המחברים יש אין התודות.

1. EHD זרימה המושרה על ידי יון לתקן תחבורה
<ol><li>הפיתוח של מכשיר ערוץ הזרימה לתקן את יון תחבורה מסלולים
	<ol>
<li>להכין תבנית PTFE של המאגר:<ol>
<li>חתך של 13 x 30 x 10 מ מ3 עובש ממאגר טפלון (PTFE) באמצעות מכונת הטחינה (ראה איור 2). לחלופין, לרכוש מוצר בהזמנה אישית.</li>
			<li>דבקים לוחות אקריליק 15 x 18 x מ מ 13 בשני הקצוות של העובש PTFE עם דבק פלסטיק, אשר יגרום חרכי במאגר המים ליישב את האלקטרודות הסטייה. חלקים אלה ניתן לגזור מתוך צלחת גדולה או לרכוש.</li>
			<li>דבקים הלוחות אקרילי של 13 x 30 x מ מ 13 על פני השטח העליונים והתחתונים של העובש PTFE עם דבק פלסטיק כדי להפוך משטחים מישוריים להשגחה ברורה.</li>
		</ol>
</li>
		<li>לערבב סיליקון elastomer הבסיס, ריפוי סוכן ביחס של 10:1 בשפופרת 50 מ ל, לנער את הצינורית ביד.</li>
		<li>ליישב את PDMS נוזלי מגרגרי אבק, דגה אותו באמצעות משאבה רוטרי.</li>
		<li>הסר את הצינור מכלי הקיבול. שופכים את PDMS לתוך 40 x 50 x 24 מ מ3 פלסטיק כלי הקיבול כדי לעצב את הצורה החיצונית של המאגר ומניחים את התבנית מאגר (ראה שלב 1.1.1) בתוכו.</li>
		<li>אופים את כל הגוף של הנוזל PDMS על גזייה ב 80 מעלות צלזיוס במשך כ 4 שעות.</li>
		<li>לאחר העוגות, לבודד את המאגר PDMS כייר PTFE, הכלי החיצוני בעבודת יד. לבצע חתך החוצה את המרכז של המאגר באמצעות סכין כירורגית. זה ישמש כדי להכניס אותו באמצעות פינצטה קצוות קרום חילופי אניון (להכין בשלב 1.1.16). הערה: המאגר PDMS מלא פתרונות אלקטרוליט מאוחר יותר, כפי שמוצג באיור2.</li>
		<li>להשיג צלחות זכוכית (מיוצר לפי הזמנה) עם צורה מעגלית של 18 מ מ קוטר או בכל ריבוע עם קצוות 18 מ מ.</li>
		<li>לשטוף את צלחות זכוכית בהשריה של אצטון, אתנול, מים טהורים (על מנת) באמבט ultrasonication למשך 15 דקות כל אחד.</li>
		<li>לפוצץ נוזלים שיורית משם עם רובה אוויר או חום צלחות זכוכית עם פלטה למשך 5 דקות-כ 473 k</li>
		<li>באמצעות תדר רדיו התזה, מעיל משטח זכוכית עם Cr או Ti נחשפים Ar פלזמה עבור 1 דקות ב- 75 וואט, במרוכז, להפקיד סרט דק Au עבור 5 דקות 75 וואט, קובעת את העובי כ 100 ננומטר. הערה: לפני ציפוי המשטח זכוכית עם מתכות היעד, הדגימות נקבעו בתוך תא ואקום זה פונה עם משאבה סיבוביים, משאבה פעפוע עד הלחץ ירד ל עונה 1 פרק 10−2 הפלסטינית.</li>
		<li>הלחמה קצה חוט על פני האלקטרודה Au באמצעות עבודה עם מלחם. הערה: הצורה של האלקטרודה Au ייתכן יכול להיות מוחלף על ידי ריבועים של חוטי הסליל, שמירה על פני שטחים גדולים מספיק כדי ליצור זרמים יוניים.</li>
		<li>עם פינצטה, הניח את הצלחות הזכוכית מצופה עם סרט דק Au בשני קצותיו של המאגר. אלה הם האלקטרודות הסטייה.</li>
		<li>חותכים ממברנה של אניון-המרת צורה מלבנית 20 x 18 מ מ2 באמצעות מספריים. פני שטח של 13 מ מ רוחב ו 10 מ מ גובה חשופים נוזל. כאן, יפנית או סכין כירורגית עשוי לשמש גם לחתוך את הקרום.</li>
		<li>גוזרים חתיכה מלבנית של 3 x 5.5 מ מ2 מקצה אחד של הקרום עם מספריים. הערה: העובי של קרום אניון-exchange היא 220 מיקרומטר. הקרום נחתך בקלות עם מספריים או סכין יפנית. הקצוות של הקרום בחלקו קבועים עם החריצים בבית הבליעה.</li>
		<li>לחזק בלוק PDMS עם מוט נירוסטה של חתך רוחב2 1 x 1 מ מ באותו אופן כמו צעדים 1.1.4 - 1.1.5, כדי ליצור ערוץ הזרימה חודר את הממברנה. להשאיר את הבנייה במשך הלילה ולאחר מכן משוך את המוט אל חלד מתוך הבלוק PDMS.</li>
		<li>לחתוך את PDMS בלוק עם ערוץ הזרימה מרובע לתוך 3 x 6 x 4.5 מ מ פיסה (ראה איור 2) באמצעות סכין כירורגית. לעשות חריצים לאורך השוליים החיצוניים, ולאחר מכן לצרף אותו הקרום בתוך אזור החיתוך מלבני. הערה: הפנים העליון של הערוץ חייב להגדיר אופקית אבחנה ברורה של החלקיקים ב הזרימה בערוץ דרך הקיר השקוף.</li>
	</ol></li>
	<li>אופן ההכנה של פתרונות ושל בשוטף ובשיפוץ לניסויים
	<ol>
<li>הכן פתרונות מימית NaOH בריכוזים של עונה 1 פרק 10− 1, עונה 1 פרק 10−2, עונה 1 פרק 10−3 מול/ליטר על ידי דילול הפתרון מניות.</li>
		<li>להפוך של פיזור של חלקיקים פוליסטירן של מיקרומטר 2.93 בממוצע קוטר בכל אחד הפתרונות NaOH מוכן בשלב 1.2.1 על-ידי הגדרת הריכוז 4.2 x 10−3 vol %. הערה: גודל החלקיקים מעקב עשויים להשתנות בהתאם לשיפור observability.</li>
		<li>Ultrasonicate את קרום אניון מעוצב-exchange של 20 x 18 מ מ2 עם חתך של 3 x 5.5 מ מ2 2 x 10 דקות במים טהורים-כוח של 100 W.</li>
		<li>עם פינצטה, להגדיר את הקרום אניון-exchange עם תעלת זרימה PDMS אל תוך האגם PDMS. מילוי המאגר עם 4 מ"ל NaOH פתרון באמצעות micropipette. הערה: הערוץ השטח ואת זרימת הממברנה שקועים בפתרון, איפה פני הממברנה חשוף לפתרון של פחות 100 x גדול יותר חתך הרוחב של ערוץ הזרימה.</li>
		<li>החל פוטנציאל חשמלי של 2.2 V באמצעות מקור כוח DC הכיוונים קדימה ואחורה על 2 h כל בסדרה, כדי לשפר את המוליכות של הקרום לפני התצפית.</li>
		<li>תוציא האלקטרודות Au עם פינצטה. הסר את הפתרון המאגרים באמצעות של micropipette.</li>
		<li>הגדר החדשה Au אלקטרודות בבית-המאגרים עם פינצטה. למלא את מאגרי מים עם 4 מ"ל NaOH פתרון באמצעות micropipette. מתחילים תצפיות כאשר הפתרון הוא equilibrated. הערה: ייתכן שיחלפו כמה דקות של זמן המתנה עד הסעת חום טבעי מתיישב, אשר יכולה להישפט על ידי התבוננות על אופן הפעולה של חלקיקים מעקב.</li>
	</ol></li>
	<li>מערכות מדידה וההתקנה ניסיוני
	<ol>
<li>הגדר את קצב המסגרות ואת את זמן החשיפה של מצלמה מהיר משלימים מתכת--מוליך למחצה (CMOS) 500 fps ו- 1 ms, בהתאמה. הערה: כפי שמוצג באיור1, המכשיר ניסיוני שוכן על השלב של מיקרוסקופ מחוברת מצלמת CMOS במהירות גבוהה כדי להקליט את הרגשות של חלקיקים. התצוגה מוגדל ב 15 בצג עם עדשה X 100.</li>
		<li>להסיר את כל הבועות מן התעלה על-ידי הוספת קצה micropipette הסוף ערוץ כדי לדחוף או למשוך אותם, לפני החלת פוטנציאל חשמלי.</li>
		<li>מבחוץ להחיל פוטנציאל חשמלי של 2.2 V האלקטרודות הסטייה Au. בו זמנית לנטר את התגובות חשמל באמצעות potentiostat או מקור כוח DC עם מולטימטר. הערה: ערך מתח נקבע להיות הגבול העליון, הימנעות אלקטרוליזה של מים שיוצר O2 ו- H2 בועות בפתרון.</li>
