Preparazione delle particelle di Janus e delle misurazioni elettrokinetiche di corrente alternata con una matrice di elettrodi di ossido di stagno di indio rapidamente fabbricata

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di fabbricare rapidamente elettrodi di ossido di indio e stagno e preparare particelle rivestite di metallo per esperimenti elettrocinetici. Questo metodo può facilitare la sperimentazione nel campo dell'elettrocinetica, come l'elettrorotazione, la dielettroforesi e la microfluidica. Il vantaggio principale di questa tecnica è che fornisce un metodo rapido e conveniente per fabbricare elettrodi ITO e preparare particelle di rivestimento metallico.

Per iniziare a fabbricare l'elettrodo, posizionare un pezzo pulito di vetro rivestito ITO da 25 millimetri per 50 millimetri sul tavolino di una macchina per incisione laser a fibra pulsata. Posizionare il laser a 279,5 millimetri sopra il vetro ITO. Importare il modello di elettrodo nel software di controllo dello strumento.

Seleziona prima Fotogramma, Riempi e Riempi. Imposta la velocità di incisione a 800 millimetri al secondo, la potenza del laser al 60% e la frequenza a 40 kilohertz. Visualizza in anteprima il motivo di incisione e regola manualmente la posizione del vetro per centrare il motivo sul vetro.

Una volta centrato il motivo, eseguire l'incisione per dividere la superficie conduttiva in quadranti. Utilizzare del nastro di poliimmide per fissare un filo intrecciato isolato a ciascun quadrante conduttivo del vetro ITO inciso. Quindi, dividere l'uscita di ciascun canale di un generatore a due funzioni con doppi connettori BNC.

Equipaggiare un'uscita di ciascun canale con un amplificatore operazionale invertente. Per preparare un array di elettrodi per le misure di elettrorotazione, collegare prima l'elettrodo superiore sinistro direttamente al doppio connettore BNC del primo canale. Collegare l'uscita dell'inverter corrispondente all'elettrodo non adiacente.

Quindi, collegare l'elettrodo in basso a sinistra al secondo canale. Collegare l'uscita dell'inverter corrispondente all'ultimo filo per produrre un array di elettrodi con uno sfasamento di 90 gradi tra gli elettrodi adiacenti. Per preparare un array di elettrodi per la dielettroforesi, collegare invece il primo canale invertito all'elettrodo inferiore sinistro.

Collegare l'elettrodo inferiore destro al secondo canale. Collegare l'ultimo elettrodo all'uscita dell'inverter corrispondente per produrre un array con uno sfasamento di 180 gradi tra gli elettrodi adiacenti. Per iniziare a preparare le particelle di Giano, centrifugare una sospensione acquosa al 10% in peso di due micrometri di particelle di silice a 2.200 volte g per un minuto.

Trasferire due microlitri delle particelle di silice sedimentaria risultanti in una provetta da microcentrifuga da 1,5 millilitri. Aggiungere 500 microlitri di etanolo al 99,5% alle particelle di silice. Sonicare la sospensione per un minuto, quindi centrifugare la sospensione a 2, 200 volte g per tre minuti.

Decantare il surnatante e aggiungere altri 500 microlitri di etanolo al campione. Ripetere la sonicazione e la centrifugazione altre tre volte, rinfrescando ogni volta l'etanolo. Quindi, decantare il surnatante e aggiungere otto microlitri di etanolo al campione.

Sonicare il campione per tre minuti. Pipettare due microlitri della sospensione risultante su un vetrino. Utilizzare un vetrino di copertura per distribuire lentamente la gocciolina sul vetrino per formare un monostrato di particelle di silice.

Una volta evaporato il solvente, posizionare il vetrino in un verniciatore catodico con un bersaglio dorato. Sputter rivestire il vetrino a 15 milliampere per 200 secondi per preparare le particelle di Giano. Applicare 20 microlitri di acqua deionizzata sul vetrino.

Rimuovi con cautela le particelle di Janus con un puntale per pipetta da 200 microlitri in modo che le particelle siano sospese nella goccia d'acqua. Quindi, trasferire la sospensione di particelle Janus in una provetta da microcentrifuga da 1,5 millilitri. Diluire la sospensione con acqua deionizzata secondo necessità per ottenere una concentrazione di particelle Janus adatta per l'esperimento.

