이 작품은 Wetsus, 지속 가능한 물 기술 (www.wetsus.nl)에 대한 우수 센터의 TTIW - 협력 프레임 워크에서 수행 하였다. Wetsus 경제 - 유럽 연합 (EU) 지역 개발 기금, Fryslân의 성, 레이와 르던의시와 &#39;Samenwerkingsverband 노 르트 네덜란드의 EZ / 콤파스 프로그램 &quot;의 네덜란드 정부에 의해 자금을 지원한다. 저자는 유익한 토론과 재정 지원을위한 연구 과제 &quot;응용 물 물리학&quot;의 참가자들에게 감사드립니다.

1 일반 권장 사항 <ol><li> 손에서 땀이나 기름에 의한 오염을 방지하기 위해 실험의 셋업을 통해 일회용, 분말 무료 장갑을 착용 할 것. </li><li> 클린 모든 유리는 전극 및 액상으로 용해시킬 수있는 오염 물질의 도입을 방지하기 위해 특별한주의를 기울이고, 연구 중에 액체 문의 다른 부품. </li><li> 전도도 측정기를 사용하여, 실험에 사용하고 / cm ≤1 μS인지 확인한다 액체의 전기 전도도를 측정한다. </li></ol> 2 실험 설정 <ol><li> 가로 브리지 시스템 (그림 1a) <ol><li> 레벨 비전 도성 표면에 높이 조절 플랫폼의 쌍을 놓습니다. 대신에 하나의 플랫폼을 수정하고 25mm의 최소 여행이 전동 리니어 이동 스테이지에 다른 플랫폼을 탑재합니다. </li><li> 안전한 절연 플레이트 (그림 1A, 부품 J) 토륨조정 플랫폼의 전자 상면. 그들은 모든면에서 적어도 10mm에 의해 플랫폼 오버행 있도록 이상 크기의 아르 판을 절연에 사용합니다. 테플론, 아크릴, 또는 창 유리 같은 일반적인 재료를 사용합니다. 계획된 최대 전압에서 고장을 방지하기 위해 두께를 선택합니다. </li><li> 제조사의 지시에 따른 고전압 전원 장치 (도 1A, 부품 m)을 연결한다. </li><li> 고전압 및 접지선의 양쪽 단부에 솔더 악어 클립. </li><li> 절연성 플랫폼 위에 수평으로 돌출 절연성로드 스탠드 고리 상에 경질의 절연 재료로 구성된지지 아암의 일단을 클램프. </li><li> 악어 입 클립을 아래로 절연 플랫폼 위에 돌출 있도록 전기 테이프, 나일론 와이어 타이, 또는 다른 적절한 수단의 여러 랩을 사용하여지지 암에 지상과 고전압 와이어를 탑재합니다. </li><li> 클립 한 백금 전극 (그림 1A, 부품 K)이 악어 클립의 각에. </li><li> 고전압 전선 고정 플랫폼 위에 있고 접지선 이동 플랫폼 위에 있도록지지 아암을 위치. </li></ol></li><li> 수직 브리지 시스템 (그림 1b) <ol><li> 클램프는 25mm의 최소 여행을 할 수 있도록 선형 변환 단계로 비전 도성 클램프를 연결합니다. 용기 접지 와이어에 연결됩니다 (그림 1b, 부품 i)를 보유하는이 클램프를 사용합니다. </li><li> 수직 단단한지지 구조에이 어셈블리를 탑재합니다. </li><li> 라인 및 선형 이동 스테이지에 지원 아래 유사한 비전 도성 클램프를 연결합니다. 고전압 와이어에 연결됩니다 선박을 보유하는이 클램프를 사용합니다. </li></ol></li><li> &quot;죽은 스틱&quot;을 확인합니다 (그림 그림 1C 참조) <ol><li> (도 및 그러한 30~40cm 긴 유리 또는 플라스틱 막대로 비도 전성 경질 재료의 조각을 구하는# 160; 1C, 부품 쪽). </li><li> 십자형 방식 또는 다른 고정 재료에인가 전기 테이프 (도 1C, 부품 R)의 여러 붕대를 이용하여로드의 일단에 도전성 10~15cm 금속 긴 (도 1C, 부품 Q)의 조각을 부착. </li><li> 전원 공급 회로가 장비를 처리하기 전에 배출되는 것을 보장하기 위해 스위치 오프 후 금속 엔드와 높은 전압과 접지 전극을 연결하기 위해 &quot;죽은 스틱&quot;를 사용합니다. </li></ol></li></ol> 액체 교량의 3 동작 <ol><li> 수평 액체 교량 <ol><li> 비커 주둥이 또는 RIM의 1~5밀리미터 내에서 표면을 가지고 충분한 액체와 각 용기 (그림 1a, 부품 i)를 입력합니다. 이 데모에 사용 된 용기 (직경 60mm)의 경우, 물 액체 67g, DMSO에 대한 74g, 또는 글리세롤에 대한 84.4 g을 사용합니다. </li><li> 그들이 PHYS되도록 절연성 플랫폼 상에 두 배를 놓고동 적으로 같은 주둥이로 한 위치에서 서로 접촉하지만, 직선 벽 림도 작동합니다. </li><li> 액체는 백금 전극이 아닌 악어 클립 또는 와이어에 연락 수 있도록 플랫폼의 높이를 조정합니다. 그 결과 다리가 수평 수준이되도록 수직 정렬에주의를 기울이십시오. </li><li> 그들은 다리가 형성된다 접촉 위치로부터 15mm의 최소가되도록 액체 채워진 용기에 백금 전극을 위치. 주 : 일반적으로 전극은 용기의 중심과 두 혈관 접촉 위치로부터 가장 멀리 벽 사이에 배치된다. </li></ol></li><li> 수직 액체 교량 <ol><li> , 그림 1b에서 난 부분을 같이 한 액체 포트이 깨끗하고, 폐쇄 혈관을 사용합니다. </li><li> 더 갇혀있는 기포가 발생하지 않도록 연구에서 액체를 각 용기를 입력합니다. </li><li> 각 용기에 전극 (그림 1b, 부품 k)를 삽입하고 C를 닫습니다AP는 장소에 액체를 개최합니다. </li><li> 개구부가 서로를 향해 가리도록 (2.2 참조) 비도 전성 클램프로이 폐쇄 용기를 탑재. </li><li> 만곡 액체 표면이 상기 유리 테두리 밀리미터 돌출되도록 상기 하부 관의 개구에 액체의 몇 방울을 추가한다. </li><li> 그것은 단지 접촉 낮은 하나는 모세 혈관의 다리를 형성하도록 아래로 상부 용기를 준비한다. </li><li> 하부 용기 (고정)의 전극 단자와 상기 상부 (번역) 용기에 접지 전원의 고전압 출력 (도 1B, 부품 m)을 연결한다. </li></ol></li><li> 고전압 운영 <ol><li> 일반 고려 사항 <ol><li> 어떤 액체 풀, 영화, 또는 물방울이 절연 플랫폼에 존재하지 않음이 모든 표면이 건조임을 확인하고 더 진행하기 전에. </li><li> 실험에 전력을인가하기 이전에는 단락이없는 것을 확인하고 (P)에 접지 없는지인력 또는 장비에 전원이 공급 표면과 접촉 될 수 있습니다 aths 선물입니다. 모든 절차를 따라 고압 전원 제조자에 의해 발행 된 경고를 준수 확신. 의심 자격을 갖춘 전기 안전 담당자로부터의 조언을 구해야한다. </li><li> 전원을인가하기 전에 전원의 극성 (선택시) 설정한다. 이보다 안정적인 다리를 제공하기 때문에 일반적으로, 양의 전압 극성을 사용합니다. NOTE : 음의 극성은 또한 전자를 싱킹보다는 소싱 인해 기능적 차이에 의해 사용되지만 경향이 현저 모두 유전체 액체 (48)의 물리적 특성에 영향을 미칠 수있는 현저한 공간 전하 효과를 수득하고 실험 지역에서 로컬 전하 밀도에 영향을 될 수 높은 전위 하에서 과충전으로 절연지지 구조를 주변에 분무 될 수있다. </li><li> 전류를 더 이상 5-6 (MA)를 제공하도록 전력 공급 전류 제한을 연다. </li></ol> &lt;/ 리&gt; <li> 램프 또는 단계 - 적용 할 수있는 두 개의 전압 프로파일 중 하나를 선택합니다. <ol><li> 제 시작 및 액체의 성능 특성이 아직 공지되지 않을 때 전압 램프를 사용한다. <ol><li> 0 kV로를 제공하기 위해 전원 공급 전압 제한을 거절. </li><li> 전원 공급 장치의 출력을 사용하고 천천히 약 250 V / 초의 속도로 전압 한계를 증가시키기 시작한다. </li><li> 다리 점화가 발생하는 전압을 관찰이 대략 점화 임계 전압 (V의 t)이다. </li></ol></li><li> 신속하게 시스템에 전압을인가하는 승압을 사용한다. <ol><li> (3.3.2.1.3 참조) 연구중인 액체 시스템 전압 램프를 사용하여 측정 하였다 점화 임계 상기 원하는 값으로 전원 전압의 제한을 설정한다. </li><li> 전원 공급 장치의 출력을 사용합니다. 전압 단계는 아크와 방울의 분출이 발생할 수 있으며, 그 자체로 여러 가지가 필요할 수 있습니다 참고안정된 다리 양식 전에 conds. 몇 초 이상 지속 할 수있는 경우 아크가 증가 액체 전도도의 결과로 오존과 과산화수소를 생성합니다. 이 아킹이 문제가 될 경우에는 신선한 재료와 액체를 교체 할 것을 권장한다. </li></ol></li></ol></li><li> 점화 다음 다리를 안정시킨다. <ol><li> 두 선박 사이에 액체를 일정하게 관찰하여 다리 점화를 확인합니다. 참고 :이 8 ~ 10 kV의 사이에 일반적으로 발생하고 사용되는 액체에 따라 250 ~ 500 μA 사이에 현재의 전도에 의해 동반됩니다. </li><li> 조정 전류 소비 ~ 1000 μA와 10 ~ 15 kV의에 전압을 증가시켜 확장을위한 다리입니다. 주 : 실제 값이 사용 액체에 따라 달라집니다. </li><li> 약 1mm 당 1 kV의 거리에 다리를 확장은 15 kV의를 위해, 예를 들어 15mm를 전압을 적용했다. 필요한 경우 조정 브리지는 또한 실험 조건에 따라. 참고 : 안정적인 다리 캘리포니아n은 많은 시간 동안 존재한다. </li></ol></li></ol></li><li> 종료 절차 <ol><li> 고전압 전원 장치에 출력을 해제하여 다리를 끈다. 전원 커패시터 방전 및 전압 판독 값을 0으로 떨어질 때까지 몇 초 동안 기다립니다. </li><li> 짧은에 이전에 통전 부품을 취급하기 전에 전극 홀더를 1.3 절에 만들어진 &quot;죽은 스틱&quot;를 사용합니다. </li></ol></li></ol> 4 이미징 <ol><li> 프린지 프로젝션 <ol><li> 투명 필름에 검은 색 줄무늬를 인쇄하여 이진 프린지 판을 준비하고 젖빛을 확산 화면이 부착합니다. 이 예를 들어, A4 (즉, 297mm X 210mm) 프린지 판을 사용합니다. </li><li> 프린지가 전체 실험 장치에 투영되도록 백라이트 앞에 프린지 판을 놓습니다. </li><li> 기록 정지 이미지 또는 디지털 카메라의 임의의 수를 사용하여 프린지 패턴의 영화. </li><li> 변경 내용 추적 전n은 액체 표면뿐만 아니라 4.1.3 녹화 영상을 분석하여 이루는 액체의 광로 길이의 변화. 참고 : 관측 된 변화의 정량 분석은 무료로 사용할 수있는 IDEA 프로그램 49와 같은 다양한 소프트웨어 패키지를 사용하여 프린지 평가를 통해 수행된다. 구체적인 세부 사항 프린지 분석의 고려 사항은 다른 곳에서 49-51 덮여있다. </li></ol></li><li> 체열 영상 <ol><li> 제조업체의 지침에 따라 열 감지 카메라의 동적 범위를 설정합니다. 주 : 일반적으로 두 개의 포인트 보정 예상 온도 범위를 포함 양호한 열 해상도를 제공하기에 충분하다. 대부분의 액체 교량 20-50 ° C에서의 온도 범위에서 작동한다. </li><li> 실험을위한 적절한 온도에서 연구중인 액체의 부피의 열린면을 이미징함으로써 방사율 보정과 온도 보정을 수행한다. <ol><li> 동일한 선박 채우기즉, 상온에서 연구중인 액체와 함께 실험 장치에 사용되는. </li><li> 그러한 K-형 열전쌍으로 침지 thermoprobe를 사용하여 액체의 온도를 측정한다. </li><li> 적외선 액체의 이미지를 기록한다. </li><li> 핫 플레이트를 이용하여 마이크로파 다리 예상 온도 액체의 온도를 상승. NOTE : 이것은 액체의 비점 이하 전형적 이상 10 ° C (예를 들면, 물을 90 ° C). </li><li> 반복 4.2.2.2 및 고온의 액체 4.2.2.3 단계를 반복합니다. </li></ol></li><li> 기록 된 표면적을 극대화 할 수 있도록 약간 수직 다리 수평 다리와 수준 이상으로 카메라를 배치합니다. 참고 : 인해 중간의 강한 흡수에 가장 극성 액체에 의해 적외선을 파도 장기 만 표면 온도 분포가 표시됩니다. </li><li> 시작 브릿지 시스템의 기록 적외선 전에 포에 출력을 활성화하는WER 공급 장치 및 실험을 체결하거나 카메라의 버퍼가 가득 될 때까지 계속. </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.

