Name: Bereiding van Janus-deeltjes en wisselende stroom elektrokinetische metingen met een snel vervaardigde Indium-tinoxide-elektrode-array (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-23T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 55 s
Description: Leer de bereiding van Janus-deeltjes en wisselende stroom elektrokinetische metingen met een snel vervaardigde ITO-elektrode-array. Deze methode ondersteunt onderzoek naar elektro-rotatie en diëlektroforese.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door het ministerie van Wetenschap en Technologie, Taiwan, ROC, onder subsidie ​​NSC 103-2112-M-002-008-MY3.

1. Fabricage van de Microchip <ol><li> Voorbereiding van de ITO-elektrode <ol><li> Gebruik commerciële illustratiesoftware om een ​​kruispatroon te tekenen. Stel de afstand tussen de diagonale elektroden op tot 160 μm en maak de armen van het kruispatroon 30 mm breed en 55 mm lang, zoals weergegeven in figuur 1 . Sla het illustratiebestand op als een DXF-bestand. </li><li> Gebruik een glazen snijmachine om het ITO-glas te bekleden tot een maat van 25 mm x 50 mm (breedte x lengte). Gebruik 75% ethanol en DI water om het ITO glas meerdere keren te spoelen. </li><li> Zet het ITO-glas op de pulserende vezel lasermarkeringsmachine. Focus de laser op het oppervlak van het ITO-glas door de afstand tussen het ITO-glas en de laser op 279,5 mm aan te passen. OPMERKING: De hier gebruikte laser heeft de volgende specificaties: 1,064 nm, 20 W, 90 tot 120 ns pulsbreedte en 20 tot 80 kHz pulsherhalingsfrequentie, met een pulserende lichtintensiteit bij ongeveer 5 x 10 5 W / cm 2). </li><li> Voer het illustratiebestand (DXF-bestand) direct in op de computer van de lasermarkeringsmachine. Klik op de knop &quot;Markering Parameter&quot; en voer de volgende parameters in: snelheid, &quot;800 mm / s;&quot; Kracht, &quot;60%;&quot; En frequentie, &quot;40 kHz.&quot; Vink de termen &quot;Frame&quot;, &quot;Fill&quot; en &quot;Fill First&quot; aan. <ol><li> Klik op de &quot;Preview&quot; knop knop het patroon in het ITO glazen centrum. Klik op de knop &#39;Mark Sample&#39; om het ITO-glas te patroneren ( Figuur 1 A ). </li></ol></li></ol></li><li> Een vierfase generator opzetten en de experimentele microchip aansluiten <ol><li> Bouw de schakelingen van de omvormers, zoals getoond in figuur 2 A. </li><li> Verbind de 4 draden op de vierfasige elektrode door direct contact met de band, zoals weergegeven in figuur 2C . Verdeel de &quot;Channels&quot;El 1 &quot;van de functie generator in twee takken met een dubbele BNC connector. <ol><li> Sluit een tak aan op de draad (# 1) die is bevestigd aan de ITO-elektrode en de andere aan de ingang van de omvormer. Sluit de uitgang van de omvormer aan op de draad (# 3), zoals weergegeven in Figuur 2 B. </li></ol></li><li> Verbind &quot;Kanaal 2&quot; met dezelfde procedure als in stap 1.2.2, maar verbind met de draden (# 2 en # 4) zoals getoond in Figuur 2 B. </li><li> Voor de EROT-experimenten zet u de faseverschuiving tussen de twee kanalen op 90 °, direct op de functiewerker. Breng een sinusgolf aan bij 0,5-4 V pp spannings amplitude en een frequentie variërend van 100 Hz tot 5 MHz tijdens de experimenten, zoals getoond in Figuur 2 D. </li><li> Voor de DEP-experimenten sluit u een tak van kanaal 1 aan op de draad (# 1) die is bevestigd aan de ITO-elektrode en de andere naar deInvoer van de inverter. Sluit de uitgang van de omvormer aan op de draad (# 2). Verbind kanaal 2 met dezelfde procedure, maar verbind met de draden (# 3 en # 4). </li><li> Stel de faseverschuiving tussen de 2 kanalen op 0 ° rechtstreeks op de functiewerker. Breng een sinusgolf aan bij 0,5-4 V pp spannings amplitude en een frequentie variërend van 100 Hz tot 5 MHz tijdens de experimenten, zoals getoond in Figuur 2 D. </li></ol></li></ol> 2. Voorbereiding van de monsters <ol><li> Bereiding van Janus deeltjes <ol><li> Centrifugeer de 2 μm siliciumdioxide deeltjes waterige suspensie (10% w / w) bij 2.200 xg gedurende 1 minuut. </li><li> Pipetteer 2 μL sedimentaire silica deeltjes in een 1,5 ml microcentrifuge buis en voeg 500 μL ethanol (99,5% v / v) toe. OPMERKING: De supernatant hoeft niet weggegooid te worden; Bewaar het gewoon in de koelkast bij 4 ° C. Het hoeft niet worden geresuspendeerd voor pipettineg. </li><li> Sonicateer de ethanol-silica deeltjes suspensie met een ultrasooninrichting (43 kHz, 50 W) gedurende 1 minuut en centrifugeer dan gedurende 2 minuten bij 2.200 xg. </li><li> Vervang de supernatant met 500 μl ethanol en herhaal stap 2.1.3 driemaal. </li><li> Vervang het supernatant met 8 μl ethanol en sonicate de ethanol-silica deeltjes suspensie met behulp van een ultrasonicator (43 kHz, 50 W) gedurende 3 minuten. OPMERKING: Ongeveer 10 μl ethanol-silica deeltjes suspensie moet bij deze stap in de buis blijven. </li><li> Pipetteer 2 μL ethanol-silica deeltjes suspensie en laat het op een normale glijbaan glijden (breedte: 25 mm, lengte: 75 mm en dikte: 1,2 mm) om een ​​druppel te vormen. Opmerking: Deze hoeveelheid deeltjesuspensie is voldoende om de monolagen te bereiden voor 