		<li>לתעד את אופן הפעולה של החלקיקים מעקב במחשב.</li>
		<li>למדוד את ההפרש בפוטנציאל חשמלי בין שני הקצוות של ערוץ הזרימה באמצעות אלקטרודות בדיקה Au ומולטימטר כדי לאשר ההדרגה הריכוז של יוני מפעילה38,זרימה EHD39.</li>
		<li>לקבוע את המקור של מערכת צירים קרטזית במרכז של הערוץ. הערה: ה- x- ציר זה לאורך הכיוון האורך של ערוץ הזרימה, ו- y- ו z-צירים הם בכיוונים אופקי ואנכי, חתך הרוחב של הערוץ, בהתאמה, כפי שמוצג באיור2. ערוץ PDMS שקופה מאפשרת נוזלי, ניתן לאבחן לאורך ה- x-ציר. התצוגה מתמקדת במישור xy - z = 0 על ידי שליטה העומק של המוקד. זרימת הנתונים אינם תלויים x בסעיף מבחן אלא רק ליד מפרץ צר של עודפים של הערוץ, נקודת התצפית מוגדר כ- 0.75 מ מ במורד הזרם מן המקור, כך x = 0.75, y = 0 ו- z = 0 מ מ.</li>
		<li>אחרי מדידה אחת (של 15 s), לגרום לקצר האלקטרודות על ידי המחבר אותם אחד לשני עם חוט במשך 20 דקות עד הפתרון הוא equilibrated.</li>
		<li>הבא, להזיז את מכלול של הפתרון לחללית אחרת (למשל, בקבוק מדגם של 10 מ ל) ומערבבים את זה עם micropipette.</li>
		<li>יוצקים את הפתרון מנוער אל החדר שוב באמצעות micropipette בעת iteratively ביצוע הניסוי. הערה: לאחר התבוננות, מהירות הזרימה EHD מחושבת על-ידי שימוש את החלקיקים תמונה velocimetry (PIV) שיטת39, ניתן לעשות זאת באמצעות תוכנה מתאימה כדי לעקוב אחרי העקירה של חלקיקים והערכה מספרית של המהירות. הסבר מפורט על שיטות PIV וכיצד להשתמש בהם מושמט כאן כי ניתוחים PIV היה בשימוש נרחב ההליכים של חישובים תלויים התוכנה ואת מערכת ההפעלה נמצא בשימוש.</li>
	</ol></li>
</ol>2. תצפית תזרימי EHD הקטיון-induced
<ol><li>
פיתוח מכשיר ניסיוני
	<ol>
<li>טופס Au אלקטרודות הסטייה עם משטח2 26 x 10 מ"מ על צלחת זכוכית התחתון על פי הנהלים דומות לאלו שתוארו קודם לכן בשלבים 1.1.5 - 1.1.7.</li>
		<li>באמצעות תדר רדיו התזה, מעיל משטח זכוכית עם Cr או Ti נחשפים Ar פלזמה למשך 2 דקות בהספק של 75 וואט, להפקיד סרט דק Au עבור 5 דקות 75 W. הערה: צורה זו של האלקטרודה נקבע כדי מאוד להתרכז שדות חשמליים באזור הערוץ הצר. היחס בין פני השטח אלקטרודה, שבאזור 10 x 10 מ מ2 נחשף נוזל, כדי חתך הרוחב של הערוץ הוא אידיאלי הנסחר; יחס זה הוא חזה כדי להספיק להפיל את הפוטנציאל החשמלי לצלוח את התעלה על ידי כמות גדולה16.</li>
		<li>הלחמה קו ההובלה קצה האלקטרודות באמצעות עבודה עם מלחם.</li>
		<li>מסדין גומי סיליקון גדולים, לגזור 2 צ'יימברס, אחד עשוי 1 x 1 x 1 ערוץ הזרימה של3 מ מ מניחים בין שני 10 x 10 x 1 מ מ3 מאגרי מים, באמצעות סכין כירורגית (ראה איור 3). חלקים אלה עשוי להיות מוחלף על ידי PDMS.</li>
		<li>לגזור קרום קטיון בעובי ממוצע של מיקרומטר 127 עד 20 x 30 מ"מ ובשנייה או סכין כירורגית, כפי שמוצג באיור3.</li>
		<li>Ultrasonicate כל חלק במים טהורים למשך 15 דקות על-ידי החלת 100 וו</li>
		<li>הכנס קרום קטיונים בין התאים באמצעות פינצטה, כפי שמוצג באיור3. . זה יפריד 2 פתרונות אלקטרוליט של ריכוזים שונים.</li>
		<li>הקש, לאטום את המחסנית של צ'יימברס, ממברנה קטיון עם צלחות זכוכית שמידותיו הן 26 מ מ רוחב ו 38 מ"מ.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
אופן ההכנה של פתרונות
	<ol>
<li>להכין הפיזור של פוליסטירן חלקיקי קוטר ממוצע של מיקרומטר 1.01 בטריס מול/ליטר−2 עונה 1 פרק 10 (hydroxymethyl) aminomethane ethylenediaminetetraacetic חומצה (טריס-EDTA) בופר, שבו היחס בין נפח מותאם −2עונה 1 פרק 10 vol %.</li>
		<li>להכין תערובת של 1 מול/ליטר של אשלגן כלורי עונה 1 פרק 10−2 מול/ליטר של טריס-EDTA.</li>
		<li>להזריק החלקיק טריס-EDTA/פוליסטירן והפתרונות טריס-EDTA/אשלגן כלורי לתוך התאים העליון והתחתון, בהתאמה, דרך מחטי מזרקים הנוספים מתוך הקירות הצדדיים של התאים. הערה: כמות הפתרונות מוזרק לתוך כל תא הוא בערך 210 µL.</li>
		<li>חכו כ 18 h עד הפתרון הוא equilibrated כתוצאה דיפוזיה של היונים להירגע ההבדל ריכוז יון בין הרבדים העליונים והתחתונים. הערה: בתהליך דיפוזיה, K+ בפתרון העליון ו- H+ ממברנה צפויים לחדור את הקרום הראשונה, Cl− צפוי לעקוב אחריהם.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
מערכות מדידה וההתקנה ניסיוני
	<ol>
<li>להגדיר את המכשיר ניסיוני התפתחו במקביל 2.1 על הבמה של המיקרוסקופ הפוך ביד, כפי שמוצג באיור3. להתחבר המיקרוסקופ מצלמת CMOS במהירות גבוהה כדי לפקח על מסלולים של הרמזים חלקיקים ולתעד את נתוני התצפית מחשב.</li>
		<li>להחיל על ההפרש בפוטנציאל חשמלי של 2 V 6 s בין שתי אלקטרודות באמצעות גנרטור פונקציה כמקור כוח.</li>
		<li>כדי לוודא כי EHD זורם הם המושרה בתחבורה יון, למדוד את הזרמים יוניים בו זמנית באמצעות מד זרם של40.</li>
		<li>לנתח את מסלולים מוקלטים של החלקיקים על ידי החלקיק מעקב בשיטה velocimetry (זאת)39. הערה: לאחר התצפיות, מהירות הזרימה EHD מחושבת בשיטה זאת, אשר אפשרית באמצעות תוכנה מתאימה, כדי לעקוב אחרי העקירה של חלקיקים והערכה מספרית של המהירות. הסבר מפורט על שיטות זאת וכיצד להשתמש בהם מושמט כאן כי זאת ניתוחים היה בשימוש נרחב ותלויות ההליכים של חישובים תוכנה ומערכת הפעלה הנמצאת בשימוש.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Stuetzer, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+drag+pressure+generation.">Ion drag pressure generation.</a> Journal of Applied Physics. 30, 984-994 (1959).</li><li>Stuetzer, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+drag+pumps.">Ion drag pumps.</a> Journal of Applied Physics. 31, 136-146 (1960).</li><li>Melcher, J. R., Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamics:+A+review+of+the+role+of+interfacial+shear+stresses.">Electrohydrodynamics: A review of the role of interfacial shear stresses.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 1, 111-146 (1969).</li><li>Saville, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamics:+The+Taylor-Melcher+leaky+dielectric+model.">Electrohydrodynamics: The Taylor-Melcher leaky dielectric model.