non-uniform, inconsistent, and/or oscillating stream is indicative of a variety of problems, including poor fiber alignment, beading, splattering, and curlicue or wavy patterns. The stream can be optimized by adjusting the composition of the solution and the configuration of the electrospinning apparatus, thus optimizing the alignment and morphology of the fibers being produced. In this protocol, we present a procedure for setting up a basic electrospinning apparatus, empirically approximating the critical entanglement concentration of a polymer solution and optimizing the electrospinning process. In addition, we discuss some common problems and troubleshooting techniques.

Electrospinning techniques can create a variety of nanofibrous scaffolds for tissue engineering or other applications. We describe here a procedure to optimize the parameters of the electrospinning solution and apparatus to obtain fibers with the desired morphology and alignment. Common problems and troubleshooting techniques are also presented.

Elektrospinnen Grundlagen: Optimierung Solution und Geräteparameter

Electrospun nanofiber scaffolds have been shown to accelerate the maturation, improve the growth, and direct the migration of cells in vitro. ...

Visualization of Cortex Organization and Dynamics in Microorganisms, using Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy

TIRF microscopy has emerged as a powerful imaging technology to study spatio-temporal dynamics of fluorescent molecules in vitro and in living cells1. The optical phenomenon of total internal reflection occurs when light passes from a medium with high refractive index into a medium with low refractive index at an angle larger than a characteristic critical angle (i.e. closer to being parallel with the boundary). Although all light is reflected back under such conditions, an evanescent wave is created that propagates across and along the boundary, which decays exponentially with distance, and only penetrates sample areas that are 100-200 nm near the interface2. In addition to providing superior axial resolution, the reduced excitation of out of focus fluorophores creates a very high signal to noise ratios and minimizes damaging effects of photobleaching2,3. Being a widefield technique, TIRF also allows faster image acquisition than most scanning based confocal setups.
At first glance, the low penetration depth of TIRF seems to be incompatible with imaging of bacterial and fungal cells, which are often surrounded by thick cell walls. On the contrary, we have found that the cell walls of yeast and bacterial cells actually improve the usability of TIRF and increase the range of observable structures4-8. Many cellular processes can therefore be directly accessed by TIRF in small, single-cell microorganisms, which often offer powerful genetic manipulation techniques. This allows us to perform in vivo biochemistry experiments, where kinetics of protein interactions and activities can be directly assessed in living cells.
We describe here the individual steps required to obtain high quality TIRF images for Saccharomyces cerevisiae or Bacillus subtilis cells. We point out various problems that can affect TIRF visualization of fluorescent probes in cells and illustrate the procedure with several application examples. Finally, we demonstrate how TIRF images can be further improved using established image restoration techniques.

Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) microscopy is a powerful approach to observe structures close to the cell surface at high contrast and temporal resolution. We demonstrate how TIRF can be employed to study protein dynamics at the cortex of cell wall-enclosed bacterial and fungal cells.

Visualisierung von Cortex Organisation und Dynamik in Mikroorganismen, mit Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy

TIRF microscopy has emerged as  a powerful imaging technology to study spatio-temporal dynamics of fluorescent molecules  in vitro and in living cells1. ...

Cell Co-culture Patterning Using Aqueous Two-phase Systems

Cell patterning technologies that are fast, easy to use and affordable will be required for the future development of high throughput cell assays, platforms for studying cell-cell interactions and tissue engineered systems. This detailed protocol describes a method for generating co-cultures of cells using biocompatible solutions of dextran (DEX) and polyethylene glycol (PEG) that phase-separate when combined above threshold concentrations. Cells can be patterned in a variety of configurations using this method. Cell exclusion patterning can be performed by printing droplets of DEX on a substrate and covering them with a solution of PEG containing cells. The interfacial tension formed between the two polymer solutions causes cells to fall around the outside of the DEX droplet and form a circular clearing that can be used for migration assays. Cell islands can be patterned by dispensing a cell-rich DEX phase into a PEG solution or by covering the DEX droplet with a solution of PEG. Co-cultures can be formed directly by combining cell exclusion with DEX island patterning. These methods are compatible with a variety of liquid handling approaches, including manual micropipetting, and can be used with virtually any adherent cell type.

Aqueous two-phase systems were used to simultaneously pattern multiple populations of cells. This fast and easy method for cell patterning takes advantage of the phase separation of aqueous solutions of dextran and polyethylene glycol and the interfacial tension that exists between the two polymer solutions.

Zelle Co-Kultur Strukturierung mit wässrigen Zwei-Phasen-Systeme

Cell patterning  technologies that are fast, easy to use and affordable will be required for the  future development of high throughput cell assays, ...