5-6 glijbanen (2 μl voor elke glijbaan). </li><li> Sleep de ethanol-silica deeltjesdruppel langzaam met een dekglas om een ​​monolaag van silica-deeltjes te vormen ( figuur 3) </stRong&gt; A ). </li><li> Zet de glijbaan met de monolaag van siliciumdioxide deeltjes in een sputterapparaat die met Au wordt bedekt. <ol><li> Verwijder de lucht uit de sputterkamer bij 100 mTorr en injecteer argon gedurende 10 minuten (vervang de lucht met argon). Stop met het injecteren van argon en verwijder vervolgens de argon uit de kamer bij 70 mTorr. </li><li> Stel de stroom in op 15 mA voor 200 s. ( Figuur 3B ); Janus deeltjes zijn al in deze stap voorbereid. </li></ol></li><li> Druppel 20 μL DI water op de sputtered slide en schraap de Janus deeltjes uit de monolaag met behulp van een normale 200 μL pipettip. OPMERKING: De Janus deeltjes die uit de monolayer zijn geschraapt, schuiven in deze DI waterdruppel op deze stap. </li><li> Pipet de Janus deeltjes suspensie druppel en laat het in een andere 1,5 ml centrifuge buis. </li><li> Gebruik de Janus deeltjes suspensie om het monster voor te bereiden door het met DI water te verdunnen tot een geschikte concentratieOp voor experimenten. OPMERKING: De concentratie van de deeltjesuspensie in de hier beschreven experimenten bedraagt ​​ongeveer 2000 tellingen / μl. </li></ol></li><li> Bereiding van volledig gecoate metallische deeltjes 14 <ol><li> Meng de PDMS-polymeerbasis en het uithardingsmiddel bij een gewichtsverhouding van 10: 1. </li><li> Tape om de glazen glijbaan om de laterale muren van de container te vormen. Giet het mengsel van PDMS op een taped slide om een ​​PDMS laag van 2-3 mm te verkrijgen, zoals getoond in Figuur 4A . </li><li> Plaats de taped slide (container) met het PDMS mengsel in een luchtdichte kamer en laat de vacuümpomp 30 minuten duren om de bellen in het PDMS-mengsel te verwijderen. </li><li> Plaats de taped slide (container) met het PDMS mengsel (stap 2.2.3) in de oven. Zuur het PDMS-mengsel bij 70 ° C gedurende 2 uur om een ​​PDMS-stempel te vormen. </li><li> Nadat de PDMS-stempel is genezen, verwijder de dia en tape om de PDMS-stempel, het oppervlak te krijgenWaarvan oorspronkelijk gehecht aan de glazen glijbaan, een vlak oppervlak vormen, zoals getoond in figuur 4 B. </li><li> Volg de stappen van 2.1.1-2.1.8 om een ​​monolayer van Janus deeltjes op een dia op te stellen. </li><li> Gebruik het platte oppervlak van de PDMS-stempel om de monolaag met uniforme druk te stampen. </li><li> Zet de PDMS-stempel met de monolaag van Janus-deeltjes, die omgekeerd is van de glazen schuif die in stap 2.1.8 is gemaakt, in het sputterapparaat dat met Au wordt bedekt. <ol><li> Verwijder lucht uit de sputterkamer bij 100 mTorr en injecteer argon gedurende 10 minuten (vervang de lucht met argon). Stop met het injecteren van argon en verwijder vervolgens de argon uit de kamer bij 70 mTorr. </li><li> Stel de stroom in op 15 mA voor 200 s ( Figuur 4 C ); De volledig gecoate metallische deeltjes zijn al in deze stap bereid. </li></ol></li><li> Volg de stappen van 2.1.9-2.1.11 om het monster voor experimenten voor te bereiden. </li> &lt;/ Ol&gt; </li></ol> 3. Experimenten voor AC-elektrokinetische meting <ol><li> Wikkel 5 stuks paraffinefilm om een ​​spacer te bereiden. Combineer het ITO-elektrode-array met de filmafstandsmeter van 500 μm dikte met behulp van een warmtepistool en plaats de elektrode op de microscoopfase. <ol><li> Druppel 8 μl deeltjesuspensie, die in stappen 2.1 en 2.2 werd bereid in het midden van de kruiselektrode-array. Plaats een afdekglas op de spacer. </li></ol></li><li> Voor de EROT-experimenten, op de functiegenerator, zet u de faseverschuiving tussen de 2 kanalen op 90 °. Breng een sinusgolf aan bij 0,5-4 V pp spannings amplitude en een frequentie variërend van 100 Hz tot 5 MHz tijdens de experimenten (gebaseerd op de verbinding in stappen 1.2.2-1.2.3). <ol><li> Kies de golfvorm door op de &quot;waveform&quot; -knop op de functiegenerator te klikken. Voer de spannings- en frequentiewaarde in met behulp van de genummerde toetsen op de functie geNerator en zet vervolgens het AC signaal aan door op de &quot;output&quot; knop te klikken. </li></ol></li><li> Voor de DEP-experimenten stelt u de faseverschuiving tussen de 2 kanalen in op 0 °. Breng een sinusgolf aan bij de 0,5-4 V pp spannings amplitude en een frequentie van 100 Hz tot 5 MHz tijdens de experimenten (op basis van de verbindingen in stap 1.2.5) door de functiewerker op te zetten zoals in stap 3.2.1. </li><li> Zet het AC signaal aan door op de &quot;output&quot; knop te klikken en de beelden van deeltjesbeweging en rotatie vast te leggen onder een omgekeerde optische microscoop met een doelstelling van 40X, NA 0.6 met behulp van een camera. </li><li> Voer de afbeeldingen van deeltjesbeweging en rotatie in de software in en analyseer het traject van deeltjes door deeltjesvolgorde om de deeltjes- en hoeksnelheden te verkrijgen. Opmerking: de &quot;Image J&quot; -software en de &quot;MultiTracker&quot; -toepassing werden hier gebruikt voor beeldbinarisatie en particle tracking. </li></ol>

