Questo lavoro è stato svolto nel quadro TTIW-cooperazione di Wetsus, centro di eccellenza per la tecnologia sostenibile dell&#39;acqua (www.wetsus.nl). Wetsus è finanziato dal Ministero degli Affari economici, il Fondo europeo di sviluppo regionale dell&#39;Unione, la Provincia di Frisia, la città di Leeuwarden e il programma EZ / Kompas della &#39;Samenwerkingsverband Noord-Nederland &quot;olandese. Gli autori ringraziano i partecipanti al tema di ricerca &quot;Fisica Applicata Water&quot; per le fruttuose discussioni e il loro sostegno finanziario.

1. Raccomandazioni generali <ol><li> Indossare guanti senza polvere usa e getta per tutto il set-up dell&#39;esperimento per evitare la contaminazione da sudore o olio dalle mani. </li><li> Pulire la vetreria, elettrodi e tutte le altre parti a contatto con il liquido in esame, con particolare attenzione per evitare l&#39;introduzione di contaminanti che possono sciogliere in fase liquida. </li><li> Usando un misuratore di conducibilità, misurare la conducibilità elettrica del liquido che verrà utilizzato nell&#39;esperimento e confermare che è ≤1 mS / cm. </li></ol> 2 setup sperimentale <ol><li> Sistema ponte orizzontale (Figura 1a) <ol><li> Inserire una coppia di piattaforme regolabili in altezza su una superficie non conduttiva livello. Fissare una piattaforma in posizione e montare l&#39;altra piattaforma su un palco traslazione lineare motorizzato che ha una corsa minima di 25 mm. </li><li> Lastre isolanti Sicuro (Figura 1a, parte j) a the superficie superiore delle piattaforme regolabili. Utilizzare piatti che sono over-size in modo che sovrastano la piattaforme di almeno 10 mm su tutti i lati isolanti. Utilizzare materiali comuni come il Teflon, acrilico o vetro della finestra. Scegliere lo spessore per evitare rottura alla tensione massima prevista. </li><li> Collegare l&#39;alimentatore ad alta tensione (Figura 1a, parte m) secondo le istruzioni del produttore. </li><li> Saldare clip a coccodrillo alla fine sia l&#39;alta tensione e cavi di terra. </li><li> Fissare una estremità di un braccio di supporto realizzato in materiale isolante rigido su un anello stand con l&#39;asta isolante sporgente orizzontalmente sopra le piattaforme isolanti. </li><li> Montare i cavi di terra e ad alta tensione ai bracci di supporto utilizzando sia diversi giri di nastro isolante, fascette di nylon, o altri mezzi appropriati in modo che i coccodrilli sporgono verso il basso sopra le piattaforme isolate. </li><li> Clip di un elettrodo di platino (Figura 1a, parte k) In ognuno dei due morsetti a coccodrillo. </li><li> Posizionare i bracci di supporto in modo che il filo ad alta tensione è al di sopra della piattaforma fissa e il cavo di terra è sopra la piattaforma mobile. </li></ol></li><li> Sistema ponte verticale (Figura 1b) <ol><li> Fissare un morsetto non conduttivo ad una fase di traslazione lineare in modo che la pinza può viaggiare un minimo di 25 mm. Usare questo morsetto per tenere la nave (Figura 1b, parte i), che sarà collegato al filo di terra. </li><li> Montare questa assemblea ad una struttura di sostegno rigida verticale. </li><li> Fissare un morsetto non conduttiva simile in linea e sotto il supporto sulla scena traslazione lineare. Usare questo morsetto per tenere la nave che sarà collegato al filo ad alta tensione. </li></ol></li><li> Fare un &quot;morto-stick&quot; (Vedi Figura 1c per l&#39;illustrazione) <ol><li> Ottenere un pezzo di materiale rigido non conduttivo come una bacchetta di vetro o di plastica lungo 30-40 cm (Figura &amp;# 160; 1c, parte p). </li><li> Attaccare un pezzo di metallo conduttivo lungo 10-15 cm (Figura 1c, parte q) ad una estremità dell&#39;asta utilizzando diversi giri di nastro isolante (Figura 1c, parte r) applicata in maniera attraversato o altro materiale di fissaggio. </li><li> Utilizzare il &quot;morto-stick&quot; per colmare le elettrodi ad alta tensione e di terra con l&#39;estremità in metallo dopo che l&#39;alimentazione è disinserita per assicurare che il circuito viene scaricato prima di attrezzature per la movimentazione. </li></ol></li></ol> 3 Funzionamento dei ponti liquidi <ol><li> Ponti liquido orizzontali <ol><li> Riempire ogni nave (Figura 1a, parte i) con abbastanza liquido per portare in superficie entro 1-5 mm di erogazione del bicchiere o del cerchio. Per i vasi (diametro 60 mm) utilizzate in questa dimostrazione, utilizzare 67 g di liquido per l&#39;acqua, 74 g di DMSO, o 84,4 g di glicerolo. </li><li> Posizionare le 2 navi sulla piattaforma isolante in modo tale da Physcamente in contatto tra loro in un unico luogo, come i beccucci ma l&#39;orlo parete diritta funziona anche. </li><li> Regolare l&#39;altezza della piattaforma in modo che il liquido solo contatto con l&#39;elettrodo di platino e non il coccodrillo o il filo. Prestare attenzione all&#39;allineamento verticale in modo che il ponte risultante è orizzontalmente livello. </li><li> Posizionare gli elettrodi di platino nei vasi pieni di liquido in modo che siano un minimo di 15 mm dalla posizione di contatto in cui si forma il ponte. NOTA: Tipicamente gli elettrodi sono posti tra il centro del vaso e la parete più lontana da dove le due navi fanno contatto. </li></ol></li><li> Verticali liquidi Ponti <ol><li> Utilizzare due navi pulito, chiuso con una porta liquido come mostrato in Figura 1b, parte i. </li><li> Riempire ogni nave con il liquido in esame in modo che non ci siano bolle d&#39;aria intrappolate. </li><li> Inserire un elettrodo (Figura 1b, parte k) in ciascuna nave e chiudere il cap per tenere il liquido in luogo. </li><li> Montare le due serbatoi chiusi nei morsetti non conduttivi (vedere 2.2) tale che le aperture rivolte verso l&#39;altro. </li><li> Aggiungere poche gocce di liquido per l&#39;apertura del tubo inferiore in modo che una superficie liquida curva sporge pochi millimetri sopra del bordo del vetro. </li><li> Portare il recipiente superiore verso il basso in modo che solo i contatti quella inferiore formando un piccolo ponte capillare. </li><li> Collegare l&#39;uscita ad alta tensione di alimentazione (Figura 1b, parte m) al recipiente inferiore (stazionaria) terminale dell&#39;elettrodo e la terra al (traducendo) recipiente superiore. </li></ol></li><li> Operazioni ad alta tensione <ol><li> Considerazioni generali <ol><li> Prima di procedere oltre confermano che tutte le superfici siano asciutte e che nessun liquido piscine, film, o goccioline sono presenti sulle piattaforme isolanti. </li><li> Prima di alimentare l&#39;esperimento confermare che non vi siano cortocircuiti e che non ci sono terreno pATHs presente che può risultare in personale o le attrezzature che vengono a contatto con superfici in tensione. Essere certi di seguire tutte le procedure e osservare le avvertenze del costruttore di alimentazione ad alta tensione. In caso di dubbio chiedere consiglio al personale qualificato di sicurezza elettrica. </li><li> Impostare la polarità della tensione di alimentazione (se selezionabile) prima di alimentarlo. In genere, utilizzare positivo polarità della tensione in quanto fornisce i ponti più stabili. NOTA: polarità negativa può anche essere usato, ma tende a produrre effetti di carica spaziale pronunciati che possono influenzare significativamente le proprietà fisiche sia del dielettrico liquido 48 e influenza la densità di carica locale nella zona sperimentale a causa della differenza funzionale affondamento anziché approvvigionamento elettroni sotto alti potenziali come eccesso di carica può essere spruzzato sulle strutture circostanti supporto isolante. </li><li> Aprire il limite di corrente sull&#39;alimentatore in modo da fornire non più di 5-6 mA di corrente. </li></ol> &lt;/ Li&gt; <li> Scegli uno dei due profili di tensione che possono essere applicate - rampa o gradino. <ol><li> Utilizzare una rampa di tensione al momento della prima partenza e le caratteristiche delle prestazioni del liquido non sono ancora noti. <ol><li> Abbassare il limite di tensione sulla rete elettrica per fornire 0 kV. </li><li> Attiva l&#39;uscita dell&#39;alimentatore e lentamente iniziare ad aumentare il limite di tensione ad una velocità di circa 250 V / sec. </li><li> Osservare la tensione a cui avviene ponte accensione, questa è la tensione di soglia di accensione approssimativa (V t). </li></ol></li><li> Utilizzare un gradino di tensione per applicare rapidamente tensione al sistema. <ol><li> Impostare il limite di tensione di alimentazione al valore desiderato di sopra della soglia di accensione che è stata determinata usando una rampa di tensione per il sistema liquido in esame (vedi 3.3.2.1.3). </li><li> Attiva l&#39;uscita sull&#39;alimentatore. NOTA: Un passo di tensione può provocare la formazione di archi e l&#39;espulsione di goccioline e può richiedere diversi secondi prima di una stabile forma ponte. Arcing produce ozono e il perossido conseguente aumento conducibilità del liquido se il permesso di persistere per più di pochi secondi. Si raccomanda di sostituire il liquido con materiale fresco se arco è un problema. </li></ol></li></ol></li><li> Stabilizzare il ponte seguendo accensione. <ol><li> Confermare accensione ponte osservando un flusso costante di liquido tra i due vasi. NOTA: Questo si verifica di solito tra 8-10 kV e verrà accompagnato da conduzione di corrente tra 250-500 μA a seconda del liquido utilizzato. </li><li> Tune il ponte per l&#39;estensione aumentando la tensione di 10-15 kV con un consumo di corrente ~ 1.000 μA. NOTA: il valore effettivo dipenderà dal liquido utilizzato. </li><li> Estendere il ponte ad una distanza di circa 1 mm per 1 kV tensione applicata, ad esempio, 15 mm per 15 kV. Se necessario, sintonizzare il ponte ulteriormente a seconda delle esigenze dell&#39;esperimento. NOTA: Un ponte stabile can esistono per molte ore. </li></ol></li></ol></li><li> Delle procedure di spegnimento <ol><li> Spegnere il ponte disattivando l&#39;uscita di alimentazione ad alta tensione. Attendere alcuni secondi per i condensatori di alimentazione di scaricarsi e la lettura di tensione a cadere a zero. </li><li> Utilizzare il &quot;morto-stick&quot; costruita nella sezione 1.3 a breve i portaelettrodi prima di maneggiare le parti in precedenza sotto tensione. </li></ol></li></ol> 4. Imaging <ol><li> Fringe proiezione <ol><li> Preparare un piatto frangia binario stampando strisce nere su pellicola trasparente e apporre questo ad uno schermo diffusore opalescente. Per questo esempio, utilizzare una piastra frangia A4 (cioè 297 millimetri x 210 mm). </li><li> Posizionare la piastra frangia di fronte una retroilluminazione in modo che le frange sono proiettate su tutto il set-up sperimentale. </li><li> Registrare immagini sia fisse o filmati di frange con qualsiasi numero di macchine fotografiche digitali. </li><li> Tenere traccia delle modifiche in la superficie del liquido così come i cambiamenti nella lunghezza del cammino ottico del liquido sottende analizzando le immagini registrate in 4.1.3. NOTA: analisi quantitativa dei cambiamenti osservati avviene tramite la valutazione frangia utilizzando vari pacchetti software come il programma IDEA liberamente disponibile 49. I dettagli e le considerazioni di analisi frangia specifici sono classificati altrove 49-51. </li></ol></li><li> Imaging termografica <ol><li> Impostare il range dinamico della telecamera termografica come da istruzioni del produttore. NOTA: in genere una calibrazione a due punti che comprende il campo di temperatura prevista è sufficiente a fornire una buona risoluzione termica. La maggior parte dei ponti liquidi operano nell&#39;intervallo di temperatura 20-50 ° C. </li><li> Eseguire una correzione emissività e taratura temperatura imaging della superficie aperta di un volume del liquido in esame a temperature adeguate per l&#39;esperimento. <ol><li> Riempire un recipiente identico aquello utilizzato nel set-up sperimentale con il liquido in esame a temperatura ambiente. </li><li> Misurare la temperatura del liquido utilizzando una termosonda immersione come una termocoppia di tipo K. </li><li> Registrare un&#39;immagine del liquido nell&#39;infrarosso. </li><li> Aumentare la temperatura del liquido a temperature previste nel ponte utilizzando una piastra calda o microonde. NOTA: Questo è in genere non più di 10 ° C sotto il punto di ebollizione del liquido (ad esempio, 90 ° C per l&#39;acqua). </li><li> Ripetere i punti 4.2.2.2 e 4.2.2.3 per il liquido di temperatura elevata. </li></ol></li><li> Posizionare la fotocamera leggermente sopra un ponte orizzontale, piana e con un ponte verticale in modo da massimizzare la superficie registrata. NOTA: a causa del forte assorbimento di medio e lungo onda la radiazione infrarossa dalla maggior parte dei liquidi polari, solo la distribuzione della temperatura superficiale sarà visibile. </li><li> Record a infrarossi del sistema di ponte cominciando prima di abilitare le uscite sul Pofornitura wer e continuando fino a quando l&#39;esperimento è concluso o il buffer della fotocamera è piena. </li></ol></li></ol>

