Diese Arbeit wurde gesponsert von der National Natural Science Foundation of China (51375176); der Guangdong Provinz Natural Science Foundation von China (2014A030313264); Wissenschaft und Technik Projektplanung der Guangdong Provinz, China (2014B010126003).

Vorsicht: konsultieren Sie bitte alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (SDB) vor dem Gebrauch. Aceton ist leicht entzündlich und kann zu Reizungen der Augen und Atemwege verursachen. Die beteiligten Spannung ist so hoch wie mehrere tausend Volt; Daher dürften elektrische Funken, wenn Sie das Experiment durchführen. Experimente durchführen, die in einem Raum mit guter Belüftung zur Vermeidung von Explosionen und Feuer aus dem Funken.
 1. Herstellung der Platten und Halter Hinweis: In diesem Werk werden die Elektrodenplatten und Inhaber von einer Fertigungslinie in einer Fabrik hergestellt. Nur das Material und die Parameter aller Teile in diesem Papier aufgrund der komplizierten Prozesse eingeführt werden.
<ol><li>Material und Größe der Elektrodenplatte <ol><li>Fabricate die Elektrode Platten mit 1,4 mm FR-4 CCL mit einer dünnen Kupferschicht von 35 µm. Siehe Abbildung 1 für detaillierte Parameter der Elektrodenplatte.</li>
	</ol></li> <li>Parameter der Elektroden <ol><li>die Elektrodenplatten ab Werk bestellen. Weitere Einzelheiten siehe Abbildung 2.</li>
	</ol></li> <li>Inspektion der Elektrodenplatte <ol><li>nach der Vorbereitung der Elektrodenplatte verwenden Elektronenmikroskop um die Elektroden für deutliche Mängel unter 100 X und 300 X Vergrößerung zu prüfen. Beachten Sie, dass kleine Mängel an der Oberfläche der Elektroden kurzschließen, verursachen können, wie in Abbildung 3 gezeigt.</li>
		<li>Prüfen und Messen Sie die Elektrode Breite und Abstand zu ermitteln, ob die Maßgenauigkeit der Anforderung erfüllt.</li>
		<li>Testen, die Platte mit einem Ampermeter zu sehen, ob einen elektrischen Kurzschluss auftritt.</li>
	</ol></li> <li>Vorbereitung der Kammer Platte <ol><li>einige Silikonmembran auf die gleiche Größe wie der Elektrodenplatte geschnitten, wie in Abbildung 4 dargestellt. Wählen Sie Silikonmembranen mit unterschiedlichen dicken Kammer Platten mit unterschiedlichen Höhen machen.</li>
		<li>Eine spezielle Stanzwerkzeug zu der Kammer Loch Stanzen verwenden, wie in Abbildung 5 gezeigt.</li>
	</ol></li> <li>Verarbeitung des Inhabers <ol><li>den Inhaber aus einer Fabrik zu bestellen. Die detaillierte Parameter sind in Abbildung 6 gezeigt.</li>
	</ol></li> <li>Fertigung der Abdeckplatte <ol><li>zwei Bohrungen an der Oberseite der Abdeckplatte mit einer Bohrung Maschine, um die Einlass und Auslass Rohre zu installieren. Abbildung 7 für ihre Positionen und Größen sehen.</li>
	</ol></li></ol> 2. Montage von der Mikropumpe <ol><li>Gebrauch Aceton waschen alle Platten, die Inhaber, die Einlass und Auslass Rohre und andere Tools, die in den Experimenten verwendet. Legen Sie diese Tools und Platten in ein Becherglas und gießen Sie dann genug 99,5 % Aceton um sie eintauchen. Setzen Sie den Becher in die Ultraschall-Unterlegscheibe. Schalten Sie den Ultraschall Waschmaschine und stellen Sie den Timer auf 5 min.</li>
	<li>Einlass und Auslass Edelstahl-Rohre in die beiden Löcher auf der Abdeckplatte einfügen.</li>
	<li>Legen Sie eine Kammer-Platte aus Silikonmembran auf der Elektrodenplatte und bedecken Sie es mit der Abdeckplatte.</li>
	<li>Stack und richten Sie die Abdeckplatte, die Kammer-Platte und die Elektrode Platte von oben nach unten und legen Sie die ausgerichteten Platten in die Halterung.
	<ol><li>Verwendung eine M5 Schraube, die Platten in der Halterung zu beheben. Die Explosion und normale Ansicht der montierten Mikropumpe zu sehen, wie in Abbildung 8 und Abbildung 9, bzw. gezeigt.</li>
		<li>Drücken Sie die Platten zusammen, indem Sie die Schrauben festziehen. 
		Hinweis: Die Rohre und der Hohlraum auf der Kammer-Platte werden eine Passage für die Arbeitsflüssigkeit bilden. Die elastische Kammer-Platte kann der Abstand zwischen den Platten zu verhindern, dass Flüssigkeit fließt auch abzuriegeln. Die Explosion-Ansicht und der normalen Ansicht von der montierten Mikropumpe in Abbildung 8 und Abbildung 9, bzw. zu sehen.</li>