<ol><li>Walther, A., Müller, A. H. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2008/SM/b718131k#!divAbstract">Janus particles.</a> Soft Matter. 4 (4), 663-668 (2008).</li>
<li>Chen, Y. -L., Jiang, H. -R. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4967740?journalCode=apl">Electrorotation of a metallic coated Janus particle under AC electric fields.</a> Appl Phys Lett. 109 (19), 191605(2016).</li>
<li>Zhang, L., Zhu, Y. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22924894">Directed assembly of janus particles under high frequency ac-electric fields: Effects of medium conductivity and colloidal surface chemistry.</a> Langmuir. 28 (37), 13201-13207 (2012).</li>
<li>Gangwal, S., Cayre, O. J., Velev, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectrophoretic+assembly+of+metallodielectric+Janus+particles+in+AC+electric+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Dielectrophoretic assembly of metallodielectric Janus particles in AC electric fields.</a> Langmuir. 24 (23), 13312-13320 (2008).</li>
<li>Zhang, L., Zhu, Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3378687?journalCode=apl">Dielectrophoresis of Janus particles under high frequency ac-electric fields.</a> Appl Phys Lett. 96 (14), 141902(2010).</li>
<li>Chen, J., Zhang, H., Zheng, X., Cui, H. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4868373">Janus particle microshuttle: 1D directional self-propulsion modulated by AC electrical field.</a> AIP Adv. 4 (3), 031325(2014).</li>
<li>Gangwal, S., Cayre, O. J., Bazant, M. Z., Velev, O. D. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.100.058302">Induced-charge electrophoresis of metallodielectric particles.</a> Phys Rev Lett. 100 (5), 058302(2008).</li>
<li>Peng, C., Lazo, I., Shiyanovskii, S. V., Lavrentovich, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Induced-charge+electro-osmosis+around+metal+and+Janus+spheres+in+water%3A+Patterns+of+flow+and+breaking+symmetries%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+E%22%5BJournal%5D)">Induced-charge electro-osmosis around metal and Janus spheres in water: Patterns of flow and breaking symmetries.</a> Phys Rev E. 90 (5), 051002(2014).</li>
<li>Ramos, A., García-Sánchez, P., Morgan, H. <a target="_blank" href="https://www.infona.pl/resource/bwmeta1.element.elsevier-629cc57b-551e-3eca-bc03-4c5aae304080">AC electrokinetics of conducting microparticles: A review.</a> Curr Opin Colloid Interface Sci. 24, 79-90 (2016).</li>
<li>Hong, L., Jiang, S., Granick, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simple+method+to+produce+Janus+colloidal+particles+in+large+quantity%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Simple method to produce Janus colloidal particles in large quantity.</a> Langmuir. 22 (23), 9495-9499 (2006).</li>
<li>Bhaskar, S., Hitt, J., Chang, S. W. L., Lahann, J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.200806241/full#references">Multicompartmental microcylinders.</a> Angewandte Chemie International Edition. 48 (25), 4589-4593 (2009).</li>
<li>Nie, Z., Li, W., Seo, M., Xu, S., Kumacheva, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Janus+and+ternary+particles+generated+by+microfluidic+synthesis%3A+design%2C+synthesis%2C+and+self-assembly%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Janus and ternary particles generated by microfluidic synthesis: design, synthesis, and self-assembly.</a> J Am Chem Soc. 128 (29), 9408-9412 (2006).</li>
<li>Jiang, H. -R., Yoshinaga, N., Sano, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+motion+of+a+Janus+particle+by+self-thermophoresis+in+a+defocused+laser+beam%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">Active motion of a Janus particle by self-thermophoresis in a defocused laser beam.</a> Phys Rev Lett. 105 (26), 268302(2010).</li>
<li>Pawar, A. B., Kretzschmar, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multifunctional+patchy+particles+by+glancing+angle+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Multifunctional patchy particles by glancing angle deposition.</a> Langmuir. 25 (16), 9057-9063 (2009).</li>
<li>García-Sánchez, P., Ren, Y., Arcenegui, J. J., Morgan, H., Ramos, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alternating+current+electrokinetic+properties+of+gold-coated+microspheres%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Alternating current electrokinetic properties of gold-coated microspheres.</a> Langmuir. 28 (39), 13861-13870 (2012).</li>
<li>Ren, Y. K., Morganti, D., Jiang, H. Y., Ramos, A., Morgan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrorotation+of+metallic+microspheres%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Electrorotation of metallic microspheres.</a> Langmuir. 27 (6), 2128-2131 (2011).</li>
<li>Jones, T. B., Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJones%2C+TB+%22Electromechanics+of+particles%22">Electromechanics of particles</a>. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2005).</li>
<li>Morganti, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMorganti%2C+D+%22AC+electrokinetic+analysis+of+chemically+modified+microparticles%22">AC electrokinetic analysis of chemically modified microparticles</a>. , University of Southampton. (2012).</li>
<li>Morgan, H., Hughes, M. P., Green, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Separation+of+submicron+bioparticles+by+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">Separation of submicron bioparticles by dielectrophoresis.</a> Biophys J. 77 (1), 516-525 (1999).</li>
<li>Ren, Y., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/LC/c5lc00058k#!divAbstract">Induced-charge electroosmotic trapping of particles.</a> Lab Chip. 15 (10), 2181-2191 (2015).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Het vervaardigen van ITO-elektrode arrays met behulp van de vezel laser markeringsmachine biedt een snelle methode om elektroden op te stellen met willekeurige patronen. Er zijn echter nog enkele nadelen voor deze methode, zoals minder laders en de lagere fabricage-nauwkeurigheid van ITO-elektroden in vergelijking met metalen elektroden die zijn gecreëerd door traditionele methodes. Deze nadelen kunnen sommige experimenten beperken. Bijvoorbeeld, minder laders kunnen de distributie van het elektrische veld beïnvloeden w...