The authors Dr. M&#243;nica L&#243;pez S&#225;enz and Dr. Oliver Schreer are employees of IRCAM GmbH that produces instruments used in this Article. The remaining authors declare that they have no competing financial interests.

La formazione di successo di ponti EHD liquidi stabili e robusti richiede un&#39;attenzione particolare ad alcune semplici ma importanti dettagli. È essenziale che la conducibilità ionica delle soluzioni sia a partire da pratica (per esempio, 1-5 mS / cm). Essere consapevoli del fatto che la contaminazione di acqua può provocare un aumento della conducibilità per alcuni liquidi polari (ad esempio, glicerolo). Lavare tutta la vetreria bene prestare attenzione a un&#39;attenta risciacquo, utilizzare solo lavori di vetro esente da contaminazioni di superficie o ad arco indotto segni di bruciature. In generale è buona norma indossare guanti ogni volta che gestire qualsiasi apparecchiatura per evitare oli per la pelle e sali di contaminare l&#39;esperimento. Gli elettrodi devono essere sonicati per diversi minuti nel solvente in fase di studio e si raccomanda che questi sono &quot;persistente&quot; eseguendo un ponte non estesa per 30-45 min a correnti elevate (ad esempio, 3-5 mA) per ridurre elettrodo secondario reazioni. Elevata purezza (ad esempio,&gt; 99,9%) metalli nobili funziona meglio come materiali elettrodici e devono avere una superficie in modo da mantenere basse densità di corrente dell&#39;ordine di 10 A / mq in modo da ridurre il riscaldamento locale. Nel caso di ponti che hanno scarsa stabilità o di difficile cominciare si consiglia di confermare prima conducibilità è ~ 1 mS / cm e che non ci sono estranei pozze di liquido che possono consentire un percorso della corrente alternata. In generale, si raccomanda che tutte le superfici siano il più asciutto possibile, prestare particolare attenzione a film sottili che possono formare tra le navi e piastre isolanti. Se si verifica la formazione di archi potere di interruzione e di ridurre il valore di tensione quindi riapplicare il potere come arco sostenuto comporterà la &quot;carbonizzazione&quot; delle zone colpite che possono ridurre la stabilità ponte o prevenire ponte accensione tutti insieme. Se l&#39;alimentazione è applicata al sistema di sopra della tensione di soglia e non si forma un ponte bacchetta di vetro isolante può essere utilizzato per aspirare il liquido verso l&#39;alto verso thE i punti di contatto (ad esempio beccucci becher) tra le due navi. Se il sistema continua a comportarsi in modo instabile pulire l&#39;apparecchiatura e iniziare di nuovo con liquido fresco. In caso contrario, si consiglia di fare l&#39;inventario dei dintorni come grandi oggetti metallici, materiali che supportano la carica statica, o forti correnti d&#39;aria può interrompere il ponte e / o il campo elettrico che la sostiene. Il sistema sperimentale è facilmente modificato per adattarsi materiali comunemente disponibili nella maggior parte dei laboratori. Contenitori di liquidi possono essere da quasi qualsiasi materiale compatibile e particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla infiammabilità del contenitore o fase liquida in caso di arco elettrico; per esempio Teflon generare gas pericolosi quando bruciò. Forma elettrodi, il posizionamento e il materiale possono anche essere modificate per soddisfare i vincoli di un determinato set-up. Tipicamente elettrodi planari realizzati in lamina sono usati ma filo possono anche essere utilizzati, purché le attuali linee guida di densità<html> sono presi in considerazione. Il campo elettrico applicato può essere pura DC, AC puro, o di parte AC DC. Tutti produrrà ponti liquidi all&#39;interno della gamma di risposta in frequenza dipendente per i liquidi descritti nella letteratura sulla elettrowetting su dielettrica (EWOD) e dielettroforesi (DEP) 9 che definiscono una gamma di frequenza di risposta da 20 Hz fino a 20 kHz per tensioni moderate. Gamme di frequenza più elevate possono anche generare i ponti anche se questi non sono stati esplicitamente testati e alcuni lavoratori hanno segnalato il limite inferiore di ponti verticali AC a 50 Hz 42. Orientamento di gravità è anche facilmente modificata finché un sistema può essere progettato per fornire superfici liquide liberi che sono stabile senza un campo elettrico applicato. Gli esperimenti sono stati condotti in assenza di gravità 41, che ha dimostrato che questi ponti hanno una dipendenza dalla influenza stabilizzante di gravità che mantiene il delicato equilibrio delle forze in un ponte liquido. ent &quot;&gt; ponti EHD liquidi sono un nuovo strumento che può essere aggiunto al repertorio di molte applicazioni di scienze naturali. Essi consentono l&#39;esplorazione dell&#39;interazione di forze di massa e di superficie con campi elettrici applicati esternamente. Aprono la possibilità di esaminare nuovi mezzi di mescolando diversi liquidi 37; cambiare cinetica delle reazioni chimiche 52; trasporto di protoni 44,45, ed esaminando la risposta dei sistemi biologici a tali condizioni 53 Oltre questi ponti permettono l&#39;accesso diretto alla superficie del liquido, senza strutture che sottendono fisicamente, che ha già prodotto nuovo. informazioni spettroscopiche sulle dinamiche in acqua liquida 28 e suggerisce non solo l&#39;esistenza di un interruttore comandato elettricamente stato in cui emergono nuove proprietà di bulk 31 ma al potenziale di esaminare transizioni di fase liquido-liquido 54 attraverso un metodo completamente nuovo. L&#39;applicazione industriale diffusa dei processi EHD (ad esempio </em&gt;, elettrospinning 26, e elettrospray 32,33 metodi) certamente possono beneficiare di un ulteriore studio di questi fenomeni strettamente affini.