	</ol></li> <li>Zwei Polyurethan-Schläuche mit Außendurchmesser von 4 mm und Innendurchmesser von 2 mm zu verwenden, um den Einlass und Auslass Edelstahlrohre verbinden.</li>
	<li>Schließen ein Ampermeter, 500 V DC Stromquelle und die Mikropumpe in Serie. Legen Sie eine 1 mA Sicherung zwischen den Meßbuchsen und die Stromquelle, die Meßbuchsen zu schützen, für den Fall, dass die Mikropumpe kurzgeschlossen ist.</li>
	<li>Legen Sie den Zulaufschlauch in einen 50-mL-Becherglas mit 20-30 mL Aceton in. 
	Hinweis: Abbildung 10 zeigt die fertige Plattform.</li>
</ol> 3. Experimentelle Verfahren <ol><li><ol><li>vorbereitende Arbeiten vor dem Experiment einen Zylinder verwenden, um Aceton zu füllen die Mikropumpe zu injizieren. Nachdem der Flüssigkeitsstand der Auslaufschlauch erreicht hat, weiterhin 10 mL Aceton im Inneren zu injizieren, bis alle Bläschen weg von der Kammer gedrückt werden. 
		Hinweis: Es ist unmöglich, festzustellen, ob alle Bläschen im Inneren der Kammer verlassen, weil der Abdeckplatte und der Elektrodenplatte nicht transparent sind. Um Luftblasen zu entfernen hilft kontinuierlich Injektion von Aceton, aber kann es nicht garantieren, dass keine Luftblasen im Inneren der Mikropumpe gelassen werden. Luftblasen können blockieren den Durchgang von Flüssigkeit, oder kurz die Schaltungen und verursachen eine Mikro-Explosion im Inneren der Mikropumpe, die die Elektroden brennen wird. Die Wirkung von Bläschen auf den Pumpenbetrieb noch nicht völlig klar, aber die Ausfälle sie verursachen mehrmals beobachtet worden.</li>
		<li>20-30 mL Aceton in das Becherglas gießen und legte den Zulaufschlauch in den Becher. Sicherzustellen, dass der Flüssigkeitsspiegel mindestens 5 mm höher als der Einlass ist, so dass Aceton in die Pumpe fließen kann und keine Luft in die Mikropumpe Kammer eingesaugt werden kann.</li>
	</ol></li> <li>Statische Druckprüfung <ol><li>einem kleinen Rahmen den Auslaufschlauch zuordnen, so dass der Schlauch gerade und senkrecht bleiben können. Legen Sie ein Lineal neben den Auslaufschlauch um den Füllstand zu messen.</li>
		<li>Die Mikropumpe mit der Stromquelle verbinden.</li>
		<li>Starten Sie den Test durch Drücken des Schalters und dann markieren Sie die erste Flüssigkeitsstand.</li>
		<li>Nach der Flüssigkeitsstand stabil wird, aufzeichnen, die Zeit, der letzte Flüssigkeitsspiegel und der elektrische Strom.</li>
		<li>Weiterhin der Flüssigkeitsspiegel und der aktuellen erfassen alle 10 s bis die Mikropumpe zusammenbricht.</li>
	</ol></li> <li>Flow Rate Test <ol><li>verwenden eine große Glaszylinder, um die Flüssigkeit, die aus dem Ablaufschlauch zu sammeln. Achten Sie darauf, den Ablaufschlauch zu beheben, so dass das Ende auf gleicher Höhe wie der Flüssigkeitsstand im Becher bleibt.</li>
		<li>Die Mikropumpe mit der Stromquelle verbinden.</li>
		<li>Starten Sie den Test durch Drücken des Schalters und dann markieren Sie die erste Flüssigkeitsstand.</li>
		<li>Als die Flüssigkeit beginnt zu fließen aus den Auslaufschlauch aufzeichnen dem Volumen Aceton in den Messzylinder alle 10 s. Im Laufe des Experiments Aceton hinzufügen den Becher, der Flüssigkeitsspiegel beizubehalten.</li>
	</ol></li> <li>Zuverlässigkeit testen
	<ol><li>Verwendung der durchschnittlichen Arbeitszeit, die Zuverlässigkeit der Pumpe zu bewerten. Während die Abdrehprobe und die statische Druckprüfung erfassen Sie die Betriebszeit, bevor die Pumpe ausfällt. Aufzeichnen der detaillierten Phänomene jede Panne während des Experiments und der Elektrodenoberfläche Platte danach zur weiteren Analyse zu inspizieren.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kazemi, P. Z., Selvaganapathy, P. R., Ching, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+micropillar+electrode+spacing+on+the+performance+of+electrohydrodynamic+micropumps.">Effect of micropillar electrode spacing on the performance of electrohydrodynamic micropumps.</a> J Electrostat. 