Name: Przygotowanie cząstek janusa i pomiarów elektrokinetycznych prądu przemiennego za pomocą szybko wytwarzanego układu elektrod z tlenku indu i cyny (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-23T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 55 s
Description: Poznaj metodę przygotowania cząstek janusa i pomiarów elektrokinetycznych prądu przemiennego za pomocą szybko wytwarzanego układu elektrod ITO. Technika ta umożliwia badania w dziedzinie elektrokinetyki i mikrofluidyki.

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

Ta praca była wspierana przez Ministerstwo Nauki i Technologii Tajwanu, R.O.C., w ramach grantu NSC 103-2112-M-002-008-MY3.

1. Produkcja mikroprocesora
<ol>
	<li>Przygotowanie elektrody ITO
	<ol>
		<li>Użyj komercyjnego oprogramowania do ilustracji, aby narysować wzór krzyża. Ustaw odległość między elektrodami ukośnymi na 160 μm i spraw, aby ramiona wzoru krzyżowego miały 30 mm szerokości i 55 mm długości, jak pokazano na Rysunek 1. Zapisz plik ilustracji jako plik DXF.</li>
		<li>Za pomocą noża do szkła przyciąć szkło ITO do rozmiaru 25 mm x 50 mm (szerokość x długość). Użyj 75% etanolu i wody DI, aby kilkakrotnie przepłukać szklankę ITO.</li>
		<li>Umieść szkło ITO na maszynie do znakowania laserem impulsowym. Ustaw ostrość laser na powierzchni szkła ITO, regulując odległość między szkłem ITO a laserem do 279.5 mm. 
		UWAGA: Zastosowany tutaj laser ma następujące specyfikacje: 1,064 nm, 20 W, szerokość impulsu od 90 do 120 ns i częstotliwość powtarzania impulsów od 20 do 80 kHz, przy natężeniu światła pulsacyjnego około 5 x 105 W/cm2).</li>
		<li>Bezpośrednio wprowadź plik ilustracji (plik DXF) do komputera maszyny do znakowania laserowego. Kliknij przycisk "Oznacz parametr" i wprowadź następujące parametry: prędkość, "800 mm/s; " moc, "60%; " i częstotliwość, "40 kHz." Zaznacz warunki "Ramka", "Wypełnij" i "Wypełnij najpierw".
		<ol>
			<li>Kliknij przycisk "Podgląd", umieść wzór na środku szkła ITO. Kliknij przycisk "Oznacz próbkę", aby utworzyć wzór szkła ITO (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1A).</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Konfiguracja generatora czterofazowego i podłączenie eksperymentalnego mikroprocesora
	<ol>
		<li>Zbuduj obwody falowników, jak pokazano na Rysunek 2A.</li>
		<li>Podłącz 4 przewody na elektrodzie czterofazowej przez bezpośredni kontakt z taśmą, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 2C. Podziel "Kanał 1" generatora funkcyjnego na dwie gałęzie za pomocą podwójnego złącza BNC.
		<ol>
			<li>Podłącz jedną gałąź do przewodu (#1) podłączonego do elektrody ITO, a drugą do wejścia falownika. Podłącz wyjście falownika do przewodu , jak pokazano na Rysunek 2B.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Podłącz "Kanał 2" zgodnie z tą samą procedurą, co w kroku 1.2.2, ale podłącz do przewodów (#2 i #4), jak pokazano w <silna klasa="xfig">Rysunek 2B.</li>
		<li>W przypadku eksperymentów EROT należy ustawić przesunięcie fazowe między dwoma kanałami na 90°, bezpośrednio na generatorze funkcyjnym. Podczas eksperymentów zastosuj falę sinusoidalną o amplitudzie napięcia 0,5-4 Vpp i częstotliwości od 100 Hz do 5 MHz, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 2D.</li>
		<li>W przypadku eksperymentów DEP podłącz jedną gałąź kanału 1 do przewodu (#1) podłączonego do elektrody ITO, a drugą do wejścia falownika. Podłącz wyjście falownika do przewodu (#2). Podłącz kanał 2 zgodnie z tą samą procedurą, ale podłącz do przewodów (#3 i #4).</li>
		<li>Ustaw przesunięcie fazowe między 2 kanałami na 0°, bezpośrednio na generatorze funkcyjnym. Podczas eksperymentów zastosuj falę sinusoidalną o amplitudzie napięcia 0,5-4 Vpp i częstotliwości od 100 Hz do 5 MHz, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 2D.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie próbek
<ol>
	<li>Przygotowanie cząstek janusa
	<ol>
		<li>Odwirować wodną zawiesinę cząstek krzemionki 2 μm (10% w/w) przy 2 200 x g przez 1 min.</li>
		<li>Pobrać pipetą 2 μl osadowych cząstek krzemionki do probówki mikrowirówkowej o pojemności 1,5 ml i dodać 500 μl etanolu (99,5% v/v). 
		UWAGA: Supernatant nie musi być wyrzucany; po prostu przechowuj go w lodówce w temperaturze 4 °C. Nie ma potrzeby ponownego zawieszania przed pipetowaniem.</li>
		<li>Sonikować zawiesinę cząstek etanolu i krzemionki za pomocą ultradźwięków (43 kHz, 50 W) przez 1 minutę, a następnie odwirowywać ją przy 2 200 x g przez 3 minuty.</li>
		<li>Zastąpić supernatant 500 μl etanolu i powtórzyć krok 2.1.3 trzy razy.</li>
		<li>Zastąp supernatant 8 μl etanolu i poddaj sonifikacji zawiesiny cząstek etanolu i krzemionki za pomocą ultradźwięków (43 kHz, 50 W) przez 3 min. 
		UWAGA: Na tym etapie w probówce powinno pozostać około 10 μl zawiesiny cząstek etanolu i krzemionki.</li>
		<li>Odpipetować 2 μl zawiesiny cząstek etanolu i krzemionki i upuścić ją na zwykłe szkiełko podstawowe (szerokość: 25 mm, długość: 75 mm i grubość: 1,2 mm), aby utworzyć kroplę. 
		Uwaga: Taka ilość zawiesiny cząstek jest wystarczająca do przygotowania monowarstw na 5-6 szkiełek podstawowych (2 μl na każde szkiełko).</li>
		<li>Powoli przeciągnij lekko kroplę cząsteczki etanolu i krzemionki za pomocą szkła nakrywkowego, aby utworzyć monowarstwę cząstek krzemionki (<silna klasa = "xfig">Rysunek 3A).</li>
		<li>Umieść szkiełko z monowarstwą cząstek krzemionki w urządzeniu do rozpylania, które ma być pokryte Au.
