June 23rd, 2017
이 글에서는 부분적으로 또는 완전히 코팅 된 금속 입자를 준비하고 빠르게 제조 된 인듐 주석 산화물 (ITO) 전극 배열을 사용하여 AC 동 전기 특성 측정을 수행하는 간단한 방법을 설명합니다.
이 절차의 전반적인 목표는 인듐 주석 산화물 전극을 신속하게 제작하고 전기 역학 실험을 위해 금속 코팅 입자를 준비하는 것입니다. 이 방법은 전기 회전, 이전기 영동 및 미세 유체 역학과 같은 전기 역학 분야의 실험을 촉진 할 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 ITO 전극을 제조하고 금속 코팅 입자를 준비하는 빠르고 편리한 방법을 제공한다는 것입니다.
전극 제작을 시작하려면 25mm x 50mm ITO 코팅 유리의 깨끗한 조각을 펄스 파이버 레이저 조각 기계의 무대에 놓습니다. 레이저를 ITO 유리에서 279.5mm 위에 놓습니다. 전극 패턴을 기기 제어 소프트웨어로 가져옵니다.
프레임(Frame), 채우기(Fill) 및 채우기(Fill)를 먼저 선택합니다. 조각 속도를 초당 800mm로, 레이저 출력을 60%로, 주파수를 40킬로헤르츠로 설정합니다. 조각 패턴을 미리 보고 유리 위치를 수동으로 조정하여 패턴이 유리의 중앙에 오
도록 합니다.패턴이 중앙에 배치되면 조각을 수행하여 전도성 표면을 사분면으로 나눕니다. 폴리이미드 테이프를 사용하여 새겨진 ITO 유리의 각 전도성 사분면에 절연 연선을 부착합니다. 그런 다음 이중 BNC 커넥터가 있는 2-함수 발생기의 각 채널 출력을 분할합니다.
각 채널의 출력 1개에 반전 연산 증폭기를 장착합니다. 전기 회전 측정을 위해 전극 어레이를 준비하려면 먼저 왼쪽 상단 전극을 첫 번째 채널의 이중 BNC 커넥터에 직접 연결하십시오. 해당 인버터 출력을 인접하지 않은 전극에 연결합니다.
그런 다음 왼쪽 하단 전극을 두 번째 채널에 연결합니다. 해당 인버터 출력을 마지막 와이어에 연결하여 인접한 전극 사이에 90도 위상 변이가 있는 전극 어레이를 생성합니다. dielectrophoresis를 위한 전극 어레이를 준비하려면 대신 반전된 첫 번째 채널을 왼쪽 하단 전극에 연결하십시오.
오른쪽 하단 전극을 두 번째 채널에 연결합니다. 마지막 전극을 해당 인버터 출력에 연결하여 인접한 전극 사이에 180도 위상 변이가 있는 어레이를 생성합니다. 야누스 입자를 준비하기 시작하기 위해, 2개의 마이크로미터 실리카 입자를 1분 동안 2, 200배 g으로 10중량 중량의 수성 현탁액을 원심분리한다.
생성된 침전물 실리카 입자 2마이크로리터를 1.5ml 마이크로 원심분리기 튜브로 옮깁니다. 실리카 입자에 99.5% 에탄올 500마이크로리터를 첨가합니다. 1 분 동안 현탁액을 sonicate, 그 후에 2, 3 분 동안 200 시간 g에 현탁액을 원심 분리하십시오.
상등액을 디캔팅하고 샘플에 500마이크로리터의 에탄올을 더 첨가합니다. 초음파 처리와 원심 분리를 세 번 더 반복하고 매번 에탄올을 새로 고칩니다. 그런 다음 상등액을 디캔팅하고 샘플에 8마이크로리터의 에탄올을 추가합니다.
샘플을 3분 동안 초음파 처리합니다. 생성된 현탁액 2마이크로리터를 유리 슬라이드에 피펫팅합니다. 커버 슬라이드를 사용하여 슬라이드 위에 액적을 천천히 퍼뜨려 실리카 입자의 단층을 형성합니다.
용매가 증발하면 슬라이드를 금 타겟이 있는 스퍼터 코팅기에 넣습니다. 스퍼터링은 15 밀리 암페어에서 200 초 동안 슬라이드를 코팅하여 야누스 입자를 준비합니다. 슬라이드에 20마이크로리터의 탈이온수를 적용합니다.
200마이크로리터 피펫 팁으로 Janus 입자를 조심스럽게 제거하여 입자가 물방울에 부유하도록 합니다. 그런 다음 Janus 입자 현탁액을 1.5ml 마이크로 원심분리기 튜브로 옮깁니다. 실험에 적합한 Janus 입자 농도를 얻기 위해 필요에 따라 현탁액을 탈이온수로 희석합니다.