An erratum was issued for <a href="http://www.jove.com/video/51819/the-preparation-electrohydrodynamic-bridges-from-polar-dielectric">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids</a>. Figure 3 was updated because it had an incorrect representation of the power used in an operating bridge.
Figure 3 has been updated from:
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3old.jpg" /> 
Figure 3.&#160;Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability. For most bridges with some measureable extension (i.e. &#8805; 5 mm) the total power dissipation lies between 10 and 20 watts. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).
to:
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/5806/51819fig3new.jpg" /> 
Figure 3.&#160;Characteristic curves for a liquid water bridge. The current-voltage relationship for liquid water bridges at 0, 5, 10, 15 mm separation distance is plotted. A lower threshold below which no liquid bridge will form (see inset photo at lower left), and an upper threshold above which bridges are unstable (inset photos 1-4) bound the region of stability.&#160; Power dissipation is a tunable parameter where longer bridges have a more narrow tuning range than shorter bridges. The rupture of a bridge beyond the upper threshold will often follow a sequence of events progressing from normal operation (inset 1), to leaking (inset 2), sagging (inset 3), and finally rupture (inset 4).

<span style="font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; color: rgb(58, 58, 58); font-family: Arimo, &quot;Helvetica Neue&quot;, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: 14px; line-height: 28px; background-color: rgb(255, 255, 255);">An erratum was issued for&#160;<i style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; display: inline !important; float: none; background-color: rgb(255, 255, 255);">. Figure 3 was updated because it had an&#160;<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);">incorrect representation of the power used in an operating bridge.