		<ol>
			<li>Usunąć powietrze z komory napylania przy 100 mTorr i wstrzykiwać argon przez 10 minut (zastąp powietrze argonem). Przerwać wstrzykiwanie argonu, a następnie usunąć argon z komory przy 70 mTorr.</li>
			<li>Ustaw prąd na 15 mA na 200 s. (<silna klasa="xfig">Rysunek 3B); Cząstki janusa są już przygotowane na tym etapie.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Upuść 20 μl wody demineralizowanej na napylone szkiełko i zeskrob cząstki janusa z monowarstwy za pomocą zwykłej końcówki pipety o pojemności 200 μl. 
		UWAGA: Na tym etapie cząstki janusa zeskrobane z monowarstwy zawieszają się w kropli wody DI.</li>
		<li>Odpipetować kroplę zawiesiny cząstek Janusa i wrzucić ją do innej probówki wirówkowej o pojemności 1,5 ml.</li>
		<li>Użyj zawiesiny cząstek Janusa do przygotowania próbki, rozcieńczając ją wodą demineralizowaną do odpowiedniego stężenia do eksperymentów. 
		UWAGA: Stężenie zawiesiny cząstek w opisanych tutaj eksperymentach wynosi około 2,000 zliczeń/μl.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie w pełni pokrytych cząstek metalicznych14
	<ol>
		<li>Wymieszaj bazę polimerową PDMS i utwardzacz w stosunku wagowym 10:1.</li>
		<li>Przyklej taśmę wokół szklanego szkiełka, aby utworzyć boczne ścianki pojemnika. Wlej mieszaninę PDMS na zaklejone taśmą szkiełko, aby uzyskać warstwę PDMS o grubości 2-3 mm, jak pokazano na Rysunek 4A.</li>
		<li>Umieścić zaklejony taśmą szkiełko (pojemnik) z mieszaniną PDMS w hermetycznej komorze i uruchomić pompę próżniową na 30 minut w celu usunięcia pęcherzyków z mieszaniny PDMS.</li>
		<li>Włóż zaklejony taśmą szkiełko (pojemnik) z mieszanką PDMS (krok 2.2.3) do piekarnika. Mieszaninę PDMS utwardzić w temperaturze 70 °C przez 2 godziny w celu uzyskania stempla PDMS.</li>
		<li>Po utwardzeniu stempla PDMS usuń szkiełko i taśmę, aby uzyskać stempel PDMS, którego powierzchnia jest oryginalnie przymocowana do szkiełka, tworząc płaską powierzchnię, jak pokazano na <silna klasa = "xfig">Rysunek 4B.</li>
		<li>Postępuj zgodnie z krokami z 2.1.1-2.1.8, aby przygotować monowarstwę cząstek Janusa na szkiełku.</li>
		<li>Użyj płaskiej powierzchni stempla PDMS, aby wytłoczyć monowarstwę z równomiernym naciskiem.</li>
		<li>Umieścić stempel PDMS z monowarstwą cząstek Janusa, która jest odwrócona od szkiełka podstawowego wykonanego w kroku 2.1.8, do urządzenia do rozpylania, które ma być pokryte Au.
		<ol>
			<li>Usunąć powietrze z komory napylania przy 100 mTorr i wstrzykiwać argon przez 10 minut (zastąp powietrze argonem). Przerwać wstrzykiwanie argonu, a następnie usunąć argon z komory przy 70 mTorr.</li>
			<li>Ustaw prąd na 15 mA na 200 s (<silna klasa="xfig">Rysunek 4C); w pełni pokryte cząstki metaliczne są już przygotowane na tym etapie.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Postępuj zgodnie z krokami z 2.1.9-2.1.11, aby przygotować próbkę do eksperymentów.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Eksperymenty do pomiarów elektrokinetycznych prądu przemiennego
<ol>
	<li>Owiń 5 kawałków folii parafinowej, aby przygotować przekładkę. Połącz układ elektrod ITO z przekładką folii o grubości 500 μm za pomocą opalarki i umieść elektrodę na stoliku mikroskopu.
	<ol>
		<li>Upuść 8 μl zawiesiny cząstek, która została przygotowana w krokach 2.1 i 2.2, na środek układu elektrod krzyżowych. Umieść szkło nakrywkowe na przekładce.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>W przypadku eksperymentów EROT, w generatorze funkcyjnym, ustaw przesunięcie fazowe między 2 kanałami na 90°. Podczas eksperymentów należy zastosować falę sinusoidalną o amplitudzie napięcia 0,5-4 Vpp i częstotliwości w zakresie od 100 Hz do 5 MHz (w oparciu o połączenie w krokach 1.2.2-1.2.3).
	<ol>
		<li>Wybierz kształt fali, klikając przycisk "przebieg" w generatorze funkcji. Wprowadź wartość napięcia i częstotliwości za pomocą ponumerowanych przycisków na generatorze funkcyjnym, a następnie włącz sygnał AC, klikając przycisk "wyjście".</li>
	</ol>
	</li>
	<li>W przypadku eksperymentów DEP ustaw przesunięcie fazowe między 2 kanałami na 0°. Podczas eksperymentów należy zastosować falę sinusoidalną o amplitudzie napięcia 0,5-4 Vpp i częstotliwości od 100 Hz do 5 MHz (w oparciu o połączenia w kroku 1.2.5), ustawiając generator funkcyjny jak w kroku 3.2.1.</li>
	<li>Włącz sygnał AC, klikając przycisk "wyjście" i uchwyć obrazy ruchu i obrotu cząstek pod odwróconym mikroskopem optycznym z obiektywem 40X, NA 0,6 za pomocą kamery.</li>
	<li>Wprowadź obrazy ruchu i rotacji cząstek do oprogramowania i przeanalizuj trajektorię cząstek poprzez śledzenie cząstek, aby uzyskać cząstki i prędkości kątowe. 
	Uwaga: Oprogramowanie "Image J" i jego wtyczka "MultiTracker" zostały tutaj użyte do binaryzacji obrazu i śledzenia cząstek.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Wytwarzanie matryc elektrod ITO za pomocą maszyny do znakowania laserem światłowodowym zapewnia szybką metodę przygotowania elektrod o dowolnych wzorach. Jednak nadal istnieją pewne wady tej metody, takie jak mniejsza liczba nośników ładunku i niższa dokładność wytwarzania elektrod ITO w porównaniu z elektrodami metalowymi tworzonymi tradycyjnymi metodami. Te wady mogą ograniczyć niektóre eksperymenty. Na przykład mniejsza liczba nośników ładunków może wpływać na rozkład pola elektrycznego, gdy odległość między elektroda...

