Name: a performance-testing platform for a conduction micropump with an fr-4 copper-clad electrode plate
Uploaded: 2017-10-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 46 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate at JoVE.com

이 작품은 자연 과학 재단의 중국 국가 (51375176); 주최 (2014A030313264); 중국의 광 동 지방 자연 과학 재단 그리고 광 동성, 중국 (2014B010126003)의 프로젝트를 계획 하는 과학 및 기술.

주의: 사용 하기 전에 모든 관련 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오. 아세톤 가연성 이며 눈과 호흡기에 자극을 일으킬 수 있습니다. 관련 된 전압은 높은 몇 천 볼트; 따라서, 전기 스파크 실험을 실시 하는 때 예상 된다. 폭발 방지 불꽃에서 불 하 좋은 환기를 가진 방에 있는 실험 수행.
 1. 번호판 및 홀더 제작 참고:이 작품에서 전극 판 및 홀더는 공장에서 생산 라인에 의해 조작. 만 물자 및이 문서에서 모든 부품의 매개 변수는 복잡 한 프로세스로 인해 소개 될 것 이다.
1.4 m m를 사용 하 여 <ol><li>재료와 전극 판의 크기 <ol><li>Fabricate 전극 판 35 µ m의 얇은 구리 층으로 f R-4 CCL. 그림 1 전극 판의 상세한 매개 변수를 참조 하십시오.</li>
	</ol></li> <li>전극의 매개 변수 <ol><li>공장에서 전극 접시를 주문. 자세한 내용은 그림 2를 참조 하십시오.</li>
	</ol></li> <li>전극 판의 검사 <ol><li>전극 판의 준비 후 어떤 눈에 띄는 결함을 100 X 300 X 확대 및 전극 검사 전자 현미경을 사용. 그림 3에서 보는 바와 같이 전극의 표면에 작은 결함 합선, 발생할 수 있습니다 참고.</li>
		<li>검사 측정 전극 폭 및 간격 치수 정확도 요구 사항을 충족 하는지 여부를 확인 하 고.</li>
		<li>전기 단락 발생 경우 amperemeter와 플레이트 테스트.</li>
	</ol></li> <li>챔버 판의 준비 <ol><li> 그림 4와 같이 일부 실리콘 막 전극 판으로 같은 크기로 잘라. 실리콘 막 서로 다른 높이와 번호판을 챔버 수 있도록 다른 두께를 선택 하십시오.</li>
		<li> 그림 5와 같이 특별 한 펀칭 도구 챔버 구멍 펀치를 사용.</li>
	</ol></li> <li>소유자의 처리 <ol><li>공장에서 홀더를 주문. 자세한 매개 변수는 그림 6에 표시 됩니다.</li>
	</ol></li> <li>커버 플레이트의 제작 <ol><li>입구 및 출구 관을 설치 하는 드릴을 사용 하 여 커버 플레이트 위에 두 드릴 구멍 기계. 그들의 위치 및 크기에 대 한 그림 7을 참조 하십시오.</li>
	</ol></li></ol> 2. 어셈블리는 Micropump의 <ol><li>씻어 모든 접시, 홀더, 입구 및 출구 관, 그리고 실험에 사용 되는 다른 도구를 사용 하 여 아세톤. 이러한 도구와 번호판 비 커 안에 넣고을 그들을 담가 충분히 99.5% 아세톤을 부 어. 초음파 세척기 안에 비 커를 넣어. 초음파 세척기에 설정 하 고 5 분 타이머 설정</li>
	<li>에 두 개의 구멍에 입구 및 출구 스테인리스 스틸 튜브 삽입.</li>
	<li>실리콘 막 전극 판에 만들어진 챔버 접시를 놓고 커버 플레이트 커버.</li>
	<li>스택 커버 플레이트를 정렬, 챔버 판 고 전극 위에서 아래로 접시 소유자에 정렬 된 격판덮개를 삽입.
	홀더 안에 접시를 해결 하기 위해 <ol><li>사용 된 M5 볼트. 각각 그림 8 및 그림 9에서 같이 폭발 보기 및 조립된 micropump의 기본 보기를 참조 하십시오.</li>