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 29, 27-64 (1997).</li><li>Stein, D., Kruithof, M., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-charge-governed+ion+transport+in+nanofluidic+channels.">Surface-charge-governed ion transport in nanofluidic channels.</a> Physical Review Letters. 93, 035901 (2004).</li><li>Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid-state+nanopores.">Solid-state nanopores.</a> Nature Nanotechnology. 2, 209-215 (2007).</li><li>Schoch, R. B., Han, J., Renaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+phenomena+in+nanofluidics.">Transport phenomena in nanofluidics.</a> Reviews of Modern Physics. 80, 839-883 (2008).</li><li>Iverson, B. D., Garimella, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+microscale+pumping+technologies:+A+review+and+evaluation.">Recent advances in microscale pumping technologies: A review and evaluation.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 5, 145-174 (2008).</li><li>Sparreboom, W., van den Berg, A., Eijkel, J. C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+and+applications+of+nanofluidic+transport.">Principles and applications of nanofluidic transport.</a> Nature Nanotechnology. 4, 713-720 (2009).</li><li>Venkatesan, B. M., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopore+sensors+for+nucleic+acid+analysis.">Nanopore sensors for nucleic acid analysis.</a> Nature Nanotechnology. 6, 615-624 (2011).</li><li>Uehara, S., Shintaku, H., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrokinetic+flow+dynamics+of+weakly+aggregated+&#955;DNA+confined+in+nanochannels.">Electrokinetic flow dynamics of weakly aggregated &#955;DNA confined in nanochannels.</a> Journal of Fluids Engineering. 133, 121203 (2011).</li><li>Guan, W., Reed, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+field+modulation+of+the+membrane+potential+in+solid-state+ion+channels.">Electric field modulation of the membrane potential in solid-state ion channels.</a> Nano Letters. 12, 6441-6447 (2012).</li><li>Yasui, T., 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=DNA+manipulation+and+separation+in+sublithographic-scale+nanowire+array.">DNA manipulation and separation in sublithographic-scale nanowire array.</a> ACS Nano. 7, 3029-3035 (2013).</li><li>Ren, 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=Particle+rotational+trapping+on+a+floating+electrode+by+rotating+induced-charge+electroosmosis.">Particle rotational trapping on a floating electrode by rotating induced-charge electroosmosis.</a> Biomicrofluidics. 10, 054103 (2016).</li><li>Ren, 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=Flexible+particle+&#64258;ow-focusing+in+microchannel+driven+by+droplet-directed+induced-charge+electroosmosis.">Flexible particle &#64258;ow-focusing in microchannel driven by droplet-directed induced-charge electroosmosis.</a> ELECTROPHORESIS. 39, 597-607 (2018).</li><li>Qian, W., Doi, K., Uehara, S., Morita, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+study+of+the+transpore+velocity+control+of+single-stranded+DNA.">Theoretical study of the transpore velocity control of single-stranded DNA.</a> International Journal of Molecular Sciences. 15, 13817-13832 (2014).</li><li>Qian, W., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+polymer+length+and+salt+concentration+on+the+transport+of+ssDNA+in+nanofluidic+channels.">Effect of polymer length and salt concentration on the transport of ssDNA in nanofluidic channels.</a> Biophysical Journal. 112, 838-849 (2017).</li><li>Liu, 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=A+universal+design+of+field-effect-tunable+microfluidic+ion+diode+based+on+a+gating+cation-exchange+nanoporous+membrane.">A universal design of field-effect-tunable microfluidic ion diode based on a gating cation-exchange nanoporous membrane.</a> Physics of Fluids. 29, 112001 (2017).</li><li>Liu, 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=Control+of+two-phase+flow+in+microfluidics+using+out-of-phase+electroconvective+streaming.">Control of two-phase flow in microfluidics using out-of-phase electroconvective streaming.</a> Physics of Fluids. 29, 112002 (2017).</li><li>Osman, O. O., Shintaku, H., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+micro-vibrating+flow+pumps+using+MEMS+technologies.">Development of micro-vibrating flow pumps using MEMS technologies.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 13, 703-713 (2012).</li><li>Osman, O. O., Shirai, A., Kawano, 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+numerical+study+on+the+performance+of+micro-vibrating+flow+pumps+using+the+immersed+boundary+method.">A numerical study on the performance of micro-vibrating flow pumps using the immersed boundary method.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 19, 595-608 (2015).</li><li>Daiguji, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+transport+in+nanofluidic+channels.">Ion transport in nanofluidic channels.</a> Chemical Society Reviews Home. 39, 901-911 (2010).</li><li>Ristenpart, W. D., Aksay, I. A., Saville, 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=Assembly+of+colloidal+aggregates+by+electrohydrodynamic+flow:+Kinetic+experiments+and+scaling+analysis.">Assembly of colloidal aggregates by electrohydrodynamic flow: Kinetic experiments and scaling analysis.