Janus deeltjes, genoemd naar de Romeinse god met een dubbel gezicht, zijn asymmetrische deeltjes waarvan de twee zijden fysisch of chemisch verschillend oppervlakken eigenschappen 1 , 2 hebben . Door deze asymmetrische eigenschap hebben Janus deeltjes speciale reacties onder elektrische velden, zoals DEP 3 , 4 , 5 , 6 , EROT 2 en geïnduceerde lading elektroforese (ICEP) 7 , 8 , 9 . Onlangs zijn diverse methoden voor het bereiden van Janus deeltjes gerapporteerd, waaronder de Pickering emulsie methode 10 , de elektrohydrodynamische co-methode 11 , en de microfluïdische fotopolymerisatie methode 12 . Deze methoden vereisen echter een reeks compGelicentieerde apparaten en procedures. Dit artikel introduceert een eenvoudige methode om Janus deeltjes en volledig gecoate metallische deeltjes te bereiden. Een monolaag van micro-schaalde siliciumdioxide deeltjes wordt bereid in een droogproces en wordt in een sputterapparaat aangebracht die met Au wordt bedekt. Een halfrond van het deeltje is schaduwrijk, en alleen het andere halfrond is bedekt met Au 2 , 13 . De monolaag van het Janus-deeltje wordt gestempeld met een polydimethylsiloxaan (PDMS) -stempel en vervolgens behandeld met een tweede coatingproces om volledig gecoate metallische deeltjes 14 te bereiden. Om de elektrische eigenschappen van een Janus-deeltje te karakteriseren, worden verschillende AC-elektrokinetische reacties, zoals DEP, EROT en elektro-oriëntatie, veel gebruikt 9 , 15 , 16 , 17 , 18 <sUp&gt;, 19 . Bijvoorbeeld, EROT is de steady state roterende reactie van een deeltje onder een extern opgeladen roterend elektrisch veld 2 , 9 , 15 , 16 . Door de EROT te meten kan de interactie tussen de geïnduceerde dipool van de deeltjes en de elektrische velden worden verkregen. DEP, die voortvloeit uit de interactie tussen de geïnduceerde dipolen en een niet-uniform elektrisch veld, kan leiden tot deeltjesbeweging 3 , 4 , 5 , 9 , 15 . Verschillende soorten deeltjes kunnen aangetrokken worden tot (positieve DEP) of afstoten van (negatieve DEP) de elektrode randen, die dient als een algemene methode voor het manipuleren en karakteriseren van deeltjes in het microfluïdische apparaat. De translatie (DEP) en Rota<html> (EROT) kenmerken van het deeltje onder het elektrische veld worden gedomineerd door het echte en denkbeeldige deel van de Clausius-Mossotti (CM) -factor, respectievelijk. De CM-factor hangt af van de elektrische eigenschappen van de deeltjes en de omringende vloeistof, die worden onthuld uit de kenmerkende frequentie, ω c = 2σ / aC DL , van DEP en EROT, waar σ de vloeibare geleidbaarheid is, a de deeltjesradius is, En C DL is de capaciteit van de elektrische dubbele laag 15 , 16 . Om de EROT en DEP van deeltjes te meten, zijn speciaal ontworpen elektrode array patronen nodig. Traditioneel wordt een fotolithografische techniek gebruikt om elektrode arrays te maken en vereist een reeks ingewikkelde procedures, waaronder fotoresist spin coating, masker uitlijning, blootstelling en ontwikkeling 15 , 18 ,S = &quot;xref&quot;&gt; 19 , 20 . In dit artikel wordt de snelle fabricage van elektrode arrays aangetoond door directe optische patronen. Een transparante dunne-film-ITO-laag, die op het glazen substraat is bekleed, wordt gedeeltelijk verwijderd door een glasvezelmarkeringsmachine (1,064 nm, 20 W, 90 tot 120 ns pulsbreedte en 20 tot 80 kHz pulsherhalingsfrequentie) om te vormen Een vierfase elektrode array. De afstand tussen de diagonale elektroden is 150-800 μm, die kan worden aangepast aan de experimenten. De vierfase-elektrode-array kan gebruikt worden om deeltjes in verschillende microfluidische inrichtingen 15 , 16 , 18 te karakteriseren en te concentreren. Om het vierfase elektrisch veld te genereren, is de elektrode array aangesloten op een 2-kanaals-functie generator en op twee invertors. De faseverschuiving tussen de aangrenzende elektroden is ingesteld op 90 ° (voor EROT) of 180 ° (voor DEP) 15 . Het AC signaal wordt toegepast op een spanning amplitude van 0,5 tot 4 V, en de frequentie varieert van 100 Hz tot 5 MHz tijdens het bedrijfsproces. Janus deeltjes, metallische deeltjes en silica deeltjes worden gebruikt als monsters om hun AC elektrokinetische eigenschappen te meten. Suspensies van de deeltjes worden geplaatst op het middengebied van de elektrode-array en worden waargenomen onder een omgekeerde optische microscoop met een doelstelling van 40X, NA 0,6. Partikelbeweging en rotatie worden opgenomen met een digitale camera. De DEP-beweging is opgenomen in het ringvormige gebied, tussen 40 en 65 μm radiaal weg van het matrixcentrum, en EROT is in het cirkelgebied geregistreerd, 65 μm radiaal weg van het matrixcentrum. De deeltjesnelheid en de hoeksnelheid worden gemeten door middel van de deeltjesopsporingswerkwijze. De deeltjescentroïden worden gekenmerkt door grijsschaal of geometrie van deeltjes met behulp van software. De deeltjesnelheid en de hoeksnelheid worden verkregen doorHet meten van de bewegingen van de deeltjescentroïden. Dit artikel biedt een eenvoudige methode om willekeurig geproduceerde elektrode arrays snel te vervaardigen. Het introduceert de voorbereiding van volledig of gedeeltelijk gecoate metallische deeltjes, die in verschillende velden kunnen worden gebruikt, met toepassingen variërend van biologie tot industriële toepassingen.

