Bereiding van Janus-deeltjes en wisselende stroom elektrokinetische metingen met een snel vervaardigde Indium-tinoxide-elektrode-array
23 juni 2017
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.
Het algemene doel van deze procedure is om indium tin oxide-elektroden snel te fabriceren en metaalgecoate deeltjes voor elektrokinetische experimenten voor te bereiden. Deze methode kan experimenten op het gebied van elektrokinetiek vergemakkelijken, zoals elektrorotatie, diëlektroforese en microfluidica. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een snelle en gemakkelijke methode biedt om ITO-elektroden te fabriceren en metaalgekote deeltjes te bereiden.
Plaats om de elektrode te fabriceren een schoon stuk 25 millimeter bij 50 millimeter ITO-gecoat glas op de tafel van een gepulseerde vezellaser graveermachine. Positioneer de laser 279,5 millimeter boven het ITO-glas. Importeer het elektrodepatroon in de instrumentbesturingssoftware.
Selecteer Frame, Vul en Vul eerst. Stel de graveersnelheid in op 800 millimeter per seconde, het laservermogen op 60% en de frequentie op 40 kilohertz. Bekijk het graveerpatroon en pas handmatig de glaspositie aan om het patroon in het midden van het glas te centreren.
Zodra het patroon is gecentreerd, voer de gravering uit om het geleidende oppervlak in kwadranten te verdelen. Gebruik polyimide tape om een geïsoleerde gestrande draad te bevestigen aan elk geleidend kwadrant van het gegraveerde ITO-glas. Splits vervolgens elke kanaaluitgang van een twee-functiegenerator met dubbele BNC-connectoren.
Uitrusten een uitgang van elk kanaal met een inverterende operationele versterker. Om een elektrodenarray voor elektrorotatiemetingen voor te bereiden, verbindt u eerst de bovenste linker elektrode direct met de dubbele BNC-connector van het eerste kanaal. Verbind de bijbehorende omvormeruitgang met de niet-aangrenzende elektrode.
Verbind vervolgens de onderste linker elektrode met het tweede kanaal. Verbind de bijbehorende omvormeruitgang met de laatste draad om een elektrodenarray te produceren met een faseverschuiving van 90 graden tussen aangrenzende elektroden. Om een elektrodenarray voor diëlektroforese voor te bereiden, verbindt u in plaats daarvan het omgekeerde eerste kanaal met de onderste linker elektrode.
Verbind de onderste rechter elektrode met het tweede kanaal. Verbind de laatste elektrode met de bijbehorende omvormeruitgang om een array te produceren met een faseverschuiving van 180 graden tussen aangrenzende elektroden. Om de Janus-deeltjes te beginnen voorbereiden, centrifugeert u een 10% gewichtsverhouding waterige suspensie van twee micrometer silicadeeltjes bij 2.200 keer g gedurende één minuut.
Breng twee microliter van de resulterende sedimentaire silicadeeltjes over naar een microcentrifugebuis van 1,5 milliliter. Voeg 500 microliter 99,5% ethanol toe aan de silicadeeltjes. Soniceer de suspensie gedurende één minuut en centrifugeer de suspensie vervolgens gedurende drie minuten bij 2.200 keer g.
Decanteer het supernatant en voeg nogmaals 500 microliter ethanol toe aan het monster. Herhaal de sonicatie en centrifugatie nog drie keer, elke keer het ethanol verversend. Decanteer vervolgens het supernatant en voeg acht microliter ethanol toe aan het monster.
Soniceer het monster gedurende drie minuten. Pipetteer twee microliter van de resulterende suspensie op een glazen plaat. Gebruik een dekglas om de druppel langzaam over de plaat te verspreiden om een monolaag van silicadeeltjes te vormen.
Zodra het oplosmiddel is verdampt, plaatst u de plaat in een sputtercoater met een gouddoel. Sputteringcoat de plaat gedurende 200 seconden met 15 milliamp om de Janus-deeltjes voor te bereiden. Breng 20 microliter gedeïoniseerd water aan op de plaat.
Los voorzichtig de Janus-deeltjes los met een 200 microliter pipettentip zodat de deeltjes in de waterdruppel worden gesuspendeerd. Breng vervolgens de Janus-deeltjessuspensie over in een microcentrifugebuis van 1,5 milliliter. Verdun de suspensie naar behoefte met gedeïoniseerd water om een geschikte Janus-deeltjesconcentratie voor het experiment te bereiken.
Om te beginnen met het voorbereiden van volledig gecoate metaaldeeltjes, mengt u een polydimethylsiloxaan-polymeerbasis en zijn uithardingsmiddel in een gewichtsverhouding van 10 tot 1. Plak tape op de randen van een glazen plaat om een container te vormen. Giet de PDMS-mix in de met tape beklede container tot een diepte van twee tot drie millimeter.
Ontgas de PDMS onder vacuüm gedurende 30 minuten en laat de PDMS twee uur bij 70 graden Celsius uitharden. Scheid vervolgens de uitgeharde PDMS van de tape en de plaat om een gladde PDMS-stempel te verkrijgen. Bereid een monolaag van Janus-deeltjes op een glazen plaat.
Leg vervolgens de PDMS-stempel met de gladde kant naar beneden op de plaat en oefen gelijkmatige druk uit om de Janus-deeltjes naar de stempel over te brengen. Scheid voorzichtig de plaat van de PDMS-stempel om de silica-oppervlakken van de Janus-deeltjes bloot te leggen. Sputteringcoat de deeltjes op de PDMS-stempel met een andere dunne laag goud om de volledig gecoate deeltjes te verkrijgen.