		<li>번호판 볼트를 강화 하 여 함께 누릅니다. 
		참고: 튜브와 챔버에 구멍 작업 액체에 대 한 통로 형성할 것 이다. 탄성 챔버 플레이트 또한 밖으로 흐르는 액체를 방지 하기 위해 판 사이의 간격을 인감 수 있습니다. 각각 폭발 보기와 그림 8과 그림 9, 조립된 micropump의 기본 보기를 참조 하십시오.</li>
	</ol></li> <li>외부 직경 4 mm와 2 mm의 내부 직경 두 폴리우레탄 호스를 사용 하 여 연결 하는 입구 및 출구 스테인리스 스틸 튜브.</li>
	<li>는 amperemeter, 500 V DC 전원 소스와 micropump 시리즈에 연결합니다. 1 삽입 mA 퓨즈는 amperemeter와 micropump는 누전 하는 경우에 amperemeter를 보호 하기 위해 전원 사이.</li>
	<li>내부 아세톤의 20-30 mL로 50 mL 비 커에 입구 호스 삽입. 
	참고: 그림 10 완성 된 플랫폼을 보여 줍니다.</li>
</ol> 3. 실험 절차 <ol><li><ol><li>예비 실험 전에 작업를 사용 하 여 실린더는 micropump를 채우기 위해 아세톤을 주입. 액체 수준에 출구 호스를 도달 하면, 모든 거품 약 실에서 적용 됩니다 때까지 내부 아세톤 10 mL를 주사 계속. 
		참고: 그것은 어떤 거품 커버 플레이트 및 전극 판 투명 하지 않기 때문에 챔버 내부에 남아 있는지 확인 수 아니다. 거품을 제거 하는 데 도움이 지속적으로 아세톤을 주입 하지만 그것 없는 거품은 micropump 안에 남아는 보장할 수 없습니다. 거품 액체의 통로 차단 수 있습니다 또는 그들은 회로 짧게 하 고 전극 타오를 것 이다 micropump 내부 마이크로 폭발을 일으킬 수 있습니다. 펌프 가동에 거품의 효과 아직 완전히 분명, 하지만 그들은 원인 고장 여러 번 관찰 되었습니다.</li>
		<li>는 아세톤의 20-30 mL 비 커에 부 어 그리고 비 커 안에 입구 호스를 넣어. 아세톤 펌프에 흐름 수 및 공기 micropump 챔버로 빨려 수 있도록 액체 수준 적어도 5 mm 입구 보다 높은 인지 확인 하십시오.</li>
	</ol></li> <li>정적 압력 테스트 <ol><li>호스 수 직선과 수직 상태로 유지 되도록 작은 프레임 출구 호스를 연결. 넣어 액체 수준을 측정 하 출구 호스와 함께 통치자.</li>
		<li>전원에는 micropump 연결.</li>
		<li>스위치를 눌러 테스트를 시작 하 고 다음 초기 액체 수준 아래로 표시.</li>
		<li>액체 수준 안정 후, 기록 시간, 최종 액체 수준 및 전류.</li>
		<li>액체 수준 및 현재 모든 10을 기록 하는 micropump가 분해 될 때까지 s.</li>
	</ol></li> <li>흐름 속도 테스트 <ol><li>큰 측정 실린더를 사용 하 여 콘센트 호스에서 나오는 액체를 수집. 끝 비 커에 액체 수준으로 동일한 고도에 남아 있도록 콘센트 호스를 수정 하십시오.</li>
		<li>전원에는 micropump 연결.</li>
		<li>스위치를 눌러 테스트를 시작 하 고 다음 초기 액체 수준 아래로 표시.</li>
		<li>액체 출구 호스에서 흐름을 시작으로 기록 측정 실린더 내부 아세톤의 볼륨 마다 10 s. 실험 간다, 액체 레벨을 유지 하기 위해 비 커에 아세톤을 추가.</li>
	</ol></li> <li>신뢰성 테스트
	<li>평균 작업 시간을 사용 하 여 펌프의 신뢰성을 평가 하기 위해 <ol>. 흐름 속도 테스트 및 정적 압력 시험 펌프 분해 하기 전에 작업 시간을 기록 합니다. 실험 기간 동안 각 고장의 자세한 현상을 기록 하 고 이후에 추가 분석을 위해 전극 플레이트 표면 검사.</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. 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저자는 공개 없다.