<table><tbody><tr><td>Silica Microsphere-2.34 &micro;m</td><td>Bangs Laboratories</td><td>SS04N</td><td></td></tr><tr><td>Ethyl Alcohol (99.5%)</td><td>KATAYAMA CHEMICAL</td><td>E-0105</td><td></td></tr><tr><td>SYLGARD 184 A&amp;B Silicone Elastomer(PDMS)</td><td>DOW CORNING</td><td></td><td>PDMS&nbsp;</td></tr><tr><td>&nbsp;ITO glas</td><td>Luminescence Technology</td><td>LT-G001</td><td></td></tr><tr><td>Fiber laser markeerapparaat</td><td>Taiwan 3Axle Technology</td><td>TAFB-R-20W</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;2-kanaals functiegenerator</td><td>Gwinsek</td><td>AFG-2225</td><td></td></tr><tr><td>CMOS camera</td><td>Point Grey</td><td>GS3-U3-32S4M-C</td><td></td></tr><tr><td>Sputter</td><td>JEOL</td><td>JFC-1100E</td><td></td></tr><tr><td>Operationele Versterkers</td><td>Texas Instruments</td><td>LM6361N</td><td>OP omvormer&nbsp;</td></tr><tr><td>Ultrasone reiniger</td><td>Gui Lin Yiyuan Ultrasonic Machinery Co.</td><td>DG-1</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge</td><td>Scientific Specialties, Inc.</td><td></td><td>1.5ml</td></tr><tr><td>Mini Centrifuge</td><td>LMS</td><td>MC-MCF-2360</td><td></td></tr><tr><td>Microscoop dekglas</td><td>Marienfeld-Superior</td><td></td><td>18*18mm</td></tr><tr><td>Omgekeerde optische microscoop</td><td>Olympus</td><td>OX-71&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>bemis</td><td></td><td>afstandshouder</td></tr></tbody></table>

bereiding van janus-deeltjes en wisselende stroom elektrokinetische metingen met een snel vervaardigde indium-tinoxide-elektrode-array

Preparation of Janus Particles and Alternating Current Electrokinetic Measurements with a Rapidly Fabricated Indium Tin Oxide Electrode Array