Erratum: The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

L&#39;interazione tra i campi elettrici e risultati materia liquidi in un certo numero di forze in evoluzione all&#39;interno della massa del materiale. Nei sistemi reali dielettrici liquidi, i gradienti di campo non trascurabili e rottura di simmetria geometrie determinano una serie di effetti apparentemente peculiari. Hertz è stato uno dei primi a notare il movimento di rotazione in sistemi dielettrico liquido-solido 1. Quincke osservato che la tensione interfacciale tra due fluidi non solo è stato modificato mediante l&#39;applicazione di un campo elettrico esterno, ma che il cambiamento ha comportato lo sforzo delle forze sul corpo fluido e potrebbe essere usato per indurre il movimento di rotazione 2. Armstrong ha scoperto l&#39;acqua ponte galleggiante nel 1893 3, che rimase un trucco partito enigmatico fino a poco tempo quando Fuchs e collaboratori esplorato massa e carica la meccanica di trasporto di 4,5 e riaperto seria indagine scientifica sui meccanismi con cui si formano questi ponti. I campi elettrici hanno l&#39;ability per sollevare liquidi contro la forza di gravità, come il lavoro di Pellat in aumento del liquido dielettrico fra gli elettrodi a piastre parallele mostra 6. Questa azione lifting mostra una dipendenza dalla frequenza e, infine, può essere descritto tramite il tensore degli sforzi di Maxwell 7. Questo è importante se si considera l&#39;aumento del livello del liquido associato a electrohydrodynamic (EHD) ponti liquidi che in condizioni AC non mostrano una dipendenza dalla frequenza 8 simile a elettrowetting sul dielettrico (EWOD) e dielettroforetica (DEP) flusso di massa 9. Inoltre, l&#39;applicazione di elevati potenziali campi elettrici è importante nel controllo getto liquido rompere e l&#39;interazione del campo elettrico con liquidi è essenziale per la comprensione del industrialmente importante processo di atomizzazione elettrospray 10,11. Un campo elettrico esterno non influenza solamente l&#39;energia superficiale. Grazie all&#39;azione di polarizzazione e sollecitazione di taglio, flusso pattern puòessere stabilita. Un esempio è la circolazione di liquidi in presenza di campi elettrici non omogenei. Con la presente le correnti electroconvective sono stabiliti nel rinfuse liquide guidato da sforzi di taglio. Sumoto dimostrato che un motore fluido potrebbe essere costruito utilizzando un rotore di vetro contenente un liquido polare o una barra metallica immersa in un bagno dielettrico non polare e posto all&#39;interno di un campo elettrico disomogeneo 12. Successiva analisi da Okano utilizzato un campo di approssimazione omogeneo 13 per risolvere il problema di rotazione che potrebbe corrispondere solo qualitativamente i risultati sperimentali e ha richiesto i liquidi dielettrici a rispondere come una massa singolare. Altri ricercatori in materia perso il punto di tutto quanto erroneamente riportato e hanno esplorato l&#39;effetto Sumoto come un livello di liquido lievitare 14-16 in risposta al lavoro di campo elettrico lanciato da Pellat 17. L&#39;importanza di simmetria della superficie di rottura per il processo di carica localizzazione e generato taglio stress 18 è essenziale per cogliere per la ricerca sui ponti EHD liquidi. Trattato di Melcher su elettromeccanica continui 19 fornisce una base teorica completa per il trattamento di rinfuse liquide e semplifica le superfici libere entro il limite omogeneo isotropo. L&#39;importanza delle superfici è comunque chiaro anche dal punto di vista continuo come la perdita dei risultati di simmetria in shear stress che possono generare il movimento di massa. Preso nel caso generale di discreti volumi fluidi cellulari che possono essere polarizzata e sono soggetti alla forza di reazione risultante su di approccio alla superficie, l&#39;interazione del campo elettrico può essere sostituito in entrambe le equazioni di Navier-Stokes 20 e Bernoulli 7,21,22 relazioni per descrivere la moltitudine di EHD fenomeni di flusso compresi ponti liquidi. Ulteriori studi di ponti liquidi può migliorare una serie di tecnologie EHD based come a getto d&#39;inchiostro di stampa 23-25, nano-materiali-micro e lavorazione 26-28, consegna di droga 29, 30, 31,32, applicazioni biomediche e desalinizzazione 33. I metodi qui descritti forniscono accesso alla formazione di ponti EHD liquidi che si trovano in liquidi polari cui molecole possiedono un momento di dipolo permanente. I risultati non omogenei campo elettrico imposto in una polarizzazione parziale della popolazione dipolo che producono una modifica locale di costante dielettrica in tal modo rafforzare ulteriormente gradienti di campo 18,34,35. Questa polarizzazione dà luogo ad una forza di spostamento che a seconda della intensità relativa del campo applicato produrrà un numero di differenti risposte liquidi (vedi figure 4-7) eventualmente conseguente formazione di un ponte. Il liquido svilupperà anche un flusso di Taylor 22,36 lungo le superfici degli elettrodi soprattutto nei casi in cui vi è un bordo tagliente presente sugli elettrodi. La possibilità di iniezione di carica a spigoli vivi esiste anche ed è coerente con ilformazione di strati heterocharge che generano correnti electroconvective in rinfuse liquide 22 che collegano così il sistema ponte liquido con l&#39;effetto Sumoto 12. Le relazioni EHD disciplinano per ponti sono ampiamente coperti altrove per acqua e altri liquidi polari 22,36-38. Questi approcci teorici soffrono di alcune limitazioni che devono essere considerati quando si avvicina dati sperimentali. Il Maxwell lo stress trattamento tensore 36 è insensibile alla eterogeneità dei campi così come disuniformità nel ponte liquido. Un approccio puro EHD 37 fornisce le definizioni di stato stazionario del numero electrogravitational e la sua relazione con il rapporto di aspetto ponte; tuttavia, le dinamiche di flusso e importanti fenomeni transitori (ad esempio, la creazione di ponte) non sono previsti. Tre numeri adimensionali sono utili quando si analizza la stabilità del ponte e sono derivati ​​qui come in precedenza pubblicato da Marín &amp; Lohse 37 </sup&gt;. Il numero electrocapillary (Ca E) è definito come il rapporto tra le forze elettriche e capillari: <img alt="Equazione 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq1.jpg" width="200" /> dove ε 0 è la permittività del vuoto, ε r la permittività dielettrica relativa del liquido, E t è il campo elettrico attraverso il ponte, γ è la tensione superficiale, d s e d l sono le proiezioni verticali ed orizzontali del diametro in modo da a cedere il diametro medio D m. Il numero Bond (Bo) descrive l&#39;equilibrio tra gravità e forze capillari: <img alt="Equazione 2" fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq2.jpg" width="150" /> dove g è l&#39;accelerazione di gravità, l è la lunghezza del ponte libero, e V è il volume ponte. Il rapporto tragravitazionale, capillare, e le forze elettriche possono essere espressi in termini di numero electrogravitational G E: <img alt="Equazione 3" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq3.jpg" width="200" /> L&#39;estensibilità massima di un ponte è legata alla tensione applicata mentre la corrente che fluisce attraverso il ponte è relativo alla sezione trasversale e quindi il diametro. Queste relazioni sono accoppiati, determinare il volume ponte, e quindi definire la regione di stabilità per ogni ponte liquido di servizio. Le curve caratteristiche di un ponte acqua sono riportati nella Figura 3 che mostra una soglia inferiore di sotto della quale il campo applicato è troppo debole per superare le forze di tensione superficiale e una soglia superiore di sopra della quale la massa del ponte è troppo grande conseguente fuoriuscita cui ulteriori sconvolge campo e si traduce in rottura ponte. Il trattamento più generalezione di ponti liquidi in solventi polari 19,22 fornisce i termini di pressione combinata che operano con il ponte di predire le forze che governano la dinamica dei flussi, nel contesto di una equazione di Bernoulli modificata con termini di spostamento elettrici aggiunti al termine pressione. Inoltre il rapporto Onsager per la stabilità dello ione 24 è incorporato in accordo con le osservazioni sperimentali sull&#39;equilibrio pompaggio direzione e emissione termica. Un certo numero di liquidi polari sono stati esplorati compresa l&#39;acqua, gli alcoli alifatici inferiori (ad esempio, metanolo), poli-alcoli (ad esempio, glicerolo), dimetilsolfossido (DMSO), e altre sostanze organiche polari (ad esempio, dimetilformammide). Liquidi dielettrici non polari (ad esempio, esano) non presentano la formazione di ponte. I liquidi dielettrici in grado di supportare ponti finora studiati 8,22,37 si trovano all&#39;interno di un gruppo ben definito di parametri fisici che stabiliscono un buon punto di partenza for ulteriori sperimentazioni: bassa conducibilità (σ &lt;5 mS / cm), moderata permettività relativa static (ε = 20-80), da moderata a elevata tensione superficiale (γ = 21-72 mN / m). È interessante notare che una vasta gamma di viscosità (η = 0,3-987 mPa · sec) opera in tali ponti. Nei liquidi con viscosità sufficientemente elevata come il glicerolo è possibile tirare un ponte direttamente dal rinfuse liquide (vedi Figura 5) ed è un importante collegamento tra le forze dielettroforetica e ponti liquidi. Le soluzioni ioniche (ad esempio, NaCl (aq)) sono altamente distruttivi per colmare la formazione e negli studi precedenti 40 hanno dimostrato di aumentare la temperatura del ponte, diminuire la lunghezza di rapporto di tensione applicata, e per ridurre l&#39;estensibilità. Questo comportamento è in gran parte attribuibile all&#39;effetto carica schermatura di ioni disciolti e l&#39;aumento della conduzione di corrente che riduce l&#39;accoppiamento tra gli elementi di volume di fluido e il campo elettrico. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Sui fenomeni EHD livello continuo nascono semplicemente perché le condizioni di pressione necessarie che accompagnano electrostriction si trovano solo a livello di interfaccia liquido 21. Inoltre, vi è una relazione tra la stabilità del EHD ponti liquidi e la stabilità delle interfacce nel sistema. In caso di riduzione esperimenti a gravità 41 in espansione risultati Superficie in una forza che strappa il ponte a parte. Allo stesso modo se la superficie è troppo limitata o l&#39;area di contatto sottende piccolo ponte probabilmente svilupperà instabilità. Ciò può essere illustrato nei ponti che sono alimentati da tubi o in caso di ponti verticali in cui un elettrodo viene tirato verso l&#39;alto dalla superficie - i ponti risultanti sono meno stabili nel funzionamento a lungo termine, poiché non hanno la caratteristica dinamica del flusso trovati nella situazione in cui entrambi i serbatoi hanno una grande superficie libera. Bridges cui connessioni con il serbatoio del liquido sono confinati all&#39;interno di tubi in mostra iaccumulo termico ncreased e cadere tensione superficiale. E &#39;normale che una interfaccia aria si formano spontaneamente all&#39;interno del tubo. Questa condizione limite sia la massima estensibilità e la durata media del ponte per ponti liquidi confinati. Aprire ponti acque superficiali possono essere estesi a 35 mm di lunghezza a 35 kV, mentre non c&#39;è ponte persisterà a un tale tensione di accelerazione in cella come il liquido transizioni preferenzialmente in una modalità elettrospray. Allo stesso modo i ponti acque superficiali gratuito hanno durata di stabilità che si avvicinano 10 ore in condizioni controllate, mentre in sistemi di tubi alimentati il ​​corso della vita è in genere meno di 2 ore. Fenomeni EHD sono in genere prese in considerazione solo a livello di continuità. Sono stati condotti Un numero limitato di studi sulle basi molecolari dei ponti liquidi. Uno studio Raman 42 con ponti in ca verticali indagato la band OH-stretching inter-molecolare rispetto alla massa d&#39;acqua. Alcune modifiche scattering profili dopo l&#39;applicazione del campo elettrico sono dimostrato di avere un origine strutturale. Utilizzando la spettroscopia sonda pompa medio infrarosso ultraveloce su un ponte galleggiante acqua 43 la durata vibrazionale della vibrazione tratto OH di molecole HDO contenuta in un HDO: D 2 O ponte acqua è risultata essere inferiore (630 ± 50 fsec) che per molecole HDO alla rinfusa HDO: D 2 O (740 ± 40 fsec), mentre al contrario, la dinamica termalizzazione seguenti il rilassamento vibrazionale sono molto più lenti (1.500 ± 400 fsec) rispetto alla rinfusa HDO: D 2 O (250 ± 90 fsec). Queste differenze nella dinamica di rilassamento di energia indicano fortemente che il ponte di acqua e massa d&#39;acqua differiscono su scala molecolare. Inoltre, la ricerca sulla emissione infrarossa di un ponte galleggiante acqua ha rivelato una caratteristica non-termica che potrebbe essere dovuto a una transizione da uno stato eccitato allo stato fondamentale di una banda di conduzione protonica 44. Un altro studio più recente reporte Ramand che in acqua DC colma vi è una distribuzione radiale negli spettri che è indicativo della differenza relativa del pH locale tra il nucleo e il guscio esterno del ponte 45. La distribuzione radiale delle caratteristiche fisiche all&#39;interno EHD ponti liquidi è ulteriormente supportata da esperimenti di scattering anelastico UV 46 che dà distribuzioni radiali contraddittorie nei profili di temperatura e di densità e può essere spiegato da una pendenza in gradi di libertà molecolari o la presenza di una fase secondaria come bolle nano. Il concetto successiva non è supportato da un piccolo angolo di raggi X studio dispersione 47 mentre il concetto di rotazione ostacolato (cioè librazione) è supportato da spettri di emissione infrarossa 44. La direzione del flusso preferenziale in EHD ponti liquidi deriva da variazioni della cinetica di auto-dissociazione. In accordo con il lavoro di Onsager questo risultato promettente per il collegamento di fenomeni a livello molecolare e del continuo &lt;sup&gt; 22. Ulteriore evidenza di una base molecolare per fenomeni EHD è situato nella osservazione che l&#39;emissione termica da una gocciolina dielettrico riduce localmente in risposta al campo elettrico crescente e raggiunge un minimo appena prima dell&#39;insorgenza di un ponte (vedi Figura 7). Ponti EHD liquidi presentano una opportunità di esaminare l&#39;interazione tra le forze a più scale di lunghezza ed è l&#39;obiettivo specifico di questo lavoro di fornire un metodo standardizzato per la produzione di questi tipi di ponti in un certo numero di liquidi con qualsiasi orientamento rispetto alla forza di gravità che supporta la emergere il set completo di fenomeni caratteristici discusso in precedenza.