68 (4), 376-383 (2010).</li><li>Kano, I., Nishina, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+electrode+arrangements+on+EHD+conduction+pumping.">Effect of electrode arrangements on EHD conduction pumping.</a> IEEE Trans Ind Appl. 49 (2), 679-684 (2013).</li><li>Laser, D. J., Santiago, J. G. <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+of+micropumps.">A review of micropumps.</a> J Micromech Microeng. 14 (6), R35 (2004).</li><li>Fylladitakis, E. D., Theodoridis, M. P., Moronis, A. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+on+the+history,+research,+and+applications+of+electrohydrodynamics.">Review on the history, research, and applications of electrohydrodynamics.</a> IEEE Trans Plasma Sci. 42 (2), 358-375 (2014).</li><li>Yazdani, M., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrostatics Joint Conf. , (2009).</li><li>Gharraei, R., Esmaeilzadeh, E., Hemayatkhah, M., Danaeefar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+investigation+of+electrohydrodynamic+conduction+pumping+of+various+liquids+film+using+flush+electrodes.">Experimental investigation of electrohydrodynamic conduction pumping of various liquids film using flush electrodes.</a> J Electrostat. 69 (1), 43-53 (2011).</li><li>Gharraei, R., Esmaeilzadeh, E., Nobari, M. R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+investigation+of+conduction+pumping+of+dielectric+liquid+film+using+flush-mounted+electrodes.">Numerical investigation of conduction pumping of dielectric liquid film using flush-mounted electrodes.</a> Theor Comp Fluid Dyn. 28 (1), 89 (2014).</li><li>Jeong, S. -. I., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+electrohydrodynamic+pumping+through+conduction+phenomenon.">Experimental study of electrohydrodynamic pumping through conduction phenomenon.</a> J Electrostat. 56 (2), 123-133 (2002).</li><li>Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamic+pumping+of+dielectric+liquids.">Electrohydrodynamic pumping of dielectric liquids.</a> J Electrostat. 63 (6), 861-869 (2005).</li><li>Hojjati, M., Esmaeilzadeh, E., Sadri, B., Gharraei, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamic+conduction+pumps+with+cylindrical+electrodes+for+pumping+of+dielectric+liquid+film+in+an+open+channel.">Electrohydrodynamic conduction pumps with cylindrical electrodes for pumping of dielectric liquid film in an open channel.</a> Colloid Surface A. 392 (1), 294-299 (2011).</li><li>Yazdani, M., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+investigation+of+electrohydrodynamic-conduction+pumping+of+liquid+film+in+the+presence+of+evaporation.">Numerical investigation of electrohydrodynamic-conduction pumping of liquid film in the presence of evaporation.</a> J Heat Trans-T ASME. 131 (1), 011602 (2009).</li><li>Vafaie, R. H., Ghavifekr, H. B., Lintel, H., Brugger, J., Renaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bi-directional+AC+electrothermal+micropump+for+on-chip+biological+applications.">Bi-directional AC electrothermal micropump for on-chip biological applications.</a> Electrophoresis. 37 (5-6), 719-726 (2016).</li><li>Pearson, M. R., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Study+of+Linear+and+Radial+Two-Phase+Heat+Transport+Devices+Driven+by+Electrohydrodynamic+Conduction+Pumping.">Experimental Study of Linear and Radial Two-Phase Heat Transport Devices Driven by Electrohydrodynamic Conduction Pumping.</a> J Heat Trans-T ASME. 137 (2), 022901 (2015).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die entscheidenden Schritte innerhalb des Protokolls gehört zu der Elektrodenplatte sorgfältig zu überprüfen. Kleine Grate am Rande einer Elektrode können dazu führen, dass ein Kurzschluss und Oberflächenbeschaffenheit kann großen Einfluss auf die Pumpenleistung. Die Reinigung der Elektrodenplatte und Halter ist auch sehr wichtig. Die Elektrode Kammer Höhe ist weniger als 1 mm, so dass kleine Staubpartikel können blockieren den Flüssigkeitsstrom zu arbeiten und einen Kurzschluss verursachen. Vor der Prüfung k...

