한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.123-125
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2003
Understanding the physics of electroosmotic flow is important to the optimum design and operation of microfluidic systems. Recent development on the topic in our group is summarized in this presentation. Applications to the variable-volume-Injection, micro flow switch, electrokinetic focusing, and flow cytometer will be presented with our novel design and control.
We fabricated and tested porous silicon-based electroosmotic pumps. Compared to other pumping media, porous silicon is beneficial for obtaining comparable flow rates with much lowered electric potential, while maintaining enough mechanical properties. We fabricated porous silicon with two sided-reactive etching processes. We found higher flow rate per electric potential (consistent with previous studies) and we also found asymmetric flow rates for different pumping directions. We plan to utilize this asymmetry for AC pumping applications.
Kim, Su-Youn;Kang, Rae-Young;Kim, Hye-Ji;Roh, Kyung-Eun;Oh, Seaung-Youl
대한약학회:학술대회논문집
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대한약학회 2003년도 Proceedings of the Convention of the Pharmaceutical Society of Korea Vol.1
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pp.294.1-294.1
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2003
At pH 7.4 (physiological pH), skin is permselective to cations, due to the net negative charge of the current passing channels (pores) in skin. This causes the convective solvent flow (electroosmotic flow) from anode to cathodal direction. In this work, we have investigated several factors (pH. current density and ionic strength) that can affect the electroosmotic flow. (omitted)
본 연구에서는 요오드이온과 삼요오드이온의 가역적인 산화환원 반응에 의하여 기포를 생성하지 않는 다공성 유리막 전기삼투펌프의 성능 평가에 대한 연구를 수행하였다. 다공성 유리막 전기삼투펌프의 성능은 유량과 전압으로 측정되었다. 전기삼투펌프의 유량과 전압은 적용 전류가 증가할 때 선형적으로 증가하였고, 전압의 경우 일정 시간 후 작동 유체가 산화환원반응을 할 수 있는 용량의 초가로 인하여 급격히 전압이 증가하는 변이 지점이 발생하였다. 변이시간은 전류의 증가에 의하여 단조적으로 감소하였다. 유량을 표면적으로 나눈 표준화된 유량을 이용하여 다공성 유리막과 이전 나피온 막에서의 펌핑 성능을 비교하였고, 다공성 유리막에서 대략 3 배정도 높은 수치를 가졌다.
This paper presents numerical results of fluid flows and mixing in a microfluidic device with AC electroosmotic flows (AC-EOF) around coplanar electrodes attached on the top and bottom walls. To obtain the flow and mixing characteristics, numerical computations are performed by using a commercial code, CFX10. Experiment was performed to confirm the generation of the drift velocity around the electrodes. It was found that near the coplanar electrodes 3-D complex flows are generated. The AC-electroosmotic flow on the electrodes plays an important role in mixing the liquid.
Controlling fluid flows in micro scales is a non-trivial issue among those who are involved in designing lab-on-chips. Pumping and mixing by using electrokinetic principles has been popular in that the method requires a few parts and it is easy to control. This paper explains the basic mechanism of the electroosmotic flows caused by AC together with presenting some numerical results. In particular, the fundamental, physical idea involved in the mechanism will be illustrated in terms of the kinematic aspect. Since the electroosmotic flows are mainly driven by the motion of ions, we also demonstrate the ion motions by using the numerical-visualization method.
The objective of this work is to evaluate the effect of polyamidoamine (PAMAM) dendrimers on electroosmotic flow (EOF) through skin. The effect of size and concentration of dendrimer was studied, using generation 1, 4 and 7 dendrimer (G1, G4 and G7, respectively). As a marker molecule for the direction and magnitude of EOF, a neutral molecule, acetoaminophen (AAP) was used. The visualization of dendrimer permeation into the current conducting pore (CCP) of skin was made using G4-fluorescein isothiocyanate (FITC) conjugate and confocal microscopy. Without dendrimer, anodal flux of AAP was much higher than cathodal or passive flux. When G1 dendrimer was added, anodal flux decreased, presumably due to the decrease in EOF by the association of G1 dendrimer with net negative charge in CCP. As the generation increased, larger decrease in anodal flux was observed, and the direction of EOF was reversed. Small amount of methanol used for the preparation of dendrimer solution also contributed to the decrease in anodal flux of AAP. Cross-sectional view perpendicular to the skin surface by confocal laser scanning microscope (CLSM) study showed that G4 dendrimer-FITC conjugate (G4-FITC) can penetrate into the viable epidermis and dermis under anodal current. The permeation route seemed to be localized on hair follicle region. These results suggest that PAMAM dendrimers can permeate into CCP and change the magnitude and direction of EOF. Overall, we obtained a better understanding on the mechanistic insights into the electroosmosis phenomena and its role on flux during iontophoresis.
Hydrocarbon contamination is among the most challenging problems in soil remediation. Electrokinetic method can be a promising method to remediate hydrocarbon-contaminated soils. Electrokinetic method consists of different transport phenomena including electro-migration, electrophoresis, and electroosmotic flow. Electroosmotic flow is the main transport phenomenon for hydrocarbon removal in soil porous media. However, the main component of hydrocarbons is the hydrophobic organic which indicates low water solubility; therefore, it makes the electroosmotic flow less effective. The objective of the present study is to enhance electrokinetic remediation of diesel-contaminated silty sand by increasing the solubility of the hydrocarbons in the soil and then increase the efficiency. For this purpose, sodium dodecyl sulfate (SDS) was used as a catholyte. In this content, SDS 0.05 M was used as catholyte and $Na_2SO_4$ 0.1 M was used as an anolyte. Low (1 V/cm) and high (2 V/cm) voltage gradients were used in periodic and continuous forms. The best removal efficiency was observed for high voltage gradient (2 V/cm) in a periodic form, which was 63.86. This result showed that a combination of periodic voltage application in addition to the employment of SDS is an effective method for hydrocarbon removal from low permeable sand.
This research was carried out to evaluate feasibility of using an Electrokinetic-Fenton(EK-Fenton) technique to treat hydrophobic organic pollutant(phenanthrene) from soils. Experiment examined the effect by introducing a continuous flow of a 3.5% hydrogen peroxide solution at the anode. An electric gradient of 1V/cm was applied to enhance the saturated flow in the soil cell for a period of 11 days. After 11 days or 1 pore volume, overall concentration of residual phenanthrene in the soil cell was 11% and residual phenanathrene concentration in the soil was found to increase with toward the cathode. This results indicated that Fenton-like reaction catalyzed by mineral surface was effective in oxidizing phenanthrene. This results also showed that hydrogen peroxide was effectively transported into the soil by electroosmotic flow as well as by diffusion.
This paper presents numerical results of fluid flows and mixing in a microfluidic device for AC electroosmotic flow (AC-EOF) with coplanar electrodes on top and bottom walls. Differently from previous EOF a channel which attached a couple of coplanar electrodes can be utilized to mix a target liquid with a reagent. In this study we propose a method of controlling fluid flows and mixing enhancement. To obtain the flow and mixing characteristics, numerical computations are performed by using a commercial code, CFX10. It was found that the flow near the coplanar electrodes is of 3-D complex flows and vortices between the other electrodes, and as a consequence the AC-electroosmotic flow on the electrodes plays an important role in mixing the liquid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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