Name: high-resolution patterning using two modes of electrohydrodynamic jet: drop on demand and near-field electrospinning
Uploaded: 2018-07-10T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning at JoVE.com

Denne forskning blev støttet af den grundlæggende videnskab forskningsprogram gennem National Research Foundation af Korea (NRF) af Korea, finansieret af Undervisningsministeriet (2016R1D1A1B01006801), og delvist støttet af forskningsfonden Soonchunhyang Universitet .

For sundhed og sikkerhed formål, før ved hjælp af håndskrift og rengøring løsning, henvise til materielle sikkerhed dataark (MSDS).
1. Slip on demand Electrohydrodynamic Jet udskrivning med sølv nanopartikler blæk
<ol><li>Fylde de filtrerede sølv nanopartikler (AgNP) blæk i blæk reservoir for EHD udskrivningssystemet. Bemærk: Kommercielt tilgængelig AgNP ink kan bruges til inkjet formål. Blækket skal have en viskositet på omkring 10 cP og en overfladespænding 20 ~ 40 mN/m...

<ol>
	<li>Onses, M. S., Sutanto, E., Ferreira, P. M., Alleyne, A. G., Rogers, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms,+Capabilities,+and+Applications+of+High-Resolution+Electrohydrodynamic+Jet+Printing.">Mechanisms, Capabilities, and Applications of High-Resolution Electrohydrodynamic Jet Printing.</a> Small. 11 (34), 4237-4266 (2015).</li><li>Jaworek, A., Krupa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Classification+of+the+modes+of+EHD+spraying.">Classification of the modes of EHD spraying.</a> Journal of Aerosol Science. 30 (93), 873-893 (1999).</li><li>Lee, A., Jin, H., Dang, H. W., Choi, K. H., Ahn, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+experimental+parameters+to+determine+the+jetting+regimes+in+electrohydrodynamic+printing.">Optimization of experimental parameters to determine the jetting regimes in electrohydrodynamic printing.</a> Langmuir. 29 (44), 13630-13639 (2013).</li><li>Sun, D., Chang, C., Li, S., Lin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-field+electrospinning.">Near-field electrospinning.</a> Nano Letters. 6 (4), 839-842 (2006).</li><li>Pan, C. -. T., Tsai, K. -. C., Wang, S. -. Y., Yen, C. -. K., Lin, Y. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-Area+Piezoelectric+PVDF+Fibers+Fabricated+by+Near-Field+Electrospinning+with+Multi-Spinneret+Structures.">Large-Area Piezoelectric PVDF Fibers Fabricated by Near-Field Electrospinning with Multi-Spinneret Structures.</a> Micromachines. 8 (4), (2017).</li><li>Mishra, S., Barton, K. L., Alleyne, A. G., Ferreira, P. M., Rogers, J. 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-speed+and+drop-on-demand+printing+with+a+pulsed+electrohydrodynamic+jet.">High-speed and drop-on-demand printing with a pulsed electrohydrodynamic jet.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (9), (2010).</li><li>Kwon, K. S., Lee, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+pulse+voltage+shape+effects+on+electrohydrodynamic+jets+using+a+vision+measurement+technique.">Investigation of pulse voltage shape effects on electrohydrodynamic jets using a vision measurement technique.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (6), (2013).</li><li>Chen, C. H., Saville, D. A., Aksay, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+laws+for+pulsed+electrohydrodynamic+drop+formation.">Scaling laws for pulsed electrohydrodynamic drop formation.</a> Applied Physics Letters. 89, (2006).</li><li>Sung, K., Lee, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+influencing+liquid+breakup+in+electrohydrodynamic+atomization.">Factors influencing liquid breakup in electrohydrodynamic atomization.</a> Journal of Applied Physics. 96 (7), 3956-3961 (2004).</li><li>Kim, J. H., Oh, H. C., Kim, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamic+drop-on-demand+patterning+in+pulsed+cone-jet+mode+at+various+frequencies.">Electrohydrodynamic drop-on-demand patterning in pulsed cone-jet mode at various frequencies.</a> Journal of Aerosol Science. 39 (9), 819-825 (2007).</li><li>Phung, T. H., Kim, S., Kwon, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high+speed+electrohydrodynamic+(EHD)+jet+printing+method+for+line+printing.">A high speed electrohydrodynamic (EHD) jet printing method for line printing.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 27, (2017).</li><li>Teo, W. E., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+electrospinning+design+and+nano+fiber+assemblies.">A review on electrospinning design and nano fiber assemblies.</a> Nanotechnology. 17, R89-R106 (2006).</li><li>Tang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+relective+nanofiber+films+based+on+electrospinning+and+their+application+on+color+uniformity+and+luminous+efficacy.">Highly relective nanofiber films based on electrospinning and their application on color uniformity and luminous efficacy.</a> Optics Express. 25, 20598-20611 (2017).</li><li>Huebner, G., Zapka, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparing+inkjet+with+other+printing+processes+and+mainly+screen+printing.">Comparing inkjet with other printing processes and mainly screen printing.</a> Handbook of Industrial Inkjet Printing - A Full System Approach. 1, 7-22 (2018).</li><li>Li, M., 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=Electrospun+protein+fibers+as+matrices+for+tissue+engineering.">Electrospun protein fibers as matrices for tissue engineering.</a> Biomaterials. 26, 5999-6008 (2005).</li><li>Bhardwaj, N., Kundu, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospinning:+A+fascinating+fiber+fabrication+technique.">Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique.</a> Biotechnology Advances. 28, 325-347 (2010).</li><li>He, X., 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=Near-Field+Electrospinning:+Progress+and+Applications.">Near-Field Electrospinning: Progress and Applications.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 121, 8663-8678 (2017).</li><li>Yang, T. L., 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=Synthesis+and+fabrication+of+silver+nanowires+embedded+in+PVP+fibers+by+near-field+electrospinning+process.">Synthesis and fabrication of silver nanowires embedded in PVP fibers by near-field electrospinning process.</a> Optical Materials. 39, 118-124 (2015).</li><li>Chang, C., Limkrailassiri, K., Lin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+near-field+electrospinning+for+large+area+deposition+of+orderly+nanofiber+patterns.">Continuous near-field electrospinning for large area deposition of orderly nanofiber patterns.</a> Applied Physics Letters. 93 (12), (2008).</li></ol>

