This work was supported by the internal fund of the Korea Institute of Science and Technology (2E26180) and by the Next Generation Biomedical Device Platform program, funded by the National Research Foundation of Korea (NRF-2015M3A9E202888).

ייצור 1. של חילוף קטיונים ממברנה משולב שבב microfluidic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת אדוני סיליקון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב שני סוגים של אדוני סיליקון: אחד עבור דפוסי שרף קטיוני והשני לבניית microchannel עם polydimethylsiloxane (PDMS). הערה: גיאומטרית הפרט שתפורט בשלבי 1.3.1 ו 1.4.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפברק מאסטרי סיליקון באמצעות אחת photolithography הקונבנציונלית או יון תגובתי עמוק תחריט 27. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Silanize המאסטרים סיליקון micropatterned עם trichlorosilane (~ 30 μL) בצנצנת ואקום למשך 30 דקות. זהירות: trichlorosilane הוא נוזל pyrophoric כי הוא דליק ויש לו רעילות חריפה (שאיפה, בליעה דרך הפה). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת תבניות PDMS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים בסיס אלסטומר סיליקון עם סוכן ריפוי בכל 10: יחס 1 ומניחים את הכוס עם PDMS דפוקה זה(30-40 מ&quot;ל עבור שכפול microstructures על פרוסות סיליקון 4-סיליקון) בצנצנת ואקום במשך 30 דקות כדי להסיר בועות. הערה: בסיס סיליקון מכיל oligomers siloxane סיום עם קבוצות ויניל זרז פלטינה מבוססת. סוכן הריפוי מכיל crosslinking oligomers שיש שלושה קשרי סיליקון-הידריד 28. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את PDMS דפוקה על אדונים סיליקון, להסיר את הבועות באמצעות מפוח, ולרפא את PDMS על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות בתנור הסעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתק את PDMS נרפא מן המאסטרים סיליקון כמו שצריך לעצב את PDMS עם סכין (צורות בריבוע, כפי שמוצג-ב איור 2 א, ד). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דפוסי הקרומים קטיוני <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך חצי עובש PDMS בניצב לשני microchannels המקביל מחוררים בקצות ערוצי PDMS עם ביופסית 2.0 מ&quot;מ. הערה: עובש PDMS עבור patterning הממברנה קטיון סלקטיבית יש שתי בנותallel microchannels (רוחב: 100 מיקרומטר; גובה: 50 מיקרומטר; המרחק interchannel: 100 מיקרומטר; איור 1 א). הצורה המקורית של העובש שניתן לדמיין ידי שיקוף העובש הפרוס לאורך קו החיתוך. microchannels בצורת L המומלצים על חבטות שני החורים ללא חפיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה שקופית זכוכית עובש PDMS עם קלטת מפוח ולשים את התבנית על גבי שקופיות הזכוכית כדי ליצור קובץ מצורף הפיך ביניהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על פי טכניקת דפוסי microflow 29, שחרור ~ 10 μL של שרף קטיוני בסוף הפתוח של הערוץ היה פרוס בשלב 1.3.1 (איור 1b). מניח את ראש המזרק על חורי האגרוף ולמשוך את הבוכנה (חיצים שחורים באיור 1b); לחץ שלילי עדין ימשוך שרף קטיוני, ואת השרף ימלא את שני ערוצים. הערה: מומלץ כי גובה של microchannel בשיעור העולה על 1581; מ &#39;, בגלל הצמיגות הגבוהה של השרף דורשת בלחץ גבוה כדי למלא את הערוצים. מצד השני, עדיף כי הגובה אינו עולה על 100 מיקרומטר, כי הממברנה סלקטיבית היון בדוגמת תהפוך עבה יותר 1 מיקרומטר; כזה קרום עבה עשוי ליצור פער בין הממברנה ואת PDMS ערוץ 13. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתק את תבנית PDMS בלי לגעת השרף בדוגמת במקום להחליק זכוכית על הדוד ב 95 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות להתאדות ממס השרף. הערה: עובי הקרום בדוגמת הוא בדרך כלל פחות מ &lt;1 מיקרומטר. העובש הוא מנותק בעדינות על ידי להתלות את התבנית לצד הפתוח (הקו המקווקו חץ באיור 1b). עדיף לנתק את התבנית פחות מ 1 דקות לאחר מילוי השרף. אם העובש מנותק כמה דקות מאוחר יותר, ממברנות עבות יכולות להיות מושגות, אבל הם יצטרכו צורה קעורה בשל השפעת הנימים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלף את המיותרתחלק הממברנה בדוגמת עם סכין גילוח, מה שהופך שני דפוסי קו פרודים (איור 1 ג &#39;). הערה: חומר קטיוני משמש כאן יש perfluorinated קבוצות, כלומר התבנית לא מלוכד בחריפות את הכוס. לכן, השיטה blading פשוט יכול להסיר את החלק מיותר בקלות של הממברנה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אינטגרציה של microchannel ואת המצע בדוגמת-קרום <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פאנץ שני חורים בקצות microchannels ועוד שני חורים שבהם דפוסי קרום ימוקם לאחר מליטה את ערוץ PDMS למצע בדוגמת קרום מפוברק בשלב 1.3. הערה: microchannel PDMS יש ערוץ אחד (רוחב: 50-100 מיקרומטר; גובה: 10 מיקרומטר), אך הוא קשור הקצים (1D האיור) הערוץ השכן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איגרות החוב microchannel PDMS למצע בדוגמת קרום מיד לאחר הטיפול פלזמה חמצן במשך 40 שניות ב -100 W ו- 50 mTorr. הערה: מניח את הקרום בדוגמת בניצב על באמצע microchannel. </li></ol></li></ol> 2. ICP Preconcentration <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה הניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכינו פתרונות הבדיקה השונות, כולל 1-100 KCl מ&quot;מ, 1 מ&quot;מ NaCl (pH ~ 7), תערובת של 1 מ&quot;מ NaCl ו -0.2 מ&quot;מ HCl (pH ~ 3.7), תערובת של 1 מ&quot;מ NaCl ו -0.2 מ&quot;מ NaOH (pH ~ 10.3), ואת פוספט שנאגר מלוחים 1x. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת צבע פלואורסצנטי טעון שלילי (~ 1.55 מיקרומטר) כדי פתרונות הבדיקה. הערה: הריכוז של הצבע הוסיף צריכה להיות נמוכה בהרבה מזה של יוני מלח (&lt;10 מיקרומטר) כך הצבעים הטעונים לא לתרום 30 זרם חשמלי, 31. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את הפתרון המדגם במאגר אחד של הערוץ להפעיל לחץ שלילי למאגר האחר כדי למלא את הערוץ עם הפתרון. חיבור שני המאגרים hydrodynamically ידי releasing טיפה גדול כדי לחסל את הפרש לחצים לאורך ערוץ (איור 2 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלאו את שני מאגרי מים, אשר מחוברים דפוסי קטיוני, עם תמיסות בופר (1 M KCl או 1 M NaCl) באמצעות מזרק או pipet כדי לפצות על ההשפעה ICP במאגרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את החוטים על מאגרי המים, על פני שני הקרומים בדוגמת (האנודה על המאגר ואת קתודת השמאל מימין), ולחבר אותם עם יחידת מדידת מקור (איור 2 א). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ויזואליזציה של התופעה ICP ו ICP preconcentration <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את מכשיר ICP על מיקרוסקופ epifluorescence הפוך. החלת מתח (0.5100 V) ולמדוד את התגובה הנוכחית עם יחידת מדידת מקור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צלמו תמונות ניאון עם המצלמה במכשיר תשלום מצמידים ולנתח את עוצמת פלורסנט באמצעות תוכנת הדמיה 32. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Probstein, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physicochemical Hydrodynamics: An Introduction. , (2003).</li><li>Strathmann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ion-Exchange Membrane Separation Processes. , (2004).</li><li>Dydek, E. V., 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=Overlimiting+Current+in+a+Microchannel.">Overlimiting Current in a Microchannel.</a> Phys. Rev. Lett. 107 (11), 118301 (2011).</li><li>Kwak, R., Pham, V. S., Lim, K. M., Han, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shear+flow+of+an+electrically+charged+fluid+by+ion+concentration+polarization:+scaling+laws+for+electroconvective+vortices.">Shear flow of an electrically charged fluid by ion concentration polarization: scaling laws for electroconvective vortices.</a> Phys. Rev. Lett. 110 (11), 114501 (2013).</li><li>Rubinstein, I., Zaltzman, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-osmotically+induced+convection+at+a+permselective+membrane.">Electro-osmotically induced convection at a permselective membrane.</a> Phys. Rev. E. 62 (2), 2238-2251 (2000).</li><li>Kwak, R., Kim, S., Han, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous-flow+biomolecule+and+cell+concentrator+by+ion+concentration+polarization.">Continuous-flow biomolecule and cell concentrator by ion concentration polarization.</a> Anal. Chem. 83 (19), 7348-7355 (2011).</li><li>Jeon, H., Lee, H., Kang, K. H., Lim, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+concentration+polarization-based+continuous+separation+device+using+electrical+repulsion+in+the+depletion+region.">Ion concentration polarization-based continuous separation device using electrical repulsion in the depletion region.</a> Sci.Rep. 3, 3483 (2013).</li><li>Kim, S. J., Ko, S. H., Kang, K. H., Han, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+seawater+desalination+by+ion+concentration+polarization.">Direct seawater desalination by ion concentration polarization.</a> Nat. Nanotechnol. 5 (4), 297-301 (2010).</li><li>MacDonald, B. D., Gong, M. M., Zhang, P., Sinton, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Out-of-plane+ion+concentration+polarizationfor+scalable+water+desalination.">Out-of-plane ion concentration polarizationfor scalable water desalination.</a> Lab Chip. 14 (4), 681-685 (2014).</li><li>Schoch, R. B., Han, J. Y., Renaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+phenomena+in+nanofluidics.">Transport phenomena in nanofluidics.</a> Rev.Mod. Phys. 80 (3), 839-883 (2008).</li><li>Kim, S. J., Song, Y. A., Han, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanofluidic+concentration+devices+for+biomolecules+utilizing+ion+concentration+polarization:+theory,+fabrication,+and+applications.">Nanofluidic concentration devices for biomolecules utilizing ion concentration polarization: theory, fabrication, and applications.</a> Chem. Soc. Rev. 39 (3), 912-922 (2010).</li><li>Mai, J. Y., Miller, H., Hatch, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+mapping+of+concentration+polarization+Induced+pH+changes+at+nanoconstrictions.">Spatiotemporal mapping of concentration polarization Induced pH changes at nanoconstrictions.</a> ACS Nano. 6 (11), 10206-10215 (2012).</li><li>Kim, B., 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=Tunable+ionic+transport+for+a+triangular+nanochannel+in+a+polymeric+nanofludic+system.">Tunable ionic transport for a triangular nanochannel in a polymeric nanofludic system.</a> ACS Nano. 7 (1), 740-747 (2013).</li><li>Mangano Syed, A., Mao, L., Han J, P., Song, Y. -. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creating+sub-50+nm+nanofluidic+junctions+in+a+PDMS+microchip+via+self-assembly+process+of+colloidal+silica+beads+for+electrokinetic+concentration+of+biomolecules.">Creating sub-50 nm nanofluidic junctions in a PDMS microchip via self-assembly process of colloidal silica beads for electrokinetic concentration of biomolecules.</a> Lab Chip. 14, 4455-4460 (2014).</li><li>Wang, Y. C., Stevens, A. L., Han, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Million-fold+preconcentration+of+proteins+and+peptides+by+nanofluidic+filter.">Million-fold preconcentration of proteins and peptides by nanofluidic filter.</a> Anal. Chem. 77 (14), 4293-4299 (2005).</li><li>Lee, J. H., Cosgrove, B. D., Lauffenburger, D. A., Han, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfludic+concentration-enhanced+cellular+kinase+activity+assay.">Microfludic concentration-enhanced cellular kinase activity assay.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (30), 10340-10341 (2009).</li><li>Cheow, L. F., Han, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+signal+enhancement+for+sensitive+aptamer+affinity+probe+electrophoresis+assay+using+electrokinetic+concentration.">Continuous signal enhancement for sensitive aptamer affinity probe electrophoresis assay using electrokinetic concentration.</a> Anal. Chem. 83 (18), 7086-7093 (2011).</li><li>Ko, S. H., 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=Nanofluidic+preconcentration+device+in+a+straight+microchannel+using+ion+concentration+polarization.">Nanofluidic preconcentration device in a straight microchannel using ion concentration polarization.</a> Lab Chip. 12 (21), 4472-4482 (2012).</li><li>Gong, M. M., Nosrati, R., Gabriel, M. C. S., Zini, M., Sinton, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+DNA+analysis+with+paper-based+ion+concentration+polarization.">Direct DNA analysis with paper-based ion concentration polarization.