Mikropumpen können Flüssigkeitsstrom in viel kleinerem Maßstab als die meisten Pumpen fahren. In den letzten Jahren wurden verschiedene treibende Regelungen mikrofluidischen Systemen1,2,3,4,5erfolgreich angewendet. Electrohydrodynamic (EHD) Pumpe ausüben kann Kräfte direkt auf die Flüssigkeit, ohne bewegliche Teile, wodurch es einfacher und leichter zu6zu fabrizieren. Nach der Kostenarten können EHD Pumpen als Einspritzpumpen, Induktion Pumpen oder Wärmeleitung Pumpen eingestuft werden. Induktion Pumpen funktionieren nicht auf isothermen Flüssigkeiten während Einspritzpumpen die flüssigen Leitfähigkeit ändern. Weil sie solche Probleme fehlt, Wärmeleitung Pumpen sind stabiler und haben eine breitere Anwendung.
Die Wärmeleitung Pumpe basiert auf das Missverhältnis der Dissoziation und Rekombination Sätze der Flüssigkeitsmoleküle. Prozess der Dissoziation und Rekombination kann normalerweise,7,8folgt ausgedrückt werden: 
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/55867/55867eq1.jpg"> wo ist die Rekombination Rate kR konstant, während die Dissoziation Rate kd eine Funktion der elektrischen Feldstärke ist. Wenn die elektrische Feldstärke einen bestimmten Wert erreicht, wird die Dissoziation Rate die Rekombinationsrate übersteigen. Dann reisen mehr und mehr freien Ladungen an den beiden Elektroden der entgegengesetzten Polarität und Heterocharge Schichten bilden. Diese Heterocharge-Schichten sind der Schlüssel zu der Pumpe, wie die Bewegung der Ladungen die Flüssigkeitsmoleküle nach vorne schiebt. Daher kann net Körperkraft in der Flüssigkeit innerhalb der Kammer mit asymmetrischen Elektroden oder die Nichtübereinstimmung der Mobilität von positiven und negativen Ionen9,10,11,12 generiert werden .
Diese Arbeit stellt eine neue Art der Herstellung eine symmetrische planar Elektrodenplatte für eine Leitung Pumpe. Die Elektrodenplatte ist auf FR-4 CCL zubereitet und die Pumpenkammer wird vorbereitet, indem Mikromaterialbearbeitung. Die Herstellungsprozesse sind relativ einfacher und bequemer als die der anderen Herstellungsmethoden, wie Nanolithografie. Eine Testplattform ist eingerichtet, die Leistung der Wärmeleitung Mikropumpe unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen. Darüber hinaus wird die Zuverlässigkeit der Wärmeleitung Mikropumpe auch unter anderen Umständen untersucht.

