Preparación de partículas de Janus y mediciones electrocinéticas de corriente alterna con una matriz de electrodos de óxido de estaño de índices fabricados rápidamente

El objetivo general de este procedimiento es fabricar rápidamente electrodos de óxido de indio, estaño y preparar partículas recubiertas de metal para experimentos electrocinéticos. Este método puede facilitar la experimentación en el campo de la electrocinética, como la electrorrotación, la dielectroforesis y la microfluídica. La principal ventaja de esta técnica es que proporciona un método rápido y conveniente para fabricar electrodos ITO y preparar partículas de recubrimiento metálico.

Para comenzar a fabricar el electrodo, coloque una pieza limpia de vidrio recubierto de ITO de 25 milímetros por 50 milímetros en la plataforma de una máquina de grabado láser de fibra pulsada. Coloque el láser a 279,5 milímetros por encima del cristal ITO. Importe el patrón de electrodos en el software de control del instrumento.

Seleccione Marco, Relleno y Relleno primero. Establezca la velocidad de grabado en 800 milímetros por segundo, la potencia del láser en 60% y la frecuencia en 40 kilohercios. Obtenga una vista previa del patrón de grabado y ajuste manualmente la posición del vidrio para centrar el patrón en el vidrio.

Una vez que el patrón esté centrado, realice el grabado para dividir la superficie conductora en cuadrantes. Utilice cinta de poliimida para fijar un cable trenzado aislado a cada cuadrante conductor del vidrio ITO grabado. A continuación, divida cada salida de canal de un generador de dos funciones con conectores BNC dobles.

Equipe una salida de cada canal con un amplificador operacional inversor. Para preparar una guía de electrodos para mediciones de electrorrotación, primero conecte el electrodo superior izquierdo directamente al conector BNC doble del primer canal. Conecte la salida del inversor correspondiente al electrodo no adyacente.

A continuación, conecte el electrodo inferior izquierdo al segundo canal. Conecte la salida del inversor correspondiente al último cable para producir una guía de electrodos con un cambio de fase de 90 grados entre electrodos adyacentes. Para preparar una guía de electrodos para la dielectroforesis, conecte el primer canal invertido al electrodo inferior izquierdo.

Conecte el electrodo inferior derecho al segundo canal. Conecte el último electrodo a la salida del inversor correspondiente para producir una matriz con un cambio de fase de 180 grados entre electrodos adyacentes. Para comenzar a preparar las partículas de Janus, centrifugar una suspensión acuosa del 10% en peso de dos partículas de sílice micmétricas a 2.200 veces g durante un minuto.

Transfiera dos microlitros de las partículas de sílice sedimentaria resultantes a un tubo de microcentrífuga de 1,5 mililitros. Agregue 500 microlitros de etanol al 99,5% a las partículas de sílice. Sonicar la suspensión durante un minuto y, a continuación, centrifugar la suspensión a 2.200 veces g durante tres minutos.

Decantar el sobrenadante y añadir otros 500 microlitros de etanol a la muestra. Repita la sonicación y la centrifugación tres veces más, refrescando el etanol cada vez. A continuación, decantar el sobrenadante y añadir ocho microlitros de etanol a la muestra.

Sonicar la muestra durante tres minutos. Pipetea dos microlitros de la suspensión resultante en un portaobjetos de vidrio. Use un portaobjetos de cubierta para esparcir lentamente la gota sobre el portaobjetos para formar una monocapa de partículas de sílice.

Una vez que el solvente se haya evaporado, coloque el portaobjetos en un recubridor de pulverización catódica con un objetivo de oro. Cubra el portaobjetos a 15 miliamperios durante 200 segundos para preparar las partículas de Janus. Aplica 20 microlitros de agua desionizada al portaobjetos.

Desaloje con cuidado las partículas de Janus con una punta de pipeta de 200 microlitros para que las partículas queden suspendidas en la gota de agua. A continuación, transfiera la suspensión de partículas Janus a un tubo de microcentrífuga de 1,5 mililitros. Diluya la suspensión con agua desionizada según sea necesario para lograr una concentración de partículas Janus adecuada para el experimento.