I denne protokol, vi fokuserer på udskrivning af fine mønstre ved hjælp af AgNP blæk med to tilstande: DOD EHD udskrivning og NFES. For EHD jet udskrivning overførelse er imidlertid ikke begrænset til de ledende blæk ved hjælp af AgNP. Her diskuterer vi de generelle retningslinjer for udvælgelsen af blæk, systemkonfigurationen og andre udskriftsparametre skulle bruge EHD jet udskrivning til forskellige programmer, fine-mønster.
Det første og vigtigste skridt for EHD udskrivning er ...

EHD jet udskrivning har været meget anvendt i forskellige områder, såsom trykt elektronik, bioteknologi og avancerede materielle programmer, fordi den er habil i høj opløsning og billig direct mønster1. Trykte linjebredde eller trykte dot størrelse kunne reduceres til 1 µm, hvilket er betydeligt mindre end for konventionelle piezo-baserede inkjet udskrivning1.
I EHD udskrivning, er en lille del af blæk (eller menisk) skubbet ud af dysen tip og vedligeholdes ved at kontrollere flow sats1,2,3,4,5 eller positive lufttrykket1 ,6,7. Den ekstruderede menisk er opladet og kan nemt trækkes fra dysen tip til substratet af et elektrisk felt, som vist i figur 1. Den koniske menisk er dannet under jetting, producerer en blæk stream meget tyndere end den dyse størrelse.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig1.jpg"> Figur 1: EHD udskrivning. Figur viser princippet for EHD jet trykning. Blæk er skubbet via pres og trukket via et elektrisk felt for at danne en ekstruderet menisk fra dysen. Derefter kan de ladede blæk nemt paspolerede substrat via en DC eller puls spænding. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
Selv om en enkelt EHD printer kan bruges til to forskellige modes, nær felt electrospinning (NFES) og drop-on-demand (DOD) EHD jet trykning, afviger realisering metoder væsentligt blæk, fluidic system og drivende spænding1 , 2 , 3. NFES4,5 bruger For eksempel en relativt høj-tyktflydende blæk [mere end 1.000 centipoises (cP)] til at danne sammenhængende mikro-stregmønstre med hurtig udskrivning op til 1 m/s. På den anden side DOD EHD jet trykning6,7,8 bruger lav-viskøs blæk med en viskositet på omkring 10 cP til at udskrive dot-baserede komplekse mønstre med en lav udskrivning hastighed mindre end 10 mm/s.
Da kravet om, at hver tilstand er væsentligt forskellige, kan det være udfordrende for uerfarne forskere til at opnå de ønskede resultater. Den empiriske "knowhow" kunne være af betydning i praksis. For at hjælpe forskere med at vænne sig til udskrivningsmetoder, præsenterer vi EHD udskrivning protokoller for fine ledende mønstre ved hjælp af Ag nanopartikel blæk. Dog tilføjet vi kommentarer til protokollerne, således at de ikke er begrænset til en ledende mønstre ved hjælp af Ag nanopartikel blæk. Endelig er udskrivning og forberedelse retningslinjer præsenteret i afsnittet diskussion.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="696">
	<tbody>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:216px;">EHD integrated printing system</td>
			<td style="width:195px;">Psolution Ltd., South Korea</td>
			<td style="width:119px;">PS300</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Harima Ag Nanoparticle ink</td>
			<td style="width:195px;">Harima Inc., Japan</td>
			<td style="width:119px;">Harima NPS-JL</td>