프로토콜 내에서 중요 한 단계 중 하나는 전극 플레이트를 신중 하 게 검사 것입니다. 전극의 가장자리에 작은 털 수 단락, 고 표면 무결성 크게 펌프 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 전극 판과 홀더 청소도 매우 중요 하다. 전극 챔버 높이 이므로 1 m m 미만, 작은 먼지 입자 일 액체 흐름을 차단 하 고 단락을 일으킬 수 있습니다. 테스트 하기 전에 챔버로 아세톤을 주입 챔버 외부 거품을 제거할 수 있습니다.
micropump의 성능은 심각 하 게 챔버의 높이 의해 영향을 받을 수 있습니다. 이러한 영향을 제거 하려면 탄성 챔버 접시 더 물질에 의해 교체할 수 있습니다.
기술에는 몇 가지 제한이 있습니다. 첫째, 전극 높이 FR-4 CCL에 금속 층에 의해 결정 됩니다. 그건 상대적으로 높은, 어느 정도 액체의 흐름에 영향을 미칩니다. 둘째, 챔버 접시, 실리콘 멤브레인을 사용 하 여 챔버의 접착성이 향상 됩니다. 그러나, 실리콘의 탄성 챔버 높이에서 일부 편차를 발생할 수 있습니다. 마지막으로, 전극 폭, 전극 간격 다른 기술 보다 훨씬 더 어려운 더 높은 전기 분야 힘을 달성 하 게 자체 기술에 의해 제한 됩니다.
평판과 다른 높은 정밀 제조 기술, FR-4 CCL를 사용 하 여이 전극 제조 프로세스와는 달리 비교적 간단 하 고 저렴. 다른 한편으로,이 작업에 필요한 전기 전압 훨씬 낮습니다. 피어슨과 Seyed Yagoobi13 반지 전극과 5를 요구 하는 관통된 전극 디자인 제안 했다 작동 하는 펌프에 대 한 DC 전압의 kV이이 작품에서 전원만 500 V입니다.
이 micropump는 열 파이프, 특히 모 세관 힘 외 원동력을 필요로 하 긴 열 파이프 루프를 사용할 수 있습니다. 파이프 내부에 열 하나 또는 여러 개의 전극 판 삽입 뜨거운 끝에서 찬 끝 여행 하 유 전체 냉각수에 대 한 충분 한 원동력을 제공할 수 있습니다. 비슷한 기능 또한 환상 전극 금속 기판으로 부드러운, 절연 재료에 조작에 의해 얻을 수 있습니다.