Cząstki janusa, nazwane na cześć rzymskiego boga o podwójnej twarzy, są asymetrycznymi cząstkami, których dwie strony mają fizycznie lub chemicznie różne właściwości powierzchni1,2. Ze względu na tę asymetryczną cechę, cząstki Janusa wykazują specjalne reakcje pod wpływem pól elektrycznych, takich jak DEP3,4,5,6, EROT2, oraz elektroforeza ładunku indukowanego (ICEP)7,8,9. Ostatnio opisano kilka metod wytwarzania cząstek Janusa, w tym metodę emulsji Pickeringa10, metodę elektrohydrodynamicznego co-jettingu11, oraz metodę fotopolimeryzacji mikroprzepływowej12. Jednak metody te wymagają szeregu skomplikowanych aparatów i procedur. W tym artykule przedstawiono prostą metodę przygotowania cząstek janusa i w pełni pokrytych cząstek metalicznych. Monowarstwa mikrocząstek krzemionki jest przygotowywana w procesie suszenia i umieszczana w urządzeniu do rozpylania, które ma być pokryte Au. Jedna półkula cząstki jest zacieniona, a tylko druga półkula jest pokryta Au2,13. Monowarstwa cząstki Janusa jest stemplowana stemplem z polidimetylosiloksanu (PDMS), a następnie poddawana drugiemu procesowi powlekania w celu przygotowania w pełni pokrytych cząstek metalicznych14.
Aby scharakteryzować właściwości elektryczne cząstki Janusa, szeroko stosowane są różne reakcje elektrokinetyczne prądu przemiennego, takie jak DEP, EROT i elektroorientacja9,15,16,17,18,19. Na przykład EROT jest reakcją rotacyjną cząstki w stanie ustalonym pod wpływem zewnętrznie narzuconego wirującego pola elektrycznego2,9,15,16. Mierząc EROT, można uzyskać oddziaływanie między indukowanym dipolem cząstek a polami elektrycznymi. DEP, który powstaje w wyniku interakcji między indukowanymi dipolami a niejednorodnym polem elektrycznym, może prowadzić do ruchu cząstek3,4,5,9,15. Różne rodzaje cząstek mogą być przyciągane (dodatni DEP) lub odpychane od (ujemny DEP) krawędzi elektrody, co służy jako ogólna metoda manipulowania i charakteryzowania cząstek w urządzeniu mikroprzepływowym. Charakterystyka translacyjna (DEP) i rotacyjna (EROT) cząstki pod wpływem pola elektrycznego jest zdominowana odpowiednio przez rzeczywistą i urojoną część czynnika Clausiusa-Mossottiego (CM). Współczynnik CM zależy od właściwości elektrycznych cząstek i otaczającej cieczy, które ujawniają się na podstawie częstotliwości charakterystycznej, ωc = 2σ / aCDL, DEP i EROT, gdzie σ to przewodność cieczy, a to promień cząstek, a CDL to pojemność podwójnej warstwy elektrycznej15,16. Do pomiaru EROT i DEP cząstek potrzebne są specjalnie zaprojektowane wzorce matrycy elektrod. Tradycyjnie, technika fotolitograficzna jest używana do tworzenia matryc elektrod i wymaga szeregu skomplikowanych procedur, w tym powlekania spinowego fotorezystu, wyrównania maski, ekspozycji i wywoływania15,18,19,20.
W tym artykule pokazano szybkie wytwarzanie matryc elektrod za pomocą bezpośredniego wzorca optycznego. Przezroczysta cienkowarstwowa warstwa ITO, która jest pokryta szklanym podłożem, jest częściowo usuwana przez maszynę do znakowania laserem światłowodowym (1 064 nm, 20 W, szerokość impulsu od 90 do 120 ns i częstotliwość powtarzania impulsów od 20 do 80 kHz) w celu utworzenia czterofazowego układu elektrod. Odległość między elektrodami ukośnymi wynosi 150-800 μm, którą można dostosować do eksperymentów. Czterofazowy układ elektrod może być używany do charakteryzowania i koncentrowania cząstek w różnych urządzeniach mikroprzepływowych15,16,18. Aby wytworzyć czterofazowe pole elektryczne, układ elektrod jest podłączony do 2-kanałowego generatora funkcyjnego i dwóch falowników. Przesunięcie fazowe między sąsiednimi elektrodami jest ustawione na 90° (dla EROT) lub 180° (dla DEP)15. Sygnał AC podawany jest przy amplitudzie napięcia od 0,5 do 4 Vpp, a częstotliwość podczas pracy waha się od 100 Hz do 5 MHz. Cząstki janusa, cząstki metaliczne i cząstki krzemionki są używane jako próbki do pomiaru ich właściwości elektrokinetycznych prądu przemiennego. Zawiesiny cząstek są umieszczane w środkowym obszarze matrycy elektrod i są obserwowane pod odwróconym mikroskopem optycznym z obiektywem 40X, NA 0,6. Ruch i obrót cząstek jest rejestrowany za pomocą kamery cyfrowej. Ruch DEP jest rejestrowany w obszarze pierścieniowym, w odległości od 40 do 65 μm promieniście od środka matrycy, a EROT jest rejestrowany w obszarze kołowym, w odległości 65 μm promieniście od środka matrycy. Prędkość cząstek i prędkość kątową mierzy się metodą śledzenia cząstek. Centroidy cząstek różnią się skalą szarości lub geometrią cząstek za pomocą oprogramowania. Prędkość cząstek i prędkość kątową uzyskuje się poprzez pomiar ruchów centroidów cząstek.
Ten artykuł przedstawia prostą metodę szybkiego wytwarzania dowolnie wzorzystych układów elektrod. Wprowadza ona przygotowanie całkowicie lub częściowo pokrytych cząstek metalicznych, które mogą być stosowane w różnych dziedzinach, od biologii po zastosowania przemysłowe.

