הכנת חלקיקים Janus ומדידות זרם Electrokinetic הנוכחי עם המהדהד אינדיום פח תחמוצת אלקטרודה מערך

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר במהירות אלקטרודות תחמוצת פח אינדיום ולהכין חלקיקים מצופים מתכת לניסויים אלקטרוקינטיים. שיטה זו יכולה להקל על ניסויים בתחום האלקטרוקינטיקה, כגון אלקטרו-רוטציה, דיאלקטרופורזה ומיקרופלואידיקה. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא בכך שהיא מספקת שיטה מהירה ונוחה לייצור אלקטרודת ITO ולהכנת חלקיקי מעיל מתכת.

כדי להתחיל לייצר את האלקטרודה, הנח חתיכה נקייה של זכוכית מצופה ITO בגודל 25 מילימטר על 50 מילימטר על הבמה של מכונת חריטת לייזר סיבים פועמים. מקם את הלייזר 279.5 מילימטרים מעל זכוכית ה-ITO. ייבא את תבנית האלקטרודה לתוכנת בקרת המכשירים.

בחר תחילה Frame, Fill ו-Fill. הגדר את מהירות החריטה ל-800 מילימטרים לשנייה, את עוצמת הלייזר ל-60% ואת התדר ל-40 קילו-הרץ. view דפוס החריטה, והתאם ידנית את מיקום הזכוכית כדי למרכז את התבנית על הזכוכית.

לאחר שהתבנית ממורכזת, בצע את החריטה כדי לחלק את המשטח המוליך לרבעים. השתמש בסרט פולימיד כדי להצמיד חוט תקוע מבודד לכל רבע מוליך של זכוכית ה-ITO החרוטה. לאחר מכן, פצל כל פלט ערוץ של גנרטור דו-פונקציונאלי עם מחברי BNC כפולים.

ציידו יציאה אחת של כל ערוץ במגבר תפעולי הפוך. כדי להכין מערך אלקטרודות למדידות אלקטרוסרוטציה, חבר תחילה את האלקטרודה השמאלית העליונה ישירות למחבר ה-BNC הכפול של הערוץ הראשון. חבר את פלט המהפך המתאים לאלקטרודה שאינה סמוכה.

לאחר מכן, חבר את האלקטרודה השמאלית התחתונה לערוץ השני. חבר את פלט המהפך המתאים לחוט האחרון כדי לייצר מערך אלקטרודות עם שינוי פאזה של 90 מעלות בין אלקטרודות סמוכות. כדי להכין מערך אלקטרודות לדיאלקטרופורזה, במקום זאת חבר את התעלה הראשונה ההפוכה לאלקטרודה השמאלית התחתונה.

חבר את האלקטרודה הימנית התחתונה לערוץ השני. חבר את האלקטרודה האחרונה ליציאת המהפך המתאימה כדי לייצר מערך עם הסטת פאזה של 180 מעלות בין אלקטרודות סמוכות. כדי להתחיל בהכנת חלקיקי יאנוס, צנטריפוגה תרחיף מימי של 10% במשקל של שני חלקיקי סיליקה מיקרומטר ב -2, 200 פעמים גרם למשך דקה אחת.

העבירו שני מיקרוליטרים של חלקיקי הסיליקה המשקעים המתקבלים לצינור מיקרו-צנטריפוגה של 1.5 מיליליטר. הוסף 500 מיקרוליטר של 99.5% אתנול לחלקיקי הסיליקה. סוניקציה של המתלה למשך דקה אחת, ואז צנטריפוגה את המתלה ב -2, 200 פעמים גרם למשך שלוש דקות.

שפכו את הסופרנטנט, והוסיפו עוד 500 מיקרוליטר אתנול לדגימה. חזור על הסוניקציה והצנטריפוגה שלוש פעמים נוספות, ורענן את האתנול בכל פעם. לאחר מכן, שפכו את הסופרנטנט והוסיפו שמונה מיקרוליטרים של אתנול לדגימה.

סוניקציה של הדגימה למשך שלוש דקות. פיפטה שני מיקרוליטר מהמתלה שנוצר על מגלשת זכוכית. השתמש בשקופית כיסוי כדי לפזר לאט את הטיפה על השקופית ליצירת שכבה אחת של חלקיקי סיליקה.

לאחר שהממס התאדה, הנח את השקופית בציפוי מקרטע עם מטרה זהב. מקרטע מצפים את השקופית ב -15 מיליאמפר למשך 200 שניות כדי להכין את חלקיקי ג'אנוס. מרחו 20 מיקרוליטר מים נטולי יונים על המגלשה.

עקור בזהירות את חלקיקי ג'אנוס עם קצה פיפטה של 200 מיקרוליטר כך שהחלקיקים תלויים בטיפת המים. לאחר מכן, העבירו את תרחיף חלקיקי יאנוס לצינור מיקרו-צנטריפוגה של 1.5 מיליליטר. לדלל את התרחיף במים נטולי יונים לפי הצורך כדי להשיג ריכוז חלקיקי יאנוס מתאים לניסוי.