</a> Physical Review E. 69, 021405 (2004).</li><li>Ristenpart, W. D., Aksay, I. A., Saville, 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=Electrohydrodynamic+flow+around+a+colloidal+particle+near+an+electrode+with+an+oscillating+potential.">Electrohydrodynamic flow around a colloidal particle near an electrode with an oscillating potential.</a> Journal of Fluid Mechanics. 575, 83-109 (2007).</li><li>Schoch, R. B., Hann, J., Renaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+the+surface+charge+on+ion+transport+through+nanoslits.">Effect of the surface charge on ion transport through nanoslits.</a> Physics of Fluids. 17, 100604 (2005).</li><li>Ross, D., Johnson, T. J., Locascio, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+of+electroosmotic+flow+in+plastic+microchannels.">Imaging of electroosmotic flow in plastic microchannels.</a> Analytical Chemistry. 73, 2509-2515 (2001).</li><li>Hsieh, S. -. S., Lin, H. -. C., Lin, C. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroosmotic+flow+velocity+measurements+in+a+square+microchannel.">Electroosmotic flow velocity measurements in a square microchannel.</a> Colloid and Polymer Science. 284, 1275-1286 (2006).</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> Physical Review E. 62, 2238-2251 (2000).</li><li>Bard, A. J., Faulkner, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrochemical methods, 2nd ed. , 362-363 (2001).</li><li>Brask, A., Goranovi&#263;, G., Jensen, M. J., Bruus, 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+novel+electro-osmotic+pump+design+for+nonconducting+liquids:+theoretical+analysis+of+flow+rate-pressure+characteristics+and+stability.">A novel electro-osmotic pump design for nonconducting liquids: theoretical analysis of flow rate-pressure characteristics and stability.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 15, 883-891 (2005).</li><li>Takamura, 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=Low-voltage+electroosmosis+pump+for+stand-alone+microfluidics+devices.">Low-voltage electroosmosis pump for stand-alone microfluidics devices.</a> Electrophoresis. 24, 185-192 (2003).</li><li>Zeng, S., Chen, C. -. H., Mikkelsen, J. C., 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=Fabrication+and+characterization+of+electroosmotic+micropumps.">Fabrication and characterization of electroosmotic micropumps.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 79, 107-114 (2001).</li><li>Bhaumik, S. K., Roy, R., Chakraborty, S., DasGupta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-voltage+electrohydrodynamic+micropumping+of+emulsions.">Low-voltage electrohydrodynamic micropumping of emulsions.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 193, 288-293 (2014).</li><li>El Moctar, A. O., Aubry, N., Batton, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-hydrodynamic+micro-fluidic+mixer.">Electro-hydrodynamic micro-fluidic mixer.</a> Lab on a Chip. 3, 273-280 (2003).</li><li>Bart, S. F., Tavrow, L. S., Mehregany, M., Lang, 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=Microfabricated+electrohydrodynamic+pumps.">Microfabricated electrohydrodynamic pumps.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 21, 193-197 (1990).</li><li>Ashikhmin, I. A., Stishkov, Y. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+insulating+walls+on+the+structure+of+electrodynamic+flows+in+a+channel.">Effect of insulating walls on the structure of electrodynamic flows in a channel.</a> Technical Physics. 57, 1181-1187 (2012).</li><li>Yano, A., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+electrohydrodynamic+flow+through+a+pore+in+ion-exchange+membrane.">Observation of electrohydrodynamic flow through a pore in ion-exchange membrane.</a> International Journal of Chemical Engineering and Applications. 6, 254-257 (2015).</li><li>Doi, K., Yano, A., Kawano, 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+flow+through+a+1+mm2+cross-section+pore+placed+in+an+ion-exchange+membrane.">Electrohydrodynamic flow through a 1 mm2 cross-section pore placed in an ion-exchange membrane.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 119, 228-237 (2015).</li><li>Yano, A., Shirai, H., Imoto, M., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concentration+dependence+of+cation-induced+electrohydrodynamic+flow+passing+through+an+anion+exchange+membrane.">Concentration dependence of cation-induced electrohydrodynamic flow passing through an anion exchange membrane.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 56, 097201 (2017).</li><li>Nagura, R., Doi, K., Kawano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterisation+of+microparticle+transport+driven+by+ionic+current+conditions+in+electrically+polarized+aqueous+solutions.">Characterisation of microparticle transport driven by ionic current conditions in electrically polarized aqueous solutions.</a> Micro &amp; Nano Letters. 12, 526-531 (2017).</li><li>Doi, K., 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=Nonequilibrium+ionic+response+of+biased+mechanically+controllable+break+junction+(MCBJ)+electrodes.">Nonequilibrium ionic response of biased mechanically controllable break junction (MCBJ) electrodes.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 118, 3758-3765 (2014).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