<table><tbody><tr><td>Mikrosfera krzemionkowa-2,34 i mikro; m</td><td>Bangs Laboratories</td><td>SS04N</td><td></td></tr><tr><td>Alkohol etylowy (99,5%)</td><td>KATAYAMA CHEMICAL</td><td>E-0105</td><td></td></tr><tr><td>SYLGARD 184 A& B Elastomer silikonowy (PDMS)</td> <td>DOW CORNING</td><td></td><td>PDMS&nbsp;</td></tr><tr><td>&nbsp; Szkło ITO</td><td>Technologia luminescencji</td><td>LT-G001</td><td></td></tr><tr><td>Maszyna do znakowania laserem światłowodowym</td><td>Tajwan Technologia 3-osiowa</td><td>TAFB-R-20W</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; 2-kanałowy generator funkcyjny</td><td>Gwinsek</td><td>AFG-2225</td><td></td></tr><tr><td>Kamera CMOS</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>Wzmacniacze operacyjne</td><td>Texas Instruments</td><td>LM6361N</td><td>Invertor OP&nbsp;</td></tr><tr><td>Myjka ultradźwiękowa</td><td>Gui Lin Yiyuan Ultrasonic Machinery Co.</td><td>DG-1</td><td></td></tr><tr><td>Mikrowirówka</td><td>Specjalizacje Naukowe, Inc.</td><td></td><td>1,5 ml</td></tr><tr><td>Mini wirówka</td><td>LMS</td><td>MC-MCF-2360</td><td></td></tr><tr><td>Szklana osłona mikroskopu</td><td>Marienfeld-Superior</td><td></td><td>18*18mm</td></tr><tr><td>Odwrócony mikroskop optyczny</td><td>Olympus</td><td>OX-71&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Przekładka Parafilm</td><td>bemis</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