<table><tbody><tr><td>Amperemeter</td><td>-</td><td>85C1-MA</td><td></td></tr><tr><td>DC high voltage power supply</td><td>NanTong Jianuo electric device company</td><td>GY-WY500-1</td><td></td></tr><tr><td>Fuse</td><td>-</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic cleaner</td><td>Derui ultrasonic device company</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Soldering iron</td><td>-</td><td>-</td><td></td></tr></tbody></table>

a performance-testing platform for a conduction micropump with an fr-4 copper-clad electrode plate

Hier ist eine Wärmeleitung Mikropumpe mit symmetrischen planar Elektrodenpaare vorbereitet auf flammhemmende glasfaserverstärktem Epoxy (FR-4) kupferummantelte Laminat (CCL) hergestellt. Hiermit wird den Einfluss der Kammer Dimensionen auf die Leistung einer Leitung Mikropumpe untersuchen und bestimmen die Zuverlässigkeit der Wärmeleitung Pumpe wenn Aceton als das Arbeitsmedium verwendet wird. Eine Testplattform ist eingerichtet für Wärmeleitung Mikropumpe Ertragskraft unter verschiedenen Bedingungen. Wenn die Kammer Höhe 0,2 mm ist, erreicht der Pumpendruck seinen Spitzenwert.

Wie in Abbildung 11gezeigt, steigen der Pumpendruck und die steigende Rate, wenn die Spannung erhöht. Wenn die Spannung 500 V erreicht, erreicht der Pumpendruck 1.100 Pa.
Der Pumpe statische Druck steigt mit der Pumpe Kammer Höhe erhöhen, wenn die Kammer Höhe unter 0,2 mm beträgt. Die Leistung der Pumpe erreicht ihren höchsten Punkt, wenn die Kammer Höhe 0,2 mm beträgt. Der statische Druck f...

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A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Dieser Beitrag stellt ein Protokoll für die Herstellung von eine Wärmeleitung Mikropumpe mit symmetrische planar Elektroden auf flammhemmende glasfaserverstärktem Epoxy (FR-4) kupferummantelte Laminat (CCL) um zu testen, den Einfluss der Kammer Dimensionen auf die Leistung von einem Wärmeleitung Mikropumpe.

Leistungstests Plattform für eine Wärmeleitung Mikropumpe mit einem FR-4 kupferummantelte Elektrodenplatte

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

5.9K Aufrufe.  South China University of Technology. Dieser Beitrag stellt ein Protokoll für die Herstellung von eine Wärmeleitung Mikropumpe mit symmetrische planar Elektroden auf flammhemmende glasfaserverstärktem Epoxy (FR-4) kupferummantelte Laminat (CCL) um zu testen, den Einfluss der Kammer Dimensionen auf die Leistung von einem Wärmeleitung Mikropumpe.

Serie: A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Hollow Microneedle-based Sensor for Multiplexed Transdermal Electrochemical Sensing

