Name: high-resolution patterning using two modes of electrohydrodynamic jet: drop on demand and near-field electrospinning
Uploaded: 2018-07-10T14:00:00
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Diese Forschung wurde unterstützt durch die grundlegende Wissenschaft Forschungsprogramm durch die National Research Foundation von Korea (NRF) von Korea, finanziert durch das Ministerium für Bildung (2016R1D1A1B01006801), und teilweise unterstützt von der Soonchunhyang University Research Fund .

Gesundheit und Sicherheit Zwecken, vor der Verwendung Tinte und Reinigungslösung beziehen sich auf die materiellen Sicherheitsdatenblatt (MSDS).
1. Drop-on-Demand-Electrohydrodynamic-Jet-Druck mit Silber-Nanopartikel-Tinte
<ol><li>Füllen Sie die gefilterten Silber-Nanopartikel (Psychopharmakologie) Tinte in die Farbwanne des Drucksystems EHD. Hinweis: Handelsübliche Psychopharmakologie Tinte für Inkjet Zweck einsetzbar. Die Tinte muss eine Viskosität von rund 10 cP und eine Oberfläc...

<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>

In diesem Protokoll, wir konzentrieren uns auf feine Muster mit zwei Modi Psychopharmakologie Tinte drucken: DOD EHD Druck- und NFES. Die EHD-Jet Drucken Anwendung ist jedoch nicht beschränkt auf die Verwendung von Psychopharmakologie leitlack. Hier besprechen wir die allgemeinen Leitlinien für die Auswahl der Tinte, die Systemkonfiguration und andere Druckparameter EHD-Jet Drucken für verschiedene feine Muster Anwendungen verwenden musste.
Die erste und wichtigste Schritt für den Druck de...

EHD Jet Druck hat in verschiedenen Bereichen, wie gedruckte Elektronik, Biotechnologie und erweiterte Materialanwendungen verbreitet denn es ist in der Lage, hochauflösende und Low-Cost direkte Musterung1. Die gedruckten Linienbreite oder gedruckten Punktgröße konnte bis 1 µm ist deutlich kleiner als die der konventionellen Piezo-basierte Inkjet drucken1reduziert werden.
In EHD-Druck, ein kleiner Teil der Tinte (oder Meniskus) verdrängt die Düsenspitze und gepflegt durch die Kontrolle der Flow Rate1,2,3,4,5 oder positiver Luftdruck1 ,6,7. Die extrudierte Meniskus ist geladen und kann problemlos gezogen werden aus der Düsenspitze auf das Substrat durch ein elektrisches Feld, wie in Abbildung 1dargestellt. Konische Meniskus bildet sich während der jetten, produzieren einen Tinte Stream viel dünner als die Größe der Düse.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig1.jpg"> Abbildung 1: EHD Druck. Die Abbildung zeigt das Prinzip der EHD Jet Druck. Tinte wird per Druck geschoben und gezogen durch ein elektrisches Feld um eine extrudierte Meniskus aus der Düse zu bilden. Dann kann die geladene Tinte leicht Substrat über einen DC oder Impulsspannung ausgestoßen werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Obwohl ein EHD Drucker für zwei verschiedene Modi, Nahfeld-Elektrospinnen (NFES) und Drop-on-Demand (DOD) EHD Jet Druck verwendet werden kann, unterscheiden die Realisierung Methoden stark voneinander Tinte, fluidische System und treibende Spannung1 , 2 , 3. NFES4,5 verwendet beispielsweise eine relativ hohe zähflüssige Tinte [mehr als 1.000 Centipoise (cP)], kontinuierliche Mikro-Linienmuster mit High-Speed-Druck bis zu 1 m/s zu bilden. Auf der anderen Seite DOD EHD Jet Druck6,7,8 Verwendungen niederviskosen Tinte mit einer Viskosität von etwa 10 cP Dot-basierte komplexe Muster mit einem niedrigen Druck drucken weniger als 10 mm/s Geschwindigkeit.
Da die Voraussetzung für jeden Modus deutlich unterschiedlich ist, kann es schwierig für unerfahrene Forscher, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen sein. Die empirische "Know-how" könnte in der Praxis wichtig sein. Um Forscher daran gewöhnen zu helfen präsentieren wir das Druckverfahren EHD Protokolle für feine leitfähige Musterung mit Ag Nanopartikel Tinte drucken. Jedoch haben wir Kommentare zu den Protokollen hinzugefügt, so dass sie nicht auf eine leitfähige Musterung mit Ag Nanopartikel Tinte begrenzt sind. Schließlich werden Druck und Verarbeitung Richtlinien im Abschnitt Diskussion dargestellt.

<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 Druck hat in verschiedenen Bereichen hingewiesen, weil es als ein Werkzeug mit hoher Auflösung und Low-Cost direkte Strukturierung verwendet werden kann. EHD Drucken verwendet fluidische Lieferant, um den extrudierten Meniskus durch schieben die Tinte aus der Düsenspitze zu halten. Das elektrische Feld dient dann den Meniskus bis auf das Substrat hochauflösende Muster produzieren zu ziehen. Zwei Modi der EHD Druck werden seit feine Musterung: kontinuierliche Nahfeld-Elektrospinnen (NFES) und Punkt-basiertes Drop-on-Demand (DOD) EHD drucken. Je nach den Druckmodi werden die Anforderungen an die Druckerei Ausrüstung und Tinte Viskosität unterscheiden. Obwohl zwei verschiedene Modi mit einem einzigen EHD-Drucker implementiert werden können, die Realisierung Methoden unterscheiden sich erheblich in Bezug auf Tinte, fluidische System und fahrspannung. Folglich, ohne ein korrektes Verständnis der sprühvolumen Anforderungen und Einschränkungen ist es schwierig, die gewünschten Ergebnisse erzielen. Dieses Papier soll eine Leitlinie zu präsentieren, damit unerfahrene Forscher die Versuch und Irrtum Bemühungen um die EHD-Jet für ihre spezifischen Forschungs- und Entwicklungszwecke verwenden verringern können. Um die feine Musterung Umsetzung zu demonstrieren, verwenden wir Ag Nanopartikel Tinte für die leitfähigen Musterung in das Protokoll. Darüber hinaus präsentieren wir auch die generalisierten Drucken Richtlinien, die für andere Arten von Tinte für verschiedene feine Musterung Anwendungen verwendet werden können.

Dot-basierten Drop-on-Demand-Druck: DOD Druck basiert auf einen Tropfen pro sprühvolumen Trigger jetten. DOD jetten, niedrigviskose Tinte mit einer Viskosität von ca. 10 produzieren sollte cP verwendet werden. Die Tinte Voraussetzung für EHD DOD Druck ist ähnlich wie die konventionellen DOD-Inkjet, wie die EHD-Druckverfahren mit derjenigen der konventionellen DOD-Inkjet. Bei herkömmlichen Inkjet-Druck, hat die Raster-Drucktechnik weit verbreitet wurde, weil es fü...

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

Hochauflösende Musterung mit zwei Modi der Electrohydrodynamic Jet: Drop-on-Demand und Nahfeld-Elektrospinnen

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um hochauflösende leitfähige Muster mit Electrohydrodynamic (EHD) Jet Druck zu produzieren. Das Protokoll enthält zwei Modi der EHD Jet Druck: die kontinuierliche Nahfeld-Elektrospinnen (NFES) und die Dot-basiertes Drop-on-Demand (DOD) EHD drucken.

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

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Visualisierung von Cortex Organisation und Dynamik in Mikroorganismen, mit Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy

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Forschung

Biotechnik

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