Micropumps는 대부분의 펌프 보다 훨씬 작은 규모에 액체 흐름을 구동할 수 있다. 최근 몇 년 동안, 다양 한 운전 방식 미세 시스템1,2,3,,45에 성공적으로 적용 되었습니다 했습니다. 충돌기 (EHD) 펌프는 액체, 모든 움직이는 부분 없이 간단 하 고 쉽게6를 조작 하 게에 직접 힘을 발휘 수 있습니다. 요금 종류에 따라 EHD 펌프 주입 펌프, 유도 펌프, 또는 전도 펌프로 나눌 수 있다. 유도 펌프 주입 펌프 액체 전도도 변경 하는 동안 등온 액체에 작동 하지 않습니다. 이러한 문제를 부족 하기 때문에 전도 펌프는 더 안정 되 고 넓은 응용 프로그램.
전도 펌프 액체 분자의 분리와 재결합 속도의 불일치를 기반으로 합니다. 일반적으로, 분리와 재결합 과정7,8을 다음과 같이 표현 될 수 있다: 
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/55867/55867eq1.jpg"> 어디 재결합 속도 kr 분리 율 kd 전기 분야 힘의 함수는 상수 이다. 전기 분야 힘에는 특정 값에 도달 하면, 분리 속도 재결합 속도 초과할 것 이다. 그럼, 더 많은 무료 요금 반대 극성 및 heterocharge 레이어 폼의 두 개의 전극에 여행. 이러한 heterocharge 레이어는 펌프, 책임의 움직임 액체 분자를 앞으로 못 살게 굴지. 따라서, 순수한 몸 힘 챔버 내에 긍정적이 고 부정적인 이온9,,1011,12의 이동성의 불일치 또는 비대칭 전극을 사용 하 여 액체에서 생성 될 수 있습니다. .
이 작품 전도 펌프에 대 한 대칭 평면 전극 플레이트를 조작 하는 새로운 방법을 소개 합니다. 전극 판 f R-4 CCL에 준비 되 고 펌프 챔버 미세 하 여 준비. 제조 프로세스는 나노리 같은 다른 제조 방법 보다 더 편리 하 고 상대적으로 간단 합니다. 다른 조건 하에서 전도 micropump의 성능을 조사 하는 테스트 플랫폼 설정 됩니다. 또한, 전도 micropump의 신뢰도 또한 다른 상황에서 조사 하 고 있다.

<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

여기, 대칭 평면 전극 쌍 난 연 유리 섬유 강화 에폭시 (FR-4) 구리-입은 적 층 판 (CCL)에 준비 된 전도 micropump 조작 이다. 그것은 전도 micropump의 성능에 챔버 크기의 영향을 조사 하 고 아세톤은 작동 유체로 사용 하는 경우 전도 펌프의 신뢰성을 확인 하는 데 사용 됩니다. 테스트 플랫폼은 다른 조건 하에서 전도 micropump 성능을 평가 하기 위해 설정 됩니다. 챔버 높이 0.2 m m 일 때 펌프 압력의 피크 값을 도달 합니다.