</a> J. Am. Chem. Soc. 137 (43), 13913-13919 (2015).</li><li>Hong, S., Kwak, R., Kim, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paper-based+flow+fractionation+system+applicable+to+preconcentration+and+field-flow+separation.">Paper-based flow fractionation system applicable to preconcentration and field-flow separation.</a> Anal. Chem. 88 (3), 1682-1687 (2016).</li><li>Han, S. I., Hwang, K. S., Kwak, R., Lee, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+paper-based+biomolecule+preconcentrator+based+on+ion+concentration+polarization.">Microfluidic paper-based biomolecule preconcentrator based on ion concentration polarization.</a> Lab Chip. 16, 2219-2227 (2016).</li><li>Zangle, T. A., Mani, A., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+and+experiments+of+concentration+polarization+and+ion+focusing+at+microchannel+and+nanochannel+interfaces.">Theory and experiments of concentration polarization and ion focusing at microchannel and nanochannel interfaces.</a> Chem. Soc. Rev. 39 (3), 1014-1035 (2010).</li><li>Mani, A., Bazant, M. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deionization+shocks+in+microstructures.">Deionization shocks in microstructures.</a> Phys. Rev. E. 84, 061504 (2011).</li><li>Slouka, Z., Senapati, S., Chang, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+systems+with+ion-selective+membranes.">Microfluidic systems with ion-selective membranes.</a> Annu. Rev.Anal. Chem. 7, 317-335 (2014).</li><li>Kirby, B. J., Hasselbrink, E. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zeta+potential+of+microfluidic+substrates:+1.+Theory,+experimental+techniques,+and+effects+on+separations.">Zeta potential of microfluidic substrates: 1. Theory, experimental techniques, and effects on separations.</a> Electrophoresis. 25 (2), 187-202 (2004).</li><li>Kwak, R., Kang, J. Y., Kim, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporally+defining+biomolecule+preconcentration+by+merging+ion+concentration+polarization.">Spatiotemporally defining biomolecule preconcentration by merging ion concentration polarization.</a> Anal. Chem. 88 (1), 988-996 (2016).</li><li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., 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>Campbell, D. 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=Replication+and+compression+of+surface+structures+with+polydimethylsiloxane+elastomer.">Replication and compression of surface structures with polydimethylsiloxane elastomer.</a> J. Chem. Educ. 76 (4), 537-541 (1999).</li><li>Lee, J. H., Song, Y. A., Han, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiplexed+proteomic+sample+preconcentration+device+using+surface-patterned+ion-selective+membrane.">Multiplexed proteomic sample preconcentration device using surface-patterned ion-selective membrane.</a> Lab Chip. 8 (4), 596-601 (2008).</li><li>Kwak, R., Guan, G., Peng, W. K., Han, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+electrodialysis:+concentration+profiling+and+vortex+visualization.">Microscale electrodialysis: concentration profiling and vortex visualization.</a> Desalination. 308, 138-146 (2013).</li><li>Chambers, R. D., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+and+quantification+of+isotachophoresis+zones+using+nonfocusing+fluorescent+tracers.">Imaging and quantification of isotachophoresis zones using nonfocusing fluorescent tracers.</a> Anal. Chem. 81, 3022-3028 (2009).</li><li>Minerick, A. R., Ostafin, A. E., Chang, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrokinetic+transport+of+red+blood+cells+in+microcapillaries.">Electrokinetic transport of red blood cells in microcapillaries.</a> Electrophoresis. 23 (14), 2165-2173 (2002).</li><li>Phan, D. -. T., Shaegh, S. A. M., Yang, C., Nguyen, N. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sample+concentration+in+a+microfluidic+paper-based+analytical+device+using+ion+concentration+polarization.">Sample concentration in a microfluidic paper-based analytical device using ion concentration polarization.</a> Sens. Actuators B. 222, 735-740 (2016).</li><li>Rubinstein, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+observation+of+a+nonequilibrium+electro-osmotic+instability.">Direct observation of a nonequilibrium electro-osmotic instability.</a> Phys. Rev. Lett. 101, 236101 (2008).</li><li>Ouyang, W., 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=Microfluidic+platform+for+assessment+of+therapeutic+proteins+using+molecular+charge+modulation+enhanced+electrokinetic+concentration+assays.">Microfluidic platform for assessment of therapeutic proteins using molecular charge modulation enhanced electrokinetic concentration assays.</a> Anal. Chem. 88, 9669-9677 (2016).</li><li>Cheow, L. F., Sarkar, A., Kolitz, S., Lauffenburger, D., Han, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+kinase+activities+from+single+cell+lysate+using+concentration-enhanced+mobility+shift+assay.">Detecting kinase activities from single cell lysate using concentration-enhanced mobility shift assay.</a> Anal. Chem. 86, 7455-7462 (2014).</li><li>Chen, C. -. H., 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=Enhancing+protease+activity+assay+in+droplet-based+microfluidics+using+a+biomolecule+concentrator.">Enhancing protease activity assay in droplet-based microfluidics using a biomolecule concentrator.</a> J. Am. Chem. Soc. 133, 10368-10371 (2011).</li><li>Kwak, R., Pham, V. S., Kim, B., Lan, C., Han, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+salt+removal+by+unipolar+ion+conduction+in+ion+concentration+polarization+desalination.">Enhanced salt removal by unipolar ion conduction in ion concentration polarization desalination.</a> Sci. Rep. 6, 25349 (2016).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

