この作品は、定量的な生命科学のカリフォルニア大学（QB3）、UCSFの生物工学および治療科学省によってサポートされており、ロジャースファミリー財団からのギャップ賞を埋めるた。

1。実験に基づく設計デバイスの寸法およびトポロジは、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して、ニーズ注：球形の小滴よりも小さいセレクトエマルジョンチャネル直径。これは円筒形または「ソーセージ」形に液滴を強制し、より効果的なpicoinjectionが可能になります。我々の目的のために、我々は、直径が50ミクロンだった滴のための30×30μmのチャンネルを設計しました。 <ol><li>モデルpicoinjection部位（単数または複数）が不要であるように、金属電極のためのチャネルは、除去されることを除いて和らげるら 3に記載されたものの後。 </li><li>ファラデーモートpicoinjectionサイト（S）と、彼らは、電界からの液滴をシールドするように、上流のエマルジ ​​ョンの間で実行します（ 図1）として機能するようにチャネルを追加。 注意：これは、意図しないマージを防ぐことができます。 </li></ol>ソフトPhotolithを使用する2。製造装置ographicテクニック<ol><li>既存の商用サービスを使用して、CADファイルに基づいて透明性のフォトリソグラフィ·マスクを生成します。 </li><li> 4以前に説明したようにフォトマスクを用いて、装置のマスターを製造するためにシリコンウェハ上にフォトレジストを硬化させる。 </li><li> PDMSは5cmのポリスチレンシャーレに含まれるデバイスのマスター上で硬化剤（11時01比）と混合注ぐ。 </li><li>任意の気泡を除去するために約15分間、真空デシケーター中でPDMSとマスターを配置します。 </li><li> 1時間95℃のオーブン中に置くことによってPDMSデバイスを硬化させる。代わりに、PDMSは、24時間後に室温で硬化する。 </li><li>外科用ブレードを用いて周囲の周りに切断し、慎重にマスターからデバイスを剥離することにより、デバイスを取り外します。 </li><li>入口パンチと0.5ミリメートル生検パンチを使用して、PDMSに穴を差し込みます。 </li><li>プラズマボンダー4を用いてガラス顕微鏡スライドにデバイスを結合する。 </li></ol> 3。空気圧を準備制御ポンプが流体を含む貯水池を加圧する<ol><li> 2.7ミリメートル、内径のポリエチレンチューブの長さによって、このような加圧された空気は終了し、そのポンプ出力を変更します。 </li><li>そのようなチューブはルアーロックの背面に乳首の上に内腔を嵌合することにより、ルアーロック注射器の先端で終了することを構築します。 </li><li>ルアーロックねじとエポキシとチューブの間の空間を充填して密封する。 </li><li> 27.5gの針を取り付けます。 </li></ol> 4。準備水性単分散乳剤（油中水型）は、生体適合性界面活性剤7を溶存（重量/重量）の2％不活性フッ素化分散油に懸濁液滴これらの液滴に含まれる特定の試薬は、用途に依存<ol><li>再注入の準備のために、27.5gの針を1ミリリットルの注射器にエマルションをロードします。 </li><li>シリンジポンプにシリンジを固定し、（針上方向）に垂直ポンプを向けます。 ノートこの方向は、液滴がキャリアオイルの上層にパックするようになります。ポンプが開始されると、液滴はその下油層によって高い体積分率でシリンジから押し出される。 </li></ol> 5。マイクロ流体チップの紹介のための試薬を準備<ol><li>生検パンチ、針、またはドリルを使用して（スクリューキャップを持つコンテナが十分であろう）15ミリリットル遠心管のキャップ内に3 0.5ミリメートルの穴をパンチ。 </li><li>それらは、チューブの底に達するように2つの穴を通って直径0.5mmのワイヤ電極とPE-2のチューブ〜20センチの長さを挿入する。 </li><li>残りの穴に、それは液面の上に載るように、PE管の約20センチの長さの〜2.5センチメートルを通します。 </li><li> UV硬化エポキシでキャップの上のすき間をシール。 </li><li>キャップ上picoinjection液、ネジでチューブを埋める。 </li><li>インサートによってチューブの短い長さの空圧制御ポンプからの出力を接続する内腔に針をING。針がぴったりと収まる必要があります。 </li><li>ファラデー堀として機能するように、1M NaClで1ミリリットルの注射器を埋める。 </li><li> 27.5gの針を接続し、シリンジポンプにシリンジを固定します。 </li><li>キャリア/スペーサーオイルと他の1ミリリットルの注射器を埋める27.5 G針を接続し、シリンジポンプに固定します。 </li></ol> 6。Picoinjectionためのマイクロ流体デバイスを準備します<ol><li>マイクロ流体チップ上picoinjection流体の入口ポートに注入流体容器から出力管（より長い長さ）を接続する。 </li><li> PEの管の長さを持つマイクロ流体チップ上のファラデーモートのための入口に1 M NaClを含む注射器を接続します。 </li><li> PEの管の長さのマイクロ流体チップの入口ポートにキャリアオイルを含む注射器を接続します。 </li><li>マイクロ流体チップ上のエマルジョン出口ポートへのPEチューブを挿入します。チューブはエマルジョン収集容器で終端、またべきであるマリー1.5ミリリットル遠心管。 </li><li>マイクロ流体チップ上でファラデーモートための出口ポートに、PEチューブを挿入します。チューブは、短絡を防止するために、非導電性と電気的に絶縁された容器内に終端する必要がある。 </li><li> picoinjection液に沈めた金属電極にワニ口クリップを介して高電圧（HV）アンプの出力を接続します。 </li><li> 1 M NaClを含む注射針の金属にワニ口クリップを経由して、HVアンプの接地電極に接続します。 </li></ol>マイクロ流体チップへ7。インフューズ試薬<ol><li> 100の割合でデバイスに1MのNaCl（ファラデー堀）を導入 μL/時。 </li><li>デバイスの寸法に適した速度で液滴エマルジョンとキャリアオイルをご紹介します。私たちのデモデバイスのために、我々は、それぞれ低下し、油200、および400μL/時をご紹介します。流速は、液滴が分離し、定期的にpicoinjectorを通過させるべきであるキャリアオイルのギャップによる。 </li><li> picoinjectionオリフィスでの流体の圧力は、液滴チャネルとの機械的な平衡状態にあるようにpicoinjection流体に加えられる圧力を調整する。 注意：この圧力（ラプラス圧）、注射液はオフ出芽と（ 図2）は 、独自の滴を形成することなく、液滴チャネルに膨らむはずです。上述したこれらの流量で、我々は注射部位に平衡を達成するために、注入流体へ〜13 psiの圧力を適用する。 </li></ol> 8。 Picoinjectionを開始<ol><li>液滴が噴射オリフィスを通過すると、0〜10 V、10 kHzの適用、AC信号がHV-アンプ（ 図3）で1,000倍に増幅した。 </li><li>印加電圧の振幅を変化させることにより、注入量を調節する。 注意：より高い電圧が滴に導入する複数の流体のために許可する必要があります。今回のテストでは、電圧で安定的かつ一貫性の注入を観察することトゥイーン100および3,000 V、10〜500 mMの（ 図4）の範囲のNaCl注射溶液を用いて。 </li></ol>

