עבודה זו נתמכה על ידי המחלקה להנדסה ביוטכנולוגיה והמדעים טיפוליים בקליפורניה בסן פרנסיסקו, קליפורניה המכון לכמותית Biosciences (QB3), ופרס גאפ גישור מקרן רוג&#39;רס המשפחה.

1. מימדי עיצוב מכשיר וטופולוגיות בהתבסס על ניסיוני צרכי השימוש בתכנון בעזרת מחשב (CAD) תוכנה הערה: קטרי ערוץ תחליב בחרו קטנים יותר מאלה של הטיפות כדוריות. זה מאלץ את הטיפות לתוך גלילי או צורה &quot;נקניק&quot; ומאפשר לpicoinjection יעיל יותר. למטרות שלנו, עיצבנו 30 x 30 מיקרומטר ערוצים לטיפין שהיו 50 מיקרומטר קוטר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אתר מודל picoinjection (ים) אחרי אלה שתוארו על ידי אבטה et al. 3 עם החריג שהערוצים לאלקטרודות המתכת מוסרים, כפי שהם מיותרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת ערוצים לשמש כחפיר פאראדיי (איור 1) הפועלים בין אתר picoinjection (ים) והתחליב נגד הזרם כזה שהם להגן על הטיפות מהשדה החשמלי. שים לב: זה מונע מיזוג בלתי צפויה. </li></ol> 2. התקנים לפברק באמצעות רך Photolithטכניקות ographic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליצור מסכת photolithography שקיפות מבוססת על קובץ CAD באמצעות שירותים מסחריים קיימים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם photomask, לרפא photoresist על פרוסות סיליקון לייצר אדון מכשיר, כפי שתואר לעיל 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים PDMS מעורבב עם סוכן ריפוי (11:1 יחס) על מאסטר המכשיר כלול בצלחת פטרי קלקר 5 סנטימטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את ההורים עם PDMS בייבוש ואקום בערך 15 דקות כדי להסיר כל בועות אוויר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרפא את מכשיר PDMS על ידי הצבתו בתנור 95 מעלות צלזיוס במשך שעה 1. לחלופין, PDMS ירפא ב RT אחרי 24 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את ההתקן על ידי חיתוך סביב ההיקף עם להב כירורגים ומתקלפים המכשיר מן האדון בזהירות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אגרוף כניסה ויציאת חורים לתוך PDMS באמצעות אגרוף ביופסיה 0.5 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אג&quot;ח המכשיר לשקופית הזכוכית מיקרוסקופ באמצעות ונדר פלזמה 4. </li></ol> 3. הכן את לחץ אווירמשאבת בקרה לחצי מאגר המכיל נוזלים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שנה את תפוקת המשאבה כך שיציאות אוויר דחוסים דרך באורך של 2.7 מ&quot;מ צינורות פוליאתילן בקוטר פנימי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות אותו כך שהצינור מסתיים בקצה מזרק luer נעילה על ידי התאמת לומן על הפטמה בחלקו האחורי של luer נעילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאטום על ידי מילוי החלל שבין אשכולות luer נעילה והצינורות עם אפוקסי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף מחט 27.5 G. </li></ol> 4. הכן אמולסיה Monodisperse של מימיות טיפות (מים בשמן) מושעה בשמן נשא Fluorinated אינרטי עם 2% (wt / wt) מומסת ביולוגית 7 פעילי שטח חומרים כימיים מסוימים הכלולים בטיפין אלה תלויים ביישום <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כהכנה לreinjection, טען את התחליב לתוך מזרק 1 מיליליטר עם מחט G 27.5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את המזרק במשאבת מזרק ולכוון את המשאבה בצורה אנכית (מחט כלפי מעלה). פתק: נטייה זו גורמת לטיפין לארוז בשכבה מעל השמן נשא. כאשר המשאבה הוא התחילה, הטיפות יהיו דחף מהמזרק בכל חלק בנפח גבוה על ידי שכבת הנפט מתחתיהם. </li></ol> 5. הכן ריאגנטים למבוא לשבב microfluidic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אגרוף שלושה חורים 0.5 מ&quot;מ לתוך הכובע של צינור צנטריפוגות 15 מיליליטר (כל מיכל עם מכסה בורג יספיק) באמצעות ביופסיה, מחט, או מקדחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס האלקטרודה 0.5 מ&quot;מ קוטר תיל ואורך סנטימטר ~ 20 של PE-2 צינורות באמצעות שני החורים כך שהם מגיעים לתחתית של תחתית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחור שנותר, חוט ~ 2.5 סנטימטר באורך סנטימטר ~ 20 של צינורות PE כזה שהוא ינוח מעל למפלס הנוזל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאטום כל פערים בחלק העליון של הכובע עם אפוקסי נרפא-UV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא את הצינור עם נוזל picoinjection וברגים בכובע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את היציאה ממשאבת האוויר ובקרת לחץ לאורך הקצר של צינורות על ידי הוספהing את המחט לתוך לומן. המחט צריכה להתאים בנוחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממלאי מזרק 1 מיליליטר עם 1 M NaCl לשמש כחפיר פאראדיי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר מחט G 27.5 ולאבטח את המזרק במשאבת מזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא עוד מזרק 1 מיליליטר עם השמן נשא / spacer, להתחבר מחט G 27.5, ולאבטח אותו במשאבת מזרק. </li></ol> 6. הכן את מכשיר microfluidic לPicoinjection <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את צינורות פלט (אורך זמן רב יותר) מיכל הזרקת הנוזל לנמל הכניסה של נוזל picoinjection על שבב microfluidic. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את המזרק המכיל את M NaCl 1 לנמל הכניסה לחפיר פאראדיי על שבב microfluidic עם אורך של צינור PE. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את המזרק המכיל את השמן נשא לנמל הכניסה של שבב microfluidic עם אורך של צינור PE. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינור PE ליציאה לשקע תחליב על שבב microfluidic. צינורות צריכים לסיים בכלי אוסף אמולסיה, ולאמלי צינור צנטריפוגות 1.5 מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינור PE ליציאת הפורקן לחפיר פאראדיי על שבב microfluidic. צינורות צריכים לסיים שבאינם מנהלים ומכל חשמליים מבודד כדי למנוע קצר חשמלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את היציאה של מגבר מתח גבוה (HV) באמצעות קליפ תנין למתכת האלקטרודה שקועה בנוזל picoinjection. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את האלקטרודה הקרקע של מגבר HV באמצעות קליפ תנין למתכת של מחט המזרק המכילה את M NaCl 1. </li></ol> 7. להשרות ריאגנטים לתוך השבב microfluidic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להציג את M NaCl 1 (פאראדיי החפיר) למכשיר בשיעור של 100 μl / שעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להציג את תחליב אגל ושמן נשא במחירים מתאימים למידות המכשיר. למכשיר ההדגמה שלנו, אנחנו מציגים את הטיפות ונפט ב200 ו400 μl / שעה, בהתאמה. ספיקות צריכה לאפשר הטיפות לעבור picoinjector במרווחים זמן קבוע המופרדיםעל ידי פער של שמן נשא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הלחץ המופעל על נוזל picoinjection כך שלחץ הנוזל בפתח picoinjection נמצא בשיווי משקל מכאני עם ערוץ רביב. הערה: בלחץ הזה (לחץ Laplace), נוזל ההזרקה צריך לבלוט לתוך תעלת אגל בלי ניצנים ומיוצרים טיפות משלו (איור 2). בספיקות אלה שתוארו לעיל, אנו מיישמים את לחץ של ~ 13 psi לנוזל ההזרקה כדי להשיג שיווי משקל באזור הזריקה. </li></ol> 8. בגין Picoinjection <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כמו טיפות עוברות את פתח ההזרקה, להחיל 0-10 V, 10 kHz, אות AC מוגבר 1,000 x על ידי HV-המגבר (איור 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לווסת את עוצמת הזריקה על ידי שינוי את המשרעת של המתח המופעל. הערה: מתח גבוה צריך לאפשר לנוזל יותר להיות הציג לטיפין. בבדיקה שלנו, שאנו רואים זריקה יציבה ועקבית במתח להיותtween 100 ו3,000 V משתמש בפתרוני הזרקה של NaCl החל 10-500 מ&quot;מ (איור 4). </li></ol>