그림 11에서 같이, 펌프 압력 및 그것의 증가 속도 전압 증가 하면 상승. 전압 500 V에 도달 하면 펌프 압력에 도달 하면 1100 실바
펌프 정 압 챔버 높이 0.2 m m 미만의 경우 증가 펌프 챔버 높이 상승 한다. 펌프 성능 챔버 높이 0.2 m m 일 때 그것의 가장 높은 지점에 도달 합니다. 그런 다음 정적 압력 챔버 높이 증가 하 고 하는 때 나타납니다. 그것은 믿고 그 0.2 m m은 챔버 높이 대 한 최고의 가치. 결과 그림 12에 표시 됩니다.
증가 함으로써 약 실 길이, 정적 압력 상승, 23 m m의 챔버 길이까지 큰 경사와 이후에 점진적 증가 나타내는 작은 사면. 펌프 압력의 변화 추세는 그림 13에 표시 됩니다.
그림 14에서처럼 정적 압력 챔버 폭 곡선 대에 약간의 감소 증가 했을 때 챔버 폭 2 m m에서 3 m m.에 이후에, 정적 압력 챔버 폭 증가 함에 따라 일정 한 수준에서 유지.
테스트 중에 micropump 10-90 분에 대 한 작업 후 자주 나눈다. 시간이 일정 금액에 대 한 작업, 후 펌프 압력 드롭 고장이 발생할 때까지 계속 합니다. 그러나, 펌프 압력의 성능은 새로운 아세톤 비 커에 추가 되 면 복원할 수 있습니다.
거품 펌프 내부에 있을 때, 펌프 압력 높은 작업 액체의 통로 거품에 의해 차단 되기 때문에 일반적으로 그것이 일어날 하지 것 이다. 접시를 충분히 청소 되지 않는 경우는 여전히 먼지나 다른 오염 의미 펌프 것입니다 쉽게 얻을 누전이 입자 전극 사이의 격차를 여행 하는 때. 때 펌프 되 면 누전 전류 매우 빠르게 상승 하 고 점화 전극.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig1.jpg"> 
그림 1: 전극 판의 크기. 전극 판, 챔버 플레이트, 그리고 커버 플레이트는 같은 크기의. 그들의 폭은 9 mm이 고 그들의 길이 40 m m. 철사를 납땜 하기 위한 구멍 직경의 1.6 m m. 순서 전극 플레이트 이러한 매개 변수를 공장에서 있고 홀더 안에 들어갈 수 있는 다는 것을 확인 후 접시 크기 확인. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig2.jpg"> 
그림 2: 전극의 크기. 전극 플레이트는 300 µ m, 200 µ m의 전극 간격, 400 µ m, 두 전극 쌍 사이의 폭 간격의 전극 폭 23 쌍의 전극, 전극 간격 600 µ m의 끝. 전극 간격 전기장 강도 결정으로 가장 중요 한 매개 변수입니다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig3.jpg"> 
그림 3: 단락에서 전극과 피해의 표면에 작은 결함. 넝마와 표면 구 덩이 전극의 일반적인 결함. (한) 구 덩이 심각한 고장 발생. (B)에서 전극의 일부 높은 전기장 강도에서 굽기. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig4.jpg"> 
그림 4: 접시 크기 약. 너비 및 판의 길이 9mm와 40mm, 각각입니다. 접시의 두께이 테스트에서 0.3 m m 이다. 차원 정확도 이다 0.1 m m. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig5.jpg"> 
그림 5: 특별 한 구멍 펀치의 그림. 특별 한 구멍을 뚫는 도구 챔버에 구멍을 절단에 대 한 사용자 정의 됩니다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig6.jpg"> 
그림 6: 공학 소유자의 드로잉. 위에 여는 3 m m 인 레트와 출구 스테인리스 스틸 튜브입니다. 모든 벽의 두께 2mm, 그리고 소유자의 전체 크기는 9 m m3x 37.5 x 14. 왼쪽에 2.4 m m 벽 전극 플레이트, 커버 플레이트, 그리고 챔버 플레이트의 위치입니다. 홀더 밑면 조이는 볼트에 대 한 스레드 M5 구멍이 있다. 소유자의 차원 정확도 매우 높은 되지 않습니다 0.1 m m 이다. 전극 판 안에 들어갈 수 있는 다는 것을 확인 하십시오. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig7.jpg"> 
그림 7: 커버 플레이트의 파라미터. 커버 플레이트의 소재 FR4 이기도합니다. 두 개의 스테인레스 스틸 튜브 작업 액체에 대 한 입구와 출구 통로 제공 하는 구멍에 삽입 됩니다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig8.jpg"> 
그림 8: 폭발 보기는 micropump의. 위에서 아래로 입구 및 출구 관, 커버 플레이트, 챔버 플레이트, 전극 판 및 죔 볼트 있습니다. 튜브와 c에 구멍hamber 플레이트 작업 액체 대 액체 통로 형성 한다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig9.jpg"> 
그림 9: 조립된 micropump의 이미지를 렌더링. 볼트 체결 후 모든 접시를 함께 누르면 그리고 챔버에 구멍 통과 하는 액체를 위한 유일한 공간입니다. 탄성 챔버 플레이트 또한 밖으로 흐르는 액체를 방지 하기 위해 판 사이의 간격을 인감 수 있습니다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig10.jpg"> 
그림 10: 그림은 micropump의 실험 플랫폼. 아세톤을 포함 하는 병, 비 커에 의해 대체 될 수 있습니다 하지만 그것은 너무 많이 지휘에서 아세톤을 방지 하기 위해 얇은 필름으로 비 커를 커버 하는 것이 안전. 전원 공급 장치, amperemeter, 그리고 펌프는 시리즈에서 연결 된다. 콘센트 호스는 또한 유리 튜브로 교체할 수 있습니다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig10large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig11v2.jpg"> 
그림 11: 전압 및 펌프 압력의 관계. 펌프 압력 및 그것의 증가 속도 전압을 증가 하는 때 상승 한다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig11v2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig12v2.jpg"> 
그림 12: 챔버 높이 펌프 성능 관계. 펌프 성능 먼저 증가 다음 방울 챔버 높이 0.1 m m에서 증가 0.5 m m.에 <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55867/55867fig12v2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig13v2.jpg"> 
그림 13: 약 실 길이 펌프 성능 관계. 펌프 성능 길이 증가 하는 때 상승 한다.
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55867/55867fig14v2.jpg"> 
그림 14: 챔버 폭과 펌프 성능 관계. 펌프 압력 동일 때 챔버 폭 증가 합니다.