תארנו פרוטוקול הייצור ואת הביצועים של preconcentrator המוגדר spatiotemporally במגוון של המתח המיושם (0.5-100 V), כוח יוני (1-100 מ&quot;מ), ו- pH (3.7-10.3), השגתי 10,000 פי preconcentration של צבעים וחלבון בתוך 10 דקות. כמו כמו התקני ICP קודמים, לתפקוד preconcentration הופך להיות טוב יותר במתח גבוה יותר ובמחיר הכח יוני נמ?...

יון קיטוב ריכוז (ICP) מתייחס תופעה המתרחשת במהלך עשרת יוני דלדול יונים על קרום permselective, ותוצאה היא ירידה פוטנציאלית נוספת עם מילויים לריכוז יוני 1, 2. מפל ריכוזים זה הוא ליניארי, והוא הופך להיות תלול יותר כמו מתח גבוה מוחל (משטר ohmic) עד לריכוז יוני על הממברנה שואף לאפס (משטר להגביל). בתנאי דיפוזיה מוגבלת זו, שיפוע (ושטף יון המקביל) כבר ידוע להיות מוגדל / רווי 1. מעבר הבנה מקובלת זה, כאשר המתח (או נוכחי) הוא גדל עוד יותר, זרם overlimiting הוא ציין, עם אזורי דלדול שטוחים והדרגות ריכוז חדות מאוד בגבול האזור 1, 3. האזור השטוח יש ריכוז יון נמוך מאוד, אבל הולכת שטח, אלקטרו-osmoti<html> זרימת ג (EOF), ו / או חוסר יציבות האוסמוטי-אלקטרו לקדם שטף יוני להשרות 3 overlimiting הנוכחי, 4, 5. מעניין לציין, כי אזור דלדול השטוח משמש כמחסום אלקטרוסטטי, אשר מסנן 6, 7, 8, 9 ו / או preconcentrates מטרות 10, 11. מאז יש כמות מספקת של יונים להקרין את האשמות השטח של חלקיקים טעונים (עבור electroneutrality סיפוק), החלקיקים לא יכולים לעבור דרך אזור דלדול זה ולכן בשורה ליד גבולה. אפקט ICP הקוי זוהי תופעה גנרית בסוגים שונים של ממברנות 10, 11, 12, 13,&gt; 14 ו גיאומטריות 6, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21; זו הסיבה מדוע חוקרים הצליחו לפתח סוגים שונים של סינון 6, 7, 8, 9 ו preconcentration 10, 11 מכשירים באמצעות קווי ICP. גם עם גמישות וחוסנם גבוהים כאלה, זה עדיין אתגר מעשי להבהיר את תנאי הפעלה עבור מכשירי ICP הקויים. המשטר קוי של ICP במהירות מסיר קטיונים דרך קרום קטיוני, הגורמת עקירה של אניונים נע לכיוון האנודה. כמכך, אזור הדלדול השטוח מתפשט במהירות, אשר מזכירה התפשטות הלם 22. מאני et al. קרא לזה דינמי deionization (או דלדול) לזעזע 23. כדי preconcentrate מטרות בעמדת חישה מיועדת, למנוע את ההתפשטות של אזור דלדול יון יש צורך, למשל, על ידי החלת EOF או זרימת לחץ מונע נגד הרחבת אזור 24. Zangle et al. 22 הבהיר קריטריוני התפשטות ICP במודל חד ממדי, וזה מאוד תלוי ניידות electrophoretic 17, כוח יוני 18, pH 25, וכן הלאה. זה מצביע על כך תנאי הפעלה תקינים ישתנו בהתאם לתנאי המדגם. כאן, אנו מציגים תכנון מפורט ופרוטוקולים ניסיוניים עבור פלטפורמת ICP רומן preconcentrates מטרות בתוך spatiotempדרך הפה מוגדר עמדה 26. הרחבת אזור דלדול היון חסומה על ידי אזור עשרת יון, עוזבת תקע preconcentration נייח לעבר עמדה שהוקצתה, ללא תלות בזמן ההפעלה, מתח מיושם, כוח יוני, ו- pH. פרוטוקול וידאו מפורט זה נועד להראות את השיטה הפשוטה לשלב ממברנות קטיוני לתוך מכשירי microfluidic וכדי להדגים את ביצועי preconcentration של פלטפורמת ICP החדשה בהשוואה לזו המקובלת.