przygotowanie cząstek janusa i pomiarów elektrokinetycznych prądu przemiennego za pomocą szybko wytwarzanego układu elektrod z tlenku indu i cyny

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

Ten artykuł przedstawia prostą metodę przygotowania częściowo lub całkowicie pokrytych cząstek metalicznych oraz szybkiego wytwarzania układów elektrod, co może ułatwić eksperymenty elektryczne w urządzeniach mikroprzepływowych. Cząstki janusa to cząstki asymetryczne, które mają dwie różne właściwości powierzchni po obu stronach. Aby przygotować cząstki Janusa, w procesie suszenia przygotowuje się monowarstwę cząstek krzemionki. Złoto (Au) osadza się po jednej stronie każdej cząstki za pomocą urządzenia do napylania. W pełni pokryte cząstki metaliczne są zakończone po drugim procesie powlekania. Aby przeanalizować właściwości powierzchni elektrycznej cząstek Janusa, wykonuje się pomiary elektrokinetyczne prądu przemiennego (AC), takie jak dielektroforeza (DEP) i elektrorotacja (EROT) - które wymagają specjalnie zaprojektowanych układów elektrod w urządzeniu eksperymentalnym. Jednak tradycyjne metody wytwarzania matryc elektrodowych, takie jak technika fotolitograficzna, wymagają szeregu skomplikowanych procedur. W tym miejscu przedstawiamy elastyczną metodę wytwarzania zaprojektowanego układu elektrod. Szkło z tlenku indu i cyny (ITO) jest modelowane przez maszynę do znakowania laserem światłowodowym (1,064 nm, 20 W, szerokość impulsu od 90 do 120 ns i częstotliwość powtarzania impulsów od 20 do 80 kHz) w celu utworzenia czterofazowego układu elektrod. Aby wytworzyć czterofazowe pole elektryczne, elektrody są podłączone do 2-kanałowego generatora funkcyjnego i dwóch falowników. Przesunięcie fazowe między sąsiednimi elektrodami jest ustawione na 90° (dla EROT) lub 180° (dla DEP). Przedstawiono reprezentatywne wyniki pomiarów elektrokinetycznych prądu przemiennego z czterofazowym układem elektrod ITO.

Czterofazowa macierz elektrod jest tworzona za pomocą maszyny do znakowania laserem światłowodowym. Przewodząca warstwa ITO naniesiona na szkło jest usuwana za pomocą lasera skupionego w celu utworzenia wzoru w kształcie krzyża z przerwą wynoszącą 160 µm, jak pokazano na Rysunku 1B.
<img alt="Układ pomiaru laserowego i schemat elektrody ITO, przedstawiający wyrównanie i szczegóły po...

W tym artykule pokazano prostą metodę przygotowania częściowo lub całkowicie pokrytych cząstek metalicznych oraz wykonywania pomiarów właściwości elektrokinetycznych prądu przemiennego za pomocą szybko wyprodukowanego układu elektrod z tlenku indu i cyny (ITO).