안정적이고 강력한 EHD 액체 교량의 성공적인 형성은 특정 간단하지만 중요한 세부 사항에 지불하는주의가 필요합니다. 이 용액의 이온 전도도가 실용적 (예, 1-5 μS / cm)만큼 낮은 것이 필수적이다. 수질 오염은 특정 극성 액체 (예를 들면, 글리세롤)에 대한 증가 전도성이 발생할 수 있다는 점에 유의해야합니다. 표면 오염 또는 아크에 의한 화상 흔적이없는 유리 제품 만 사용, 잘하다 유리 세정을주의 깊게에 주목을 씻으십시오. 일반적으로이 실험을 오염 피부 오일과 소금을 방지하기 위해 어떤 장비를 다룰 때마다 장갑을 착용하는 것이 좋습니다. 전극은 연구중인 용매에 몇 분 동안 초음파 처리되어야하며 이러한 높은 전류 값에서 30-45 분 동안 확장되지 않은 다리를 실행하여 &quot;번인 (burned-in)&quot;(예를 들어, 3~5mA) 보조 전극을 줄이는 것을 권장 반응. 고순도 (예 :&gt; 99.9 %) 귀금속 전극 재료로서 가장 적합하고 로컬 가열을 감소 시키도록 10 A / 평방 미터 정도의 낮은 전류 밀도를 유지하도록 충분한 표면적을 가져야한다. 가난한 안정성하거나 시작하기 어려운 교량의 경우 교류 경로를 허용 할 수 있습니다 액체의 아무 관계없는 수영장이 없는지 제 1 도전입니다 ~ 1 μS / cm를 확인하기 위해 권장된다. 일반적으로 모든 표면은 가능한 한 건조 선박과 절연판 사이에 형성 할 수있는 박막에 특별한주의를 지불하는 것이 좋습니다. 아크 인터럽트 전력을 발생하고 전압 값을 줄일 경우 지속적인 아크가 다리의 안정성을 줄이거 나 모두 함께 다리 점화를 방지 할 수 있습니다 영향을받는 지역의 &quot;탄화&quot;가 발생합니다으로 전원을 다시 적용합니다. 전원이 문턱 전압 이상이없는 시스템 및 다리 형태에 적용되는 경우 절연 유리로드는 제 향해 위쪽으로 액체를 그릴 수있다두 선박 사이의 전자 접점 (예를 들어 비커 스파우트). 시스템에서 동작하도록 계속되면 불안정한 패션 장비를 청소하고 신선한 액체를 다시 시작합니다. 이 실패하면, 그것은 큰 금속 물체, 다리 및 / 또는 지원하는 전기장을 방해 할 수 있습니다 정전기, 또는 강한 공기 흐름을 지원하는 재료로서 주변의 인벤토리를하는 것이 좋습니다. 실험 시스템은 쉽게 대부분의 실험실에서 일반적으로 사용되는 재료에 맞게 수정됩니다. 액체 용기는 거의 모든 상용 성 물질로 특별한주의가 용기 또는 전기 아크 가지 경우에 액상의 가연성에 지불해야에서 할 수있다; 연소 할 때 예를 들어 테프론 유해 가스를 생성합니다. 전극 모양, 배치 및 재료는 주어진 셋업의 제약에 맞게 변경할 수 있습니다. 포일로 만들어진 일반적으로 평면형 전극을 사용하지만, 와이어는 또한 전류 밀도 지침만큼 사용될 수있다<html> 고려됩니다. 인가 전계는 순수한 DC, AC 순수 할 수 있거나, DC는 AC 바이어스를. 모두는 20 Hz 사이에 적당한 전압을위한 20 ㎑의 최대 응답 주파수 범위를 정의하는 유전체 (EWOD)에 일렉트로 웨팅에 문헌에 기재된 액체 및 유전 영동 (DEP) 9에 대한 주파수 종속 응답 범위 내의 액체 브리지를 생성한다. 이러한 명시 적으로 테스트되지 않은 일부 근로자가 50 Hz 42로 AC 수직 교량에 대한 하한을보고하고 있지만 더 높은 주파수 범위는 다리를 생성 할 수있다. 중력 방향은도 용이 한 시스템이 적용된 전기장없이 안정한 자유 액체 표면을 제공하도록 고안 될 수있는 바와 같이 수정된다. 실험은 이들 브리지 액체 다리의 힘의 균형을 유지 섬세한 중력의 안정화에 영향 의존성을 갖고 있음을 보여 주었다 (41)의 중력 부재하에 실시되었다. ENT &quot;&gt; EHD 액체 브리지가 많은 자연 과학 애플리케이션의 레퍼토리에 부가 할 수있는 새로운 도구이다. 이들은 외부인가 전계와 벌크 및 표면의 힘의 상호 작용의 탐색을 허용한다. 그들은 새로운 방법을 검토 할 수있는 기회를 열어 다른 액체 (37)를 혼합하는 단계; 변화하는 화학 반응 속도론 52 양성자 수송 44,45]과 같은 조건 (53) 생물학적 시스템의 응답을 검사하는 이외에도 이들 브리지가 이미 새로운 나왔고 어떤 물리적 이루는 구조없이 액체 표면에 직접 액세스 할 수있다. 액체 상태의 물 (28)의 역학 분광 정보뿐만 아니라 새로운 대량 속성을 완전히 새로운 방법으로 액체 - 액체 상전이 (54)를 조사하기 위해 31 등장하지만 전위함으로써 전기적으로 제어 상태 스위치의 존재에서. 광범위한 산업 응용 프로그램 힌트 EHD 프로세스 (예를 들어 </e&gt; m,이 밀접하게 연합하는 현상에 대한 더 많은 연구가 혜택을 누릴 수 있습니다 가장 확실) (26)를 전기 방사하고, 32, 33 방법을 전기 분무.