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals suffering from chronic medical conditions facile assessment of their immediate physiological state. Furthermore, it could serve as a research tool for analysis of complex, multifactorial medical conditions. In order for such a multianalyte sensor to be realized, it must be minimally invasive, sampling of interstitial fluid must occur without pain or harm to the user, and analysis must be rapid as well as selective.
Initially developed for pain-free drug delivery, microneedles have been used to deliver vaccines and pharmacologic agents (e.g., insulin) through the skin.1-2 Since these devices access the interstitial space, microneedles that are integrated with microelectrodes can be used as transdermal electrochemical sensors. Selective detection of glucose, glutamate, lactate, hydrogen peroxide, and ascorbic acid has been demonstrated using integrated microneedle-electrode devices with carbon fibers, modified carbon pastes, and platinum-coated polymer microneedles serving as transducing elements.3-7,8
This microneedle sensor technology has enabled a novel and sophisticated analytical approach for in situ and simultaneous detection of multiple analytes. Multiplexing offers the possibility of monitoring complex microenvironments, which are otherwise difficult to characterize in a rapid and minimally invasive manner. For example, this technology could be utilized for simultaneous monitoring of extracellular levels of, glucose, lactate and pH,9 which are important metabolic indicators of disease states7,10-14 (e.g., cancer proliferation) and exercise-induced acidosis.15

This article details the construction of a multiplexed microneedle-based sensor. The device is being developed for in situ sampling and electrochemical analysis of multiple analytes in a rapid and selective manner. We envision clinical medicine and biomedical research uses for these microneedle-based sensors.

Hohle Mikronadel-basierten Sensor für Multiplex Transdermale elektrochemische Nachweis

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals ...

Forschung

Biotechnik

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.

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

Eine neuartige Methode für<em&gt; In Situ</em&gt; Elektromechanische Charakterisierung von nanoskaligen Proben

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Ingenieurwesen

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.

Microscale Vortex-unterstützte Electroporator für Sequential Molekulare Liefer

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant ...

Fabrication and Characterization of Thickness Mode Piezoelectric Devices for Atomization and Acoustofluidics

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid more efficiently, in terms of &#64258;ow rate per power input, than those that rely on Rayleigh waves and other modes of vibration in LN or lead zirconate titanate (PZT). The complete device is composed of a transducer, a transducer holder, and a &#64258;uid supply system. The fundamentals of acoustic liquid atomization are not well known, so techniques to characterize the devices and to study the phenomena are also described. Laser Doppler vibrometry (LDV) provides vibration information essential in comparing acoustic transducers and, in this case, indicates whether a device will perform well in thickness vibration. It can also be used to &#64257;nd the resonance frequency of the device, though this information is obtained more quickly via impedance analysis. Continuous &#64258;uid atomization, as an example application, requires careful &#64258;uid flow control, and we present such a method with high-speed imaging and droplet size distribution measurements via laser scattering.

Fabrication of piezoelectric thickness mode transducers via direct current sputtering of plate electrodes on lithium niobate is described. Additionally, reliable operation is achieved with a transducer holder and &#64258;uid supply system and characterization is demonstrated via impedance analysis, laser doppler vibrometry, high-speed imaging, and droplet size distribution using laser scattering.

Herstellung und Charakterisierung von Piezoelektrischen Geräten für Zerstäubung und Akustofluidik

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid ...

Mikrofluidische kanalbasierte weiche Elektroden für die kapazitive Druckmessung

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most electrodes are either restricted by the patterning resolution or the capability of inkjet printing with high-viscosity super-elastic materials. In this paper, we present a simple strategy to fabricate microchannel-based stretchable composite electrodes, which can be achieved by scraping elastic conductive polymer composites (ECPCs) into lithographically embossed microfluidic channels. The ECPCs were prepared by a volatile solvent evaporation method, which achieves a uniform dispersion of carbon nanotubes (CNTs) in a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix. Compared to conventional fabrication methods, the proposed technique can facilitate the rapid fabrication of well-defined stretchable electrodes with high-viscosity slurry. Since the electrodes in this work were made up of all-elastomeric materials, strong interlinks can be formed between the ECPCs-based electrodes and the PDMS-based substrate at the interfaces of the microchannel walls, which allows the electrodes to exhibit mechanical robustness under high tensile strains. In addition, the mechanical-electric response of the electrodes was also systematically studied. Finally, a soft pressure sensor was developed by combining a dielectric silicone foam and an interdigitated electrodes (IDE) layer, and this demonstrated great potential for pressure sensors in soft robotic tactile sensing applications.