Dit artikel biedt een eenvoudige methode om gedeeltelijk of volledig gecoate metallische deeltjes te bereiden en om de snelle fabricage van elektrode arrays te verrichten, die elektrische experimenten in microfluïdische apparaten kunnen vergemakkelijken. Janus deeltjes zijn asymmetrische deeltjes die op hun twee zijden twee verschillende oppervlakte eigenschappen bevatten. Voor het bereiden van Janus deeltjes wordt een monolaag van silica deeltjes bereid door een droogproces. Goud (Au) wordt aan één kant van elk deeltje gedeponeerd met behulp van een sputterapparaat. De volledig gecoate metallische deeltjes worden na het tweede bekledingsproces voltooid. Om de elektrische oppervlakte eigenschappen van Janus deeltjes te analyseren, worden wisselstroom (AC) elektrokinetische metingen, zoals dielektroforese (DEP) en electrorotatie (EROT) - die speciaal ontworpen elektrode arrays in het experimentele apparaat nodig hebben - uitgevoerd. Echter, traditionele methoden voor het vervaardigen van elektrode arrays, zoals de fotolithografische techniek, vereisen een serieVan ingewikkelde procedures. Hier introduceren we een flexibele methode om een ​​ontworpen elektrode array te fabriceren. Een glas van indiumtinoxide (ITO) wordt gevormd door een glasvezelmarkeringsmachine (1,064 nm, 20 W, 90 tot 120 ns pulsbreedte en 20 tot 80 kHz pulsherhalingsfrequentie) om een ​​vierfasige elektrode-array te creëren. Om het vierfase elektrisch veld te genereren, worden de elektroden verbonden met een 2-kanaals-functie generator en op twee inverters. De faseverschuiving tussen de aangrenzende elektroden is ingesteld op 90 ° (voor EROT) of 180 ° (voor DEP). Representatieve resultaten van AC-elektrokinetische metingen met een vierfasige ITO-elektrode-array worden gepresenteerd.

De vierfase elektrode array is gemaakt door een laser laser markering machine. De ITO geleidende laag die op het glas is bedekt, wordt door een focuslaser verwijderd om een ​​kruispatroon te vormen met een opening van 160 μm, zoals getoond in figuur 1B . <img alt="Figuur 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55950/55950fig1.jpg" /> Figuur 1 <...

In dit artikel wordt een eenvoudige methode om gedeeltelijk of volledig gecoate metallische deeltjes te bereiden en AC-elektrokinetische eigenschappen te meten met een snel vervaardigde indiumtinoxide (ITO) -elektrode-array aangetoond.

Bereiding van Janus-deeltjes en wisselende stroom elektrokinetische metingen met een snel vervaardigde Indium-tinoxide-elektrode-array

This article provides a simple method to prepare partially or fully coated metallic particles and to perform the rapid fabrication of electrode arrays, ...