מטרתו של מחקר זה היתה נפרדים קטיונים, אניונים בפתרונות מימית במונחים של הפצות המרחבי ומספרים תחבורה. באמצעות ממברנה של אניון-exchange, התעבורה של אניונים ו קטיונים יכול לתקן את הקרום, ערוץ הזרימה חודר את הממברנה, בהתאמה. לחלופין, קרום קטיון שהפרידו גבוה ונמוך ריכוז פתרונות עבד כדי ליצור פתרונו...

לאחרונה, זרימת הנוזל בקרת טכניקות משכו תשומת לב רבה בגלל עניין היישומים של מיקרו - ו nanofluidic התקנים1,2,3,4,5, 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15. בפתרונות קוטבי, כגון פתרונות מימית ונוזלים יוניים, יונים, חשמלית חלקיקים טעונים בדרך כלל מביא על מטענים חשמליים בפעולות הזרמת נוזלי. התעבורה של חלקיקים כאלה מקוטב מספק הרחבה של יישומים שונים, כגון מולקולה בודדת מניפולציה6,10,11,13,14 , 15 , 16 , 17יון דיודה התקנים12,18, זרימת הנוזל לשלוט19,20,21,22. זרימה EHD כבר תופעה ישימה עבור מערכות בקרת זרימת הנוזל מאז Stuetzer1,2 המציא את המשאבה גרירה יון. מלצ'ר ו טיילור3 פרסם מאמר חשוב בו למסגרת התיאורטית של זרימה EHD נבדקה היטב, ניסויים יוצא מן הכלל היו גם הדגימו. סאביל4 23,שלו לעבודה24 תרמו להרחבת הבאים EHD טכנולוגיות נוזלים. עם זאת, היו מספר מגבלות על גרימת זורם נוזל מונע על ידי כוחות חשמליים, כי עשרות kV צריך להיות מיושם נוזלים כדי להזריק מטענים חשמליים בפתרונות לא קוטביים, כגון שמנים, כדי polarize אותם1,2 , 3. זה חיסרון לפתרונות מימית כי אלקטרוליזה מים זה הנגרמת על ידי פוטנציאל חשמלי גבוה יותר מאשר 1.23 V שינוי המאפיינים של פתרונות והופכת את הפתרונות לא יציב.
מיקרו - nanofluidic ערוצים, חיובים משטח של ערוץ חומות לגרום את הריכוז של counterions זה ביעילות זירוז זורם electroosmotic (EOFs) תחת שדות חשמליים חיצוני25,26,27 28, ,29. שימוש EOFs, כמה טכניקות שאיבת נוזל הוחלו בפתרונות מימית, הפחתת מתחים חשמליים31,30,, או32. מצד שני, EOFs מוגבלות הנוצר micro - ו nanospaces שבו פני שטחים להיות דומיננטי יותר מאשר אמצעי אחסון נוזלי. יתר על כן, בהתאם הובלת יונים מרוכז מאוד ליד הקירות, כגון בשכבות חשמלי כפול, הגבול להחליק רק גורמת את זרימת הנוזל, וייתכן שזה לא מספיק לגרום לחץ מעברי צבע7, 8 , 22 , 26 , 27. בסדר כוונון, כגון ערוץ מידות וריכוזי מלח, נדרש עבור היישומים של EOF. לעומת זאת, EHD זורם מונעים ע י הגוף כוחות נראה להיות זמין להסעת ההמונים ואת האנרגיות אם החשמלי יישום יכול להיות מופחת כדי להימנע משפילים ממיסים. לאחרונה, יש חוקרים הציעו יישומים תזרימי EHD עם מתח נמוך33,34,35,36. למרות טכנולוגיות אלה עדיין לא יושמו, הגבולות צפויים להרחיב.
במחקרים קודמים, ערכנו גם עבודה ניסיוני ותיאורטי על זורם EHD פתרונות מימית37,38,39,40. זה היה אמור כי תיקון מסלולים תחבורה יון היה יעיל ליצירת פתרונות הטעונים חשמלית שגורמים כוחות גוף חשמלי תחת שדות חשמליים. על ידי שימוש של ממברנה חילוף יונים וערוץ הזרימה חוצה את הקרום, הצלחנו לתקן את זרמי יוניים. בשעת החלת של אניון החלפת ממברנה, קטיונים מרוכז בזרם ערוץ גרר את ממיסים ופיתח של EHD זרימה37,38,39. הבדלי הניידות של מינים יון היה גורם חשוב להפריד את הזרמים cationic ו anionic. ממברנות יונים עבד ביעילות כדי לווסת את הניידות בשל יון סלקטיביות. יון תחבורה תופעות נחקרו גם מנקודת המבט של צפיפות זרם יוניים מושפע שדות חשמליים יישומית41. מחקרים אלו היו רווחי בשביל לפתח טכניקות מניפולציה עבור מולקולות יחיד, כלומר, מיקרו - ו חלקיקים, תנועות אשר מושפעים מאוד תנודות תרמי11,16,17 . EOFs וזורמת EHD צפויים להרחיב את מגוון שיטות בקרת זרימה מדויקים, כמו גם לחץ מעברי צבע.
במחקר זה, נדגים שתי שיטות כדי נסיעה זורם EHD בפתרונות מימית. ראשית, פתרון NaOH משמש עבור נוזל עובד לנהוג על EHD זרימה37,38,39. אניון החלפת ממברנה מפרידה את הנוזל לשני חלקים. ערוץ הזרימה polydimethylsiloxane (PDMS) עם חתך רוחב של 1 x 1 מ מ, באורך של 3 מ מ חודר את הממברנה. על-ידי החלת פוטנציאל חשמלי של 2.2 V, הובלת electrophoretic Na+H+, הו− יונים מושרה לאורך השדות החשמלי. ממברנה של אניון-exchange וערוץ הזרימה לעבוד ביעילות כדי להפריד בין המסלולים תחבורה יון, איפה אניונים דומיננטית לעבור דרך הקרום ו קטיונים להתרכז בתעלה זרימה, למרות בשני המינים בדרך כלל לנוע בכיוונים מנוגדים, שמירה על electroneutrality. לפיכך, תנאי כזה אינו גורם הכוח המניע של נוזלי זורם. מבנה זה הוא קריטי כדי לייצר תזרים EHD מהירות הזרימה של מי מגיע גודל 1 מ/s בערוץ כי המרוכזת קטיונים מואצת של שדות חשמליים חיצוני גרור מולקולות הממס. זורם EHD נצפתה והקליט באמצעות מיקרוסקופ ומצלמה במהירות גבוהה כפי שמוצג באיור1. שנית, ריכוז ההבדל בין שני שלבים נוזלי מופרדים באמצעות קרום-יונים גורמת תנאי חשמלית מקוטב שיווצר חוצה ממברנה של יונים40. במחקר זה, אנו מוצאים את החשיבות של זמן ההמתנה ניכר equilibrate יון הפצות, פוטנציאל חשמלי המתאים, אשר גורמים עדיף התנאים להחלת כוח הגוף בנוזל. חציית הקרום יונים, תנאי בחולשה מקוטב מושגת. במצב כזה, שדה חשמלי חיצוני המניע תחבורה יון כיוונית שיוצר כוח הגוף בנוזל, כתוצאה מכך, העברת המומנטום של היונים הממס מפתחת תזרים EHD.
כפי שהוזכר לעיל, המכשירים נוכח להצליח באופן דרסטי הפחתת הפרש מתח המופעל עבור כמה וולט, ולכן שיטה זו הוא יכול לשמש עבור פתרונות מימית, למרות השיטות הזרקת קונבנציונאלי מטען חשמלי נדרש עשרות kV, מוגבלות ליישום פתרונות שאינם-מימית.

