A triple-layered $PMMA/Ni_{64}Zr_{36}/PDMS$ hydrogen gas sensor using hydrogen permeable alloy and flexible polymer layers is fabricated through spin coating and DC-magnetron sputtering. PDMS(polydimethylsiloxane) is used as a flexible substrate and PMMA(polymethylmethacrylate) thin film is deposited onto the $Ni_{64}Zr_{36}$ alloy layer to give a high hydrogen-selectivity to the sensor. The measured hydrogen sensing ability and response time of the fabricated sensor at high hydrogen concentration of 99.9 % show a 20 % change in electrical resistance, which is superior to conventional Pd-based hydrogen sensors, which are difficult to use in high hydrogen concentration environments. At a hydrogen concentration of 5 %, the resistance of electricity is about 1.4 %, which is an electrical resistance similar to that of the $Pd_{77}Ag_{23}$ sensor. Despite using low cost $Ni_{64}Zr_{36}$ alloy as the main sensing element, performance similar to that of existing Pd sensors is obtained in a highly concentrated hydrogen atmosphere. By improving the sensitivity of the hydrogen detection through optimization including of the thickness of each layer and the composition of Ni-Zr alloy thin film, the proposed Ni-Zr-based hydrogen sensor can replace Pd-based hydrogen sensors.
This paper investigated the effects of ionic strength in the medium on a preconcentrator for a protein sample with low concentration. The preconcentration chip was designed and fabricated using a polydimethylsiloxane replica through standard lithophotography. A glass substrate is silanized prior to functionalizing the nanoparticles for self-assembly at a designed region. Due to the overlap of electrical double layers in a nanofluidic channel, a concentration polarization effect can be achieved using an electric field. A nonlinear electrokinetic flow is induced, resulting in the fast accumulation of proteins in front of the induced ionic depletion zone, so called exclusion-enrichment effect. Thus, the protein sample can be driven by electroosmotic flow and accumulated at a specific location. The chip is used to collect fluorescein isothiocyanate-labeled bovine serum albumin (FITC-BSA) diluted in phosphate-buffered saline (PBS) buffer solution. Different concentrations of the buffer media were studied herein. Fluorescence intensity images show that the buffer concentration of 4 mM is more appropriate than all the other ones. The sample of FITC-BSA with an initial concentration of $10{\mu}M$ in the 4 mM PBS solution increases its concentration at the desired region by up to 50 times within 30 min, demonstrating the results in this investigation.
The cell culture process under in vitro condition is much different from the actual human body environment. Therefore, in order to precisely simulate the human body environment, a dynamic cell culture device capable of delivering mechanical stimulation to cells is essential. However, conventional dynamic cell culture devices require relatively complicated devices such as tubes, pumps, and motors, and the mechanical stimuli delivered is also simple. In this study, an electro-active polymer actuator as a driving component is introduced to design simply driven dynamic cell culture device without complicated components. The device is capable of delivering relatively complex mechanical stimuli to the cells.
This paper is a continuation of our previous $paper,^1$ and deals with Eq.(1) (see the text), which was theoretically derived in the $paper,^1$$ [{\eta}]^f\; and\; [{\eta}]^0$ is the intrinsic viscosity at stress f and f = O, respectively. Equation (1) predicts how $[{{\eta}}]^f / [{\eta}]^0$ changes with stress f, relaxation time ${\beta}_2$ of flow unit 2 and a constant $c_2$ related with the elasticity of molecular spring of flow unit 2. In this paper, Eq.(1) is applied to a biopolymer, e.g., poly (${\gamma}$-benzyl L-glutamate), and nonbiopolymers, e.g., polyisobutylene, polystyrene, polydimethylsiloxane and cellulose triacetate. It was found that the $c_2$ factor is zero for non-biopolymers while $c_2{\neq}0$ for biopolymers as found $previously.^1$ Because of the non-Newtonian nature of the solutions, the ratio $[{{\eta}}]^f / [{\eta}]^0$ drops from its unity with increasing f. We found that the smaller the ${\beta}_2,$ the larger the $f_c$ at which the viscosity ratio drops from the unity, vice versa.
Kim, Kanghyun;Kim, Jong Hyun;Nam, Hyoryung;Kim, Suhyeon;Lim, Geunbae
Journal of Sensor Science and Technology
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v.30
no.3
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pp.170-174
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2021
As the rising attention to the medical and healthcare issue, Bio-MEMS (Micro electro mechanical systems) platform such as bio sensor, cell culture system, and microfluidics device has been studied extensively. Bio-MEMS platform mostly has high resolution structure made by biocompatible material such as polydimethylsiloxane (PDMS). In addition, three dimension structure has been applied to the bio-MEMS. Lithography can be used to fabricate complex structure by multiple process, however, non-rectangular cross section can be implemented by introducing optical apparatus to lithography technic. X-ray lithography can be used even for sub-micron scale. Here in, we demonstrated lines with round shape cross section using the tilted gold absorber which was deposited on the oblique structure as the X-ray mask. This structure was used as a mold for PDMS. Molded PDMS was applied to the cell culture platform. Moreover, molded PDMS was bonded to flat PDMS to utilize to the sub-micro channel. This work has potential to the large area bio-MEMS.