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

전기장과 벌크 재료 내에 진화 세력 수가 액체 물질 사이의 상호 작용의 결과. 실제 유전체 액체 시스템에서는 무시할 필드 그라디언트 및 대칭 형상 깨는 겉보기 특유한 효과를 초래할 수. 헤르츠는 액체 - 고체 절연 시스템 1의 회전 운동을주의하는 첫번째의 하나였다. Quincke은 두 유체 사이의 계면 장력은 단지 외부 전계의인가에 의해 변경되지 않았 음이 변화하지만 유체 바디에의 힘의 격심 이어진 및 회전 운동이 유발하는데 사용될 수있다 관찰. 암스트롱은 Fuchs의 직장 동료는 질량과 전하 수송 메커니즘 4,5를 탐구하고이 다리가 형성되는 메커니즘에 심각한 과학적 탐구를 다시 열 때 최근까지 수수께끼의 파티 트릭을 유지 1893 세에서 부동 물 다리를 발견했다. 전기장이 abilit평행 판 전극 사이의 유전체 액체 상승에 Pellat의 작품으로 중력의 힘에 액체를 들어 올립니다 Y는 6을 보여줍니다. 이 승강 동작은 주파수 의존성을 도시하고 궁극적 맥스웰 응력 텐서 7을 통해 설명 될 수있다. 유전체 (EWOD)에 일렉트로 웨팅 비슷한 주파수 의존성 8 및 ​​유전체 (DEP) 9 질량 흐름을 보여 AC 않는 조건 하에서 특히 전기 (EHD) 브리지와 연결된 액체 수위 상승을 고려할 때 중요하다. 또한, 고전 전기장의인가는 액체 제트 분쇄 조절하는데 중요하며, 액체와 전기장의 상호 작용은 전기 분무의 미립화 10,11 산업적으로 중요한 과정을 이해하는 데 필수적이다. 외부 전기장은 표면 에너지에 영향을주지 않는다. 인해 편광 및 전단 응력의 작용에 흐를 수있는 패턴을설립. 일례 불균일 전기장의 존재 하에서 액체의 순환이다. 이에 electroconvective 전류는 전단 응력에 의해 구동 액체 대량으로 설정됩니다. 스모는 유체 모터가 극성 액체 또는 비극성 유전체 욕에 침지하고 불균일 전계 (12) 내에 배치 된 금속로드를 포함하는 유리 로터를 사용하여 구축 될 수 있다는 것을 보여 주었다. 오카노 나중에 분석은 정 성적으로 실험 결과와 일치 할 수있는 회전 문제를 해결하기 위해 균일 한 전계를 사용하여 근사 (13) 및 단수 질량으로 대응할 유전체 액체가 필요했다. 주제에 다른 연구자들은 그들이 잘못보고 완전히 지점을 놓친 Pellat (17)에 의해 개척 전기 현장 작업에 대한 응답으로 14-16 상승 액체 레벨로 모토 효과를 탐험했다. 충전을 국산화하는 과정에 대한 파괴 표면 대칭의 중요성과 생성 전단 streSS (18)는 액체 EHD 교량에 대한 연구에 파악하는 것이 필수적이다. 연속체 전기 기계 (19)에 Melcher의 논문은 대량 액체를 처리하는 완벽한 이론적 기초를 제공하고 등방성 균질 한도 내에서 무료로 표면을 단순화합니다. 표면의 중요성에도 대량 이동을 생성 할 수있는 전단 응력의 대칭성의 결과로서 손실 연속체 관점에서, 그럼에도 불구하고 명확하다. 편광 표면에 접근시 얻어진 반력에 따라 될 수있는 이산 모바일 유체 볼륨의 일반적인 경우에서 촬영 전계 상호 작용은 모두 비어 - 스토크 스 (20)와 베르누이 7,21,22 관계로 치환 될 수있다 액체 교량을 포함 EHD 유동 현상의 다수를 설명한다. 액체 교량의 연구는 또한 23-25 ​​마이크로 및 나노 물질 처리 26-28, 약물 전달 (29)과 같은 인쇄, 잉크젯 등의 EHD 기반 기술들을 향상시킬 수있다, 30, 생물 의학 응용 프로그램을 31, 32, 및 담수화 33. 여기에 설명 된 방법들은 그 분자 영구 쌍극자 모멘트를 갖고 극성 액체에서 발견 EHD 액체 브릿지의 형성에 대한 액세스를 제공한다. 따라서, 유전율의 변화를 산출 로컬 다이폴 인구 부분 편광 부과 불균일 전계 결과 상기 필드 구배 18,34,35 보강. 이 편광은 적용 분야의 상대 강도에 따라 결국은 브리지의 형성의 결과로 다른 액체 반응 (도 4-7 참조)의 개수를 생성하는 변위 힘을 발생시킨다. 액체는 또한 전극에 날카로운 에지 존재가 어디 테일러 특히 경우에 전극 표면을 따라 22,36 흐름을 개발할 것입니다. 날카로운 모서리에서의 전하 주입의 가능성도 존재와 일치이와 모토 효과 (12)와 다리 액체 시스템을 연결하는 액체 벌크 22 electroconvective 전류를 생성 heterocharge 층의 형성. 교량에 적용 EHD 관계는 광범위 물과 다른 극성 액체 22,36-38 다른 곳에서 적용됩니다. 이러한 이론적 접근은 실험 데이터를 접근 할 때 고려해야 할 몇 가지 제한을 겪고 있습니다. 맥스웰 응력 텐서 처리 (36)들뿐만 아니라, 이질성 액체 다리 불균일성에 둔감하다. 순수한 EHD 방식 37 electrogravitational 번호와 다리 종횡비의 관계의 정상 상태 정의를 제공한다; 그러나, 유동 역학과 중요한 과도 현상 (예를 들면, 다리의 생성은) 예측하지 않습니다. 다리의 안정성을 분석하고 이전에 마린 &amp; 로제 (37)에 의해 출판 여기에 파생 할 때 세 가지 차원 번호는 유용하다 </s&gt;입니다. electrocapillary 번호 (칼슘 E)은 전기 및 모세관의 힘 사이의 비율로 정의되는 것이다 : <img alt="식 (1)" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq1.jpg" width="200" /> ε 0는 진공 유전율이고, ε는 액체의 비유 전율을 R, E의 t는 다리 걸쳐 전기장이고, γ는 표면 장력, D, S 및 D 리터가되도록 직경의 수직 및 수평 돌기되어있다 평균 직경 D의 m을 얻었다. 채권 번호 (보) 중력과 모세관 힘 사이의 균형을 설명 : <img alt="식 (2)" fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq2.jpg" width="150" /> g는 중력 가속도를 나타내고, L은 자유로운 다리 길이이고, V는 양 다리이다. 간의 관계중력, 모세관 및 전기적 힘 electrogravitational 번호 G를 E로 표현 될 수있다 : <img alt="식 (3)" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51819/51819eq3.jpg" width="200" /> 다리를 통해 흐르는 전류가 단면적 따라서 직경에 관련되어있는 동안 다리의 최대 확장은인가 전압에 관한 것이다. 