Het algemene doel van deze procedure is het snel fabriceren van indiumtinoxide-elektroden en het prepareren van metaalgecoate deeltjes voor elektrokinetische experimenten. Deze methode kan experimenten in het elektrokinetische veld faciliteren, zoals electrorotatie, dielektroforese en microfluidica. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een snelle en handige methode biedt om ITO-elektroden te fabriceren en metaalgecoate deeltjes te prepareren.Om te beginnen met het vervaardigen van de elektrode, plaatst u een schoon stuk ITO-gecoat glas van 25 millimeter bij 50 millimeter op de tafel van een gepulseerde vezellaser-graveermachine. Positioneer de laser 279,5 millimeter boven het ITO-glas. Importeer het elektrodepatroon in de aansturingssoftware van het instrument.Selecteer Frame, Fill en Fill First. Stel de graveersnelheid in op 800 millimeters per second, het laservermogen op 60% en de frequentie op 40 kilohertz. Bekijk een voorbeeld van het graveerpatroon en pas de positie van het glas handmatig aan om het patroon op het glas te centreren.Zodra het patroon is gecentreerd, wordt de gravering uitgevoerd om het geleidende oppervlak in kwadranten te verdelen. Gebruik polyimide-tape om een geïsoleerde litze aan elk geleidend kwadrant van het gegraveerde ITO-glas te bevestigen. Splits vervolgens elke kanaaluitgang van een tweefunctie-generator met dubbele BNC-connectoren.Rust één uitgang van elk kanaal uit met een inverterende operationele versterker. Om een elektrode-array voor electrorotatiemetingen voor te bereiden, sluit u eerst de linkerbovenste elektrode rechtstreeks aan op de dubbele BNC-connector van het eerste kanaal. Verbind de bijbehorende inverteruitgang met de niet-aangrenzende elektrode.Sluit vervolgens de linkeronderste elektrode aan op het tweede kanaal. Verbind de corresponderende omkeeruitgang met de laatste draad om een elektrode-array te produceren met een faseverschuiving van 90 graden tussen aangrenzende elektroden. Om een elektrode-array voor dielectroforese voor te bereiden, sluit u in plaats daarvan het omgekeerde eerste kanaal aan op de linkeronderste elektrode.Verbind de elektrode rechtsonder met het tweede kanaal. Verbind de laatste elektrode met de overeenkomstige inverteruitgang om een array te creëren met een faseverschuiving van 180 graden tussen aangrenzende elektroden. Om de Janus-deeltjes voor te bereiden, centrifugeert u een waterige suspensie van twee micrometer silica-deeltjes met een concentratie van 10% gewichtsprocent gedurende één minuut bij 2.200 ×g.Breek twee µL van de resulterende sedimentaire silicadeeltjes over in een microcentrifugebuis van 1,5 mL. Voeg 500 µL 99,5% ethanol toe aan de silicadeeltjes. Sonicate de suspensie gedurende één minuut en centrifugeer de suspensie vervolgens gedurende drie minuten bij 2.200 ×g.Giet het supernatant af en voeg nogmaals 500 µL ethanol toe aan het monster. Herhaal de sonicatie en centrifugatie nog drie keer, waarbij de ethanol telkens wordt ververst. Giet vervolgens het supernatant af en voeg acht µL ethanol toe aan het monster.Sonicate de monster gedurende drie minuten. Pipetteer twee µL van de resulterende suspensie op een objectglas. Gebruik een dekglas om de druppel langzaam over het glas te verspreiden om een monolaag van silicadeeltjes te vormen.Zodra het oplosmiddel is verdampt, plaatst u de objectglas in een sputtercoater met een gouden target. Sputtercoat het objectglas bij 15 milliamps gedurende 200 seconden om de Janus-deeltjes te prepareren. Breng 20 microliters gedeïoniseerd water aan op het objectglas.Verwijder de Janus-partikels voorzichtig met een 200 µL pipetpunt, zodat de partikels in de waterdruppel in suspensie raken. Breng de Janus-partikelsuspensie vervolgens over naar een microcentrifugebuis van 1,5 mL. Verdun de suspensie indien nodig met gedeïoniseerd water om een geschikte Janus-partikelconcentratie voor het experiment te bereiken.Om te beginnen met het prepareren van volledig gecoate metaaldeeltjes, mengt u een polydimethylsiloxaan-polymeerbasis en het bijbehorende hardingsmiddel in een gewichtsverhouding van 10 op 1. Breng tape aan op de randen van een glasplaat om een reservoir te vormen. Giet het PDMS-mengsel in het reservoir met tape-wanden tot een diepte van twee tot drie millimeter.Ontgas de PDMS onder vacuüm gedurende 30 minuten en hard de PDMS uit bij 70 °C gedurende twee uur. Scheid vervolgens de uitgeharde PDMS van de tape en de slide om een gladde PDMS-stempel te verkrijgen. Bereid een monolaag van Janus-deeltjes voor op een glazen slide.Leg vervolgens de PDMS-stempel met de gladde zijde naar beneden op het objectglas en oefen een gelijkmatige druk uit om de Janus-deeltjes over te brengen naar de stempel. Scheid het objectglas voorzichtig van de PDMS-stempel om de silica-vlakken van de Janus-deeltjes bloot te leggen. Sputter een andere dunne laag goud op de deeltjes op de PDMS-stempel om volledig gecoate deeltjes te verkrijgen.Gebruik een druppel gedeïoniseerd water en een pipetpunt om de deeltjes van het stampoppervlak los te maken, zodat ze in de druppel worden gesuspendeerd. Breng de suspensie over naar een microcentrifugebuisje en verdun de suspensie indien nodig. Om het experiment te starten, bedekt u de ITO-vierfasen-elektrodearray met vijf vellen paraffine laboratoriumfolie.Gebruik een hittepistool om de paraffine-lagen aan de elektrode-array te bevestigen, waardoor een spacer van 500 micrometer ontstaat. Plaats vervolgens de elektrode-array op de tafel van een omgekeerde microscoop met een 40X 0,6 NA objectief. Breng acht microliters van een partikelsuspensie aan in het centrum van de array en dek dit af met een dekglas.Stel de faseverschuiving van de functiegenerator in op 90 graden voor een electrorotatie-experiment of op nul graden voor een dielectroforese-experiment. Selecteer een sinusgolf als golfvorm en stel de piek-tot-piekspanning en de frequentie in. Start de signaalgenerator en gebruik de camera van de geïnverteerde microscoop om beelden van de beweging en rotatie van de deeltjes vast te leggen.Gebruik beeldbewerkingssoftware om dedeeltjessnelheden te bepalen voor verdere analyse. Metingen van elektrokinetische eigenschappen met wisselstroom werden uitgevoerd op silicadeeltjes met verschillende graden van goudcoating. Er werd vastgesteld dat Janus-deeltjes bij lage frequenties in dezelfde richting als het elektrische veld roteren en bij hogere frequenties tegen het veld in.De maximale hoeksnelheid werd waargenomen bij een karakteristieke frequentie. Electrorotatiemetingen van onbehandelde silicadeeltjes toonden co-veldrotatie bij alle gemeten frequenties. De maximale hoeksnelheid werd waargenomen bij de laagste gemeten frequentie.In tegenstelling hiertoe vertoonden met goud gecoate silicadeeltjes tegenveldrotatie bij alle gemeten frequenties. De maximale hoeksnelheid voor de met goud gecoate deeltjes werd waargenomen bij een lagere karakteristieke frequentie dan bij de Janus-deeltjes. Deze resultaten suggereerden over het geheel genomen dat het gedrag van de Janus-deeltjes niet kon worden toegeschreven aan een eenvoudig superpositiemodel van twee hemisferen.Dielectroforese-metingen van de volledig met goud gecoate deeltjes vertoonden een negatieve dielectroforese-respons bij lage frequenties en een positieve dielectroforese-respons bij hoge frequenties. De crossover-frequentie kwam nauw overeen met de karakteristieke frequentie waarbij de maximale hoeksnelheid was waargenomen. Na de ontwikkeling hebben deze technieken de weg vrijgemaakt voor onderzoekers in het veld van zachte materie om elektrodekappen voor laminaire stroming in microfluïdische synthese te verkennen.Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een ITO-elektrode fabriceert met een lasersplementeermachine en hoe u metaalgecoate deeltjes voorbereidt voor elektrokinetische experimenten.

preparation-janus-particles-alternating-current-electrokinetic

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Niet-fouling PEG silaan monolaag werd gedesorbeerd uit individueel adresseerbare ITO elektroden op glas door toepassing van een reductieve potentieel. Elektrochemische strippen van de PEG-silaan laag van ITO-micro-elektroden toegestaan ​​voor celadhesie te laten plaatsvinden in een ruimtelijk bepaalde manier, met cellulaire patronen overeenkomt nauw aan bij elektrode patronen.