Para comenzar a preparar partículas metálicas completamente recubiertas, mezcle una base de polímero de polidimetilsiloxano y su agente de curado en una proporción de 10 a un peso. Aplica cinta adhesiva a los bordes de un portaobjetos de vidrio para formar un recipiente. Vierta la mezcla de PDMS en el recipiente con paredes de cinta adhesiva a una profundidad de dos a tres milímetros.

Desgasifique el PDMS al vacío durante 30 minutos y cure el PDMS a 70 grados centígrados durante dos horas. A continuación, separe el PDMS curado de la cinta y de la corredera para obtener un sello de PDMS liso. Prepare una monocapa de partículas de Janus en un portaobjetos de vidrio.

A continuación, coloque el sello PDMS con el lado liso hacia abajo en el portaobjetos y aplique una presión uniforme para transferir las partículas de Janus al sello. Separe cuidadosamente el portaobjetos del sello PDMS para exponer las caras de sílice de las partículas Janus. La pulverización catódica recubre las partículas en el sello PDMS con otra capa delgada de oro para obtener las partículas completamente recubiertas.

Utilice una gota de agua desionizada y una punta de pipeta para desalojar las partículas de la superficie del sello y suspenderlas en la gota. Transfiera la suspensión a un tubo de microcentrífuga y diluya la suspensión según sea necesario. Para comenzar el experimento, cubra la guía de electrodos cuatrifásica ITO con cinco láminas de película de laboratorio de parafina.

Utilice una pistola de calor para fijar las capas de parafina a la guía de electrodos, formando un espaciador de 500 micrómetros. A continuación, coloque la guía de electrodos en la platina de un microscopio invertido con una lente objetivo de 40X 0,6 NA. Coloque ocho microlitros de una suspensión de partículas en el centro de la matriz y cúbrala con un cubreobjetos.

Ajuste el cambio de fase del generador de funciones a 90 grados para un experimento de electrorotación o a cero grados para un experimento de dielectroforesis. Seleccione una onda sinusoidal como forma de onda y establezca el voltaje y la frecuencia de pico a pico. Inicie el generador de señales y utilice la cámara de microscopio invertido para capturar imágenes del movimiento y la rotación de las partículas.

Utilice un software de procesamiento de imágenes para determinar las velocidades de las partículas para su posterior análisis. Las mediciones de las propiedades electrocinéticas de corriente alterna se realizaron en partículas de sílice con diversos grados de recubrimiento de oro. Se descubrió que las partículas de Jano giran en la misma dirección que el campo eléctrico a bajas frecuencias y el contracampo a frecuencias más altas.

La velocidad angular máxima se observó a una frecuencia característica. Las mediciones de electrorrotación de partículas de sílice desnudas mostraron rotación de cocampo en todas las frecuencias medidas. La velocidad angular máxima se observó a la frecuencia medida más baja.

Por el contrario, las partículas de sílice recubiertas de oro mostraron una rotación de contracampo en todas las frecuencias medidas. La velocidad angular máxima para las partículas recubiertas de oro se observó a una frecuencia característica más baja que en las partículas de Janus. Estos resultados, en general, sugirieron que el comportamiento de la partícula de Jano no podía atribuirse a un modelo simple de superposición de dos hemisferios.

Las mediciones de dielectroforesis de las partículas totalmente recubiertas de oro mostraron una respuesta de N-dielectroforesis a bajas frecuencias y una respuesta de P-dielectroforesis a altas frecuencias. La frecuencia de cruce coincidió estrechamente con la frecuencia característica a la que se había observado la velocidad angular máxima. Después de su desarrollo, estas técnicas allanaron el camino para que los investigadores en el campo de la materia blanda exploraran la cubierta de electrodos para laminar en la síntesis microfluídica.

Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo fabricar electrodos ITO con una máquina de marcado láser y preparar partículas de recubrimiento metálico para experimentos electrocinéticos.