<table><tbody><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning Corp.</td><td>3097366-0516, 3097358-1004</td><td>PDMS</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>012-00343</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>054-00461</td><td></td></tr><tr><td>0.1 mol/L Sodium Hydroxide Solution</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>196-02195</td><td></td></tr><tr><td>Pottasium Chloride</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>163-03545</td><td></td></tr><tr><td>Tris-EDTA buffer 100x concentrate</td><td>Sigma-Aldrich Co. LLC.</td><td>T9285-10014L</td><td></td></tr><tr><td>2.93 &amp;mu;m polystyrene particle</td><td>Merck KGaA</td><td>L300 Rouge</td><td>Tracer particle</td></tr><tr><td>1.01 &amp;mu;m polystyrene particle</td><td>Merck KGaA</td><td>K100(23716)</td><td>Tracer particle</td></tr><tr><td>Anion exchange membrane</td><td>ASTOM Corp.</td><td>Neosepta AHA</td><td></td></tr><tr><td>Gold (Au)</td><td>Furuuchi Chemical Corp.</td><td>AUT-13301X</td><td>Sputtering target metal</td></tr><tr><td>Titanium</td><td>Furuuchi Chemical Corp.</td><td>TIT-72301X</td><td>Sputtering target metal</td></tr><tr><td>Chromium</td><td>Furuuchi Chemical Corp.</td><td>CRT-24301X</td><td>Sputtering target metal</td></tr><tr><td>Hight-speed CMOS camera</td><td>Keyence Corp.</td><td>VW-600M</td><td></td></tr><tr><td>Microscope</td><td>Keyence Corp.</td><td>VW-9000</td><td></td></tr><tr><td>Data logger</td><td>Keyence Corp.</td><td>NR-500, NR-HA08</td><td></td></tr><tr><td>Laser displacement meter</td><td>Keyence Corp.</td><td>LK-G5000, LK-H008W</td><td></td></tr><tr><td>PIV and PTV software</td><td>DITECT Co. Ltd.</td><td>Flownizer 2D</td><td></td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>AMTEK Inc.&amp;nbsp;</td><td>VersaSTAT4</td><td></td></tr><tr><td>Inverted microscope</td><td>Olympus Corp.</td><td>IX73</td><td></td></tr><tr><td>High-speed CMOS camera</td><td>Andor Technology Ltd.</td><td>Zyla 5.5 sCMOS</td><td></td></tr><tr><td>Function generator</td><td>NF Corp.&amp;nbsp;</td><td>WF1945B</td><td></td></tr><tr><td>Function generator</td><td>NF Corp.&amp;nbsp;</td><td>WF1973</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic cleaner</td><td>AS ONE Corp.</td><td>AS22GTU</td><td></td></tr><tr><td>Rotary pump</td><td>ULVAC, Inc.</td><td>G-100S</td><td>Degas liquid PDMS</td></tr><tr><td>Rotary pump</td><td>ULVAC, Inc.</td><td>GLD-201A</td><td>Sputtering&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Molecular diffusion pump</td><td>ULVAC, Inc.</td><td>VPC-400</td><td>Sputtering</td></tr></tbody></table>