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

이 문서에서는 설명 프로토콜 사용 하 여 대칭 평면 전극에 난 연 유리 섬유 강화 에폭시 (FR-4) 구리-입은 적 층 판 (CCL)의 성능에 챔버 크기의 영향을 테스트 하는 전도 micropump의 제조에는 전도 micropump입니다.

FR-4 구리 입히는 전극 플레이트 전도 Micropump에 대 한 성능 테스트 플랫폼

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 San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

5.9K 조회수.  South China University of Technology. 이 문서에서는 설명 프로토콜 사용 하 여 대칭 평면 전극에 난 연 유리 섬유 강화 에폭시 (FR-4) 구리-입은 적 층 판 (CCL)의 성능에 챔버 크기의 영향을 테스트 하는 전도 micropump의 제조에는 전도 micropump입니다.

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Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input bias voltage. However, the tradeoff for the improved switching performance is a relatively long settling time to reach each gap height in response to various applied voltages. Transient applied bias waveforms are employed to facilitate reduced switching times for electrostatic fringing-field MEMS actuators with high mechanical quality factors. Removing the underlying substrate of the fringing-field actuator creates the low mechanical damping environment necessary to effectively test the concept. The removal of the underlying substrate also a has substantial improvement on the reliability performance of the device in regards to failure due to stiction. Although DC-dynamic biasing is useful in improving settling time, the required slew rates for typical MEMS devices may place aggressive requirements on the charge pumps for fully-integrated on-chip designs. Additionally, there may be challenges integrating the substrate removal step into the back-end-of-line commercial CMOS processing steps. Experimental validation of fabricated actuators demonstrates an improvement of 50x in switching time when compared to conventional step biasing results. Compared to theoretical calculations, the experimental results are in good agreement.

The robust device design of fringing-field electrostatic MEMS actuators results in inherently low squeeze-film damping conditions and long settling times when performing switching operations using conventional step biasing. Real-time switching time improvement with DC-dynamic waveforms reduces the settling time of fringing-field MEMS actuators when transitioning between up-to-down and down-to-up states.

실시간 DC-동적 바이어스 방법 심각하게 부족 감쇠 프린 징 필드 정전기 MEMS 엑츄에이터에서 시간 개선을 전환하기위한

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

연구

공학

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.