<table><tbody><tr><td>Sylgard 184 Silicone Elastomer kit</td><td>Dow Corning</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Trichlorosilane</td><td>Sigma Aldrich</td><td>175552</td><td>Highly toxic</td></tr><tr><td>Nafion perfluorinated resin, 20 wt%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>527122</td><td></td></tr><tr><td>Sodium chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71394</td><td></td></tr><tr><td>Potassium chloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>60121</td><td></td></tr><tr><td>Alexa Fluor 488 carboxylic acid, succinimidyl ester</td><td>Invitrogen</td><td>A20000</td><td></td></tr><tr><td>Isothiocyanate-conjugated albumin</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A9771</td><td></td></tr><tr><td>Phosphate buffer saline, 1x</td><td>Wengene</td><td>LB004-02</td><td></td></tr><tr><td>Tween 20</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P1379</td><td></td></tr><tr><td>Epifluorescence microscope</td><td>Olympus</td><td>IX-71</td><td></td></tr><tr><td>Charged-coupled device camera</td><td>Hamamtsu Co.</td><td>ImageEM X2</td><td></td></tr><tr><td>Source measurement unit</td><td>Keithley Instruments</td><td>2635A</td><td></td></tr><tr><td>Covance-MP</td><td>Femto Science</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

merging ion concentration polarization between juxtaposed ion exchange membranes to block the propagation of the polarization zone

קיטוב ריכוז היון (ICP) תופעה באחת מהשיטות השכיחות ביותר preconcentrate דגימות ביולוגיות נמוך שפע. ICP משרה באזור פולשנית עבור ביומולקולות טעונים (כלומר, אזור דלדול יון), ומטרות ניתן preconcentrated על הגבול באזור זה. למרות הופעות preconcentration גבוהות עם ICP, קשה למצוא את תנאי ההפעלה של אזורי דלדול יון הלא ומתפשט. כדי להתגבר על חלון הפעלה הצר הזה, פתחנו לאחרונה פלטפורמה חדשה preconcentration קבוע spatiotemporally. בניגוד שקדם שיטות שרק להשתמש דלדול יון, פלטפורמה זו משתמשת גם הקוטביות ההפוכה של ICP (כלומר, העשרה יון) כדי לעצור את ההתפשטות של אזור דלדול יון. על ידי עימות עם אזור העשרה עם אזור הדלדול, שני האזורים למזג יחד ולעצור. במאמר זה, אנו מתארים פרוטוקול הניסוי מפורט לבנות ICP spatiotemporally הגדיר זאת platfORM ולאפיין את דינמיקת preconcentration של הפלטפורמה החדשה על ידי ההשוואה לאלו של המכשיר הקונבנציונלי. פרופילי ריכוז יון איכותיים ותגובות בזמן הנוכחי בהצלחה ללכוד את הדינמיקה השונה בין ICP הממוזגת ואת ICP העצמאי. בניגוד לזו המקובלת שיכול לתקן את מיקום preconcentration רק ב ~ 5 V, הפלטפורמה החדשה יכולה לייצר תוסף מרוכז-יעד במיקום מסוים בטווחים הרחבים של תנאי הפעלה: מתח (0.5-100 V), כוח יוני (1-100 מ&quot;מ), ו- pH (3.7-10.3).

שלבי ייצור סכמטי של preconcentrator microfluidic משולב-קרום מוצגים באיור 1. תיאור מפורט של הייצור ניתן בפרוטוקול. העיצובים ותמונות התקן של preconcentrator מוגדר spatiotemporally 26 הם בניגוד לאלה של קונבנציונאלי preconcentrator 11 (איור 2). תופ...

Watch this Scientific Journal Video about Merging Ion Concentration Polarization between Juxtaposed Ion Exchange Membranes to Block the Propagation of the Polarization Zone at JoVE.com

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

הפרוטוקול עבור קיטוב ריכוז יון רומן (ICP) פלטפורמה שיכולה לעצור את ההתפשטות של אזור ICP, ללא תלות בתנאי ההפעלה מתוארת. יכולת הייחודית זו של הפלטפורמה נמצאת בשימוש של התמזגות דלדול יון והעשרה, שהן שני קטבים של תופעת ICP.

מיזוג קיטוב ריכוז יון בין חופפי Ion Exchange ממברנות כדי לחסום את ההתפשטות של אזור הקיטוב

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

merging-ion-concentration-polarization-between-juxtaposed-ion

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.4K Views.  Korea Institute of Science and Technology.  הפרוטוקול עבור קיטוב ריכוז יון רומן (ICP) פלטפורמה שיכולה לעצור את ההתפשטות של אזור ICP, ללא תלות בתנאי ההפעלה מתוארת. יכולת הייחודית זו של הפלטפורמה נמצאת בשימוש של התמזגות דלדול יון והעשרה, שהן שני קטבים של תופעת ICP. 

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

On-chip Isotachophoresis for Separation of Ions and Purification of Nucleic Acids