이러한 관계는 다리 용적을 결정하고, 따라서 임의의 주어진 작동 액체 다리 안정성의 영역을 정의하고, 결합된다. 물 브리지 특성 곡선은 응용 분야가 표면 장력과 다리의 질량이 누설을 초래 지나치게되는 상기 상한 임계 값을 극복하기에 너무 약한 경우 그 이하 낮은 임계 값을 보여준다도 3에 제시되는 더을 방해하는 필드와 다리 파열의 결과. 보다 일반적인 치료극성 용매 19, 22 액체 다리, 표준 압력 기간에 추가 전기 변위 조건 수정 베르누이 방정식의 맥락에서 흐름 역학을 지배하는 힘을 예측하는 다리와 함께 작동 결합 된 압력 조건을 제공합니다. 또한 이온 안정성 24 Onsager 관계는 평형 펌핑 방향 및 열 방출에 대한 실험 관찰과 계약에 포함된다. 극성 액체의 수는 물을 포함하여 탐색 된 저급 지방족 알코올 (예, 메탄올), 폴리 알코올 (예 : 글리세롤), 디메틸 설폭 사이드 (DMSO), 및 기타 극성 유기 물질 (예를 들면, 디메틸 포름 아미드). 무극성 유전체 액체 (예를 들어, 헥산) 다리 형성을 전시하지 않습니다. 다리를지지 할 유전체 액체는 훨씬 좋은 출발점 FO 확립 물리적 파라미터의 잘 정의 된 그룹 내 8,22,37 거지 공부 따라서R 더 실험 : 낮은 전도도 (σ &lt;5 μS / cm), 중간 정적 상대 유전율 (ε = 20 ~ 80), 높은 표면 장력 (γ = 21-72 mN의 / m) 중간 정도. 흥미롭게 점도의 넓은 범위 (η = 0.3-987 MPA · 초) 교량에서 작동합니다. 글리세롤로 충분히 점도가 높은 액체에서는 액체 벌크 (그림 5 참조)에서 직접 다리를 가져올 수 있습니다 및 유전 힘과 액체 다리 사이의 중요한 연결이다. 이온 용액 (예를 들면, 염화나트륨 (수성)), 다리의 온도를 증가인가 전압 비율로 길이가 감소하고, 확장 성을 감소시키는 것으로 나타났다 형성 및 이전의 연구 (40)에 해소 할 매우 파괴적이다. 이 문제는 주로 유체 부피 요소와 전계 사이의 결합을 감소 전하 차폐 용존 이온의 효과뿐만 아니라, 증가 된 전류 전도에 기인한다. &lt;전왜 함께 필요한 압력 조건 만 액체 인터페이스 (21)에서 찾을 수 있습니다 때문에 연속체 수준 EHD 현상에 P 클래스 = &quot;jove_content은&quot;&gt; 간단하게 발생한다. 또한, 교량의 EHD 액체 안정성 및 시스템 인터페이스의 안정성 사이의 관계가있다. 감소 중력 실험 41 떨어져 다리를 눈물 힘의 확대 표면적 결과의 경우. 표면이 너무 제한되거나 마찬가지로 경우 이루는 접촉 부위에 작은 다리 가능성이 불안정성을 개발할 것입니다. 이는 튜브에 의해 또는 하나의 전극은 표면으로부터 위쪽으로 당겨진다 수직 브리지의 경우에 공급되는 다리에 도시 될 수있다 -가 상황 여기서 검색된 특성 유동 역학 부족으로 인한 교량 장기 운전에 덜 안정 모두 공기통 큰 자유 표면적. 그 연결 유체 저수지 튜브 쇼 내가 내 갇혀 교량ncreased 열 축적과 떨어지는 표면 장력. 또한 무선 인터페이스는 자발적 튜브 내에 형성하는 것을 일반적이다. 이 조건 한계 모두 최대 확장 성뿐만 아니라 한정된 액체 교량 다리의 평균 수명. 어떤 브리지가 액체로 한정 그러한 가속 전압에서 유지되지 반면 오픈 지표수 브릿지 우선적 전기 분무 모드로 천이 35 kV로 직경 35 ㎜의 길이로 확장 될 수있다. 튜브 공급 시스템의 수명은 일반적으로 2 시간 미만 반면 마찬가지로 자유 표면의 물이 다리는 통제 된 조건 하에서 10 시간 접근 안정성 수명을 가지고있다. EHD 현상은 일반적으로 만 연속체 수준으로 간주됩니다. 교량의 액체 분자 기초 연구의 제한된 수의 실시되었다. 수직 AC 브릿지를 이용한 라만 공부 (42)는 대량의 물에 비해 분자간 OH-스트레칭 밴드를 조사 하였다. 사우스 캐롤라이나의 일부 변경전계인가 후 attering 프로파일 구조 원점을 갖도록 도시된다. 부동 물 다리 43 HDO에 포함 HDO 분자의 OH 스트레치 진동의 진동 수명에 초고속 중 적외선 펌프 프로브 분광기의 사용 : D 2 O 물 다리하는 HDO 분자위한보다 짧은 (630 ± 50 FSEC) 인 것으로 밝혀졌다 대량 HDO에 : D 2 O (FSEC 740 ± 40), 반면에 반면, 진동 휴식을 다음 thermalization 역학 대량 HDO보다 (1,500 ± 400 FSEC) 훨씬 느립니다 : D 2 O (250 ± 90 FSEC). 에너지 휴식 역학의 이러한 차이는 강하게 물 다리와 대량 물 분자 규모에 차이가 있음을 나타냅니다. 또한, 부동 물 다리의 적외선 방사에 대한 연구는 양성자 전도 밴드 (44)의 여기 상태에서 기저 상태로 천이에 기인 할 수있는 비 - 열적 특성을 밝혔다. 또 다른 최근의 라만 연구 reporteDC 물에 브리지 (45)의 코어와 외피 사이의 로컬 pH가 상대적 차이 나타내는 스펙트럼의 방사 분포가 교량 D. EHD 액체 브리지 내의 물리적 특성의 방사상 분포를 상기의 온도 및 밀도 프로파일에 모순 방사상 분포를 제공하고 설명 하나 자유 분자 각도 그래디언트 또는 이차 단계의 존재에 의해 수 비탄성 UV 산란 실험 46에 의해지지된다 나노 거품으로. 힌 더드 회전의 개념 (즉 librations)는 적외선 발광 스펙트럼 (44)로부터 지원되는 동안 나중에 개념은 소각 X 선 산란 공부 (47)에 의해 지원되지 않는다. EHD 액체 교량 우대 흐름 방향은 자동 해리 반응 속도의 변화로 발생한다. Onsager의 작품과 일치에서이 연구 결과는 분자 연속 수준의 현상을 연결하기위한 약속을 보유하고있다 &lt;SUP&gt; 22. EHD 현상에 대한 분자 기초를위한 추가 증거가 유전체 액적으로부터의 열 방출이 증가하고, 전계에 응답하여 로컬 감소 및 다리의 개시 직전 최소 도달 관찰에서 발견된다 (도 7 참조). EHD 액체 브리지는 여러 길이 규모에서의 힘의 상호 작용을 조사 할 기회를 제공하며 지원 중력 어떤 방향 상대와 액체의 다수의 다리 이러한 종류를 제조하기위한 표준화 된 방법을 제공하는 본 연구의 특정 목표이며 이전에 논의 된 특성 현상의 전체 집합의 등장.