<ol>
	<li>Kritikou, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=It's+cheaper+in+the+Picolab.">It's cheaper in the Picolab.</a> Nat. Rev. Genet. 6 (9), (2005).</li><li>Ahn, K., Agresti, J., Chong, H., Marquez, M., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrocoalescence+of+drops+synchronized+by+size-dependent+flow+in+microfluidic+channels.">Electrocoalescence of drops synchronized by size-dependent flow in microfluidic channels.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (26), (2006).</li><li>Abate, A. R., Hung, T., Mary, P., Agresti, J. J., Weitz, D. 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-throughput+injection+with+microfluidics+using+picoinjectors.">High-throughput injection with microfluidics using picoinjectors.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107, 19163-19166 (2010).</li><li>Harris, J., 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=Fabrication+of+a+microfluidic+device+for+the+compartmentalization+of+neuron+soma+and+axons.">Fabrication of a microfluidic device for the compartmentalization of neuron soma and axons.</a> J. Vis. Exp. (7), (2007).</li><li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+prototyping+of+microfluidic+systems+in+poly(dimethylsiloxane).">Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane).</a> Anal. Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).</li><li>O'Donovan, B., Eastburn, D. J., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrode-free+picoinjection+of+microfluidic+drops.">Electrode-free picoinjection of microfluidic drops.</a> Lab on a Chip. 12 (20), 4029-4032 (2012).</li><li>Holtze, C., 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=Biocompatible+surfactants+for+water-in-fluorocarbon+emulsions.">Biocompatible surfactants for water-in-fluorocarbon emulsions.</a> Lab on a Chip. 8 (10), 1632-1639 (2008).</li><li>Chung, C., Lee, M., Char, K., Ahn, K., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+dynamics+passing+through+obstructions+in+confined+microchannel+flow.">Droplet dynamics passing through obstructions in confined microchannel flow.</a> Microfluid. Nanofluid. 9, 1151-1163 (2010).</li><li>Herminghaus, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamical+instability+of+thin+liquid+films+between+conducting+media.">Dynamical instability of thin liquid films between conducting media.</a> Phys. Rev. Lett. 83 (12), 2359-2361 (1999).</li><li>Priest, C., Herminghaus, S., Seemann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+electrocoalescence+in+microfluidics:+Targeting+a+single+lamella.">Controlled electrocoalescence in microfluidics: Targeting a single lamella.</a> Appl. Phys. Lett. 89 (13), 134101-134103 (2006).</li><li>Florent, M., Siva, A. V., Hao, G., Dirk, E., Frieder, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrowetting-controlled+droplet+generation+in+a+microfluidic+flow-focusing+device.">Electrowetting-controlled droplet generation in a microfluidic flow-focusing device.</a> J. Phys: Condens. Matter. 19 (46), (2007).</li><li>Eastburn, D. J., Sciambi, A., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Picoinjection+enables+digital+detection+of+RNA+with+droplet+rt-PCR.">Picoinjection enables digital detection of RNA with droplet rt-PCR.</a> PLoS ONE. 8 (4), (2013).</li></ol>

אנחנו לא מבינים באופן מלא מנגנון פיזי מדויק מאחורי הקשר בין המתח להחיל ונפח הזרקה שנצפה בניסויים שלנו. האינטרסים של המעבדה ובאזורים רלוונטיים של מומחיות אינם מתאימים היטב לרודף השאלה המתמשכת הזה. אנו מעודדים את אלה עם יותר פיסיקה וחוש הנדסה כדי לחקור את התופעה הזאת.