Electrokinetic techniques are a staple of microscale applications because of their unique ability to perform a variety of fluidic and electrophoretic processes in simple, compact systems with no moving parts. Isotachophoresis (ITP) is a simple and very robust electrokinetic technique that can achieve million-fold preconcentration1,2 and efficient separation and extraction based on ionic mobility.3 For example, we have demonstrated the application of ITP to separation and sensitive detection of unlabeled ionic molecules (e.g. toxins, DNA, rRNA, miRNA) with little or no sample preparation4-8 and to extraction and purification of nucleic acids from complex matrices including cell culture, urine, and blood.9-12
ITP achieves focusing and separation using an applied electric field and two buffers within a fluidic channel system. For anionic analytes, the leading electrolyte (LE) buffer is chosen such that its anions have higher effective electrophoretic mobility than the anions of the trailing electrolyte (TE) buffer (Effective mobility describes the observable drift velocity of an ion and takes into account the ionization state of the ion, as described in detail by Persat et al.13). After establishing an interface between the TE and LE, an electric field is applied such that LE ions move away from the region occupied by TE ions. Sample ions of intermediate effective mobility race ahead of TE ions but cannot overtake LE ions, and so they focus at the LE-TE interface (hereafter called the "ITP interface"). Further, the TE and LE form regions of respectively low and high conductivity, which establish a steep electric field gradient at the ITP interface. This field gradient preconcentrates sample species as they focus. Proper choice of TE and LE results in focusing and purification of target species from other non-focused species and, eventually, separation and segregation of sample species.
We here review the physical principles underlying ITP and discuss two standard modes of operation: "peak" and "plateau" modes. In peak mode, relatively dilute sample ions focus together within overlapping narrow peaks at the ITP interface. In plateau mode, more abundant sample ions reach a steady-state concentration and segregate into adjoining plateau-like zones ordered by their effective mobility. Peak and plateau modes arise out of the same underlying physics, but represent distinct regimes differentiated by the initial analyte concentration and/or the amount of time allotted for sample accumulation.
We first describe in detail a model peak mode experiment and then demonstrate a peak mode assay for the extraction of nucleic acids from E. coli cell culture. We conclude by presenting a plateau mode assay, where we use a non-focusing tracer (NFT) species to visualize the separation and perform quantitation of amino acids.

Isotachophoresis (ITP) is a robust electrokinetic separation and preconcentration technique with applications ranging from toxin detection to sample preparation. We review the physical principles of ITP and the methodology of applying this technique to two specific example applications: separation and detection of small molecules and purification of nucleic acids from cell culture lysate.

על שבב Isotachophoresis להפרדה של יוני וטיהור של חומצות גרעין

Electrokinetic techniques are a staple of microscale applications because of their unique ability to perform a variety of fluidic and electrophoretic ...

Preparation of Artificial Bilayers for Electrophysiology Experiments

Planar lipid bilayers, also called artificial lipid bilayers, allow you to study ion-conducting channels in a well-defined environment. These bilayers can be used for many different studies, such as the characterization of membrane-active peptides, the reconstitution of ion channels or investigations on how changes in lipid bilayer properties alter the function of bilayer-spanning channels.  Here, we show how to form a planar bilayer and how to isolate small patches from the bilayer, and in a second video  will also demonstrate a procedure for using gramicidin channels to determine changes in lipid bilayer elastic properties.   We also demonstrate the individual steps needed to prepare the bilayer chamber, the electrodes and how to test that the bilayer is suitable for single-channel measurements.

Planar lipid bilayers, also called artificial lipid bilayers, allow you to study ion-conducting channels in a well-defined environment. Here, we demonstrate the individual steps needed to prepare the bilayer chamber, the electrodes and how to test that the bilayer is suitable for single-channel measurements.

הכנת Bilayers מלאכותית לניסויים Electrophysiology

Planar lipid bilayers, also called artificial lipid bilayers, allow you to study ion-conducting channels in a well-defined environment. These bilayers can ...

Biology

Label-free Isolation and Enrichment of Cells Through Contactless Dielectrophoresis

Dielectrophoresis (DEP) is the phenomenon by which polarized particles in a non-uniform electric field undergo translational motion, and can be used to direct the motion of microparticles in a surface marker-independent manner. Traditionally, DEP devices include planar metallic electrodes patterned in the sample channel. This approach can be expensive and requires a specialized cleanroom environment. Recently, a contact-free approach called contactless dielectrophoresis (cDEP) has been developed. This method utilizes the classic principle of DEP while avoiding direct contact between electrodes and sample by patterning fluidic electrodes and a sample channel from a single polydimethylsiloxane (PDMS) substrate, and has application as a rapid microfluidic strategy designed to sort and enrich microparticles. Unique to this method is that the electric field is generated via fluidic electrode channels containing a highly conductive fluid, which are separated from the sample channel by a thin insulating barrier. Because metal electrodes do not directly contact the sample, electrolysis, electrode delamination, and sample contamination are avoided. Additionally, this enables an inexpensive and simple fabrication process.
cDEP is thus well-suited for manipulating sensitive biological particles. The dielectrophoretic force acting upon the particles depends not only upon spatial gradients of the electric field generated by customizable design of the device geometry, but the intrinsic biophysical properties of the cell. As such, cDEP is a label-free technique that avoids depending upon surface-expressed molecular biomarkers that may be variably expressed within a population, while still allowing characterization, enrichment, and sorting of bioparticles.
Here, we demonstrate the basics of fabrication and experimentation using cDEP. We explain the simple preparation of a cDEP chip using soft lithography techniques. We discuss the experimental procedure for characterizing crossover frequency of a particle or cell, the frequency at which the dielectrophoretic force is zero. Finally, we demonstrate the use of this technique for sorting a mixture of ovarian cancer cells and fluorescing microspheres (beads).

Contactless dielectrophoresis (cDEP) achieves sorting and enrichment of particles via their intrinsic dielectric properties. Fluidic electrode channels replace metallic electrodes traditional to DEP, suiting cDEP to non-damaging sterile characterization and sorting of biological particles. We demonstrate how to prepare a cDEP microdevice and conduct cell characterization and sorting experiments.

בידוד ללא תווית והעשרה של תאים דרך מגע dielectrophoresis

Dielectrophoresis (DEP) is the phenomenon by which polarized particles in a non-uniform electric field undergo translational motion, and can be used to ...