Przygotowanie cząstek janusa i pomiarów elektrokinetycznych prądu przemiennego za pomocą szybko wytwarzanego układu elektrod z tlenku indu i cyny

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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest szybka fabrykacja elektrod z tlenku indu i cyny oraz przygotowanie cząstek pokrytych metalem do eksperymentów elektrokinetycznych. Metoda ta może ułatwić badania w dziedzinie elektrokinetyki, takich jak elektrorotacja, dielektroforeza i mikrofluidyka. Główną zaletą tej techniki jest zapewnienie szybkiej i wygodnej metody wytwarzania elektrod ITO oraz przygotowywania cząstek z powłoką metaliczną.Aby rozpocząć wytwarzanie elektrody, umieść czysty kawałek szkła powlekanego ITO o wymiarach 25 mm na 50 mm na stole maszyny do grawerowania impulsowym laserem światłowodowym. Ustaw laser 279,5 mm nad szkłem ITO. Zaimportuj wzór elektrody do oprogramowania sterującego urządzeniem.Wybierz opcje Frame, Fill oraz Fill First. Ustaw prędkość grawerowania na 800 millimeters per second, moc lasera na 60% oraz częstotliwość na 40 kilohertz. Przejrzyj podgląd wzoru grawerowania i ręcznie skoryguj położenie szkła, aby wycentrować wzór na szkle.Po wycentrowaniu wzoru należy przeprowadzić grawerowanie, aby podzielić powierzchnię przewodzącą na kwadranty. Za pomocą taśmy polimidowej przymocuj izolowany przewód splotowy do każdego przewodzącego kwadrantu wygrawerowanego szkła ITO. Następnie rozdziel wyjście każdego kanału generatora funkcji z podwójnymi złączami BNC.Wyposażyć jedno wyjście każdego kanału w odwracający wzmacniacz operacyjny. Aby przygotować macierz elektrod do pomiarów elektrorotacji, najpierw połączyć elektrodę w górnym lewym rogu bezpośrednio z podwójnym złączem BNC pierwszego kanału. Następnie połączyć odpowiadające mu wyjście inwertera z elektrodą nieprzylegającą.Następnie podłącz dolną lewą elektrodę do drugiego kanału. Podłącz odpowiednie wyjście inwertera do ostatniego przewodu, aby utworzyć macierz elektrod z przesunięciem fazowym o 90 stopni między sąsiednimi elektrodami. Aby przygotować macierz elektrod do dielektroforezy, podłącz zamiast tego odwrócony pierwszy kanał do dolnej lewej elektrody.Podłącz dolną prawą elektrodę do drugiego kanału. Podłącz ostatnią elektrodę do odpowiadającego jej wyjścia inwertera, aby utworzyć macierz z przesunięciem fazowym o 180 stopni między sąsiednimi elektrodami. Aby rozpocząć przygotowanie cząstek Janus, odwiruj 10% wagowo wodną zawiesinę cząsteczek krzemionki o rozmiarze 2 µm przy 2 200 ×g przez jedną minutę.Przenieś 2 µL otrzymanych osadowych cząsteczek krzemionki do probówki do mikrowirówki o pojemności 1,5 ml. Dodaj 500 µL 99,5% etanolu do cząsteczek krzemionki. Poddaj zawiesinę sonikacji przez jedną minutę, a następnie odwiruj zawiesinę przy 2 200 ×g przez trzy minuty.Zlej nadsącz i dodaj do próbki kolejne 500 µL etanolu. Powtórz sonikację i wirowanie jeszcze trzy razy, za każdym razem wymieniając etanol na nowy. Następnie zlej nadsącz i dodaj do próbki 8 µL etanolu.Sonicuj próbkę przez trzy minuty. Nanieś pipetą 2 µL otrzymanej zawiesiny na szkiełko przedmiotowe. Użyj szkiełka nakrywkowe, aby powoli rozprowadzić kroplę po szkiełku, tworząc monowarstwę cząsteczek krzemionki.Po odparowaniu rozpuszczalnika należy umieścić szkiełko w napylaczu z tarczą ze złota. Napylić warstwę złota na szkiełko przy natężeniu 15 milliamps przez 200 sekund, aby przygotować cząstki Janus. Na szkiełko nanieść 20 microliters wody dejonizowanej.Ostrożnie odseparuj cząsteczki Janus za pomocą końcówki do pipety 200 µL, aby cząsteczki zawisły w kropli wody. Następnie przenieś zawiesinę cząsteczek Janus do probówki do mikrocentryfugi o pojemności 1,5 mL. Rozcieńcz zawiesinę wodą dejonizowaną w razie potrzeby, aby uzyskać odpowiednie stężenie cząsteczek Janus do eksperymentu.Aby rozpocząć