כדי להתחיל להכין חלקיקים מתכתיים מצופים במלואם, מערבבים יחד בסיס פולימרי פולידימתילסילוקסן וחומר הריפוי שלו ביחס משקל של 10 לאחד. מרחו סרט על שולי מגלשת זכוכית ליצירת מיכל. יוצקים את תערובת ה-PDMS למיכל בעל קירות הסרט לעומק של שניים עד שלושה מילימטרים.

הסר את ה-PDMS בוואקום למשך 30 דקות, ורפא את ה-PDMS ב-70 מעלות צלזיוס למשך שעתיים. לאחר מכן, הפרד את ה-PDMS הנרפא מהסרט ומהשקופית כדי לקבל חותמת PDMS חלקה. הכן שכבה אחת של חלקיקי יאנוס על שקופית זכוכית.

לאחר מכן, הנח את חותמת ה-PDMS עם הצד החלק כלפי מטה על השקופית והפעל לחץ אחיד כדי להעביר את חלקיקי ג'אנוס לחותמת. הפרד בזהירות את השקופית מחותמת ה-PDMS כדי לחשוף את פני הסיליקה של חלקיקי ג'אנוס. מקרטעים את החלקיקים על חותמת ה-PDMS בשכבה דקה נוספת של זהב כדי לקבל את החלקיקים המצופים במלואם.

השתמש בטיפה של מים נטולי יונים ובקצה פיפטה כדי לעקור את החלקיקים ממשטח החותמת שיש לתלות בטיפה. העבירו את המתלה לצינור מיקרו-צנטריפוגה, ודללו את המתלה לפי הצורך. כדי להתחיל בניסוי, כסו את מערך האלקטרודות הארבע-פאזי של ITO בחמש יריעות של סרט מעבדה פרפין.

השתמש באקדח חום כדי לקבע את שכבות הפרפין למערך האלקטרודות, וליצור מרווח של 500 מיקרומטר. לאחר מכן, הנח את מערך האלקטרודות על הבמה של מיקרוסקופ הפוך עם עדשת אובייקט 40X 0.6 NA. הניחו שמונה מיקרוליטרים של מתלה חלקיקים במרכז המערך, וכסו אותו בכוס כיסוי.

הגדר את שינוי הפאזה של מחולל הפונקציות ל-90 מעלות עבור ניסוי אלקטרו-רוטציה או אפס מעלות עבור ניסוי דיאלקטרופורזה. בחר גל סינוס כצורת הגל, והגדר את המתח והתדר משיא לשיא. הפעל את מחולל האותות, והשתמש במצלמת המיקרוסקופ ההפוכה כדי לצלם תמונות של תנועה וסיבוב של חלקיקים.

השתמש בתוכנת עיבוד תמונה כדי לקבוע את מהירויות החלקיקים לניתוח נוסף. מדידות תכונות אלקטרוקינטיות של זרם חילופין בוצעו על חלקיקי סיליקה בדרגות שונות של ציפוי זהב. נמצא כי חלקיקי יאנוס מסתובבים באותו כיוון כמו השדה החשמלי בתדרים נמוכים ושדה נגדי בתדרים גבוהים יותר.

המהירות הזוויתית המקסימלית נצפתה בתדר אופייני. מדידות אלקטרוסרוטציה של חלקיקי סיליקה חשופים הראו סיבוב שדה משותף בכל התדרים הנמדדים. המהירות הזוויתית המקסימלית נצפתה בתדר הנמוך ביותר שנמדד.

לעומת זאת, חלקיקי סיליקה מצופים זהב הראו סיבוב שדה נגדי בכל התדרים הנמדדים. המהירות הזוויתית המקסימלית של החלקיקים המצופים זהב נצפתה בתדירות אופיינית נמוכה יותר מאשר בחלקיקי יאנוס. תוצאות אלה, בסך הכל, הצביעו על כך שלא ניתן לייחס את התנהגות חלקיקי יאנוס למודל סופרפוזיציה פשוט של שתי המיספרות.

מדידות דיאלקטרופורזה של החלקיקים המצופים זהב במלואם הראו תגובת N-dielectrophoresis בתדרים נמוכים ותגובת P-dielectrophoresis בתדרים גבוהים. תדירות ההצלבה תאמה מאוד את התדר האופייני שבו נצפתה המהירות הזוויתית המקסימלית. לאחר פיתוחו, טכניקות אלו סללו את הדרך לחוקרים בתחום החומר הרך לחקור חופת אלקטרודות למינרית בסינתזה מיקרופלואידית.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לייצר אלקטרודת ITO עם מכונת סימון לייזר ולהכין חלקיק מעיל מתכת לניסויים אלקטרוקינטיים.