Lee, Horim;Yoon, Jin Sung;Kim, Dong Sung;Lim, Geunbae
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.1
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pp.91-96
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2014
We present a droplet-manipulation method using opto-thermal flows in oils. The flows are originated from Marangoni and buoyancy effects due to temperature gradient, generated by the adsorption of light on an amorphous silicon thin film. Using this method, we can transport, merge and mix droplets in an extremely simple system. Since the temperature rise during the operation is small, this method can be used for biological applications without the damage on cell viability.
Jung, Jin Ho;Cho, Hyunjun;Ha, Byung Hang;Destgeer, Ghulam;Sung, Hyung Jin
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.12
no.2
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pp.13-17
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2014
In the present study, the optofluidic droplet manipulation in a microfluidic platform was demonstrated via theoretical and experimental approaches. Optical scattering force and gradient force were used to separate and trap droplets. Two types of droplets were generated by a T-junction method in the microfluidic channel. While they approach a test region where the optical beam illuminates the droplets, they were pushed by the optical scattering beam. The displacement by the laser beam is dependent on the refractive index of the droplets. By using the optical gradient force, the droplets can be trapped and coalesced. In order to bring the droplets in a direct contact, the optical gradient force was used to trap the droplets. A theoretical modeling of the coalescence was derived by combining the optical force and drag force on the droplet.
Droplet in miniaturized microfluidic systems have received much focused attention recently. In this work, electrical charging phenomenon of a conducting water droplet on the electrode under the dc electric field is studied and using this phenomenon droplet actuation method for microreactor applications is experimentally demonstrated. To find effects of key factors, the effects of electric field, medium viscosity, and droplet size are investigated. A scaling law of charging for the conducting droplet is derived from the experimental results. Unlike the case of a perfect conductor, the estimated amount of electrical charge ($Q_{est}$) of a water droplet is proportional to the 1.59 power of the droplet radius (R) and the 1.33 power of the electric field strength (E). (For a spherical perfect conductor, Q is proportional to R2 and E.) It is thought that the differences are mainly due to incomplete charging of a water droplet resulted from the combined effect of electrochemical reaction at electrode and the relatively low conductivity of water. Using this phenomenon, we demonstrate the transport of the charged droplet and fusion of two oppositely-charged droplets. When electric field is subjected sequentially on the electrode, the charged droplet is transported on the electrode. For the visualization of fusion of charged droplets, the precipitation reaction is used. When subjected to a DC voltage, two droplets charged are moving and merging toward each other due to the Coulombic force and chemical reaction is simultaneously occurred by coalescence of droplets. It may be due to the interchange effect of charge. It is shown that the droplet can be used for microreactor where transporting, merging etc. of reagents constitute unit operation.
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.
This paper describes two methods - stamp-to-stick bonding and microtransfer molding - to integrate microfluidic channel into an optoelectrofluidic device for in-channel microparticle manipulation. We have demonstrated the optoelectronic microparticle manipulation in the channel-integrated optoelectrofluidic device using a liquid crystal display. As injecting a liquid sample containing $15{\mu}m$-diameter polystyrene particles into the fabricated channel, trapping and transport of individual microparticles have been successfully demonstrated. This channel-integrated optoelectrofluidic device may be useful for several in-channel applications based on the optoelectrofluidics such as optoelectronic flow control, droplet-based protein assay and bead-based immunoassay.
The SLA (Stereolithography Apparatus) method is a type of 3D printing technique predicated on the transformation of liquid photocurable resin into a solid form through UV laser exposure, and its application is increasing in various fields. In this study, we conducted research to enhance the hydrophobicity and transparency of SLA 3D printing surfaces for microfluidic system production. The enhancement of surface hydrophobicity in SLA outputs was attainable through the application of hydrophobic coating methods, but the coating durability under different conditions varied depending on the type of hydrophobic coating. Additionally, to simultaneously achieve the required transparency and hydrophobic properties for the fabrication of microfluidic systems, we applied hydrophobic coatings to the proposed transparency enhancement method from prior research and compared the changes in contact angles. Teflon coating was proposed as a suitable hydrophobic coating method for the fabrication of microfluidic systems, given its excellent transparency and high coating durability in various environmental conditions, in comparison to titanium dioxide coating. Finally, we produced an Electrophoresis of Charged Droplet (ECD) chip, one of the digital microfluidics systems, using SLA 3D printing with the proposed Teflon coating method (Fluoropel 800). Droplet manipulation was successfully demonstrated with the fabricated chip, confirming the potential application of SLA 3D printing technology in the production of microfluidic systems.
In this study, we present simple microfluidic approach for the synthesis of monodisperse microcapsules by using droplet-based system. We generate double emulsion through single step in the microfluidic device having single junction while conventional approaches are limited in surface treatment for the generation of double emulsion. First, we have injected disperse fluid containing FC-77 oil and photocurable ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (ETPTA) and water containing 3 wt% poly(vinyl alcohol) (PVA) as continuous phase into microfluidic device. Under the condition, we easily generate double emulsion with high monodispersity by using flow focusing. The double emulsion droplets are transformed into microcapsules under the UV irradiation via photopolymerization. In addition, we control thickness of double emulsion's shell by controlling flow rate of ETPTA. We also show that the size of double emulsions can be controlled by manipulation of flow rate of continuous phase. Furthermore, we synthesize microcapsules encapsulating various materials for the application of drug delivery systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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