<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

수평 및 수직 액체 브리지는 강도 높은 전기장 (8-20 kV의 / cm)와 극성 유전체 액체의 상호 작용을 탐구하기위한 간단하고 강력한 도구입니다. 이러한 다리들은 몇 밀리미터를 넘어 확장을 나타낸다는 점에서 모세관 브릿지에서 고유 복잡한 양방향 물질 전달 패턴을 가지며, 적외선 비 플랑크을 방출한다. 공통 용매의 수는 교량뿐만 아니라 낮은 전도성 용액 및 콜로이드 성 현탁액을 형성 할 수있다. 거시적 동작은 전기 수력에 의해 관리 및 강성의 벽이 존재하지 않고 유체 흐름 현상을 연구하는 방법을 제공한다. 액체 다리 몇몇 중요한 현상의 개시에 앞서 전진 메 니스 커스 높이 (일렉트로), 벌크 유체 순환 (모토 효과), 및 충전 액적 (전기 분사)의 토출을 포함한 관찰 될 수있다. 표면, 편광, 및 변위 사이의 힘의 상호 작용에 의해 직접적으로 조사 할 수인가 전압과 다리 길이를 변화. 중력에 의해 지원 전기장은 레일리 - 고원의 불안정성에 대한 액체 다리를 안정화시킨다. (예를 들면, 물, DMSO, 및 글리세롤)이 제시된다 세 액체 열 감지 이미지를 포함한 동작의 예와 함께 수직 및 수평 방향에 대한 장치의 기본 구조.