<table><tbody><tr><td>Borosilicate Crystallization Dishes</td><td>VWR</td><td>216-0064</td><td></td></tr><tr><td>Double walled roundbottom flask with GL14 and GL8 openings along with 6 mm spherical joint port</td><td>LGS</td><td>SP757102a</td><td>Custom glassware with minimum two openings one for electrode, one for bridge spout.</td></tr><tr><td>Adjustable Platforms</td><td>Rudolf Grauer AG</td><td>Swiss Boy 115</td><td></td></tr><tr><td>Motion Translation Stage</td><td>Thorlabs</td><td>MTS25/M-Z8E</td><td>Complete motorized stage, controller, and power supply</td></tr><tr><td>Insulating Plates</td><td></td><td></td><td>Should be appropriate for resisting the intended voltages without breakdown</td></tr><tr><td>Pt Electrodes</td><td>Alfa-Aesar</td><td>000261</td><td>Wash and then sonicate in 18.2 M&amp;Omega; water prior to use</td></tr><tr><td>HVPS</td><td>FUG GmbH</td><td>HCP 350-65000</td><td>65 kV DC at 5 mA maximum output</td></tr><tr><td>Fiber Optic Temperature Probe System</td><td>OpSens</td><td>OTG-F Sensor/ XXX-XXX Control Unit</td><td>Readout speed 1 kHz, accuracy 0.01 K, probe size 120 &amp;#956;m</td></tr><tr><td>Long Wave Infrared Camera</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Taurus 110K L</td><td>168 FPS 384 x 288 Sensitivity &amp;lt; 30 mK</td></tr><tr><td>Long Wave Infrared Camera</td><td>FLIR</td><td>FLIR 620</td><td>30 FPS 640 x 480 pixel Sensitivity to &amp;lt; 45 mK</td></tr><tr><td>Dual Band Mid- and Long-Wave Infrared Camera</td><td>IRCAM GmBH</td><td>Geminis 110k ML</td><td></td></tr><tr><td>Digital Camera</td><td>Canon</td><td>550D</td><td>Used for both video and still frames</td></tr><tr><td>Tripod</td><td>Manfrotto</td><td>475B/405</td><td></td></tr><tr><td>18.2 M&amp;Omega; Water</td><td>Milli-Q</td><td>Advantage</td><td>Allow 24 hr to equilibrate after dispensing into clear borosilicate bottles</td></tr><tr><td>Methanol dehydrated with less than 0.0050% water AnalaR NORMAPUR</td><td>VWR-BDH</td><td>20856.296</td><td>Keep dry until needed</td></tr><tr><td>Glycerol anhydrous for synthesis</td><td>VWR - Merck Millipore</td><td>8.18709.1000</td><td>Keep dry until needed</td></tr><tr><td>Dimethylsulfoxide, ACS Grade</td><td>VWR-BDH</td><td>BDH1115-1LP</td><td>Keep dry until needed</td></tr></tbody></table>

the preparation of electrohydrodynamic bridges from polar dielectric liquids

Ponti orizzontali e verticali liquidi sono strumenti semplici e potenti per esplorare l&#39;interazione di campi elettrici ad alta intensità (8-20 kV / cm) e liquidi dielettrici polari. Questi ponti sono unici da ponti capillari in quanto presentano estensibilità al di là di pochi millimetri, hanno complessi modelli di trasferimento di massa bi-direzionale, ed emettono non-Planck radiazione infrarossa. Un certo numero di comuni solventi può formare tali ponti, nonché soluzioni a bassa conducibilità e sospensioni colloidali. Il comportamento macroscopico è governato da electrohydrodynamics e fornisce un mezzo per studiare fenomeni fluidodinamici senza la presenza di pareti rigide. Prima della comparsa di un ponte vari fenomeni importanti liquido può essere osservato tra cui avanza l&#39;altezza del menisco (elettrowetting), circolazione di fluido di massa (l&#39;effetto Sumoto), e l&#39;espulsione di goccioline cariche (elettrospray). L&#39;interazione tra superficie, polarizzazione, e le forze di spostamento può essere esaminato direttamentevariando la tensione applicata e la lunghezza del ponte. Il campo elettrico, assistito dalla forza di gravità, stabilizza il ponte liquido contro le instabilità di Rayleigh-Plateau. Costruzione di apparecchi di base sia per l&#39;orientamento verticale e orizzontale con esempi operativi, comprese le immagini termografiche, per tre liquidi (ad esempio, acqua, DMSO e glicerolo) è presentato.

