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 forskningen ble støttet av grunnleggende vitenskap forskningsprogrammet gjennom National Research Foundation av Korea (NRF) i Korea, finansiert av departementet for utdanning (2016R1D1A1B01006801), og støttes delvis av den Soonchunhyang University Research Fund .

For helse og sikkerhet, før du bruker håndskrift og rensemiddel, se HMS dataarket (MSDS).
1. slipp-on-demand Electrohydrodynamic Jet utskrift med sølv Nanoparticle blekk
<ol><li>Fyll filtrerte sølv hydrogenion (AgNP) blekk blekk reservoaret for EHD utskriftssystemet. Merk: Kommersielt tilgjengelig AgNP blekk kan brukes for inkjet formål. Blekket skal ha en viskositet på rundt 10 cP og en overflatespenning 20 ~ 40 mN/m å få drop-on-demand spyling.</li>
	<li>Gjøre en dyse for DOD E...

<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 protokollen, fokuserer vi på utskrift fine mønstre med AgNP blekk med to moduser: DOD EHD utskrift og NFES. EHD jet utskrift programmet er imidlertid ikke begrenset til ledende blekket bruker AgNP. Her vil vi diskutere de generelle retningslinjene for valg av blekk, systemkonfigurasjonen og andre utskriftsparametrene for å bruke EHD jet utskrift for ulike fine-mønster programmer.
Det første og viktigste trinnet EHD utskrift er håndskriftutvalget og forberedelser. På blekket som ...

EHD jet utskrift har vært mye brukt i ulike områder, som trykte elektronikk, bioteknologi og avanserte materiale programmer, fordi det er i stand til høy oppløsning og rimelig direkte mønstre1. Utskrevne linjebredden eller trykte prikk-størrelse kan bli redusert til 1 µm, slik som er betydelig mindre enn konvensjonelle piezo-baserte blekkskrivere skriver ut1.
EHD utskrift, er en liten del av blekk (eller menisk) skjøvet ut av munnstykket spissen og vedlikeholdt ved å kontrollere den flow rate1,2,3,4,5 eller positive lufttrykket1 ,6,7. Den ekstruderte meniscus belastes og kan lett bli trukket fra munnstykket spissen til underlaget av et elektrisk felt, som vist i figur 1. Den koniske meniscus dannes under spyling, produsere en blekk strøm mye tynnere enn munnstykket.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig1.jpg"> Figur 1: EHD utskrift. Figuren viser prinsippet om EHD jet utskrift. Blekk er skjøvet via presset og trakk via et elektrisk felt for å danne en ekstrudert menisk fra munnstykket. Deretter kan belastes blekket lett jetted substrat via en DC eller puls spenning. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
Selv om en enkelt EHD skriver kan brukes for to forskjellige moduser, nær-feltet electrospinning (NFES) og drop-on-demand (DOD) EHD jet utskrift metodene realisering avviker seg betydelig i blekk, fluidic systemet og kjøring spenning1 , 2 , 3. NFES4,5 bruker For eksempel en relativt høy-flytende blekk [mer enn 1000 centipoises (cP)] til kontinuerlig mikro-linjemønstre med høyhastighets utskrift opptil 1 m/s. På den annen side, DOD EHD jet utskrift6,7,8 bruker lav-flytende blekk med en viskositet på rundt 10 cP skrive dot-baserte komplekse mønstre med en lav utskrift hastighet 10 mm/s.
Siden behovet for hver modus er signifikant forskjellig, kan det være utfordrende for uerfarne forskere å oppnå de ønskede resultatene. Den empiriske "know-how" kan være viktige i praksis. For å hjelpe forskerne å venne seg til utskriftsmetoder, presenterer vi EHD utskrift protokoller for fine ledende mønstre med Ag hydrogenion blekk. Men lagt vi kommentarer til protokoller slik at de ikke er begrenset til en ledende mønstre med Ag hydrogenion blekk. Endelig presenteres utskrift og forberedelse retningslinjer under diskusjon.

<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 utskrift har trukket oppmerksomheten i ulike feltene fordi den kan brukes som et verktøy for høy oppløsning og rimelig direkte mønstre. EHD bruker en fluidic leverandør for å opprettholde den ekstruderte meniscus ved å skyve blekk av dysen spissen. Det elektriske feltet brukes deretter til å trekke meniscus til underlaget å produsere høy oppløsning mønstre. To moduser av EHD utskrift er brukt for fine mønstre: kontinuerlig nær-feltet electrospinning (NFES) og dot-baserte drop-on-demand (DOD) EHD utskrift. Ifølge utskriftsmodus varierer kravene for utskrift utstyr og blekk viskositeten. Selv om to forskjellige moduser implementeres med en enkelt EHD skriver, forskjellige metodene realisering betydelig når det gjelder blekk, fluidic system og kjøring spenning. Derfor uten en riktig forståelse av spyling kravene og begrensningene er det vanskelig å få de ønskede resultatene. Formålet med denne utredningen er å presentere en retningslinje slik at uerfarne forskere kan redusere arbeidet med prøving og feiling å bruke EHD jet for deres spesifikke forskning og utvikling. For å demonstrere fine-mønstre gjennomføringen, bruker vi Ag hydrogenion blekk for den ledende mønstre i protokollen. I tillegg presenterer vi også generalisert utskrift retningslinjene som kan brukes for andre typer blekk for ulike fine-mønstre programmer.

Dot-baserte drop-on-demand utskrift: DOD utskrift er basert på en dråpe spyling per en spyling utløser. CP bør brukes for å produsere DOD spyling, lav-flytende blekk med en viskositet på ca 10. Blekk kravet for EHD DOD utskrift er lik som den konvensjonelle DOD inkjet, som er metoden EHD utskrift som den konvensjonelle DOD blekkskrivere. Når det gjelder konvensjonelle inkjet utskrift, har raster utskrift teknikken vært mye brukt, fordi det er egnet for punktgra...

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

Høyoppløselig mønstre ved hjelp av to driftsmoduser Electrohydrodynamic Jet: slipp på etterspørsel og nær-feltet Electrospinning

Her presenterer vi en protokoll for å produsere høy oppløsning ledende mønstre ved hjelp av electrohydrodynamic (EHD) jet utskrift. Protokollen inkluderer to driftsmoduser EHD jet utskrift: kontinuerlig nær-feltet electrospinning (NFES) og dot-baserte drop-on-demand (DOD) EHD utskrift.

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 av Cortex Organisasjon og Dynamics i Mikroorganismer, bruke Total Internal Reflection fluorescensmikroskopi

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 høy oppløsning Mikroskopisk Observasjon av replicative Aldring i Spirende Gjær

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

Microfluidic-baserte Electrotaxis for On-demand Kvantitativ analyse av<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

Cell Co-kultur Mønster med vandig 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

Permeabilization av levd Cells Bruke en Inert Gas 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 Mønster på Photolithographically Definert 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

Ved hjelp av lim Mønstring å konstruere 3D Paper microfluidic enheter

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

Fabrikasjon nedbrytbar Thermoresponsive Hydrogels på flere lengde skalaer via reaktive ekstrudering, Microfluidics, selvstendig montering, 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

Mønstre bioaktive proteiner eller peptider på Hydrogel bruker fotokjemi for biologiske programmer

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

Kvantifisere mikroorganismer i lave konsentrasjoner bruker Digital holografiske mikroskopi (DHM)

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