완전히 코팅된 금속 입자를 준비하려면 폴리디메틸실록산 폴리머 베이스와 경화제를 10:1 중량 비율로 혼합합니다. 유리 슬라이드의 가장자리에 테이프를 붙여 용기를 만듭니다. PDMS 혼합물을 테이프 벽으로 된 용기에 2-3mm 깊이로 붓습니다.
진공 상태에서 PDMS를 30분 동안 가스를 제거하고 섭씨 70도에서 2시간 동안 PDMS를 경화합니다. 그런 다음 경화된 PDMS를 테이프 및 슬라이드에서 분리하여 부드러운 PDMS 스탬프를 얻습니다. 유리 슬라이드에 야누스 입자의 단층을 준비합니다.
그런 다음 PDMS 스탬프를 매끄럽게 하는 면이 아래로 향하도록 슬라이드에 놓고 균일한 압력을 가하여 Janus 입자를 스탬프로 전달합니다. PDMS 스탬프에서 슬라이드를 조심스럽게 분리하여 Janus 입자의 실리카 면을 노출시킵니다. 스퍼터링은 PDMS 스탬프의 입자를 다른 얇은 금 층으로 코팅하여 완전히 코팅된 입자를 얻습니다.
탈이온수 한 방울과 피펫 팁을 사용하여 스탬프 표면에서 입자를 제거하여 물방울에 부유시킵니다. 현탁액을 마이크로 원심분리기 튜브로 옮기고 필요에 따라 현탁액을 희석합니다. 실험을 시작하려면 ITO 4상 전극 어레이를 파라핀 실험실 필름 5장으로 덮습니다.
히트 건을 사용하여 파라핀 층을 전극 어레이에 고정하여 500 마이크로 미터 스페이서를 형성합니다. 그런 다음 전극 어레이를 tag40X 0.6 NA 대물 렌즈가 있는 도립 현미경의 e. 어레이 중앙에 8마이크로리터의 입자 현탁액을 놓고 커버 유리로 덮습니다.
전기 회전 실험의 경우 함수 발생기 위상 변이를 90도로 설정하거나 dielectrophoresis 실험의 경우 0도로 설정합니다. 사인파를 파형으로 선택하고 피크 대 피크 전압과 주파수를 설정합니다. 신호 발생기를 시작하고 도립 현미경 카메라를 사용하여 입자의 움직임과 회전 이미지를 캡처합니다.
이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 추가 분석을 위한 입자 속도를 확인할 수 있습니다. 교류 전기역학 특성 측정은 다양한 정도의 금 코팅이 된 실리카 입자에 대해 수행되었습니다. 야누스 입자는 낮은 주파수에서 전기장과 같은 방향으로 회전하고 높은 주파수에서 역장으로 회전하는 것으로 밝혀졌습니다.
최대 각속도는 특성 주파수에서 관찰되었습니다. 베어 실리카 입자의 전기 회전 측정은 측정된 모든 주파수에서 동일장 회전을 보여주었습니다. 최대 각속도는 가장 낮은 측정 주파수에서 관찰되었습니다.
대조적으로, 금으로 코팅된 실리카 입자는 측정된 모든 주파수에서 역장 회전을 보여주었습니다. 금으로 코팅된 입자의 최대 각속도는 야누스 입자보다 낮은 특성 주파수에서 관찰되었습니다. 이러한 결과는 전반적으로 야누스 입자의 거동이 단순한 2개의 반구 중첩 모델에 기인할 수 없음을 시사했다.
완전히 금으로 코팅된 입자의 이전기영동 측정은 저주파에서 N-이전기영동 반응과 고주파에서 P-이전기영동 반응을 보여주었습니다. 교차 주파수는 최대 각속도가 관찰된 특성 주파수와 밀접하게 일치했습니다. 개발 후, 이러한 기술은 연질 물질 분야의 연구자들이 미세 유체 합성에서 층류의 전극 캐노피를 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.
이 비디오를 시청한 후에는 레이저 마킹 기계로 ITO 전극을 제작하고 전기 역학 실험을 위해 금속 코팅 입자를 준비하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
이 기사는 부분적 또는 전체 코팅이 있는 금속 입자를 준비하고, 신속하게 제조된 산화인듐 주석(ITO) 전극 어레이를 사용하여 AC 전기동역학 특성 측정을 수행하는 방법을 시연합니다.
This method enables rapid prototyping of electrode arrays and preparation of asymmetric particles for electrokinetic characterization, supporting early-stage target validation in biophysical screening. By reducing fabrication complexity, it accelerates assay development workflows for mechanistically de-risking particle-based therapeutic hypotheses. The approach enhances predictive confidence in lead identification by providing quantitative, reproducible electrokinetic readouts.
This method integrates into early discovery workflows by enabling rapid generation of validated particle systems and electrode platforms for downstream screening and mechanistic studies.