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

我々は完全に我々の実験で観察された印加電圧と注入量との関係の背後にある正確な物理的メカニズムを理解していない。ラボの関心と専門知識の関連分野は、この長引く疑問を追求するのに適していません。我々は、この現象を探求するより、物理学や工学洞察力を持つものをお勧めします。

注入量と印加電圧との関係は、彼らが通過するインジェクタデバイスの寸法、picoinjection流体装置、モル濃度にpicoinjection流体を運ぶチューブの長さ、液滴の速度を含む多くの要因に依存する。このような理由のために我々は、ボリューム/電圧関係は、電圧およびモル濃度の作業範囲の縁で注入量を測定することにより、picoinjectionの各実行の前に特徴づけられることをお勧めします。さらに、...

液滴ベースのマイクロ流体工学において、ミクロンスケールの水性液滴は、生物学的反応のための「試験管」として使用される。微細液滴で反応を行うことの利点は、各液滴が試薬のわずかpIを使用して、マイクロフルイディクスと、液滴が形成することができ、1キロヘルツ速度で処理することである。合わせた、これらの特性は、個々の細胞、核酸分子、または全材料のμlで分のうちに実行される化合物との反応の数百万を可能にする。 このようなアプリケーションのためのドロップを使用するには、技術が低下するための試薬の制御されたボリュームを追加するために必要とされる。このような動作は、試験管にピペッティングに類似している。これを達成するための一つの方法は、試薬の液滴が電場を印加することにより、ターゲットドロップとマージされるelectrocoalescenceある。電界は、液滴のインターフェイス上で界面活性剤分子の配列を乱す、IND薄膜の不安定性をucingと2以外の場合安定しているエマルジ ​​ョンで合体をトリガする。電気的に誘発されたマージはまたpicoinjector、これらは加圧されたチャネル3を通過して流れるように滴に試薬を注入する装置の設計に利用される。電界を印加する、picoinjectorデバイスは、金属電極を利用するが、液体ハンダワイヤを容易チャネル内の気泡や埃、ゴミ等により損なわれているように、マイクロ流体チップに金属電極の統合は、しばしば複雑でエラーが発生しやすいプロセスであるだけでなく、ストレスから骨折やデバイスのセットアップ中に曲げ。 ここでは、製造が簡単でよりロバストに、金属電極を使用することなくpicoinjectionを実行するための方法を提示する。ほとんどの生物学的試薬を溶解し、電解質が含まれており、導電性であるため、picoinjectionをトリガするために、我々はその代わりに、電極としての注射液そのものを使用しています。我々はまた、「ファラデーモアを追加ユニバーサルグランド（ 図1）のようなデバイスと行為の敏感な領域を遮蔽するt」は。堀は、電気的に、地面を提供し、意図しない液滴の合併を阻止することによりpicoinjection部位の上流の液滴を分離します。私たちの技術の付加的な利点がある液滴内に注入体積は、印加された信号を調整することによって調整することができるように、印加電圧の大きさに依存する。 我々はソフトのフォトリソグラフィ技術を4,5を使用してポリ（ジメチルシロキサン）（PDMS）で私たちのデバイスを製造する。我々のアプローチは樹脂、プラスチック、エポキシのような、他の材料で作製されたデバイスと互換性があります。チャンネルは、直径の小滴は50μm（65 PL）での作業に最適な30ミクロンの高さと幅を持っている。私たちは、0.50ミリメートルのメソッドの事項仕様と同様の生検パンチを持つデバイスの製造時に作成されたポートに挿入polyetheleneチューブ（0.3/1.09 mmの外/内径）を介して試薬を導入以前に5アイベッド。注入流体の正確な構成は特定の用途に依存する。流体はpicoinjectorに送信する電気信号のための十分な導電性をもたらすのに十分に高い濃度で溶解した電解質を含有するだけでよい。ベンチテストでは、この値は、流体の導電率は、特定のデバイス寸法および印加電圧の大きさに依存するのに10 mMよりも大きいイオン濃度は、6十分であることを見出した。

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

picoinjection of microfluidic drops without metal electrodes

マイクロ流体液滴に試薬をpicoinjectingするための既存の方法は、マイクロ流体チップに統合された金属電極を必要とする。これらの電極の統合は、デバイス製造プロセスに面倒で間違いを起こしやすいステップを追加する。我々はpicoinjection中に金属電極のための必要性を不要にする技術を開発した。ほとんどの生物学的試薬が溶解し、電解質を含有し、導電性であるので、その代わりに、それは、電極として注入流体自体を使用する。電極を排除することによって、我々は、デバイス製造時間および複雑さを低減し、装置をより堅牢にする。また、我々のアプローチで、注入量はpicoinjection溶液に印加される電圧に依存する;これは、私たちは急速に印加される電圧を変調することにより、注入量を調整することができます。当社は、当社の技術は、緩衝液、酵素、および核酸を含む一般的な生物学的化合物を組み込んだ試薬と互換性があることを実証している。

顕微鏡画像はpicoinjection流体の電化は、注射（ 図2）をトリガするのに十分であることをpicoinjectionサイトショーで撮影。注入量は、より高い注入量を可能にするより高い電圧が、印加電圧の振幅を変調することによって制御することができる。我々は、（ 図3）内の注入流体の3つの代表的なモル濃度のために印加される電圧の大きさに対して注入体積をプロットする?...

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Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

我々は、金属電極を必要としないマイクロ流体滴をpicoinjectingする技術を開発した。このように、私たちの技術を取り入れたデバイスが作製し使用する方が簡単です。

マイクロ流体のPicoinjectionは金属電極がなければ削除します

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

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

Research

JoVE Journal

Engineering

11.0K ビュー.  Unversity of California, San Francisco. 我々は、金属電極を必要としないマイクロ流体滴をpicoinjectingする技術を開発した。このように、私たちの技術を取り入れたデバイスが作製し使用する方が簡単です。 

ビデオ: Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

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

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

作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

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

工学

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

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

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

液体金属電極中の超音波速度計測

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

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

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

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

使い捨て電気化学紙のマイクロ流体のpHセンサーとしてイリジウム酸化還元グラフェン酸化物ナノハイブリッド薄膜変更されたスクリーン印刷電極

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

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

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

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

シートメタル成形プロセスの知識ベースのクラウドFEシミュレーション

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

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

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

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

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

層状チタン酸透明フィルムの層間空間で凝集することなく金ナノ粒子のその場合成で

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

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

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

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

色素増感太陽電池用光触媒電極のエレクトロスピニング

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

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

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

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

埋め込み金属メッシュを用いた高性能で柔軟で透明な電極のための拡張可能なソリューション処理製作戦略

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

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

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

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

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

成長と静電/化学特性の金属/そこで3/SrTiO3ヘテロ構造

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

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

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

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

防氷用超撥水の金属表面の作製

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

Fused Filament Fabrication (FFF) of Metal-Ceramic Components

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

Fused Filament Fabrication FFF of Metal-Ceramic Components

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

金属-セラミック部品の溶融フィラメント製作 (FFF)

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