Electrohydrodynamic ponti liquidi si distinguono dai ponti liquidi capillari da tre proprietà: 1) flusso, 2) l&#39;estensibilità, 3) emissione termica; un confronto è mostrato in Figura 2. Prima dell&#39;applicazione di piccoli ponti capillari tensione sono spesso osservabili tra i due vasi quando il livello del liquido è anche con i beccucci nella configurazione orizzontale. Essi sono inevitabili nella configurazione verticale quando la distanza è minore di qualche millimetro. La tensione può essere applicata sia in una rampa (vedi 3.4.2.1 nel protocollo) o passo (vedi 3.4.2.2 nel protocollo). Tensioni di sotto del valore di soglia (V t) non produrrà un ponte EHD ma può innescare diversi altri fenomeni quali l&#39;espansione del volume di liquido (Figura 4), ​​il movimento verso l&#39;alto della linea di contatto elettrodo liquido (Figura 5), la rotazione e la circolazione del liquido bulk (Figura 6), Electrospraying e formazione di getti (Figura 7). V t è una proprietà del liquido dielettrico in esame, la concentrazione ed il tipo di componenti presenti, così come l&#39;atmosfera schermatura utilizzati. La soglia di accensione è anche una funzione di separazione nave. Mentre accensione ponte è possibile con separazioni di molti millimetri la tensione applicata deve essere superiore ad un periodo più lungo di riposo può essere osservato con electrospraying più violenta prima è formata una connessione liquido stabile. Ad esempio, con serbatoi d&#39;acqua riempito separati da 5 mm, V t aumenta a 17-20 kV o superiore. Una volta V t è stata superata una combinazione di archi e spruzzatura marchi accensione (figure 8a, 9a), seguita immediatamente dalla formazione di un ponte sottile &lt;1 mm di diametro. Una volta stabilito il ponte flusso di corrente seguita da gonfiore del ponte (Figure 8b, 9b) per3-5 mm di diametro a seconda delle condizioni. In molti dei liquidi studiate finora il tempo dal ponte di accensione al rigonfiamento è tra 10-500 msec ed è in gran parte una funzione della tensione applicata, la distanza di separazione, e la viscosità del liquido 8,22,37. Nel ponti orizzontali direzione di flusso dipende dalle condizioni liquidi specifici. Tipicamente il flusso netto va da anodo verso il catodo quando la polarità alta tensione è positiva. Su estensione (Figura 8c) il diametro fluttuerà in genere a basse frequenze tra 1-10 Hz. Oscillazioni di frequenza più elevate anche verificano e sono visibili come onde di superficie. Otticamente onde di densità attivi sono visibili nel corpo ponte quando torna illuminato con un modello di frangia binario. La funzione specifica risposta del sistema dipende sia il sistema liquido nonché le caratteristiche di alimentazione. Ponti verticali sono simili in molti aspetti alla hquelle orizzontali; tuttavia, questi non presenti segni di forte flusso di massa e in genere hanno una forma ad anfora-come esagerata. Aumentando i risultati di tensione di guida in una colonna più cilindrica di liquido e di estensibilità (Figura 9c) è un po &#39;meglio rispetto a ponti orizzontali (ad esempio 1,25 mm / kV per l&#39;acqua). Come ponti orizzontali ponti verticali possono formarsi senza il contatto diretto tra i corpi fluidi prima della tensione. In questo caso un cono di Taylor si osserva per formare sul droplet pendulo superiore. Questo spray si estenderà verso il basso formando un getto stabile che si gonfia rapidamente a contatto con la goccia sessile inferiore. A differenza electrosprays, ponti EHD nei liquidi dielettrici polari dissipano energia sotto forma sia di termica e infrarossi (IR) radiazione non-termica 44. Registrazione termografica di ponti liquidi (Figure 7-10) è uno strumento utile per esaminare la dinamica dei flussi superficiali nonché per quantifying il operando in IR distribuzione attiva di energia. Emissione termica è dovuto in gran parte al riscaldamento ohmico ed è quindi una misura sensibile di stabilità ioni come diversi liquidi tendono a surriscaldarsi in modo diverso a parità di potenza dissipata. Per i ponti di acqua di esempio (Figura 9c) operano tipicamente tra 35-50 ° C, e ponti alcol corrono un paio di gradi più fresco in ragione tanto della pressione di vapore più bassa, così come le differenze nella stabilità di ioni 39. Un altro esempio di questo comportamento legato è situato in DMSO aprotico che ha bassa pressione di vapore e forma ioni negativi che migrano in direzione opposta alla maggior parte degli altri liquidi polari. Ponti DMSO tendono ad operare a temperature vicine a 100 ° C (Figura 10a). Viscosità e calore capacità anche svolgere un ruolo importante nel modo in cui l&#39;energia termica viene dissipata nel sistema come si può vedere dal riscaldamento localizzato trovato nei ponti glicerolo (Figura 10b). <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Ponte di rottura può avvenire attraverso una serie di percorsi. Sarà probabilmente accadere quando il ponte è o troppo estesa per la tensione di funzionamento o quando viene abbassata la tensione applicata al di sotto del valore necessario per mantenere un ponte ad una data lunghezza come previsto dal numero electrogravitational. La rottura di solito procederà attraverso la riduzione del diametro (figure 8d, 9d) fino a raggiungere un valore critico e instabilità di Rayleigh-Plateau interrompere l&#39;(8e figure, 9e) ponte ligando-come in una stringa di gocce che migreranno in campo elettrico. Un&#39;altra modalità di interruzione ponte, di solito si trova solo nella configurazione orizzontale, si verifica quando il diametro del ponte diventa troppo grande con conseguente alta massa e un getto d&#39;acqua verso il basso. Questo comportamento può portare ad oscillazioni del ponte producendo un effetto &quot;oscillante&quot;, che può causare il ponte per destabilizzare nuovamente in gocce. Grandi brid diametroGES possono verificarsi come risultato di un eccesso di pressione idrostatica testa in un vaso a causa del flusso unidirezionale che si traduce in una condizione di overflow; in alternativa, aumentando la tensione a valori alti, con solo un piccolo separazione produrrà una vasta ponte o &quot;autostrada dell&#39;acqua&quot;. Questi grandi ponti diametro può anche fallire da collassare in un&#39;unica grande goccia che cade verso il basso per gravità. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1 Attrezzatura di base per EHD esperimenti ponte liquido. Rappresentazione schematica di un tipico (b) sistema sperimentale (a) orizzontale e verticale per la creazione di EHD ponti liquidi. Alcuni particolari meccanici come cinghie di fissaggio e supporti elettrodi sono omessi per chiarezza. Le componenti essenziali sono vasi liquidi (i), piattaforme o mo isolantiUNTS (j), elettrodi (k), e un alimentatore ad alta tensione (m). Fasi di traslazione lineare sono raccomandati per la sicura separazione delle due navi è stabilito una volta un ponte. Il bastone morto mostrato nel grafico (c) è assemblato da un pezzo di materiale non conduttivo rigido (p), un&#39;asta di metallo conduttivo (q), e diversi giri di nastro isolante applicato in modo intersecato o altro materiale di fissaggio (r) . La fine metallo è utilizzato per formare una breve tra i due elettrodi dopo la conclusione degli esperimenti per assicurare che il circuito viene scaricato prima di attrezzature per la movimentazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig1highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2 Confronto tra capillari e EHD ponti d&#39;acqua.Un ponte capillare orizzontale può comprendere solo un piccolo spazio di 1,5 mm (a), mentre, ponti EHD orizzontali a tre diverse tensioni 4 kV (b), 6 kV (c), 8 kV (d) passano facilmente il divario. Si noti che i ponti EHD scorrono sopra i beccucci, mentre un ponte capillare è sospeso tra i beccucci. Allo stesso modo il ponte capillare verticale (e) ha una vita stretta (circa 1,5 mm di diametro.) E può essere prorogato solo ~ 3,3 millimetri a differenza di ponti EHD verticali che estensibile. Tre ponti EHD guidati a 4 kV (f), 6 kV (g), e 8 kV (h) alla stessa distanza di separazione come il ponte capillare sono mostrati. Tensione superiore aumenta ponte diametro vita, velocità di flusso e maggiore riscaldamento per effetto della maggiore dissipazione di potenza nel ponte. Un aumento nella formazione di bolle si osserva anche a tensioni superiori come solubilità del gas diminuisce all&#39;aumentare della temperatura. La barra della scalain tutti i fotogrammi è di 1 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig2highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3 Curve caratteristiche per un ponte di acqua liquida. La relazione corrente-tensione per ponti di acqua liquida a 0, 5, 10, 15 mm distanza di separazione è tracciata. Una soglia più bassa di sotto della quale non c&#39;è ponte liquido si forma (vedi riquadro foto in basso a sinistra), e una soglia superiore oltre il quale ponti sono instabili (foto dell&#39;inserzione 1-4) legati alla regione di stabilità. Per la maggior parte dei ponti con qualche estensione misurabile (cioè ≥ 5 mm) la dissipazione di potenza totale compreso tra i 10 ei 20 watt. La rottura di un ponte oltre la soglia superiore spesso seguire una sequenza di eventi qualificate dal operat normaleione (riquadro 1), a perdite (riquadro 2), cascante (riquadro 3), e, infine, rottura (riquadro 4). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig3highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4 Espansione di volume. L&#39;intera superficie del liquido dei due vasi può essere visto salire in risposta al campo elettrico applicato con l&#39;ausilio di un modello di frangia binario proiettata. Due bicchieri Teflon pieni di acqua vengono esposte con un motivo a frangia proiettata a due diverse tensioni applicate a) 0 kV e b) 15 kV. La variazione della frangia proiettata (pannello C) viene analizzata utilizzando IDEA software 33 che utilizza una trasformata di Fourier filtrato per convertire i cambiamenti nella frequenza di modulazione per una frangiaaumento altezza relativa. La non uniformità dello spostamento rilevato è dovuto alla bassa frequenza spaziale della frangia proiettata e artefatti a causa della trasformata coseno discreta metodo fase scartare base. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig4highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig5highres.jpg" width="500" /> Figura 5 dielettroforesi e Elettrowetting. La risposta elettromeccanica di glicerolo ad alti potenziali campi elettrici. Due elettrodi di platino immersi in glicerolo anidro a 0 kV (a), e 19 kV (b) mostrano come il liquido è fortemente spinto verso l&#39;alto. In una variante dell&#39;esperimento di Pellat il volume alzato viene completamente rimosso dal serbatoio sottende ottenendo un bridg EHD gliceroloe tenuto tra i due elettrodi (c). Analogamente, nel caso di elettrodi a forma di asta (d) la linea di contatto avanza l&#39;elettrodo con applicazione di 15 kV (e) innalzamento gli elettrodi tira il corpo liquido verso l&#39;alto per formare tronco-conica (f) mostra la bagnabilità migliorata generato dalla forte campi. Barre di scala sono 5 mm. Stills tratte dal video supplementari S1 (ac) e S2 (DF). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig5highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig6highres.jpg" width="500" /> Figura 6 Effetto Sumoto visualizzato nell&#39;infrarosso. Sequenza di immagini ad infrarossi di un singolo vaso di glicerolo in un campo elettrico non omogeneo fornita utilizzando un elettrodo piano punto semplicesistema illustrato nella luce visibile nel grafico (a). Potenza (19 kV DC) viene applicata a t = 0 sec. Raffreddamento superficiale locale avviene sotto l&#39;elettrodo punto (t = 15 sec) Questo raffreddamento locale diffonde attraverso la superficie e sviluppa eterogeneità, la generazione di una forza di rotazione mentre immediato è inizialmente piccolo e richiede circa 75 secondi per diventare visibile sulla superficie. Il tempo tra i fotogrammi è di 15 sec. Barra di scala è di 10 mm. Stills da video supplementare S3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig6highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7 di raffreddamento pre-accensione in un sistema di ponte verticale con 10 mm di distanza di separazione. Il cono di Taylor superiore e inferiore goccia sessile di un ponte d&#39;acqua verticale set-u<html> p sono mostrati in primo piano nel corso di una rampa di tensione. Le immagini sono in infrarosso a onde lunghe e rappresentano l&#39;emissione di superficie. Dalle immagini c&#39;è un raffreddamento costante e allungamento (ad) di entrambe le superfici liquide come la tensione applicata viene aumentata sia raggiungimento di una temperatura minima di 1-2 ° C al di sotto iniziale (a) appena prima dell&#39;espulsione di un getto (e) dal cono di Taylor superiore. La gocciolina inferiore indietreggia prima del getto carica ma unisce rapidamente dopo contatto (ef), l&#39;emissione aumenta rapidamente come un ponte stabile EHD liquido è stabilito (g). Riduzione di temperatura è stata confermata con un termo-sonda a fibre ottiche. La goccia sessile inferiore è ~ 2 ° C più caldo del cono superiore a causa di un&#39;operazione precedentemente; tipicamente la nave alta tensione raggiunga una temperatura leggermente superiore. Stills da video supplementari S4 (in alto a cono) e S5 (goccia in basso).caricare / 51819 / 51819fig7highres.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig8highres.jpg" width="500" /> Figura 8 immagini termografiche di un ponte d&#39;acqua orizzontale da accensione di estinzione. Serie Rappresentante del composito mid-onda (3,7-5,0 micron) e onde lunghe (8,0-9,4 micron) immagini a infrarossi che caratterizzano le fasi operative per ponti orizzontali liquidi indicati per acqua: (a) accensione, (b) di espansione, (c) estensione, (d) stabilizzazione, (e) rottura. In questa sequenza di immagini il ponte è stato spento togliendo l&#39;alimentazione al sistema. Stills di supplementare il video S6. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig8highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per visualizzare un</a>grande versione di questa figura. <img alt="Figura 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig9highres.jpg" width="500" /> . Figura 9 immagini termografiche di un ponte d&#39;acqua verticale da accensione all&#39;estinzione serie rappresentativa di onde lunghe a infrarossi (7,5-9,0 micron) le immagini che caratterizzano le fasi operative per ponti liquidi verticali indicati per l&#39;acqua: (a) l&#39;accensione, (b) l&#39;espansione , (c) tensione ridotta, (d) la formazione ligando, (e) rottura in gocce sotto l&#39;influenza di instabilità di Rayleigh-plateau. Il tempo trascorso è mostrato in msec. Il contrasto di fondo è stato adeguato negli ultimi fotogrammi per migliorare la visualizzazione delle gocce. Stills da video supplementare S7. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig9highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per visualizzare un ver più grande</a>sione di questa figura. <img alt="Figura 10" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig10highres.jpg" width="500" /> Figura 10 immagini termografiche di ponti orizzontali in DMSO e glicerolo. Dimetilsolfossido (DMSO) (a), e glicerolo (b) emissione di ponte in un composito di mid-onde (3,7-5,0 micron) e onde lunghe a infrarossi (8,0-9,4 micron). Stills da video supplementari S8 (DMSO) e S9 (glicerolo). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig10highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Ponti liquidi electrohydrodynamic orizzontali e verticali sono strumenti semplici e potenti per esplorare l&#39;interazione di alta intensità di campi elettrici e liquidi dielettrici polari. La costruzione di apparecchi di base ed esempi operativi, comprese le immagini termografiche, per tre liquidi (ad esempio, acqua, DMSO e glicerolo) è presentato.