특히 전기 액체 브리지는 세 가지 속성에 의해 모세관 액체 다리 구별 : 1) 흐름, 2) 확장, 3) 열 방출; 비교에 앞서 전압 작은 모세관 교량의인가에 관한 것이다.도 2에 도시 액면에서도 수평 구성의 스파우트에있을 때 종종 두 혈관 사이의 관측된다. 이격 거리가 몇 밀리미터보다 작은 경우 그들은 수직 구성 불가피하다. 전압 램프 또는 단계 (프로토콜 3.4.2.2 참조) (프로토콜 3.4.2.1 참조) 중 하나에 적용될 수있다. 임계 값 (V의 t) EHD 다리를 생성하지 않지만 이러한 액체 체적 팽창과 같은 여러 가지 다른 현상을 유발할 수 이하의 전압 (도 4), 액체 전극 접촉 라인의 상향 이동 (도 5)의 액체, 회전, 순환 벌크 (그림 6), ELEctrospraying 제트 형성 (그림 7). V의 t는 조사중인 유전체 액체의 속성이며, 성분의 농도와 유형 본뿐만 아니라 차폐 분위기가 사용된다. 점화 임계치는 또한 분리 용기의 함수이다. 다리 점화 많은 mm의 분리 가능하지만,인가 전압이 높아야하고 안정한 액체 연결을 형성하기 전에 더 긴 대기 기간을 더 격렬한 electrospraying으로 관찰 할 수있다. 예를 들어, 물이 가득 저수지는 5mm, 17 ~ 20 kV의 이상으로 V의 t 증가에 의해 분리와 함께. V는 t의 아크와 마크보기 점화 분사의 조합을 초과하면 (도 8A, 9A)는 얇은 브리지 &lt;직경 1mm의 형성에 의해 바로 사용 하였다. 다리가 설정되면 전류에 (도 9b,도 8B) 다리의 붓기 다음 흐름 것조건에 따라 3-5밀리미터 직경. 액체의 대부분이 팽윤에 다리 점화부터 현재까지의 시간을 연구에서는 10 ~ 500 밀리 초 사이이며,인가 전압을 크게, 이격 거리, 및 액체 점도 8,22,37의 함수이다. 교량 수평 흐름 방향은 특정​​ 액체의 조건에 의존한다. 높은 전압 극성이 포지티브 인 경우 일반적으로 순 흐름은 음극쪽으로 애노드에서 운영. 확장 (그림 8C)에 직경이 1 ~ 10 Hz에서 사이의 낮은 주파수에서 일반적으로 변동됩니다. 높은 주파수의 진동이 발생할 표면 파도 볼 수 있습니다. 다시 진 프린지 패턴으로 조명 할 때 광학 활성 밀도 파도가 다리 몸에 볼 수 있습니다. 시스템의 특정 응답 함수는 액체 시스템뿐만 아니라 전력 공급 특성 모두에 의존한다. 수직 다리는 시간에 많은 점에서 유사하다orizo​​ntal 사람; 그러나, 이러한 강한 질량 유량의 증거를 보여주지 않는 통상적으로 과장된 된 Amphora 형상을 가지고있다. 액체 및 확장 (도 9C)의 더 원기둥의 구동 전압의 결과를 늘리면 다리 수평 (예 : 물, 1.25 mm / kV로)보다 약간 더 좋다. 수평 다리처럼 수직 교량 전에 전압 유체 기관 사이의 직접 접촉하지 않고 형성 할 수있다. 이 경우에는 테일러 콘 상부에 매달린 액적 형성이 관찰된다. 이 스프레이는 아래로 신속하게 낮은 정착 방울과 접촉에 부풀어 안정적인 제트를 형성 연장됩니다. electrosprays 달리 극성 유전체 액체의 EHD 브릿지는 모두 열적의 형태뿐만 아니라, 비 - 열 적외선 (IR) 방사선 (44)에 에너지를 소산. 액체 브리지 (7-10 피규어)의 체열 기록 표면 흐름 역학 조사뿐만 아니라 한때 유용한 도구입니다에너지 operando의 IR의 활성 분포를 antifying. 열 방출은 저항 가열에 상당 부분 기인하고 다른 액체 다르게 동일한 전력 소모를 소정 열로 경향 따라서 이온 안정성 민감한 척도이다. 예를 들어, 물, 브리지 (도 9C)의 경우 통상적으로 35 ~ 50 ° C 사이의 작동, 및 알코올 교량 이온 안정성 39 모두 낮은 증기압의 계정뿐만 아니라 차이에 몇도 쿨러 실행. 이 링크 동작의 다른 일러스트는 낮은 증기압을 가지며, 대부분의 다른 극성 액체에 반대 방향으로 마이그레이션 음이온을 형성하는 비 프로톤 DMSO에서 발견된다. DMSO의 다리는 100 ° C (그림 10a)에 가까운 온도에서 작동하는 경향이있다. 글리세롤 교량 검색된 국부 가열에 의해 알 수있는 바와 같이 점도와 열 용량과 같은 시스템에서 소모되는 방법 열에너지에 중요한 역할을한다 (도 10b). <p c아가씨 = &quot;jove_content은&quot;&gt; 다리의 해체는 경로의 숫자를 통해 발생할 수 있습니다. 다리가 동작 전압에 대해 너무 멀리 연장되어 어느 경우 나인가 전압이 소정의 길이에 다리를 유지하는 데 필요한 값 이하로 저하 될 때 electrogravitational 번호에서 예측 가능성이 일어날 것이다. 임계 값에 도달되고, 플래 토우 레일리 불안정성에 마이그레이션 할 방울의 문자열로 리간드 같은 브리지 (도 8E를 9E)이 중단 될 때까지 붕괴는 일반적으로 직경의 감소 (도 8D, 9D)를 통해 진행 전기장. 다리 직경이 높은 질량 및 물의 하방 분사의 결과 너무 커지면 전형적 수평 구성에서 발견 다리 중단의 또 다른 모드에서는, 발생한다. 이 동작은 다리가 다시 물방울로 불안정하게 될 수 있습니다 &quot;스윙&quot;효과를 생산하는 교량의 진동으로 이어질 수 있습니다. 큰 직경 BRIDGES 인한 오버 플로우 상황을 초래 단방향 흐름 한 용기 내의 과잉 정수압 헤드 압력의 결과로 발생할 수있다; 대안 매우 넓은 다리 또는 &quot;물 고속도로를&quot;생산에만 작은 분리 높은 값으로 전압을 증가시킬 수있다. 이러한 큰 직경의 다리는 아래쪽으로 중력에 해당 하나의 큰 방울로 축소하여 실패 할 수 있습니다. <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig1highres.jpg" width="500" /> EHD 액체 브리지 실험 그림 1 기본 장비. EHD 액체 교량의 창조에 대한 일반의 (a) 수평 및 수직의 (b) 실험 시스템의 도식 표현. 예를 장착 스트랩과 전극 지원과 같은 일부 기계적인 세부 사항은 생략하였습니다. 필수 성분은 플랫폼 또는 MO 절연성 액체 용기 (I), 아르UNTS (J), 전극 (K), 및 고전압 전원 장치 (m). 선형 변환 단계는 한 번 다리가 설립 된이 선박의 안전한 분리하는 것이 좋습니다. 패널 (c)에 도시 죽은 스틱은 비전 도성 강성 재료 (p), 도전성 금속로드 ​​(Q)의 조각으로부터 조립되고, 십자형 방식 또는 다른 고정 재료 (R)에인가 전기 테이프 여러 랩 . 금속 끝이 회로가 장비를 처리하기 전에 배출 할 수 있도록 보장 실험의 결론 후 두 전극 사이에 짧은을 형성하는 데 사용됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig1highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림이" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig2highres.jpg" width="500" /> 모세와 EHD 물 교량의 2 비교 그림.세 개의 서로 다른 전압 (b), 6 kV의 (c) 4 kV의 8 kV의 (D)에서의 가로 EHD 브릿지를 쉽게 갭을 통과하는 반면, 수평 모세관 다리는 1.5 mm (a)의 작은 간극에 걸쳐있다. 모세관 다리가 스파우트 사이 일시 중지되는 반면 EHD 다리가 스파우트를 통해 흐름을합니다. 마찬가지로 수직 모세관 다리 (e)는 좁은 허리 (~ 1.5 mm 직경입니다.)가 만 ~ 확장 가능한 수직 EHD 교량과는 달리 3.3 mm를 확장 할 수 있습니다. 4 kV의 (f)는 6 kV의 (g), 및 모세관 다리와 동일한 이격 거리에서 8 kV의 (H)에서 구동 세 EHD 브릿지가 도시된다. 더 높은 전압은 브리지에 증가 된 전력 소모로 인해 다리 둘레 지름, 유속 증가 및 가열을 증가시킨다. 가스의 용해도가 온도가 증가함에 따라 감소로 버블 형성의 증가는 또한 더 높은 전압에서도 관찰된다. 