הקשר בין נפח הזרקה ומתח להחיל תלוי בגורמים רבים, כולל מידות מכשיר, אורכו של הצינור שנשא את נוזל picoinjection למכשיר, molarity של picoinjection נוזלים, ואת המהירות של הטיפות כשהם עוברים הם מזרק. מסיבה זו אנו ממליצים כי יחסי נפח / מתח להתאפיין לפני כל ריצה של picoinjection על ידי מדידת נפחי הזר?...

במיקרופלואידיקה מבוסס אגל, טיפות מימיות מיקרון בקנה המידה משמשות כ&quot; מבחנות &quot;לתגובות ביולוגיות. היתרון לביצוע תגובות בטיפין הזעירות הוא שכל טיפה משתמשת רק כמה pl של מגיב ו, עם מיקרופלואידיקה, יכולות להיווצר הטיפות ומעובד בשיעורי kilohertz 1. בשילוב, מאפיינים אלה מאפשרים למ&#39; תגובות עם תאים בודדים, מולקולות חומצות גרעין, או תרכובות שיש לבצע בעניין של דקות עם μl של חומר בסך הכל. כדי להשתמש בטיפין ליישומים כמו אלה, טכניקות דרושות להוספת כמויות מבוקרות של חומרים כימיים לטיפין; פעולות כאלה הם מקבילים pipetting לתוך מבחנות. שיטה אחת לביצוע הזה היא electrocoalescence, שבו ירידה של מגיב ממוזגת עם טיפת המטרה על ידי החלת שדה חשמלי. השדה החשמלי משבש את הסדר של מולקולות פעילי שטח בממשקים של הטיפות, inducing חוסר יציבות סרט דק ומפעיל גיבוש בתחליבים כי הם יציבים 2 בדרך אחרת. מיזוג חשמלי מושרה הוא גם ניצל בעיצוב של picoinjector, מכשיר שמזריק חומרים כימיים לטיפין שהם זורמים בעבר בערוץ 3 בלחץ. כדי להחיל את השדה החשמלי, מכשירי picoinjector לנצל אלקטרודות מתכת, אבל שילוב של אלקטרודות מתכת לתוך שבבי microfluidic הוא לעתים קרובות תהליך מורכב ומועדת לטעויות כמו חוטי נוזל ההלחמה נמצאים בסכנה בקלות על ידי בועות אוויר או אבק ופסולת אחרת בערוץ , כמו גם שברים מלחץ או כיפוף במהלך התקנת התקן. כאן אנו מציגים שיטה לביצוע picoinjection ללא השימוש באלקטרודות מתכת, מה שהופך את הייצור פשוטים יותר וחזק יותר. כדי לעורר picoinjection, אנחנו במקום להשתמש בנוזל להזרקה עצמה כאלקטרודה, מכיוון שרוב חומרים כימיים ביולוגיים מכילים אלקטרוליטים מומסים ומוליכים. אנחנו גם להוסיף &quot;פאראדיי מואהלא &quot;כדי להגן על אזורים רגישים של המכשיר ולפעול כקרקע אוניברסלית (איור 1). החפיר חשמלי מבודד את הטיפות במעלה הזרם של אתר picoinjection על ידי מתן קרקע, מניעת מיזוג טיפה לא מכוון. יתרון נוסף של השיטה שלנו הוא ש נפח שהוחדר לתוך הטיפות תלויה בגודלו של המתח להחיל, שמאפשר לו להיות מותאמים על ידי כוונון האות מיושמת. אנחנו לפברק המכשירים שלנו בפולי (dimethylsiloxane) (PDMS) תוך שימוש בטכניקות photolithographic רכים 4,5. הגישה שלנו היא בקנה אחד עם ההתקנים מפוברק בחומרים אחרים, כמו רפים, פלסטיק, ואפוקסי. יש הערוצים לגבהים ורוחב של 30 מיקרומטר, שהם אופטימליים לעבודה עם טיפות 50 מיקרומטר בקוטר (65 pl). אנחנו מציגים את חומרים כימיים דרך צינורות polyethelene (0.3/1.09 מ&quot;מ קוטר חיצוני / פנימי) מוכנסים לתוך יציאות שנוצרו במהלך ייצור מכשיר עם 0.50 מ&quot;מ אגרופים ביופסיה, בדומה לשיטות described בעבר 5. האיפור של נוזל ההזרקה המדויק תלוי ביישום הספציפי. הנוזל צריך להכיל רק אלקטרוליטים מומסים בריכוזים גבוהים מספיק כדי להניב מוליכות מספיק לאות החשמלי שמועבר לpicoinjector. בבדיקת ספסל, מצאנו כי ריכוזים יוניים גדולים מ10 מ&quot;מ צריכים להספיק 6, אם כי ערך זה ומוליכות נוזל תלויות בממדי המכשיר הספציפיים ובהיקף של המתח המופעל.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1000">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">1 mL Leur-Lok&#8482; syringes</td>
			<td style="width:143px;">BD Medical</td>
			<td align="right" style="width:160px;">309628</td>
			<td style="width:415px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">LocTite UV-cured adhesive</td>
			<td style="width:143px;">Henkel</td>
			<td align="right">35241</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:283px;">PE-2 Tubing</td>
			<td style="width:143px;">Scientific Commodities</td>
			<td>BB31695-PE/2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Novec HFE-7500</td>
			<td>3M</td>
			<td style="width:160px;">98-0212-2928-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">NaCl</td>
			<td style="width:143px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:160px;">S9888</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">1.5 mL centrifuge tubes</td>
			<td style="width:143px;">Eppendorf</td>
			<td align="right" style="width:160px;">22363531</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">BD Falcon 15 ml tube</td>
			<td style="width:143px;">BD Biosciences</td>
			<td align="right" style="width:160px;">352097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:283px;">Air Pressure Control Pump</td>
			<td style="width:143px;">Control Air Inc.</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td style="width:415px;">We recommend one under the control of DAQ and control software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Syringe Pumps</td>
			<td>New Era</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>Must be capable of holding 1ml syringes and flowing at rates as low as 100 uL/hr</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">HV-Amplfier</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>Must be capable of 1000x amplification of signals between 0.01 and 10 V</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Plasma Bonder/Cleaner</td>
			<td style="width:143px;">Harrick Plasma</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">3&#8221; silicon wafers</td>
			<td style="width:143px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:160px;">647535</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PDMS</td>
			<td style="width:143px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>Sylgard 184 with curing agent should be included</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">SU-8 Photoresist</td>
			<td style="width:143px;">MicroChem</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>Viscocity depends on device dimensions</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