przygotowywanie w pełni powlekanych cząstek metalicznych, należy zmieszać bazę polimerową polidimetylosiloksanu z utwardzaczem w stosunku masowym 10:1. Na krawędziach szkiełka przedmiotowego należy nakleić taśmę, aby utworzyć pojemnik. Mieszaninę PDMS wlewa się do utworzonego z taśmy pojemnika do głębokości od 2 do 3 mm.Odgazuj PDMS w próżni przez 30 minut, a następnie utwardź PDMS w temperaturze 70 °C przez dwie godziny. Następnie oddziel utwardzony PDMS od taśmy i szkiełka, aby uzyskać gładką stempel PDMS. Przygotuj monowarstwę cząsteczek Janusowych na szkiełku przedmiotowym.Następnie połóż stempel z PDMS gładką stroną do dołu na szkiełku i wywieraj równomierny nacisk, aby przenieść cząsteczki Janus na stempel. Ostrożnie oddziel szkiełko od stempla z PDMS, aby odsłonić krzemionkowe powierzchnie cząsteczek Janus. Nałóż na cząsteczki znajdujące się na stemplu z PDMS kolejną cienką warstwę złota metodą napylania, aby otrzymać w pełni pokryte cząsteczki.Używając kropli wody dejonizowanej i końcówki do pipety, należy oderwać cząsteczki z powierzchni stempla, aby zawiesić je w kropli. Następnie przenieść zawiesinę do probówki do mikrocentryfugi i w razie potrzeby ją rozcieńczyć. Aby rozpocząć eksperyment, pokryć matrycę elektrod czterofazowych ITO pięcioma arkuszami laboratoryjnej folii parafinowej.Użyj opalarki, aby przymocować warstwy parafiny do matrycy elektrod, tworząc dystans o grubości 500 µm. Następnie umieść matrycę elektrod na stole mikroskopu odwróconego z obiektywem 40X 0,6 NA. Nanieś osiem µL zawiesiny cząstek na środek matrycy i przykryj ją szkiełkiem podstawowym.Ustaw przesunięcie fazowe generatora funkcji na 90 stopni dla eksperymentu z elektrorotacji lub na zero stopni dla eksperymentu z dielektroforezy. Jako kształt fali wybierz sinusoidę, a następnie ustaw napięcie szczyt-szczyt oraz częstotliwość. Uruchom generator sygnału i użyj kamery mikroskopu odwróconego, aby zarejestrować obrazy ruchu i rotacji cząsteczek.Użyj oprogramowania do przetwarzania obrazu, aby wyznaczyć prędkości cząstek do dalszej analizy. Pomiary właściwości elektrokinetycznych w prądzie przemiennym przeprowadzono na cząsteczkach krzemionki o różnym stopniu pokrycia złotem. Stwierdzono, że cząstki Janus rotują w tym samym kierunku co pole elektryczne przy niskich częstotliwościach oraz przeciwnie do pola przy częstotliwościach wyższych.Maksymalną prędkość kątową zaobserwowano przy częstotliwości charakterystycznej. Pomiary elektrorotacji gołych cząstek krzemionki wykazały rotację współbieżną przy wszystkich mierzonych częstotliwościach. Maksymalną prędkość kątową zaobserwowano przy najniższej mierzonej częstotliwości.W przeciwieństwie do nich, cząsteczki krzemionki powlekane złotem wykazały rotację przeciwbieżną do pola przy wszystkich mierzonych częstotliwościach. Maksymalna prędkość kątowa dla cząsteczek powlekanych złotem została zaobserwowana przy niższej częstotliwości charakterystycznej niż w przypadku cząsteczek Janus. Wyniki te sugerują ogólnie, że zachowanie cząsteczek Janus nie może być przypisane do prostego modelu superpozycji dwóch półkul.Pomiary dielektroforezy cząstek w pełni pokrytych złotem wykazały odpowiedź typu N-dielektroforeza przy niskich częstotliwościach oraz odpowiedź typu P-dielektroforeza przy wysokich częstotliwościach. Częstotliwość przejścia ściśle odpowiadała częstotliwości charakterystycznej, przy której zaobserwowano maksymalną prędkość kątową. Po opracowaniu techniki te utorowały drogę badaczom w dziedzinie materii miękkiej do zbadania baldachimów elektrodowych dla przepływów laminarnych w syntezie mikrofluidycznej.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat tego, jak wykonać elektrodę ITO za pomocą maszyny do znakowania laserowego oraz jak przygotować cząstki z powłoką metaliczną do eksperymentów elektrokinetycznych.