눈금 막대모든 프레임에서 1mm이다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig2highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig3highres.jpg" width="500" /> 도 액체 물 브리지 3 특성 곡선. 0에서 액상 물 교량 전류 - 전압 관계를, 5, 10, 15mm의 이격 거리가 플롯. 어떤 액체 다리 형성 (왼쪽 아래에 삽입 사진 참조) 할 이하로 낮은 임계 값 및 교량이 불안정 (삽입 사진 1-4)있는 위의 상위 임계 값은 안정성의 영역을 결합. 일부 측정 가능한 확장 (예 : ≥ 5mm) 대부분의 교량은 총 전력 소비는 10 ~ 20w를있다. 상한 임계 값 이상으로 다리의 파열은 종종 정상 운전 방식에서 진행하는 이벤트의 순서를 따라야합니다이온 (삽입 한), (삽입 사) 파열 마지막으로 (삽입 3) 새깅 (삽입 2)을 누출하고 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig3highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig4highres.jpg" width="500" /> 도 4 체적 팽창.이 혈관의 액체 표면은 전체 투사 이진 프린지 패턴의 도움으로인가 전계에 응답하여 증가하는 것으로 할 수있다. 물이 가득 두 테플론 비커는 두 개의 서로 다른인가 전압) 0 kV의와 b) 15 kV의에서 예상 프린지 패턴이 몇 군데 있습니다. 투영 된 프린지 (패널 C)의 변화는 IDEA보기 여과 푸리에에 프린지 변조 주파수의 변화로 변환하는 변환을 사용하는 소프트웨어 (33)를 사용하여 분석된다상대 높이 상승. 감지 된 변화의 비 균일 성으로 인해 이산 코사인로 영사 프린지과 유물의 낮은 공간 주파수로 인해 기반의 위상 풀기 방법을 변환 할 수 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig4highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig5highres.jpg" width="500" /> 도 5 및 유전 일렉트로. 고전 전기장 글리세롤의 전기 응답. 두 개의 백금 전극을 0 kV의 (a)에 무수 글리세롤에 침지하고, 19 kV의 (b)는 액체가 위쪽으로 강하게 구동 방법을 보여준다. Pellat의 실험의 변형 예에서 해제 용적 완전히 EHD 글리세롤 bridg 항복 이루는 저장조로부터 제거두 전극 사이에 유지 E (c). 마찬가지로, 봉 형상 전극 (D)의 접촉 선을 15 kV의 (E)의인가와 전극을 진행하여 전극을 올리는 것은 원추형 절두체 (f)에 강한 의해 생성 된 향상된 습윤을 나타내는을 형성하도록 상향 액 상체를 당긴의 경우 필드. 스케일 바는 5mm입니다. 추가 동영상 S1 (AC) 및 S2 (DF)에서 찍은 스틸. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig5highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig6highres.jpg" width="500" /> 적외선 시각화도 6 모토 효과. 불균일 전기장 글리세롤의 단일 ​​용기의 적외선 이미지 시퀀스는 간단한 점 평면 전극을 이용하여 제공패널의 가시광에 나타낸 시스템 (a). 전원 (19 kV의 DC)은 t = 0 초에서 적용됩니다. 로컬 표면 냉각은 점 전극 (t = 15 초)이 로컬 냉각 표면에 걸쳐 확산과 즉각적인 초기 작고, 표면 상에 표시가 될 때까지 약 75 초를 필요로하면서, 회전력의 생성을 이질성을 개발 아래에 발생한다. 프레임 사이의 시간은 15 초입니다. 스케일 바는 10mm이다. 보충 비디오 S3에서 스틸. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig6highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig7highres.jpg" width="500" /> 10mm의 거리를두고 수직 브리지 시스템에서도 7 전 점화 냉각. 상부 테일러 콘 및 물 수직 다리의 하부 정착 드롭 설정 U<html> P는 전압 램프 동안 확대에 표시됩니다. 이미지는 장파 적외선에있는면 발광을 나타낸다. 인가 전압이 모두 초기 (a) 잉크젯의 토출 직전의 (e) 이하 1-2 °의 C의 최저 온도에 도달 증가함에 따라 이미지에서 두 액체 표면 상승 냉각 및 연신율 (AD)가 존재 상단 테일러 콘에서. 하부 액 EHD 안정한 액체 브리지 (g)을 설치 한, 발광 빠르게 상승 청구 제트 미리 감겨 서 접촉하지만 급속 (EF) 다음 조인. 온도 감소는 광섬유 열 탐침을 이용하여 확인 하였다. 낮은 정착 방울입니다 ~ 2 ° C 이전에 의한 작동으로 상부 콘보다 따뜻한; 일반적으로 고압 용기는 약간 더 높은 온도를 달성 할 것이다. 추가 영상 S4 (상단 콘)​​ 및 S5 (아래 물방울)에서 스틸./ 51819 / 51819fig7highres.jpg &quot;대상 =&quot;_ 공백 &quot;업로드&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig8highres.jpg" width="500" /> 멸종 점화에서 수평 물 다리의 그림 8 체열 이미지. 복합 중파 (3.7-5.0 μm의) 및 장파 (8.0-9.4 μm의)에 대해 표시된 수평 액체 교량 운영 단계의 특성을 적외선 이미지의 대표 시리즈 물 : (a) 발화, (b) 팽창, (c) 확장, (D) 안정화, (E) 해체. 이 이미지 시퀀스에서 브리지는 시스템의 전원을 제거하여 진화 하였다. 보충 비디오 S6에서 스틸. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig8highres.jpg" target="_blank">을 보려면 여기를 클릭하십시오</a>이 그림의 큰 버전. <img alt="그림 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig9highres.jpg" width="500" /> . 멸종 점화로부터 물 수직 브리지도 9 체열 이미지 장파 적외선의 주제 시리즈 수직 액체 교량 작동 단계를 특성화 (7.5-9.0 μM)와 이미지가 물에 대해 표시 : (a) 발화, (b) 확대 (c) 감압 전압, (D) 리간드 형성 레일리-고원 불안정성의 영향하에 방울로 (E) 해체. 경과 시간은 밀리 초에 표시됩니다. 배경 콘트라스트 액적 시각화를 향상시키기 위해 마지막 프레임에서 조정 하였다. 보충 비디오 S7에서 스틸. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig9highres.jpg" target="_blank">더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오</a>이 그림의 시온. <img alt="그림 10" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51819/51819fig10highres.jpg" width="500" /> DMSO 및 글리세롤 가로 교량도 10 체열 이미지. 디메틸 설폭 사이드 (DMSO) (a), 글리세롤 (b) 중파 (3.7-5.0 μM) 및 장파 적외선의 합성에서 다리 방출 (8.0-9.4 μm의). 추가 영상 S8 (DMSO) 및 S9 (글리세롤)에서 스틸. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51819/51819fig10highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