Per iniziare a preparare particelle metalliche completamente rivestite, mescolare insieme una base polimerica di polidimetilsilossano e il suo agente indurente in un rapporto di 10 a uno in peso. Applicare del nastro adesivo sui bordi di un vetrino per formare un contenitore. Versare la miscela PDMS nel contenitore con pareti adesive a una profondità di due o tre millimetri.

Degassare il PDMS sotto vuoto per 30 minuti e polimerizzare il PDMS a 70 gradi Celsius per due ore. Quindi, separare il PDMS polimerizzato dal nastro e dal vetrino per ottenere un timbro PDMS liscio. Preparare un monostrato di particelle di Giano su un vetrino.

Quindi, appoggiare il timbro PDMS con il lato liscio rivolto verso il basso sul vetrino e applicare una pressione uniforme per trasferire le particelle di Giano sul timbro. Separare con cura il vetrino dal timbro PDMS per esporre le facce di silice delle particelle di Giano. Rivestire le particelle sul timbro PDMS con un altro sottile strato d'oro per ottenere le particelle completamente rivestite.

Utilizzare una goccia di acqua deionizzata e un puntale per pipetta per rimuovere le particelle dalla superficie del timbro da sospendere nella gocciolina. Trasferire la sospensione in una provetta da microcentrifuga e diluire la sospensione secondo necessità. Per iniziare l'esperimento, coprire l'array di elettrodi quadrifase ITO con cinque fogli di pellicola di laboratorio di paraffina.

Utilizzare una pistola termica per fissare gli strati di paraffina all'array di elettrodi, formando un distanziatore da 500 micrometri. Quindi, posizionare l'array di elettrodi sul tavolino di un microscopio invertito con una lente dell'obiettivo 40X 0,6 NA. Posiziona otto microlitri di una sospensione di particelle al centro dell'array e coprilo con un vetro di copertura.

Impostare lo sfasamento del generatore di funzioni a 90 gradi per un esperimento di elettrorotazione o a zero gradi per un esperimento di dielettroforesi. Selezionare un'onda sinusoidale come forma d'onda e impostare la tensione e la frequenza picco-picco. Avvia il generatore di segnali e usa la fotocamera del microscopio invertito per acquisire immagini del movimento e della rotazione delle particelle.

Utilizza il software di elaborazione delle immagini per determinare le velocità delle particelle per ulteriori analisi. Le misurazioni delle proprietà elettrocinetiche in corrente alternata sono state eseguite su particelle di silice con vari gradi di rivestimento in oro. Si è scoperto che le particelle di Janus ruotano nella stessa direzione del campo elettrico a basse frequenze e del controcampo a frequenze più alte.

La velocità angolare massima è stata osservata ad una frequenza caratteristica. Le misurazioni dell'elettrorotazione delle particelle di silice nuda hanno mostrato la rotazione del co-campo a tutte le frequenze misurate. La velocità angolare massima è stata osservata alla frequenza misurata più bassa.

Al contrario, le particelle di silice rivestite d'oro hanno mostrato una rotazione in controcampo a tutte le frequenze misurate. La velocità angolare massima per le particelle rivestite d'oro è stata osservata a una frequenza caratteristica inferiore rispetto alle particelle di Giano. Questi risultati, nel complesso, hanno suggerito che il comportamento della particella Janus non poteva essere attribuito a un semplice modello di sovrapposizione a due emisferi.

Le misure di dielettroforesi delle particelle completamente rivestite d'oro hanno mostrato una risposta N-dielettroforesi alle basse frequenze e una risposta P-dielettroforesi alle alte frequenze. La frequenza di crossover corrispondeva strettamente alla frequenza caratteristica alla quale era stata osservata la velocità angolare massima. Dopo il suo sviluppo, queste tecniche hanno spianato la strada ai ricercatori nel campo della materia soffice per esplorare la chioma degli elettrodi per la laminazione nella sintesi microfluidica.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come fabbricare l'elettrodo ITO con una macchina per marcatura laser e preparare la particella di rivestimento metallico per esperimenti elettrocinetici.