Medicine

Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed electric body force has to be induced by ionic motions in liquid. On the other hand, positive and negative charges attract each other, and electroneutrality is maintained everywhere in equilibrium conditions. Furthermore, an increase in an applied voltage has to be suppressed to avoid water electrolysis, which causes the solutions to become unstable. Usually, EHD flows can be induced in non-aqueous solutions by applying extremely high voltages, such as tens of kV, to inject electrical charges. In this study, two methods are introduced to generate EHD flows induced by electrical charge separations in aqueous solutions, where two liquid phases are separated by an ion-exchange membrane. Due to a difference in the ionic mobility in the membrane, ion concentration polarization is induced between both sides of the membrane. In this study, we demonstrate two methods. (i) The relaxation of ion concentration gradients occurs via a flow channel that penetrates an ion-exchange membrane, where the transport of the slower species in the membrane selectively becomes dominant in the flow channel. This is a driving force to generate an EHD flow in the liquid. (ii) A long waiting time for the diffusion of ions passing through the ion-exchange membrane enables the generation of an ion-dragged flow by externally applying an electric field. Ions concentrated in a flow channel of a 1 x 1 mm2 cross-section determine the direction of the liquid flow, corresponding to the electrophoretic transport pathways. In both methods, the electric voltage difference required for an EHD flow generation is drastically reduced to near 2 V by rectifying the ion transport pathways.

The rectification of ion transport pathways is an effective method to generate one-directional ion-dragged electrohydrodynamic flows. By setting an ion-exchange membrane in a flow channel, an electrically polarized condition is generated and causes a liquid flow to be driven when an electric field is externally applied.

דור ובקרה של Electrohydrodynamic זורם בפתרונות אלקטרוליט מימית

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

Engineering

Electrophoretic Crystallization of Ultrathin High-performance Metal-organic Framework Membranes

We report the synthesis of thin, highly intergrown, polycrystalline metal-organic framework (MOF) membranes on a wide range of unmodified porous and non-porous supports (polymer, ceramic, metal, carbon, and graphene). We developed a novel crystallization technique, which is termed the ENACT approach: the electrophoretic nuclei assembly for the crystallization of highly intergrown thin films (ENACT). This approach allows for a high density of heterogeneous nucleation of MOFs on a chosen substrate via the electrophoretic deposition (EPD) directly from the precursor sol. The growth of well-packed MOF nuclei leads to a highly intergrown polycrystalline MOF film. We show that this simple approach can be used for the synthesis of thin, intergrown zeolite imidazole framework (ZIF)-7 and ZIF-8 films. The resulting 500 nm-thick ZIF-8 membranes show a considerably high H2 permeance (8.3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1) and ideal gas selectivities (7.3 for H2/CO2, 15.5 for H2/N2, 16.2 for H2/CH4, and 2655 for H2/C3H8). An attractive performance for C3H6/C3H8 separation is also achieved (a C3H6 permeance of 9.9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 and a C3H6/C3H8 ideal selectivity of 31.6 at 25 &#176;C). Overall, the ENACT process, owing to its simplicity, can be extended to synthesize intergrown thin films of a wide range of nanoporous crystalline materials.

A simple, reproducible, and versatile approach for the synthesis of intergrown, polycrystalline metal-organic framework membranes on a wide range of unmodified porous and non-porous supports is presented.

התגבשות electrophoretic של ממברנות זגוגית ביצועים גבוהים מסגרת מתכת-אורגני

We report the synthesis of thin, highly intergrown, polycrystalline metal-organic framework (MOF) membranes on a wide range of unmodified porous and ...

Chemistry

Paper-Based Preconcentration and Isolation of Microvesicles and Exosomes

Microvesicles and exosomes are small membranous vesicles released to the extracellular environment and circulated throughout the body. Because they contain various parental cell-derived biomolecules such as DNA, mRNA, miRNA, proteins, and lipids, their enrichment and isolation are critical steps for their exploitation as potential biomarkers for clinical applications. However, conventional isolation methods (e.g., ultracentrifugation) cause significant loss and damage to microvesicles and exosomes. These methods also require multiple repetitive steps &#160;of ultracentrifugation, loading, and wasting of reagents. This article describes a detailed method to fabricate an origami-paper-based device (Exo-PAD) designed for the effective enrichment and isolation of microvesicles and exosomes in a simple manner. The unique design of the Exo-PAD, consisting of accordion-like multifolded layers with convergent sample areas, is integrated with the ion concentration polarization technique, thereby enabling fivefold enrichment of the microvesicles and exosomes on specific layers. In addition, the enriched microvesicles and exosomes are isolated by simply unfolding the Exo-PAD.

Presented is a protocol to fabricate a paper-based device for the effective enrichment and isolation of microvesicles and exosomes.

ריכוז מבוסס נייר ובידוד של מיקרושלפוחיות ואקסוזומים

Microvesicles and exosomes are small membranous vesicles released to the extracellular environment and circulated throughout the body. Because they ...

Biochemistry

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, compliant and biomimetic nature of this deformation, actuators made of the laminate have received increasing interest in soft robotics and (bio)medical applications. However, methods to easily fabricate the active material in large (even industrial) quantities and with a high batch-to-batch and within-batch repeatability are needed to transfer the knowledge from laboratory to industry. This protocol describes a simple, industrially scalable and reproducible method for the fabrication of ionic carbon-based electromechanically active capacitive laminates and the preparation of actuators made thereof. The inclusion of a passive and chemically inert (insoluble) middle layer (e.g., a textile-reinforced polymer network or microporous Teflon) distinguishes the method from others. The protocol is divided into five steps: membrane preparation, electrode preparation, current collector attachment, cutting and shaping, and actuation. Following the protocol results in an active material that can, for example, compliantly grasp and hold a randomly shaped object as demonstrated in the article.

This article describes a fast and simple manufacturing process of ionic electromechanically active composite materials for actuators in biomedical, biomimetic and soft robotics applications. The key fabrication steps, their importance for the actuators&#39; final properties, and some of the main characterization techniques are described in detail.