generation and control of electrohydrodynamic flows in aqueous electrolyte solutions

לנהוג electrohydrodynamic (EHD) זורם פתרונות מימית, ההפרדה של מסלולים תחבורה הקטיון, אניון חיוני כי כוח גוף חשמלי מכוון חייב להיגרם על ידי תנועות יוניים בנוזל. מצד שני, מטענים חיוביים ושליליים מושכים אחד את השני, electroneutrality נשמרת בכל מקום ב שיווי משקל התנאים. יתר על כן, עלייה מתח המופעל צריך לדכא להימנע אלקטרוליזה של מים, מה שגורם הפתרונות לחוסר יציבות. בדרך כלל, זורם EHD יכולה להיגרם במתן פתרונות שאינם-מימית על-ידי החלת מתח גבוה במיוחד, כמו עשרות kV, להזריק מטענים חשמליים. במחקר זה, שתי השיטות הם הציגו לייצר תזרימי EHD המושרה על ידי מטען חשמלי הפרדות בפתרונות מימית, ובו שני שלבים נוזלי מופרדים באמצעות קרום יונים. בשל הבדל בניידות יוניים ממברנה, יון ריכוז קיטוב מושרה בין שני צידי הקרום. במחקר זה, נדגים שתי שיטות. (i) ההרפיה של מעברי צבע ריכוז יון מתרחשת דרך ערוץ הזרימה החודר של קרום יונים, כאשר התעבורה של המין איטי ממברנה באופן סלקטיבי הופך דומיננטי בתעלה זרימה. זהו הכוח המניע ליצור תזרים EHD בתוך הנוזל. (ii) ארוך זמן ההמתנה עבור פעפוע של יונים עובר דרך קרום יונים מאפשר את הדור של תזרים גרר-יון על-ידי החלת שדה חשמלי חיצוני. יונים מרוכזים ערוץ הזרימה של חתך רוחב2 מ"מ 1 x 1 לקבוע את הכיוון של זרימת נוזלי, המקביל מסלולים תחבורה electrophoretic. בשתי השיטות, ההבדל מתח חשמלי נדרש לדור זרימה EHD התקצר ל סמוך 2 V על ידי ומתקן המסלולים תחבורה יון.