Gebruik een druppel gedeïoniseerd water en een pipettentip om de deeltjes van het stempeloppervlak los te maken om in de druppel te worden gesuspendeerd. Breng de suspensie over in een microcentrifugebuis en verdun de suspensie indien nodig. Om het experiment te beginnen, bedekt u de ITO vier-fase elektrodenarray met vijf vellen paraffine laboratoriumfolie.
Gebruik een warmtepistool om de paraffinelagen op de elektrodenarray te bevestigen, waardoor een ruimte van 500 micrometer ontstaat. Plaats vervolgens de elektrodenarray op de tafel van een omgekeerde microscoop met een 40X 0,6 NA objectieflens. Plaats acht microliter van een deeltjessuspensie in het midden van de array en bedek deze met een dekglaasje.
Stel de faseverschuiving van de functiegenerator in op 90 graden voor een elektrorotatie-experiment of nul graden voor een diëlektroforese-experiment. Selecteer een sinusgolf als de golfvorm en stel de piek-naar-piek spanning en frequentie in. Start de signaalgenerator en gebruik de camera van de omgekeerde microscoop om beelden van deeltjesbeweging en rotatie vast te leggen.
Gebruik beeldverwerkingssoftware om de deeltjessnelheden te bepalen voor verdere analyse. Afgewisselde stroom elektro
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel demonstreert een methode voor het bereiden van metaal deeltjes met gedeeltelijke of volledige coatings en het uitvoeren van AC elektrokinetische eigenschapsmetingen met behulp van een snel vervaardigde indium tin oxide (ITO) elektrode array.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Elektrokinetiek
- Materiaalfabricage
- Microfluidica
Achtergrond
- Elektrokinetische technieken zijn essentieel voor het manipuleren van deeltjes in microfluïdische systemen.
- Indium tin oxide (ITO) is een veelgebruikt geleidend materiaal voor elektroden.
- Snelle fabricagemethoden kunnen de experimentele efficiëntie verbeteren.
- Metaal-gecoate deeltjes hebben unieke eigenschappen die gunstig zijn voor verschillende toepassingen.
Doel van de studie
- Om een gemakkelijke methode te bieden voor het fabriceren van ITO elektroden.
- Om metaal-gecoate deeltjes voor te bereiden voor gebruik in elektrokinetische experimenten.
- Om onderzoek in elektrorotatie, diëlektroforese en microfluidica te vergemakkelijken.
Gebruikte methoden
- Fabricage van ITO elektroden met behulp van een gepulseerde fiberlaser graveermachine.
- Voorbereiding van metaal deeltjes met variërende coatings.
- Meting van AC elektrokinetische eigenschappen.
- Gebruik van instrumentbesturingssoftware voor patroonimport.
Belangrijkste resultaten
- De methode maakt snelle en efficiënte fabricage van ITO elektroden mogelijk.
- Metaal-gecoate deeltjes kunnen met precisie worden voorbereid.
- AC elektrokinetische metingen kunnen effectief worden uitgevoerd.
- Deze techniek verbetert de mogelijkheden van elektrokinetische experimenten.
Conclusies
- De gepresenteerde methode stroomlijnt de voorbereiding van ITO elektroden en metaal deeltjes.
- Het biedt aanzienlijke voordelen voor onderzoekers op het gebied van elektrokinetiek.
- Deze aanpak kan leiden tot vooruitgang in microfluïdische toepassingen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
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.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of surface property asymmetry in Janus particles to clarify target engagement mechanisms.
- Operational Value: Supports functional validation of asymmetric biomarkers through controlled electrokinetic profiling.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides standardized, reproducible electrode arrays for consistent dielectrophoresis and electrorotation measurements.
- Operational Value: Facilitates high-throughput screening readiness via rapid ITO patterning and particle coating workflows.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Enables disease-relevant system modeling by characterizing particle electrokinetic responses under physiologically relevant conditions.
- Operational Value: Supports translational biomarker alignment through quantifiable electrokinetic signatures linked to surface modifications.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into early discovery workflows by enabling rapid generation of validated particle systems and electrode platforms for downstream screening and mechanistic studies.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of surface-modified particles through precise electrokinetic property measurements.
- Screening: Delivers assay-ready electrode arrays with high reproducibility for compound or particle library evaluation.
- Analytics: Generates quantitative dependent variable outputs (angular velocity, crossover frequency) for comparative condition analysis.
- Translational Research: Connects particle surface engineering to functional outputs via electrokinetic phenotyping in microfluidic environments.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for electrode fabrication and particle preparation across multiple electrokinetic assays.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in particle behavior, reduction of mechanistic ambiguity in asymmetric systems.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of electrode array fabrication.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions in lead identification, capital efficiency, reduced late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization based on electrokinetic profiling of particle variants.
Implementation Considerations
- Requires expertise in laser-based microfabrication and colloidal particle handling.
- Needs access to pulsed fiber laser engraving systems and sputter coating equipment.
- Demands cross-team standardization for electrode design and particle suspension protocols.
- Involves adaptation considerations for varying particle sizes, materials, and coating thicknesses.
- Practical limitations include electrode stability under prolonged AC fields and particle aggregation in suspension.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:39
Four-phase Indium Tin Oxide (ITO) Electrode Fabrication
9:14
Conclusion
7:59
Results: EROT and DEP Measurements of Janus Particles and Fully-coated Metallic Particles
3:00
Janus Particles Preparation
5:11
Metallic Particle Preparation
6:46
Alternative Current Electrokinetic Measurements