picoinjection of microfluidic drops without metal electrodes

שיטות קיימות לpicoinjecting ריאגנטים לטיפי microfluidic דורשות אלקטרודות מתכת משולבות בשבב microfluidic. השילוב של אלקטרודות אלה מוסיף צעדים מסורבלים ומועדת לטעויות לתהליך ייצור מכשיר. אנחנו פיתחנו שיטה שמייתרת את הצרכים עבור אלקטרודות מתכת במהלך picoinjection. במקום זאת, היא משתמשת בנוזל להזרקה עצמה כאלקטרודה, מכיוון שרוב חומרים כימיים ביולוגיים מכילים אלקטרוליטים מומסים ומוליכים. על ידי ביטול את האלקטרודות, אנו להפחית את זמן ייצור מכשיר ומורכב, ולהפוך את המכשירים חזקים יותר. בנוסף, עם הגישה שלנו, את עוצמת הזריקה תלויה במתח להחיל את פתרון picoinjection; זה מאפשר לנו להתאים את עוצמת הקול שהוחדר על ידי ויסות המתח להחיל במהירות. אנו מראים כי הטכניקה שלנו היא בקנה אחד עם חומרים כימיים בשילוב תרכובות ביולוגיות משותפות, כוללים כריות, אנזימים, וחומצות גרעין.