다중 Transdermal 전기 감지를위한 빈 Microneedle 기반 센서

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

생체공학

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging techniques.
The one-time use packaging technique employs UV-based and temperature curing epoxies to connect microtubes to access holes, wire-bonding for integrated circuit connections, and silver epoxy for electrical connections. This method is based on a robust assembly technique that can support relatively high pressure close to 1 psi and does not need any support to strengthen the microfluidic architecture.
Reusable packaging techniques consist of PDMS-based microtube interconnectors and anisotropic adhesive films for electrical connections. These devices are more sensitive and fragile. Consequently, Plexiglas support is added to the microfluidic structure to improve the electrical contact when anisotropic adhesive films are used, and also to strengthen the microfluidic architecture. In addition, a micromanipulator is needed to maintain tubes while using a thin PDMS layer to connect them to the access holes. Different PDMS layer thicknesses, ranging from 0.45-3 mm, are tested to compare the best adherence versus injection rates. Applied injection rates are varied from 50-300 &#956;l/hr for 0.45-3 mm PDMS layers, respectively. These techniques are mainly applicable for low-pressure applications. However, they can be extended for high-pressure ones through plasma-oxygen process to permanently seal the PDMS to glass substrates. The main advantage of this technique, besides the fact that it is reusable, consists of keeping the device observable when the microchannel length is very short (in the range of 3 mm or lower).

In this article we describe different techniques for microfluidic rapid prototyping platforms. The proposed techniques are based on ultraviolet (UV) sensitive and temperature curing epoxies, polydimethylsiloxane (PDMS) based tubing, wire-bonding, and anisotropic adhesive films. The assembling procedures presented are developed for both one-time use devices as well as reusable microfluidic systems.

높은 처리량 마이크로 유체 신속하고 저렴한 비용으로 프로토 타입 포장 방법

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

A Microfluidic Platform for Precision Small-volume Sample Processing and Its Use to Size Separate Biological Particles with an Acoustic Microdevice

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. However, to achieve robust sample manipulation it is necessary to address device integration with the macroscale environment. To realize repeatable, sensitive particle separation with microfluidic devices, this protocol presents a complete automated and integrated microfluidic platform that enables precise processing of 0.15&#8211;1.5 ml samples using microfluidic devices. Important aspects of this system include modular device layout and robust fixtures resulting in reliable and flexible world to chip connections, and fully-automated fluid handling which accomplishes closed-loop sample collection, system cleaning and priming steps to ensure repeatable operation. Different microfluidic devices can be used interchangeably with this architecture. Here we incorporate an acoustofluidic device, detail its characterization, performance optimization, and demonstrate its use for size-separation of biological samples. By using real-time feedback during separation experiments, sample collection is optimized to conserve and concentrate sample. Although requiring the integration of multiple pieces of equipment, advantages of this architecture include the ability to process unknown samples with no additional system optimization, ease of device replacement, and precise, robust sample processing.

This protocol describes a system architecture for performing automated small volume (0.15&#8211;1.5 ml) particle separations using a microfluidic device, and discusses methods to optimize acoustofluidic device performance and operation.

미세 유체 정밀 작은 볼륨 샘플 처리를위한 플랫폼 및 음향 마이크로 디바이스로 구분 생물 입자 크기의 사용

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. ...

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.

원자화 및 부동 유체학을 위한 두께 모드 압전 장치의 제조 및 특성화

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

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.

드라이 필름 포토 레지스트 기반 전기 화학 미세 바이오 센서 플랫폼: 장치 제작, 온 칩 시험 준비 및 시스템 운영

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.

