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학술저널
저자정보
박형주 (서울대학교) 김미선 (COSMAX BTI R&I Center) Kang Seunghyun (COSMAX BTI, R&I Center, Seongnam 13486, Republic of Korea) Kim Taewan (Department of Electrical and Computer Engineering, Seoul Natinonal University) Yoon Sehyuk (Department of Electrical and Computer Engineering, Seoul National University) 박지희 (서울대학교) Ha Sungjae (ProvaLabs, Inc,) 김성재 (서울대학교)
저널정보
한국바이오칩학회 BioChip Journal BioChip Journal Vol.18 No.3
발행연도
2024.9
수록면
505 - 519 (15page)
DOI
10.1007/s13206-024-00161-3

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Overlimiting current (OLC) is a non-linear current response that occurs related to an ion concentration polarization (ICP) phenomenon in micro/nanofluidic systems and holds great importance since it represents the rate of selective ion transportation through perm-selective structure. For last two decades, numerous studies of OLC have been reported about understanding the fundamentals of nanoelectrokinetics and enhancing ion transportation through perm-selective membranes. Recent study reported that the alignment of non-uniform microspace near the perm-selective membranes in two-dimensional micro/nanofluidic systems can significantly enhance OLC, <i>i .e</i>., overlimiting conductance ( σ OLC ). This is attributed to recirculation flow induced by combination of unbalanced electroosmosis and induced pressure driven flow among non-uniform microspaces. However, 2D micro/nanofluidic systems have limited practicality due to their small volume and low throughput. Herein, we tested the OLC enhancement using 3D-printed hierarchical micro/nanofluidic systems with respect to the non-uniformity of microspaces. The 3D microspaces were fabricated as a mesh structure using a conventional 3D printer. By comparing current–voltage measurement with each type of mesh, we experimentally confirmed the generation of recirculation flow among non-uniform meshes and ionic current enhancement in 3D hierarchical micro/nanofluidic system. Also, we further investigated the enhancement of overlimiting conductance depending on the mesh pattern. Furthermore, we validated that this effect of microscale non-uniform compartmentalization, both increasing surface area and aligning non-uniform spaces, appears not only at low molar concentration but at high molar concentrations. This demonstration can offer a strategy to design optimal electrochemical systems where a perm-selective ion transportation is crucial.

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