La preparazione di Electrohydrodynamic Ponti da Polar dielettrici liquidi

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

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Video: The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Separating Beads and Cells in Multi-channel Microfluidic Devices Using Dielectrophoresis and Laminar Flow

Microfluidic devices have advanced cell studies by providing a dynamic fluidic environment on the scale of the cell for studying, manipulating, sorting and counting cells. However, manipulating the cell within the fluidic domain remains a challenge and requires complicated fabrication protocols for forming valves and electrodes, or demands specialty equipment like optical tweezers. Here, we demonstrate that conventional printed circuit boards (PCB) can be used for the non-contact manipulation of cells by employing dielectrophoresis (DEP) for bead and cell manipulation in laminar flow fields for bioactuation, and for cell and bead separation in multichannel microfluidic devices. First, we present the protocol for assembling the DEP electrodes and microfluidic devices, and preparing the cells for DEP. Then, we characterize the DEP operation with polystyrene beads. Lastly, we show representative results of bead and cell separation in a multichannel microfluidic device. In summary, DEP is an effective method for manipulating particles (beads or cells) within microfluidic devices.

Dielectrophoresis (DEP) is an effective method to manipulate cells. Printed circuit boards (PCB) can provide inexpensive, reusable and effective electrodes for contact-free cell manipulation within microfluidic devices. By combining PDMS-based microfluidic channels with coverslips on PCBs, we demonstrate bead and cell manipulation and separation within multichannel microfluidic devices.

Perle di separazione e celle a multi-canale dispositivi Microfluidic Utilizzando dielettroforesi e flusso laminare

Microfluidic devices have advanced cell studies by providing a dynamic fluidic environment on the scale of the cell for studying, manipulating, sorting ...

Ricerca

Bioingegneria

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 &deg;C), flammable, and volatile organic electrolytes. These organic based electrolyte systems are viable at ambient temperatures, but require a cooling system to ensure that temperatures do not exceed 80 &deg;C. These cooling systems tend to increase battery costs and can malfunction which can lead to battery malfunction and explosions, thus endangering human life. Increases in petroleum prices lead to a huge demand for safe, electric hybrid vehicles that are more economically viable to operate as oil prices continue to rise. Existing organic based electrolytes used in lithium ion batteries are not applicable to high temperature automotive applications. A safer alternative to organic electrolytes is solid polymer electrolytes. This work will highlight the synthesis for a graft copolymer electrolyte (GCE) poly(oxyethylene) methacrylate (POEM) to a block with a lower glass transition temperature (Tg) poly(oxyethylene) acrylate (POEA). The conduction mechanism has been discussed and it has been demonstrated the relationship between polymer segmental motion and ionic conductivity indeed has a Vogel-Tammann-Fulcher (VTF) dependence. Batteries containing commercially available LP30 organic (LiPF6 in ethylene carbonate (EC):dimethyl carbonate (DMC) at a 1:1 ratio) and GCE were cycled at ambient temperature. It was found that at ambient temperature, the batteries containing GCE showed a greater overpotential when compared to LP30 electrolyte. However at temperatures greater than 60 &deg;C, the GCE cell exhibited much lower overpotential due to fast polymer electrolyte conductivity and nearly the full theoretical specific capacity of 170 mAh/g was accessed.