Thermographic phosphor (TP) thermometry is a noncontact optical measurement method and has been applied in many fields such as combustion and heat transfer. However, due to the limitation of bonding technology and measurement method, most TP thermometry studies were conducted only on the air environment with water-soluble binders. In this paper, a temperature measurement technology in water using TP is proposed by coatings of manganese activated magnesium fluorogermanate (Mg4FGeO6:Mn4+, MFG) with Polydimethylsiloxane (PDMS). Four MFG-PDMS coatings with different thicknesses were prepared. The lifetime of MFG was not affected by the thickness of the coating as a result of the experiment and analysis of phosphor intensity using a photomultiplier tube. To measure the surface temperature field of an immerged body in water, a cylinder-type cartridge heater was coated with MFG doped PDMS. Transient surface temperature field was successfully measured even the initial temperature is higher than the boiling point of water.
The existence of active material in the environment causes the small-scale systems to be sensitive to the actual environment. Carbon dioxide is one of the active materials that exists a lot in the air conditions of the living environment. However, in some applications, the carbon dioxide-coated is used to improve the performance of systems against the destructive factors such as the corrosion; nevertheless, in the current research, the stability analysis of a carbon dioxide capture mechanism-coated beam is investigated according to the mathematical simulation of a rectangular composite beam utilizing the modified couple stress theory. The composite mechanism of carbon dioxide trapping is made of a polyacrylonitrile substrate that supports a cross-link polydimethylsiloxane gutter layer as the carbon dioxide mechanism trapping. Three novel types of carbon dioxide trapping mechanism involving methacrylate, poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, and three pedant methacrylates are considered, which were introduced by Fu et al. (2016). Finally, according to introducing the methodology of carbon dioxide (CO2) trapping, the impact of various effective parameters on the stability of composite beams will be analyzed in detail.
Mushtaq, Ali;Beomseok, Cha;Muhammad, Soban Khan;Hyunwoo, Jeon;Song Ha, Lee;Woohyuk, Kim;Jeongu, Ko;Jinsoo, Park
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.20
no.3
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pp.19-26
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2022
In droplet microfluidics, precise droplet manipulation is required in numerous applications. This study presents ultrasonic surface acoustic wave (USAW)-based microfluidic device for label-free droplet separation based on size. The proposed device is composed of a slanted-finger interdigital transducer on a piezoelectric substrate and a polydimethylsiloxane microchannel placed on the substrate. The microchannel is aligned in the cross-type configuration where the USAWs propagate in a perpendicular direction to the flow in the microchannel. When droplets are exposed to an acoustic field, they experience the USAW-induced acoustic radiation force (ARF), whose magnitude varies depending on the droplet size. We modeled the USAW-induced ARF based on ray acoustics and conducted a series of experiments to separate different-sized droplets. We found that the experimental results were in good agreement with the theoretical estimation. We believe that the proposed method will serve as a promising tool for size-based droplet separation in a label-free manner.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.5
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pp.16-21
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2022
This study investigates the effect of the deformation on the sensitivity of a flexible polydimethylsiloxane (PDMS) membrane sensor. A PDMS membrane sensor was developed to measure the impact force of a water droplet using a silver nanowire (AgNW). The initial deformation of the membrane was confirmed with the application of a tensile force (i.e., tension) and fixing force (i.e., compressive force) at the gripers, which affects the sensitivity. The experimental results show that as the tension applied to the membrane increased, the sensitivity of the sensor decreased. The initial electrical resistance increased as the fixing force increased, while the sensitivity of the sensor decreased as the initial resistance increased. The movement of the membrane due to the impact force of the water droplet was observed with a high-speed camera, and was correlated with the measured sensor signal. The analysis of the motion of the membrane and droplets after collision confirmed the periodic movement of not only the membrane but also the change in the height of the droplet.
In this paper, a new sensor chip with frequency reconstruction range of 2.252 GHz ~ 2.450 GHz is designed and fabricated. On this basis, a self-designed "T-shaped" shell is added to overcome the disadvantage of uneven deformation of the traditional steel shell, and the range of the sensor chip is expanded to 0 kN ~ 96 kN. The liquid metal antenna is used to carry out a step-by-step loading test, and the relationship between the antenna resonance frequency and the pressure load is analyzed. The results show that there is a good linear relationship between the pressure load and the resonant frequency. Therefore, the liquid metal antenna can be regarded as a pressure sensor. The cyclic loading and unloading experiments of the sensor are carried out, and different loading rates are used to explore the influence on the performance of the sensor. The loading and unloading characteristic curves and the influence characteristic curves of loading rate are plotted. The experimental results show that the sensor has no residual deformation during the cycle of loading and unloading. Moreover, the influence of temperature on the performance of the sensor is studied, and the temperature correction formula is derived.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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