수평 및 수직 특히 전기 액체 브리지는 강도 높은 전기장의 극성 유전체 액체의 상호 작용을 탐구하기위한 간단하고 강력한 도구입니다. 기본 장치와 (예를 들면, 물, DMSO, 및 글리세롤)이 제시된다 세 액체 열 감지 이미지를 포함한 동작의 예들의 구조.

폴라 유전체 액체에서 특히 전기 교량의 준비

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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26.1K 조회수.  Wetsus - Centre of Excellence for Sustainable Water Technology.  수평 및 수직 특히 전기 액체 브리지는 강도 높은 전기장의 극성 유전체 액체의 상호 작용을 탐구하기위한 간단하고 강력한 도구입니다. 기본 장치와 (예를 들면, 물, DMSO, 및 글리세롤)이 제시된다 세 액체 열 감지 이미지를 포함한 동작의 예들의 구조. 

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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.

멀티 채널 Microfluidic 장치에서 분리 비즈와 세포 Dielectrophoresis와 층류를 사용하여

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

연구

생체공학

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.

리튬 배터리 애플리케이션을위한 고체 그래프트 공중 합체 전해질

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

공학

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.

슬릿 모공 기하학에서 모세관 다리의 제작 및 시각화

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.

3D 그래 핀 전극 유전 영동 장치의 개발

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.

콜로이드 입자의 자기 조립 과정을 통해 PDMS 미세 유체 칩의 하위 50 Nm의 나노 유체 접합 만들기

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.

높은 처리량 마이크로 유체 신속하고 저렴한 비용으로 프로토 타입 포장 방법

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.

전기 생리학 실험을위한 인공 Bilayers의 준비

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

생물학

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.

마이크로 소용돌이를 이용한 순차 분자 전달을위한 Electroporator을

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.

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.