תמונות מיקרוסקופיות שנלקחו בתערוכת אתר picoinjection שחשמול של נוזל picoinjection הוא מספיק כדי לעורר הזרקה (איור 2). הנפח המוזרק יכול להיות נשלט על ידי ויסות המשרעת של המתח להחיל, עם מתחים גבוהים יותר ומאפשרים לכרכי הזרקה גבוהים יותר. אנו נצייר את עוצמת הזריקה לעומת סדר ?...

Watch this Scientific Journal Video about Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes at JoVE.com

Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

פיתחנו טכניקה לpicoinjecting טיפות microfluidic שאינו דורשות אלקטרודות מתכת. ככזה, מכשירים המשלבים הטכניקה שלנו הם פשוט כדי להמציא ולהשתמש.

Picoinjection של Microfluidic טיפות בלי אלקטרודות מתכת

Existing methods for picoinjecting reagents into microfluidic drops require metal electrodes integrated into the microfluidic chip. The integration of ...

picoinjection-of-microfluidic-drops-without-metal-electrodes

Research

JoVE Journal

Engineering

11.0K Views.  Unversity of California, San Francisco.  פיתחנו טכניקה לpicoinjecting טיפות microfluidic שאינו דורשות אלקטרודות מתכת. ככזה, מכשירים המשלבים הטכניקה שלנו הם פשוט כדי להמציא ולהשתמש. 

Video: Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

ייצור ובדיקה של מתנדים optomechanical Microfluidic

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently more difficult than measuring the flow of a transparent fluid, since optical methods are not applicable. Ultrasound can be used to measure the velocity of an opaque fluid, not only at isolated points, but at hundreds or thousands of points arrayed along lines, with good temporal resolution. When applied to a liquid metal electrode, ultrasound velocimetry involves additional challenges: high temperature, chemical activity, and electrical conductivity. Here we describe the experimental apparatus and methods that overcome these challenges and allow the measurement of flow in a liquid metal electrode, as it conducts current, at operating temperature. Temperature is regulated within &#177;2 &#176;C using a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller that powers a custom-built furnace. Chemical activity is managed by choosing vessel materials carefully and enclosing the experimental setup in an argon-filled glovebox. Finally, unintended electrical paths are carefully prevented. An automated system logs control settings and experimental measurements, using hardware trigger signals to synchronize devices. This apparatus and these methods can produce measurements that are impossible with other techniques, and allow optimization and control of electrochemical technologies like liquid metal batteries.

Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

אולטראסאונד מהירות מדידה במתכת נוזלית אלקטרודה

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

Iridium Oxide-reduced Graphene Oxide Nanohybrid Thin Film Modified Screen-printed Electrodes as Disposable Electrochemical Paper Microfluidic pH Sensors

A facile, controllable, inexpensive and green electrochemical synthesis of IrO2-graphene nanohybrid thin films is developed to fabricate an easy-to-use integrated paper microfluidic electrochemical pH sensor for resource-limited settings. Taking advantages from both pH meters and strips, the pH sensing platform is composed of hydrophobic barrier-patterned paper micropad (&#181;PAD) using polydimethylsiloxane (PDMS), screen-printed electrode (SPE) modified with IrO2-graphene films and molded acrylonitrile butadiene styrene (ABS) plastic holder. Repetitive cathodic potential cycling was employed for graphene oxide (GO) reduction which can completely remove electrochemically unstable oxygenated groups and generate a 2D defect-free homogeneous graphene thin film with excellent stability and electronic properties. A uniform and smooth IrO2 film in nanoscale grain size is anodically electrodeposited onto the graphene film, without any observable cracks. The resulting IrO2-RGO electrode showed slightly super-Nernstian responses from pH 2-12 in Britton-Robinson (B-R) buffers with good linearity, small hysteresis, low response time and reproducibility in different buffers, as well as low sensitivities to different interfering ionic species and dissolved oxygen. A simple portable digital pH meter is fabricated, whose signal is measured with a multimeter, using high input-impedance operational amplifier and consumer batteries. The pH values measured with the portable electrochemical paper-microfluidic pH sensors were consistent with those measured using a commercial laboratory pH meter with a glass electrode.