			<td>Ag solid content: ~ 53 wt%, Viscosity: ~10 cP, Surface tension: ~30 mN/m</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Glass capillary</td>
			<td style="width:195px;">Narishige Scientific Instrument Lab</td>
			<td style="width:119px;">G-1</td>
			<td>Inner diameter: 1 mm; Used to make nozzle for DOD EHD jet printing using thermal puller</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Nozzle thermal puller</td>
			<td style="width:195px;">Sutter Instrument, USA</td>
			<td style="width:119px;">Sutter P-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Microscope Slides (Glass subtrate)</td>
			<td style="width:195px;">Paul-Marienfeld &#38; Co.KG, Germany</td>
			<td style="width:119px;">10 006 12</td>
			<td>Dimension (L x W x T): 76 mm x 26 mm x 1 mm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Magnetic Stirrer</td>
			<td style="width:195px;">Barnstead Thermolyne Corp., USA</td>
			<td style="width:119px;">Cimarec SP131635</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Vortex Stirrer</td>
			<td style="width:195px;">Jeiotech, South Korea</td>
			<td style="width:119px;">Lab Companion VM-96T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ag nanopaste&#160;</td>
			<td style="width:195px;">NPK, South Korea</td>
			<td style="width:119px;">ES-R001</td>
			<td>Ag solid content: ~85.5 wt%, Viscosity: ~11000 cP</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Poly ethylene oxide (PEO)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich, USA</td>
			<td>372773-500G</td>
			<td>Mw = 400000</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ethanol</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich, USA</td>
			<td>459836-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-resolution patterning using two modes of electrohydrodynamic jet: drop on demand and near-field electrospinning

Electrohydrodynamic (EHD) jet udskrivning har henledt opmærksomheden på forskellige områder, fordi det kan bruges som en høj opløsning og lave omkostninger direkte mønster værktøj. EHD udskrivning bruger en fluidic leverandør til at opretholde den ekstruderede menisk ved at skubbe blæk ud af dysen tip. Det elektriske felt bruges derefter til at trække menisk ned til substrat til at producere høj opløsning mønstre. To former for EHD udskrivning har været brugt til fine mønstre: kontinuerlig nær felt electrospinning (NFES) og dot-baserede drop-on-demand (DOD) EHD udskrivning. Ifølge den udskrivning modes, vil kravene til trykning udstyr og blæk viskositeten variere. Selv om to forskellige tilstande kan gennemføres med en enkelt EHD printer, afviger realisering metoder væsentligt blæk, fluidic system og drivende spænding. Uden en ordentlig forståelse af jetting krav og begrænsninger, er det derfor vanskeligt at opnå de ønskede resultater. Formålet med dette oplæg er at præsentere en retningslinje, således at uerfarne forskere kan reducere trial and error bestræbelserne på at bruge for EHD jet til deres specifikke forsknings- og udviklingsformål. For at demonstrere bøde-mønstret gennemførelsen, bruger vi Ag nanopartikel blæk til den ledende mønstre i protokollen. Derudover præsenterer vi også de generaliserede udskrivning retningslinjer, der kan bruges til andre typer af blæk til forskellige programmer, fine-mønstre.