Lithium ion batteries employ flammable and volatile organic electrolytes that are suitable for ambient temperature applications. A safer alternative to organic electrolytes are solid polymer batteries. Solid polymer batteries operate safely at high temperatures (&gt;120 &deg;C), thus making them applicable to high temperature applications such as deep oil drilling and hybrid electric vehicles. This paper will discuss (a) the polymer synthesis, (b) the polymer conduction mechanism, and (c) provide temperature cycling for both solid polymer and organic electrolytes.

A stato solido innesto elettroliti Copolimero per Batterie di litio Applicazioni

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 ...

Ingegneria

Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and functionalized to render their top surfaces hydrophilic. The combination of a physical feature (the pillar) with a chemical boundary (the hydrophilic film on the top of the pillar) provides both a physical and chemical heterogeneity that pins the triple contact line, a necessary feature to create stable long but narrow capillary bridges. The substrates with the pillars are attached to glass slides and secured into custom holders. The holders are then mounted onto four axis microstages and positioned such that the pillars are parallel and facing each other. The capillary bridges are formed by introducing a fluid in the gap between the two substrates once the separation between the facing pillars has been reduced to a few hundred micrometers. The custom microstage is then employed to vary the height of the capillary bridge. A CCD camera is positioned to image either the length or the width of the capillary bridge to characterize the morphology of the fluid interface. Pillars with widths down to 250 &#181;m and lengths up to 70 mm were fabricated with this method, leading to capillary bridges with aspect ratios (length/width) of over 1001.

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. The creation of capillary bridges relies on the formation of pillars to provide a directional physical and chemical heterogeneity to pin the fluid. Capillary bridges are formed and manipulated using microstages and visualized using a CCD camera.

Fabbricazione e visualizzazione di ponti capillari in geometria dei pori a fessura

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and ...

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The protocol details the procedures to construct a versatile, reusable, multiple layer, laminated dielectrophoresis chamber. Specifically, six layers of 50 &#181;m x&#160;0.7 cm x&#160;2 cm graphene paper and five layers of double sided tape were alternately stacked together, then clamped to a glass slide. Then a 700 &#956;m diameter micro-well was drilled through the laminated structure using a computer-controlled micro drilling machine. Insulating properties of the tape layer between adjacent graphene layers were assured by resistance tests. Silver conductive epoxy connected alternate layers of graphene paper and formed stable connections between the graphene paper and external copper wire electrodes. The finished device was then clamped and sealed to a glass slide. The electric field gradient was modeled within the multi-layer device. Dielectrophoretic behaviors of 6 &#956;m polystyrene beads were demonstrated in the 1 mm deep micro-well, with medium conductivities ranging from 0.0001 S/m to 1.3 S/m, and applied signal frequencies from 100 Hz to 10 MHz. Negative dielectrophoretic responses were observed in three dimensions over most of the conductivity-frequency space and cross-over frequency values are consistent with previously reported literature values. The device did not prevent AC electroosmosis and electrothermal flows, which occurred in the low and high frequency regions, respectively. The graphene paper utilized in this device is versatile and could subsequently function as a biosensor after dielectrophoretic characterizations are complete.

A microdevice with high throughput potential is used to demonstrate three-dimensional (3D) dielectrophoresis (DEP) with novel materials. Graphene nanoplatelet paper and double sided tape were alternately stacked; a 700 &#956;m micro-well was drilled transverse to the layers. DEP behavior of polystyrene beads was demonstrated in the micro-well.

Sviluppo di un dispositivo 3D grafene elettrodi dielettroforetiche

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

Creating Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions in PDMS Microfluidic Chip via Self-Assembly Process of Colloidal Particles

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its transparency. Due to the softness of the PDMS material, however, it is challenging to use PDMS for building nanochannels. The channels tend to collapse easily during plasma bonding. In this paper, we present an evaporation-driven self-assembly method of silica colloidal nanoparticles to create nanofluidic junctions with sub-50 nm pores between two microchannels. The pore size as well as the surface charge of the nanofluidic junction is tunable simply by changing the colloidal silica bead size and surface functionalization outside of the assembled microfluidic device in a vial before the self-assembly process. Using the self-assembly of nanoparticles with a bead size of 300 nm, 500 nm, and 900 nm, it was possible to fabricate a porous membrane with a pore size of ~45 nm, ~75 nm and ~135 nm, respectively. Under electrical potential, this nanoporous membrane initiated ion concentration polarization (ICP) acting as a cation-selective membrane to concentrate DNA by ~1,700 times within 15 min. This non-lithographic nanofabrication process opens up a new opportunity to build a tunable nanofluidic junction for the study of nanoscale transport processes of ions and molecules inside a PDMS microfluidic chip.

We propose a simple self-assembly technique of silica colloidal nanoparticles to create a nanofluidic junction between two microchannels in polydimethylsiloxane (PDMS). Using this technique, a nanoporous bead membrane with a pore size down to ~45 nm was built inside a microchannel and applied to electrokinetic preconcentration of DNA samples.

Creazione di Sub-50 Nm nanofluidic giunzioni in PDMS Microfluidic Chip tramite processo di auto-assemblaggio di particelle colloidale

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its ...

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging techniques.
The one-time use packaging technique employs UV-based and temperature curing epoxies to connect microtubes to access holes, wire-bonding for integrated circuit connections, and silver epoxy for electrical connections. This method is based on a robust assembly technique that can support relatively high pressure close to 1 psi and does not need any support to strengthen the microfluidic architecture.
Reusable packaging techniques consist of PDMS-based microtube interconnectors and anisotropic adhesive films for electrical connections. These devices are more sensitive and fragile. Consequently, Plexiglas support is added to the microfluidic structure to improve the electrical contact when anisotropic adhesive films are used, and also to strengthen the microfluidic architecture. In addition, a micromanipulator is needed to maintain tubes while using a thin PDMS layer to connect them to the access holes. Different PDMS layer thicknesses, ranging from 0.45-3 mm, are tested to compare the best adherence versus injection rates. Applied injection rates are varied from 50-300 &#956;l/hr for 0.45-3 mm PDMS layers, respectively. These techniques are mainly applicable for low-pressure applications. However, they can be extended for high-pressure ones through plasma-oxygen process to permanently seal the PDMS to glass substrates. The main advantage of this technique, besides the fact that it is reusable, consists of keeping the device observable when the microchannel length is very short (in the range of 3 mm or lower).

In this article we describe different techniques for microfluidic rapid prototyping platforms. The proposed techniques are based on ultraviolet (UV) sensitive and temperature curing epoxies, polydimethylsiloxane (PDMS) based tubing, wire-bonding, and anisotropic adhesive films. The assembling procedures presented are developed for both one-time use devices as well as reusable microfluidic systems.

High Throughput Microfluidic rapido ed economico prototipazione metodi a basso Packaging

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging ...

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.

Preparazione di doppi strati artificiali per esperimenti Elettrofisiologia

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

Biologia

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.

Microscala Vortex-assistita Elettroporatore per sequenziale molecolare di consegna

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

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.

Generazione e controllo di idrodinamiche flussi in soluzioni acquose dell'elettrolito

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

Automated Lipid Bilayer Membrane Formation Using a Polydimethylsiloxane Thin Film

An artificial lipid bilayer, or black lipid membrane (BLM), is a powerful tool for studying ion channels and protein interactions, as well as for biosensor applications. However, conventional BLM formation techniques have several drawbacks and they often require specific expertise and laborious processes. In particular, conventional BLMs suffer from low formation success rates and inconsistent membrane formation time. Here, we demonstrate a storable and transportable BLM formation system with controlled thinning-out time and enhanced BLM formation rate by replacing conventionally used films (polytetrafluoroethylene, polyoxymethylene, polystyrene) to polydimethylsiloxane (PDMS). In this experiment, a porous-structured polymer such as PDMS thin film is used. In addition, as opposed to conventionally used solvents with low viscosity, the use of squalene permitted a controlled thinning-out time via slow solvent absorption by PDMS, prolonging membrane lifetime. In addition, by using a mixture of squalene and hexadecane, the freezing point of the lipid solution was increased (~16 &#176;C), in addition, membrane precursors were produced that can be indefinitely stored and readily transported. These membrane precursors have reduced BLM formation time of &#60; 1 hr and achieved a BLM formation rate of ~80%. Moreover, ion channel experiments with gramicidin A demonstrated the feasibility of the membrane system.

We demonstrate a storable, transportable lipid bilayer formation system. A lipid bilayer membrane can be formed within 1 hr with over 80% success rate when a frozen membrane precursor is brought to ambient temperature. This system will reduce laborious processes and expertise associated with ion channels.