The study demonstrates the growth of iridium oxide-reduced graphene oxide (IrO2-RGO) nanohybrid thin films on irregular and rough screen-printed carbon substrate through a green electrochemical synthesis, and their implementation as a pH sensor with a patterned paper-fluidic platform.

תחמוצת-מופחת אירידיום גראפן אוקסיד Nanohybrid Thin Film אלקטרודות מסך מודפס שינויים, כפי שהם פנויים אלקטרוכימיות נייר Microfluidic pH חיישנים

A facile, controllable, inexpensive and green electrochemical synthesis of IrO2-graphene nanohybrid thin films is developed to fabricate an easy-to-use ...

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the efficiency and lowering the development time of such processes, whilst reducing costs involved in trial-and-error prototyping. Recent focus on the substitution of steel components with aluminum alloy alternatives in the automotive and aerospace sectors has increased the need to simulate the forming behavior of such alloys for ever more complex component geometries. However these alloys, and in particular their high strength variants, exhibit limited formability at room temperature, and high temperature manufacturing technologies have been developed to form them. Consequently, advanced constitutive models are required to reflect the associated temperature and strain rate effects. Simulating such behavior is computationally very expensive using conventional FE simulation techniques.
This paper presents a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique that combines advanced material and friction models with conventional FE simulations in an efficient manner thus enhancing the capability of commercial simulation software packages. The application of these methods is demonstrated through two example case studies, namely: the prediction of a material's forming limit under hot stamping conditions, and the tool life prediction under multi-cycle loading conditions.

The following paper presents a novel FE simulation technique (KBC-FE), which reduces computational cost by performing simulations on a cloud computing environment, through the application of individual modules. Moreover, it establishes a seamless collaborative network between world leading scientists, enabling the integration of cutting edge knowledge modules into FE simulations.

בהתבסס ידע ענן FE סימולציה של תהליכים פורמינג פח

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

באתרו הסינתזה של זהב חלקיקים ללא צבירה במרחב Interlayer של סרטים שקופים Titanate Layered

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of electrospun titanium dioxide nanofibers (TiO2-NFs) on top of a blocking layer made of commercially available titanium dioxide nanoparticles (TiO2-NPs). This is achieved by first electrospinning a solution of titanium (IV) butoxide, polyvinylpyrrolidone (PVP), and glacial acetic acid in ethanol to obtain composite PVP/TiO2 nanofibers. These are then calcined at 500 &#176;C to remove the PVP and to obtain pure anatase-phase titania nanofibers. This material is characterized using scanning electron microscopy (SEM) and powder X-ray diffraction (XRD). The photoanode is prepared by first creating a blocking layer through the deposition of a TiO2-NPs/terpineol slurry on a fluorine-doped tin oxide (FTO) glass slide using doctor blading techniques. A subsequent thermal treatment is performed at 500 &#176;C. Then, the light-scattering layer is formed by depositing a TiO2-NFs/terpineol slurry on the same slide, using the same technique, and calcinating again at 500 &#176;C. The performance of the photoanode is tested by fabricating a dye-sensitized solar cell and measuring its efficiency through J-V curves under a range of incident light densities, from 0.25-1 Sun.

The overall goal of this project was to use electrospinning to fabricate a photoanode with improved performance for dye-sensitized solar cells.