הייצור של מפעיל פחמן מבוססי Electromechanically Active מפעילים רכים

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, ...

Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

Reverse electrodialysis (RED) is an effective way to generate power by mixing two different salt concentrations in water using cation-exchange membranes (CEM) and anion-exchange membranes (AEM). The RED stack is composed of an alternating arrangement of the cation-exchange membrane and anion-exchange membrane. The RED device acts as a potential candidate for fulfilling the universal demand for future energy crises. Here, in this article, we demonstrate a procedure to fabricate a reverse electrodialysis device using laboratory-scale CEM and AEM for power production. The active area of the ion-exchange membrane is 49 cm2. In this article, we provide a step-by-step procedure for synthesizing the membrane, followed by the stack&#39;s assembly and power measurement. The measurement conditions and net power output calculation have also been explained. Furthermore, we describe the fundamental parameters that are taken into consideration for obtaining a reliable outcome. We also provide a theoretical parameter that affects the overall cell performance relating to the membrane and the feed solution. In short, this experiment describes how to assemble and measure RED cells on the same platform. It also contains the working principle and calculation used for estimating the net power output of the RED stack using CEM and AEM membranes.

We demonstrate the fabrication of a reverse electrodialysis device using a cation-exchange membrane (CEM) and anion-exchange membrane (AEM) for power generation.

ממברנות חילופי יונים לייצור התקן אלקטרודיאליזה הפוכה

Reverse electrodialysis (RED) is an effective way to generate power by mixing two different salt concentrations in water using cation-exchange membranes ...

Temperature-Controlled Assembly and Characterization of a Droplet Interface Bilayer

The droplet interface bilayer (DIB) method for assembling lipid bilayers (i.e., DIBs) between lipid-coated aqueous droplets in oil offers key benefits versus other methods: DIBs are stable and often long-lasting, bilayer area can be reversibly tuned, leaflet asymmetry is readily controlled via droplet compositions, and tissue-like networks of bilayers can be obtained by adjoining many droplets. Forming DIBs requires spontaneous assembly of lipids into high density lipid monolayers at the surfaces of the droplets. While this occurs readily at room temperature for common synthetic lipids, a sufficient monolayer or stable bilayer fails to form at similar conditions for lipids with melting points above room temperature, including some cellular lipid extracts. This behavior has likely limited the compositions&#8212;and perhaps the biological relevance&#8212;of DIBs in model membrane studies. To address this problem, an experimental protocol is presented to carefully heat the oil reservoir hosting DIB droplets and characterize the effects of temperature on the lipid membrane. Specifically, this protocol shows how to use a thermally conductive aluminum fixture and resistive heating elements controlled by a feedback loop to prescribe elevated temperatures, which improves monolayer assembly and bilayer formation for a wider set of lipid types. Structural characteristics of the membrane, as well as the thermotropic phase transitions of the lipids comprising the bilayer, are quantified by measuring the changes in electrical capacitance of the DIB. Together, this procedure can aid in evaluating biophysical phenomena in model membranes over various temperatures, including determining an effective melting temperature (TM) for multi-component lipid mixtures. This capability will thus allow for closer replication of natural phase transitions in model membranes and encourage the formation and use of model membranes from a wider swath of membrane constituents, including those that better capture the heterogeneity of their cellular counterparts.

This protocol details the use of a feedback temperature-controlled heating system to promote lipid monolayer assembly and droplet interface bilayer formation for lipids with elevated melting temperatures, and capacitance measurements to characterize temperature-driven changes in the membrane.

הרכבה ואפיון מבוקרי טמפרטורה של Bilayer ממשק טיפה

The droplet interface bilayer (DIB) method for assembling lipid bilayers (i.e., DIBs) between lipid-coated aqueous droplets in oil offers key benefits ...

Application of Electrophysiology Measurement to Study the Activity of Electro-Neutral Transporters

The transport of ions through cell membranes ensures the fine control of ion content within and outside the cell that is indispensable for cell survival. These transport mechanisms are mediated by the activities of specialized transporter proteins. Specifically,pH dynamics are finely controlled by plasma membrane proton (H+) extrusion systems, such as the Na+/H+ exchanger (NHE) protein family. Despite extensive efforts to study the mechanisms underlying NHE regulation, our current understanding of the biophysical and molecular properties of the NHE family is inadequate because of the limited availability of methods to effectively measure NHE activity. In this manuscript, we used H+-selective electrodes during whole-cell patch clamping recording to measure NHE-induced H+ flux. We proposed this approach to overcome some limitations of typically used methods to measure NHE activity, such as radioactive uptake and fluorescent membrane permeants. Measurement of NHE activity using the described method enables high sensitivity and time resolution and more efficient control of intracellular H+ concentrations. H+-selective electrodes are based on the fact that transporter activity creates an ion gradient in close proximity to the cell membrane. An H+-selective electrode moving up to and away from the cell membrane in a repetitive, oscillatory fashion records a voltage difference that is dependent on H+ flux. While H+-selective electrodes are used to detect H+ flux moving out of the cell, the patch clamp method in the whole-cell configuration is used to control the intracellular ion composition. Moreover, application of the giant patch clamp technique allows modification of the intracellular composition of not only ions but also lipids. The transporter activity of NHE isoform 3 (NHE3) was measured using this technical approach to study the molecular basis of NHE3 regulation by phosphoinositides.

This manuscript describes the applications of proton-selective electrodes and patch clamping methods to measure the activity of proton transport systems. These methods overcome some limitations of techniques commonly used to study proton transport activity, such as moderate sensitivity, time resolution and insufficient intracellular milieu control.

יישום המדידה Electrophysiology ללמוד את הפעילות של מובילי אלקטרו-נייטרלי

The transport of ions through cell membranes ensures the fine control of ion content within and outside the cell that is indispensable for cell survival. ...