איור 4 (איור וידאו) מציג תוצאה נציג הדור זרימה EHD, הנובע תיקון יון תחבורה משעולים, מרוכז קטיונים שהביאה את זרימת הנוזל בתעלה, לפי שלב 1 של הפרוטוקול. איור 5 מראה תוצאה של ניתוח PIV, איפה נקודות נתונים 20 ליד המרכז של הערוץ (y = z = 0 מ מ) היו ב...

Watch this Scientific Journal Video about Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions at JoVE.com

Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

תיקון יון תחבורה מסלולים היא שיטה יעילה כדי ליצור אחד-directional גרר-יון electrohydrodynamic זורם. על-ידי הגדרת ממברנה של יונים ערוץ הזרימה, תנאי מקוטב חשמלית נוצרת וגורם על זרימת הנוזל הולך להיות מגורש כאשר שדה חשמלי חיצוני מוחל.

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 ...

generation-control-electrohydrodynamic-flows-aqueous-electrolyte

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Unit 1

Electric Potential

Potential Energy and Energy Conservation

SCIENTISTS IN ACTION

8.8K Views.  Osaka University. תיקון יון תחבורה מסלולים היא שיטה יעילה כדי ליצור אחד-directional גרר-יון electrohydrodynamic זורם. על-ידי הגדרת ממברנה של יונים ערוץ הזרימה, תנאי מקוטב חשמלית נוצרת וגורם על זרימת הנוזל הולך להיות מגורש כאשר שדה חשמלי חיצוני מוחל.

Video: Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

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

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

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

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

Environment

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

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

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

הכנת גשרי Electrohydrodynamic מנוזלי דיאלקטרי פולאר

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

AC Electrokinetic Phenomena Generated by Microelectrode Structures

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

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

AC תופעות electrokinetic שנוצר על ידי מבנים microelectrode

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

Biology

Microscale Vortex-assisted Electroporator for Sequential Molecular Delivery

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

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

Electroporator למשלוח סדרתית מולקולרי בסיוע וורטקס microscale

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

Bioengineering

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

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

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

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

דור של פולי שבשליטת גודל (אתילן גליקול) Diacrylate טיפות דרך דו-תלת-ממדי לזרום התמקדות Microfluidic מכשירים

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

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

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

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

שליטה במהירויות זרימה של נוזלים פעילים תלת-ממדיים מבוססי מיקרוכדורית באמצעות טמפרטורה

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

Aqueous Droplets Used as Enzymatic Microreactors and Their Electromagnetic Actuation

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

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

טיפות מימית משמש Microreactors אנזימטיות, הופעה אלקטרומגנטית שלהם

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

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

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

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

הרכבה ואפיון של דרייבר חיצוני ליצירת זרימה תנודתית תת-קילוהרץ במיקרו-ערוצים

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

Glass-Based Devices to Generate Drops and Emulsions

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

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

התקנים מבוססי זכוכית ליצירת טיפות ותחליבים

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

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

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

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

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 ...