제조 및 통합된 전극 Transendothelial 전기 저항을 직접 측정 하는 기관-온-칩 시스템의 유효성 검사

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

Mechano-Node-Pore Sensing: A Rapid, Label-Free Platform for Multi-Parameter Single-Cell Viscoelastic Measurements

Cellular mechanical properties are involved in a wide variety of biological processes and diseases, ranging from stem cell differentiation to cancer metastasis. Conventional methods for measuring these properties, such as atomic force microscopy (AFM) and micropipette aspiration (MA), capture rich information, reflecting a cell's full viscoelastic response; however, these methods are limited by very low throughput. High-throughput approaches, such as real-time deformability cytometry (RT-DC), can only measure limited mechanical information, as they are often restricted to single-parameter readouts that only reflect a cell's elastic properties. In contrast to these methods, mechano-node-pore sensing (mechano-NPS) is a flexible, label-free microfluidic platform that bridges the gap in achieving multi-parameter viscoelastic measurements of a cell with moderate throughput. A direct current (DC) measurement is used to monitor cells as they transit a microfluidic channel, tracking their size and velocity before, during, and after they are forced through a narrow constriction. This information (i.e., size and velocity) is used to quantify each cell's transverse deformation, resistance to deformation, and recovery from deformation. In general, this electronics-based microfluidic platform provides multiple viscoelastic cell properties, and thus a more complete picture of a cell's mechanical state. Because it requires minimal sample preparation, utilizes a straightforward electronic measurement (in contrast to a high-speed camera), and takes advantage of standard soft lithography fabrication, the implementation of this platform is simple, accessible, and adaptable to downstream analysis. This platform's flexibility, utility, and sensitivity have provided unique mechanical information on a diverse range of cells, with the potential for many more applications in basic science and clinical diagnostics.

Presented here is a method to mechanically phenotype single cells using an electronics-based microfluidic platform called mechano-node-pore sensing (mechano-NPS). This platform maintains moderate throughput of 1-10 cells/s while measuring both the elastic and viscous biophysical properties of cells.

Mechano-Node-Pore 감지: 다중 파라미터 단일 셀 점탄성 측정을 위한 신속한 무표지 플랫폼

Cellular mechanical properties are involved in a wide variety of biological processes and diseases, ranging from stem cell differentiation to cancer ...

진폭 변조 전기변형에 의한 적혈구의 기계적 피로 시험

Amplitude-Modulated Electrodeformation to Evaluate Mechanical Fatigue of Biological Cells

Red blood cells (RBCs) are known for their remarkable deformability. They repeatedly undergo considerable deformation when passing through the microcirculation. Reduced deformability is seen in physiologically aged RBCs. Existing techniques to measure cell deformability cannot easily be used for measuring fatigue, the gradual degradation in cell membranes caused by cyclic loads. We present a protocol to evaluate mechanical degradation in RBCs from cyclic shear stresses using amplitude shift keying (ASK) modulation-based electrodeformation in a microfluidic channel. Briefly, the interdigitated electrodes in the microfluidic channel are excited with a low voltage alternating current at radio frequencies using a signal generator. RBCs in suspension respond to the electric field and exhibit positive dielectrophoresis (DEP), which moves cells to the electrode edges. Cells are then stretched due to the electrical forces exerted on the two cell halves, resulting in uniaxial stretching, known as electrodeformation. The level of shear stress and the resultant deformation can be easily adjusted by changing the amplitude of the excitation wave. This enables quantifications of nonlinear deformability of RBCs in response to small and large deformations at high throughput. Modifying the excitation wave with the ASK strategy induces cyclic electrodeformation with programmable loading rates and frequencies. This provides a convenient way for the characterization of RBC fatigue. Our ASK-modulated electrodeformation approach enables, for the first time, a direct measurement of RBC fatigue from cyclic loads. It can be used as a tool for general biomechanical testing, for analyses of cell deformability and fatigue in other cell types and diseased conditions, and can also be combined with strategies to control the microenvironment of cells, such as oxygen tension and biological and chemical cues.

저자 스포트라이트: 전기변형 거동을 조절하여 순환 세포의 생체 역학 연구 

Presented here is a protocol for mechanical fatigue testing in the case of human red blood cells using an amplitude-modulated electrodeformation approach. This general approach can be used to measure the systematic changes in morphological and biomechanical characteristics of biological cells in a suspension from cyclic deformation.