Dot-baserede drop-on-demand udskrivning: DOD udskrivning er baseret på en droplet jetting pr. én jetting udløser. CP bør anvendes til at producere DOD jetting, lav-viskøs blæk med en viskositet på ca. 10. Blæk krav for EHD DOD udskrivning er svarer til den konventionelle DOD inkjet, er metoden EHD udskrivning end de konventionelle DOD inkjet. I forbindelse med konventionelle inkjet print, har den raster teknik været meget anvendt, fordi det er egnet til bitmap...

Watch this Scientific Journal Video about High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning at JoVE.com

High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning

Høj opløsning mønster ved hjælp af to former for Electrohydrodynamic Jet: slip on Demand og i nærheden af feltet Electrospinning

Vi præsenterer her, en protokol for at producere høj opløsning ledende mønstre ved hjælp af electrohydrodynamic (EHD) jet trykning. Protokollen indeholder to former for EHD jet udskrivning: den kontinuerlige nær felt electrospinning (NFES) og dot-baserede drop-on-demand (DOD) EHD udskrivning.

Electrohydrodynamic (EHD) jet printing has drawn attention in various fields because it can be used as a high-resolution and low-cost direct patterning ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Visualization of Cortex Organization and Dynamics in Microorganisms, using Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy

Visualisering af Cortex Organisation og Dynamics i mikroorganismer, ved hjælp af total indre refleksion Fluorescens Mikroskopi

TIRF microscopy has emerged as  a powerful imaging technology to study spatio-temporal dynamics of fluorescent molecules  in vitro and in living cells1. ...

Continuous High-resolution Microscopic Observation of Replicative Aging in Budding Yeast

Kontinuerlig høj opløsning Mikroskopisk Observation af Replikativ Aging i Spirende Gær

We demonstrate the use of a simple microfluidic setup, in which single budding yeast cells can be tracked throughout their entire lifespan. The ...

Microfluidic-based Electrotaxis for On-demand Quantitative Analysis of Caenorhabditis elegans' Locomotion

Microfluidic-based Electrotaxis for On-demand Quantitative Analysis of Caenorhabditis elegans' Locomotion

Mikrofluid-baserede Electrotaxis for On-demand kvantitativ analyse af<em&gt; Caenorhabditis elegans</em&gt; &#39;Locomotion

The nematode Caenorhabditis elegans is a versatile model organism for biomedical research because of its conservation of disease-related genes and ...

Cell Co-culture Patterning Using Aqueous Two-phase Systems

Celle co-kultur Patterning hjælp Vandige tofasesystemer

Cell patterning  technologies that are fast, easy to use and affordable will be required for the  future development of high throughput cell assays, ...

Permeabilization of Adhered Cells Using an Inert Gas Jet

Permeabilisering af adhæreret celler under anvendelse af en inertgas Jet

Various cell transfection techniques exist and these can be broken down to three broad categories: viral, chemical and mechanical. This protocol describes ...

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

Cell Patterning på fotolitografisk Defineret Parylene-C: SiO<sub&gt; 2.</sub&gt; Underlag

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain ...

Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

Brug Adhesive mønstret Konstruér 3D Paper mikrofluidenheder

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol ...

Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

Opdigte nedbrydelige Thermoresponsive Hydrogels på flere længdeskalaer via reaktive ekstrudering, mikrofluidik, samlesæt, og Electrospinning

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), ...

Patterning Bioactive Proteins or Peptides on Hydrogel Using Photochemistry for Biological Applications

Mønster bioaktive proteiner eller peptider på Hydrogel ved hjælp af fotokemi for biologiske applikationer

There are many biological stimuli that can influence cell behavior and stem cell differentiation. General cell culture approaches rely on soluble factors ...

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy (DHM)

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy DHM

Kvantificering af mikroorganismer ved lave koncentrationer ved hjælp af digitale holografiske mikroskopi (DHM)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in ...