Préparation des particules de Janus et des mesures électrokinétiques à courant alternatif avec une matrice d'électrode à oxyde d'étain induite rapidement fabriquée

L’objectif global de cette procédure est de fabriquer rapidement des électrodes d’oxyde d’indium et d’étain et de préparer des particules recouvertes de métal pour des expériences électrocinétiques. Cette méthode peut faciliter l’expérimentation dans le domaine de l’électrocinétique, comme l’électrorotation, la diélectrophorèse et la microfluidique. Le principal avantage de cette technique est qu’elle fournit une méthode rapide et pratique pour fabriquer une électrode ITO et préparer des particules de revêtement métallique.

Pour commencer à fabriquer l’électrode, placez un morceau propre de verre revêtu d’ITO de 25 millimètres sur 50 millimètres sur la platine d’une machine de gravure laser à fibre pulsée. Positionnez le laser à 279,5 millimètres au-dessus du verre ITO. Importez le modèle d’électrode dans le logiciel de contrôle de l’instrument.

Sélectionnez Cadre, Remplissage et Remplissage en premier. Réglez la vitesse de gravure sur 800 millimètres par seconde, la puissance laser sur 60 % et la fréquence sur 40 kilohertz. Prévisualisez le motif de gravure et ajustez manuellement la position du verre pour centrer le motif sur le verre.

Une fois le motif centré, effectuez la gravure pour diviser la surface conductrice en quadrants. Utilisez du ruban polyimide pour fixer un fil toronné isolé à chaque quadrant conducteur du verre ITO gravé. Ensuite, divisez chaque sortie de canal d’un générateur à deux fonctions avec des connecteurs BNC doubles.

Équipez une sortie de chaque canal d’un amplificateur opérationnel inversé. Pour préparer un réseau d’électrodes pour les mesures d’électrorotation, connectez d’abord l’électrode supérieure gauche directement au connecteur BNC double du premier canal. Connectez la sortie de l’onduleur correspondante à l’électrode non adjacente.

Ensuite, connectez l’électrode inférieure gauche au deuxième canal. Connectez la sortie de l’onduleur correspondante au dernier fil pour produire un réseau d’électrodes avec un déphasage de 90 degrés entre les électrodes adjacentes. Pour préparer un réseau d’électrodes pour la diélectrophorèse, connectez plutôt le premier canal inversé à l’électrode inférieure gauche.

Connectez l’électrode inférieure droite au deuxième canal. Connectez la dernière électrode à la sortie de l’onduleur correspondante pour produire un réseau avec un déphasage de 180 degrés entre les électrodes adjacentes. Pour commencer à préparer les particules de Janus, centrifugez une suspension aqueuse à 10 % en poids de deux particules de silice micrométriques à 2 200 fois g pendant une minute.

Transférez deux microlitres des particules de silice sédimentaire résultantes dans un tube de microcentrifugation de 1,5 millilitre. Ajoutez 500 microlitres d’éthanol à 99,5 % aux particules de silice. Soniquer la suspension pendant une minute, puis centrifuger la suspension à 2 200 fois g pendant trois minutes.

Décantez le surnageant et ajoutez 500 microlitres supplémentaires d’éthanol à l’échantillon. Répétez la sonication et la centrifugation trois fois de plus, en rafraîchissant l’éthanol à chaque fois. Ensuite, décantez le surnageant et ajoutez huit microlitres d’éthanol à l’échantillon.

Sonicez l’échantillon pendant trois minutes. Pipetez deux microlitres de la suspension obtenue sur une lame de verre. À l’aide d’une lame de couverture, étalez lentement la gouttelette sur la lame pour former une monocouche de particules de silice.

Une fois le solvant évaporé, placez la lame dans une coucheuse à pulvérisation cathodique avec une cible dorée. Appliquez une couche de pulvérisation sur la lame à 15 milliampères pendant 200 secondes pour préparer les particules Janus. Appliquez 20 microlitres d’eau déminéralisée sur la lame.