Electropinning של אלקטרודות photatalalytic עבור תאים סולריים רגישים צבען

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a polymer film. This paper also presents a low-cost, vacuum-free fabrication method for this novel TE; the approach combines lithography, electroplating, and imprint transfer (LEIT) processing. The embedded nature of the EMTEs offers many advantages, such as high surface smoothness, which is essential for organic electronic device production; superior mechanical stability during bending; favorable resistance to chemicals and moisture; and strong adhesion with plastic film. LEIT fabrication features an electroplating process for vacuum-free metal deposition and is favorable for industrial mass production. Furthermore, LEIT allows for the fabrication of metal mesh with a high aspect ratio (i.e., thickness to linewidth), significantly enhancing its electrical conductance without adversely losing optical transmittance. We demonstrate several prototypes of flexible EMTEs, with sheet resistances lower than 1 &#937;/sq and transmittances greater than 90%, resulting in very high figures of merit (FoM) &#8211; up to 1.5 x 104 &#8211; which are amongst the best values in the published literature.

This protocol describes a solution-based fabrication strategy for high-performance, flexible, transparent electrodes with fully-embedded, thick metal mesh. Flexible transparent electrodes fabricated by this process demonstrate among the highest reported performances, including ultra-low sheet resistance, high optical transmittance, mechanical stability under bending, strong substrate adhesion, surface smoothness, and environmental stability.

מדרגית פתרון פתרון עיבוד מעובד עבור ביצועים גבוהים, גמיש, אלקטרודות שקוף עם רשת Embedded מתכת

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide electronics community. One of its hallmark features is the existence of a critical LAO thickness of 4 unit-cells (uc) for interfacial conductivity to emerge. Although electrostatic mechanisms have been proposed in the past to describe the existence of this critical thickness, the importance of chemical defects has been recently accentuated. Here, we describe the growth of metal/LAO/STO heterostructures in an ultra-high vacuum (UHV) cluster system combining pulsed laser deposition (to grow the LAO), magnetron sputtering (to grow the metal) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We study step by step the formation and evolution of the q2DES and the chemical interactions that occur between the metal and the LAO/STO. Additionally, magnetotransport experiments elucidate on the transport and electronic properties of the q2DES. This systematic work not only demonstrates a way to study the electrostatic and chemical interplay between the q2DES and its environment, but also unlocks the possibility to couple multifunctional capping layers with the rich physics observed in two-dimensional electron systems, allowing the fabrication of new types of devices.

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

We fabricate metal/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures using a combination of pulsed laser deposition and in situ magnetron sputtering. Through magnetotransport and in situ X-ray photoelectron spectroscopy experiments, we investigate the interplay between electrostatic and chemical phenomena of the quasi two-dimensional electron gas formed in this system.

צמיחה ו Electrostatic/כימי מאפיינים של מתכת/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

ייצור של משטחי מתכת Superhydrophobic עבור יישומים ציפוי אנטי

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

Fused Filament Fabrication (FFF) of Metal-Ceramic Components

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with diverse customization options and favorable production methods is increasing continuously. With fused filament fabrication (FFF), it is possible to produce large and complex components quickly with high material efficiency. In FFF, a continuous thermoplastic filament is melted in a heated nozzle and deposited below. The computer-controlled print head is moved in order to build up the desired shape layer by layer. Investigations regarding printing of metals or ceramics are increasing more and more in research and industry. This study focuses on additive manufacturing (AM) with a multi-material approach to combine a metal (stainless steel) with a technical ceramic (zirconia: ZrO2). Combining these materials offers a broad variety of applications due to their different electrical and mechanical properties. The paper shows the main issues in preparation of the material and feedstock, device development, and printing of these composites.

Fused Filament Fabrication FFF of Metal-Ceramic Components

This study shows multi-material additive manufacturing (AM) using fused filament fabrication (FFF) of stainless steel and zirconia.

פילמנט מאוחה פבריקציה נוספת (FFF) של רכיבי מתכת-קרמיקה

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with ...