Patroonvorming Cellen op optisch transparant Indium Tin Oxide Elektroden

Het manipuleren van vloeistoffen en zwevende deeltjes in de micro-en nano-schaal is steeds meer een realiteit als enabling technologies, zoals AC elektrokinetics, verder te ontwikkelen. Hier bespreken we de fysica achter AC elektrokinetics, hoe u deze apparaten en hoe de experimentele waarnemingen te interpreteren fabriceren.

AC elektrokinetische Verschijnselen Gegenereerd door micro-elektrode Structures

Verschillende elektrode coatings invloed neurale opname prestaties door veranderingen in elektrochemische, chemische en mechanische eigenschappen. Vergelijking van elektroden in vitro is relatief eenvoudig, maar vergelijken in vivo reactie wordt typisch gecompliceerd door variaties in elektrode / neuron afstand en tussen dieren. Dit artikel geeft een robuuste methode om neurale registrerende elektroden vergelijken.

Een methode voor het systematisch Elektrochemische en elektrofysiologische evaluatie van neurale registrerende elektroden

Dit protocol beschrijft de synthese en afzetting van oplossing anorganische nanokristallen laag voor laag op dunne film elektronica op niet-geleidende oppervlakken te produceren. Solvent-gestabiliseerde inkten kunnen volledige fotovoltaïsche apparaten op glassubstraten via spin en neveldeklaag volgende post-depositie ligand uitwisseling en sinteren produceren.

Fabricage van Fully Solution Verwerkte Anorganische Nanocrystal Fotovoltaïsche apparaten

Dit document presenteert een impedantie gebaseerde apparaat voor verdamping detectie van oplossingen. Het biedt duidelijke voordelen ten opzichte van een conventionele gewichtsverlies aanpak: een snelle reactie, zeer gevoelige detectie, een kleine steekproef vereiste, meerdere sample metingen, en gemakkelijk te demonteren voor het reinigen en hergebruiken doeleinden.

Een High Performance impedantie-gebaseerd platform voor het Verdampingssnelheid Detection

Een protocol voor de fabrikatie van elektrochemisch actieve LiPON gebaseerde solid-state lithium-ion nanobatteries met behulp van een gerichte ion beam wordt gepresenteerd.

Gerichte Ion Beam fabricage van LiPON gebaseerde Solid-state Lithium-ion Nanobatteries voor het testen van In Situ

De efficiënte Solar-waterstofproductie is recentelijk gerealiseerd op Gefunctionaliseerde halfgeleider-electrocatalyst-systemen in een fotoelektrochemische halfcel in de micro zwaartekrachtomgeving bij de Bremen drop Tower. Hier rapporteren we de experimentele procedures voor het vervaardigen van het halfgeleider-electrocatalyst-apparaat, Details van de experimentele opstelling in de druppel capsule en de experimentele sequentie tijdens vrije val.

Experimentele methoden voor efficiënte productie van zonne-energie waterstof in de omgeving van microzwaartekracht

Hier presenteren we een protocol voor het uitvoeren van TEM-gasreactie-experimenten met gesloten cellen in situ, terwijl we verschillende veelgebruikte monstervoorbereidingsmethoden beschrijven.

In situ gesloten-cel gasreacties uitvoeren in de transmissie-elektronenmicroscoop

Het huidige protocol beschrijft hulpmiddelen voor het omgaan met siliciumplanaire intracortische micro-elektroden tijdens behandelingen voor oppervlaktemodificatie via gasafzetting en waterige oplossingsreacties. De assemblage van de componenten die worden gebruikt om de apparaten tijdens de procedure te hanteren, wordt in detail uitgelegd.

Hulpmiddelen voor oppervlaktebehandeling van siliciumplanaire intracorticale micro-elektroden

Als analytische techniek lijdt nanoimpact-elektrochemie, een steeds belangrijkere benadering van het tellen en karakteriseren van elektro-inactieve deeltjes op nanometerschaal, aan slechte precisie als gevolg van de heterogene stroomverdelingen die voortvloeien uit het gebruik van ultramicro-elektroden. Hier wordt een algemene benadering beschreven, genaamd "elektrokatalytische onderbreking", die de precisie bij dergelijke metingen verbetert.

Nauwkeurige elektrochemische dimensionering van individuele elektro-inactieve deeltjes

Dit protocol beschrijft de fabricage van een indium-tinoxide (ITO)-gebaseerde ionengevoelige veldeffecttransistor (ISFET) uit één stuk, die kan worden geconstrueerd als een oplossingsafhankelijke FET-sensor (bijv. pH-sensor) met behulp van een kort en eenvoudig proces (ongeveer een halve dag). Deze ITO-ISFET uit één stuk kan ook worden toegepast op biosensing.

Fabricage van een oplossingsafhankelijke transistor op basis van indium-tinoxide uit één stuk die gevoelige biodetectie mogelijk maakt

Leer de bereiding van Janus-deeltjes en wisselende stroom elektrokinetische metingen met een snel vervaardigde ITO-elektrode-array. Deze methode ondersteunt onderzoek naar elektro-rotatie en diëlektroforese.

Bereiding van Janus-deeltjes en wisselende stroom elektrokinetische metingen met een snel vervaardigde Indium-tinoxide-elektrode-array (Video) | JoVE Journal

Bereiding van Janus-deeltjes en wisselende stroom elektrokinetische metingen met een snel vervaardigde Indium-tinoxide-elektrode-array

Meer video's verkennen