Autor im Fokus: Mikrofluidische kanalbasierte weiche Elektroden und ihre Anwendung in der kapazitiven Druckmessung  

Flexible electrodes have a wide range of applications in soft robotics and wearable electronics. The present protocol demonstrates a new strategy to fabricate highly stretchable electrodes with high resolution via lithographically defined microfluidic channels, which paves the way for future high-performance soft pressure sensors.

Mikrofluidische kanalbasierte Weichelektroden und ihre Anwendung in der kapazitiven Druckmessung

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most ...

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An easy-to-use and low-cost sensor platform is highly desired to measure various types of analytes (e.g., biomarkers, hormones, and drugs) quantitatively and specifically. For this reason, dry film photoresist technology - enabling cheap, facile, and high-throughput fabrication - was used to manufacture the microfluidic biosensor presented here. Depending on the bioassay used afterwards, the versatile platform is capable of detecting various types of biomolecules. For the fabrication of the device, platinum electrodes are structured on a flexible polyimide (PI) foil in the only clean-room process step. The PI foil serves as a substrate for the electrodes, which are insulated with an epoxy-based photoresist. The microfluidic channel is subsequently generated by the development and lamination of dry film photoresist (DFR) foils onto the PI wafer. By using a hydrophobic stopping barrier in the channel, the channel is separated into two specific areas: an immobilization section for the enzyme-linked assay and an electrochemical measurement cell for the amperometric signal readout.
The on-chip bioassay immobilization is performed by the adsorption of the biomolecules to the channel surface. The glucose oxidase enzyme is used as a transducer for electrochemical signal generation. In the presence of the substrate, glucose, hydrogen peroxide is produced, which is detected at the platinum working electrode. The stop-flow technique is applied to obtain signal amplification along with rapid detection. Different biomolecules can quantitatively be measured by means of the introduced microfluidic system, giving an indication of different types of diseases, or, in regard to therapeutic drug monitoring, facilitating a personalized therapy.

A microfluidic biosensor platform was designed and fabricated using low-cost dry film photoresist technology for the rapid and sensitive quantification of various analytes. This single-use system allows for the electrochemical readout of on-chip-immobilized enzyme-linked assays by means of the stop-flow technique.

Trockenen Film Photoresist-basierte elektrochemische mikrofluidischen Biosensor Plattform: Gerät Fertigung, On-Chip-Test Vorbereitung und Systembetrieb

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

Fabrication and Validation of an Organ-on-chip System with Integrated Electrodes to Directly Quantify Transendothelial Electrical Resistance

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful research tools for studying human health and disease. To characterize the barrier function of cell layers cultured inside organ-on-chip devices, often transendothelial or transepithelial electrical resistance (TEER) is measured. To this end, electrodes are usually integrated into the chip by micromachining methods to provide more stable measurements than is achieved with manual insertion of electrodes into the inlets of the chip. However, these electrodes frequently hamper visual inspection of the studied cell layer or require expensive cleanroom processes for fabrication. To overcome these limitations, the device described here contains four easily integrated electrodes that are placed and fixed outside of the culture area, making visual inspection possible. Using these four electrodes the resistance of six measurement paths can be quantified, from which the TEER can be directly isolated, independent of the resistance of culture medium-filled microchannels. The blood-brain barrier was replicated in this device and its TEER was monitored to show the device applicability. This chip, the integrated electrodes and the TEER determination method are generally applicable in organs-on-chips, both to mimic other organs or to be incorporated into existing organ-on-chip systems.

This publication describes the fabrication of an organ-on-chip device with integrated electrodes for direct quantification of transendothelial electrical resistance (TEER). For validation, the blood-brain barrier was mimicked inside this microfluidic device and its barrier function was monitored. The presented methods for electrode integration and direct TEER quantification are generally applicable.

Herstellung und Validierung von einer Orgel-on-Chip-System mit integrierten Elektroden, direkt Transendothelial elektrischen Widerstand zu quantifizieren

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful ...

Leistungstests Plattform für eine Wärmeleitung Mikropumpe mit einem FR-4 kupferummantelte Elektrodenplatte

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