Permeabilization of Adhered Cells Using an Inert Gas Jet

Various cell transfection techniques exist and these can be broken down to three broad categories: viral, chemical and mechanical. This protocol describes a mechanical method to temporally permeabilize adherent cells using an inert gas jet that can facilitate the transfer of normally non-permeable macromolecules into cells. We believe this technique works by imparting shear forces on the plasma membrane of adherent cells, resulting in the temporary formation of micropores. Once these pores are created, the cells are then permeable to genetic material and other biomolecules. The mechanical forces involved do run the risk of permanently damaging or detaching cells from their substrate. There is, therefore, a narrow range of inert gas dynamics where the technique is effective. An inert gas jet has proven efficient at permeabilizing various adherent cell lines including HeLa, HEK293 and human abdominal aortic endothelial cells. This protocol is appropriate for the permeabilization of adherent cells both in vitro and, as we have demonstrated, in vivo, showing it may be used for research and potentially in future clinical applications. It also has the advantage of permeabilizing cells in a spatially restrictive manner, which could prove to be a valuable research tool.

This protocol describes a method for the temporary permeabilization of adherent cells using an inert gas jet. This technique facilitates the transfer of genetic material and biomolecules into adherent mammalian cells by the utilization of mechanical forces to disrupt the plasma membrane.

Permeabilisierung der anhaftenden Zellen mit einem Inertgas Jet

Various cell transfection techniques exist and these can be broken down to three broad categories: viral, chemical and mechanical. This protocol describes ...

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain central aspects of cellular physiology. To easily combine cell patterning with Multi-Electrode Arrays (MEAs) and silicon-based &#8216;lab on a chip&#8217; technologies, a microfabrication-compatible protocol is required. We describe a method that utilizes deposition of the polymer parylene-C on SiO2&#160;wafers. Photolithography enables accurate and reliable patterning of parylene-C at micron-level resolution. Subsequent activation by immersion in fetal bovine serum (or another specific activation solution) results in a substrate in which cultured cells adhere to, or are repulsed by, parylene or SiO2 regions respectively. This technique has allowed patterning of a broad range of cell types (including primary murine hippocampal cells, HEK 293 cell line, human neuron-like teratocarcinoma cell line, primary murine cerebellar granule cells, and primary human glioma-derived stem-like cells). Interestingly, however, the platform is not universal; reflecting the importance of cell-specific adhesion molecules. This cell patterning process is cost effective, reliable, and importantly can be incorporated into standard microfabrication (chip manufacturing) protocols, paving the way for integration of microelectronic technology.

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

This protocol describes a microfabrication-compatible method for cell patterning on SiO2. A predefined parylene-C design is photolithographically printed on SiO2 wafers. Following incubation with serum (or other activation solution) cells adhere specifically to (and grow according to the conformity of) underlying parylene-C, whilst being repulsed by SiO2 regions.

Musterbildung auf Photolithographische Definierte Parylene-C: SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Substrate

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain ...

Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol adhesive through a metal stencil, the overall amount of adhesive used in assembling paper microfluidic devices can be significantly reduced. We show on a simple 4-layer planar paper microfluidic device that the optimal adhesive application technique and device construction style depends heavily on desired performance characteristics. By moderately increasing the overall area of a device, it is possible to dramatically decrease the wicking time and increase device success rates while also reducing the amount of adhesive required to keep the device together. Such adhesive application also causes the adhesive to form semi-permanent bonds instead of permanent bonds between paper layers, enabling single-use devices to be non-destructively disassembled after use. Nonplanar 3D origami devices also benefit from the semi-permanent bonds during folding, as it reduces the likelihood that unrelated faces may accidently stick together. Like planar devices, nonplanar structures see reduced wicking times with patterned adhesive application vs uniformly applied adhesive.

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct 3D paper microfluidic devices. This method of adhesive application forms semi-permanent bonds between layers, enabling single-use devices to be non-destructively disassembled after use and to ease folding complex nonplanar structures.

Mit Adhesive Patterning 3D Paper Mikrofluidik-Vorrichtungen bauen

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol ...

Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), their ultimate clinical use has been hampered by the lack of biologically-relevant degradation observed for most smart materials. This is particularly true for temperature-responsive hydrogels, which are almost uniformly based on polymers that are functionally non-degradable (e.g., poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) or poly(oligoethylene glycol methacrylate) (POEGMA)). As such, to effectively translate the potential of thermoresponsive hydrogels to the challenges of remote-controlled or metabolism-regulated drug delivery, cell scaffolds with tunable cell-material interactions, theranostic materials with the potential for both imaging and drug delivery, and other such applications, a method is required to render the hydrogels (if not fully degradable) at least capable of renal clearance following the required lifetime of the material. To that end, this protocol describes the preparation of hydrolytically-degradable hydrazone-crosslinked hydrogels on multiple length scales based on the reaction between hydrazide and aldehyde-functionalized PNIPAM or POEGMA oligomers with molecular weights below the renal filtration limit. Specifically, methods to fabricate degradable thermoresponsive bulk hydrogels (using a double barrel syringe technique), hydrogel particles (on both the microscale through the use of a microfluidics platform facilitating simultaneous mixing and emulsification of the precursor polymers and the nanoscale through the use of a thermally-driven self-assembly and cross-linking method), and hydrogel nanofibers (using a reactive electrospinning strategy) are described. In each case, hydrogels with temperature-responsive properties similar to those achieved via conventional free radical cross-linking processes can be achieved, but the hydrazone cross-linked network can be degraded over time to re-form the oligomeric precursor polymers and enable clearance. As such, we anticipate these methods (which may be generically applied to any synthetic water-soluble polymer, not just smart materials) will enable easier translation of synthetic smart materials to clinical applications.

Protocols are described for the fabrication of degradable thermoresponsive hydrogels based on hydrazone cross-linking of polymeric oligomers on the bulk scale, microscale, and nanoscale, the latter for preparation of both gel nanoparticles and nanofibers.

Herstellung von abbaubaren Thermoresponsive Hydrogele auf mehreren Längenskalen über reaktive Extrusion, Mikrofluidik, Selbstmontage und Elektrospinnen

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), ...

Patterning Bioactive Proteins or Peptides on Hydrogel Using Photochemistry for Biological Applications

There are many biological stimuli that can influence cell behavior and stem cell differentiation. General cell culture approaches rely on soluble factors within the medium to control cell behavior. However, soluble additions cannot mimic certain signaling motifs, such as matrix-bound growth factors, cell-cell signaling, and spatial biochemical cues, which are common influences on cells. Furthermore, biophysical properties of the matrix, such as substrate stiffness, play important roles in cell fate, which is not easily manipulated using conventional cell culturing practices. In this method, we describe a straightforward protocol to provide patterned bioactive proteins on synthetic polyethylene glycol (PEG) hydrogels using photochemistry. This platform allows for the independent control of substrate stiffness and spatial biochemical cues. These hydrogels can achieve a large range of physiologically relevant stiffness values. Additionally, the surfaces of these hydrogels can be photopatterned with bioactive peptides or proteins via thiol-ene click chemistry reactions. These methods have been optimized to retain protein function after surface immobilization. This is a versatile protocol that can be applied to any protein or peptide of interest to create a variety of patterns. Finally, cells seeded onto the surfaces of these bioactive hydrogels can be monitored over time as they respond to spatially specific signals.

In this method, we use photopolymerization and click chemistry techniques to create protein or peptide patterns on the surface of polyethylene glycol (PEG) hydrogels, providing immobilized bioactive signals for the study of cellular responses in vitro.

Musterung bioaktive Proteine oder Peptide auf Hydrogel mit Photochemie für biologische Anwendungen

There are many biological stimuli that can influence cell behavior and stem cell differentiation. General cell culture approaches rely on soluble factors ...

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy (DHM)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in medical diagnostics, and for life detection by robotic missions to other planets and moons of the solar system. Currently, sparse bacterial samples are counted by culture plating or epifluorescence microscopy. Culture plates require long incubation times (days to weeks), and epifluorescence microscopy requires extensive staining and concentration of the sample. Here, we demonstrate how to use off-axis digital holographic microscopy (DHM) to enumerate bacteria in very dilute cultures (100-104 cells/mL). First, the construction of the custom DHM is discussed, along with detailed instructions on building a low-cost instrument. The principles of holography are discussed, and a statistical model is used to estimate how long videos should be to detect cells, based on the optical performance characteristics of the instrument and the concentration of the bacterial solution (Table 2). Video detection of cells at 105, 104, 103, and 100 cells/mL is demonstrated in real time using un-reconstructed holograms. Reconstruction of amplitude and phase images is demonstrated using an open-source software package.

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy DHM

Digital holographic microscopy (DHM) is a volumetric technique that allows imaging samples 50-100X thicker than brightfield microscopy at comparable resolution, with focusing performed post-processing. Here DHM is used for identifying, counting, and tracking microorganisms at very low densities and compared with optical density measurements, plate count, and direct count.

Quantifizierung von Mikroorganismen in geringen Konzentrationen mit Hilfe digitalen holographischen Mikroskopie (DHM)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in ...