Délogez soigneusement les particules Janus à l’aide d’une pointe de pipette de 200 microlitres afin qu’elles soient en suspension dans la gouttelette d’eau. Ensuite, transférez la suspension de particules Janus dans un tube de microcentrifugation de 1,5 millilitre. Diluer la suspension avec de l’eau désionisée au besoin pour obtenir une concentration de particules Janus appropriée pour l’expérience.

Pour commencer à préparer des particules métalliques entièrement enrobées, mélangez une base de polymère de polydiméthylsiloxane et son agent de durcissement dans un rapport de poids de 10 pour un. Appliquez du ruban adhésif sur les bords d’une lame de verre pour former un récipient. Versez le mélange PDMS dans le récipient à paroi ruban adhésif à une profondeur de deux à trois millimètres.

Dégazez le PDMS sous vide pendant 30 minutes et durcissez le PDMS à 70 degrés Celsius pendant deux heures. Ensuite, séparez le PDMS durci du ruban et de la lame pour obtenir un tampon PDMS lisse. Préparez une monocouche de particules Janus sur une lame de verre.

Ensuite, posez le tampon PDMS côté lisse vers le bas sur la glissière et appliquez une pression uniforme pour transférer les particules Janus sur le tampon. Séparez soigneusement la lame du tampon PDMS pour exposer les faces de silice des particules Janus. Enduisez les particules sur le tampon PDMS d’une autre fine couche d’or pour obtenir les particules entièrement enrobées.

Utilisez une gouttelette d’eau déminéralisée et une pointe de pipette pour déloger les particules de la surface du tampon à suspendre dans la gouttelette. Transférez la suspension dans un tube de microcentrifugation et diluez la suspension au besoin. Pour commencer l’expérience, couvrez le réseau d’électrodes triphasées ITO avec cinq feuilles de film de laboratoire de paraffine.

À l’aide d’un pistolet thermique, fixez les couches de paraffine au réseau d’électrodes, formant une entretoise de 500 micromètres. Ensuite, placez le réseau d’électrodes sur la platine d’un microscope inversé avec un objectif 40X 0,6 NA. Placez huit microlitres d’une suspension de particules au centre du réseau et couvrez-le d’un verre de protection.

Réglez le déphasage du générateur de fonctions à 90 degrés pour une expérience d’électrorotation ou à zéro degré pour une expérience de diélectrophorèse. Sélectionnez une onde sinusoïdale comme forme d’onde, puis définissez la tension et la fréquence crête à crête. Démarrez le générateur de signaux et utilisez la caméra du microscope inversé pour capturer des images du mouvement et de la rotation des particules.

Utilisez un logiciel de traitement d’images pour déterminer les vitesses des particules en vue d’une analyse plus approfondie. Des mesures des propriétés électrocinétiques du courant alternatif ont été effectuées sur des particules de silice avec divers degrés de revêtement d’or. On a constaté que les particules Janus tournaient dans le même sens que le champ électrique aux basses fréquences et le contre-champ aux fréquences plus élevées.

La vitesse angulaire maximale a été observée à une fréquence caractéristique. Les mesures d’électrorotation de particules de silice nues ont montré une rotation de même champ à toutes les fréquences mesurées. La vitesse angulaire maximale a été observée à la fréquence la plus basse mesurée.

En revanche, les particules de silice recouvertes d’or ont montré une rotation à contre-champ à toutes les fréquences mesurées. La vitesse angulaire maximale des particules recouvertes d’or a été observée à une fréquence caractéristique plus basse que dans les particules de Janus. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que le comportement des particules Janus ne peut pas être attribué à un simple modèle de superposition à deux hémisphères.

mesures de diélectrophorèse des particules entièrement recouvertes d’or ont montré une réponse N-diélectrophorèse aux basses fréquences et une réponse P-diélectrophorèse aux hautes fréquences. La fréquence de croisement correspondait étroitement à la fréquence caractéristique à laquelle la vitesse angulaire maximale avait été observée. Après son développement, ces techniques ont ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la matière molle pour explorer la canopée d’électrodes pour le laminaire dans la synthèse microfluidique.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la fabrication d’une électrode ITO avec une machine de marquage laser et de la préparation des particules de revêtement métallique pour les expériences électrocinétiques.