preparation-janus-particles-alternating-current-electrokinetic

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Niebędąca podatna na fouling monowarstwa silanu PEG została desorbowana z indywidualnie adresowalnych elektrod ITO na szkle poprzez przyłożenie potencjału redukcyjnego. Elektrochemiczne usuwanie warstwy silanu PEG z mikroelektrod ITO umożliwiło adhezję komórek w sposób przestrzennie zdefiniowany, przy czym wzory komórkowe ściśle odpowiadały rozmieszczeniu elektrod.

Wzorcowanie komórek na optycznie przezroczystych elektrodach z tlenku indu i cyny

Manipulowanie cieczami i zawieszonymi cząstkami w skali mikro i nano staje się coraz bardziej realne dzięki dalszemu rozwojowi technologii umożliwiających, takich jak elektrokinetyka prądu przemiennego (AC electrokinetics). W niniejszym opracowaniu omawiamy podstawy fizyczne elektrokinetyki AC, sposób wytwarzania tych urządzeń oraz metodę interpretacji obserwacji eksperymentalnych.

Zjawiska elektrokinetyczne AC generowane przez struktury mikroelektrodowe

Różne powłoki elektrod wpływają na wydajność rejestracji neuronowej poprzez zmiany właściwości elektrochemicznych, chemicznych i mechanicznych. Porównanie elektrod in vitro jest stosunkowo proste, jednak porównanie odpowiedzi in vivo jest zwykle skomplikowane ze względu na różnice w odległości między elektrodami a neuronami oraz między zwierzętami. Ten artykuł zawiera solidną metodę porównywania elektrod do rejestracji neuronowej.

Metoda systematycznej oceny elektrochemicznej i elektrofizjologicznej elektrod rejestrujących działanie neuronów

Ten protokół opisuje syntezę i osadzanie roztworu nieorganicznych nanokryształów warstwa po warstwie w celu wytworzenia cienkiej warstwy elektroniki na powierzchniach nieprzewodzących. Atramenty stabilizowane rozpuszczalnikiem mogą wytwarzać kompletne urządzenia fotowoltaiczne na podłożach szklanych poprzez powlekanie wirowe i natryskowe po wymianie ligandów i spiekaniu po osadzaniu.

Produkcja w pełni przetworzonych w roztworze nieorganicznych nanokrystalicznych urządzeń fotowoltaicznych

Ten artykuł przedstawia oparte na impedancji urządzenie do wykrywania szybkości parowania roztworów. Oferuje wyraźne zalety w porównaniu z konwencjonalnym podejściem do odchudzania: szybka reakcja, wykrywanie o wysokiej czułości, wymóg małej próbki, wielokrotne pomiary próbek i łatwy demontaż w celu czyszczenia i ponownego użycia.

Wysokowydajna platforma oparta na impedancji do wykrywania szybkości parowania

Przedstawiono protokół wytwarzania elektrochemicznie aktywnych nanobaterii litowo-jonowych litowo-jonowych na bazie litów litowo-jonowych opartych na elektrochemicznie aktywnych LiPON przy użyciu skupionej wiązki jonów.

Produkcja skupionej wiązki jonów półprzewodnikowych nanobaterii litowo-jonowych na bazie LiPON do testów in situ

Efektywna produkcja energii słonecznej i wodoru została niedawno zrealizowana na funkcjonalizowanych systemach półprzewodnikowo-elektrokatalitycznych w fotoelektrochemicznym półogniwie w środowisku mikrograwitacji w Bremen Drop Tower. W tym miejscu przedstawiamy procedury eksperymentalne dotyczące wytwarzania urządzenia półprzewodnikowo-elektrokatalitycznego, szczegóły dotyczące konfiguracji eksperymentalnej w kapsule kroplowej oraz sekwencję eksperymentalną podczas swobodnego spadania.

Eksperymentalne metody efektywnej produkcji wodoru słonecznego w środowisku mikrograwitacji

Tutaj prezentujemy protokół przeprowadzania eksperymentów z reakcjami na gaz zamkniętymi in situ TEM, jednocześnie szczegółowo opisując kilka powszechnie stosowanych metod przygotowania próbek.

Przeprowadzanie reakcji gazowych in situ w komórkach zamkniętych w transmisyjnym mikroskopie elektronowym

Obecny protokół opisuje narzędzia do obsługi mikroelektrod wewnętrznych z krzemu podczas zabiegów modyfikacji powierzchni poprzez osadzanie gazu i reakcje roztworu wodnego. Szczegółowo wyjaśniono montaż komponentów używanych do obsługi urządzeń podczas całej procedury.

Narzędzia do obróbki powierzchniowej krzemowych płaskich mikroelektrod wewnątrzkorowych

Jako technika analityczna, elektrochemia nanoimpactowa, coraz ważniejsze podejście do liczenia i charakteryzowania elektro-nieaktywnych cząstek w skali nanometrowej, cierpi z powodu niskiej precyzji z powodu niejednorodnych rozkładów prądu, które powstają w wyniku użycia ultramikroelektrod. Przedstawiono tutaj uogólnione podejście, zwane "przerwaniem elektrokatalitycznym", które zwiększa precyzję takich pomiarów.

Precyzyjne wymiarowanie elektrochemiczne poszczególnych cząstek nieaktywnych elektrycznie

Protokół ten opisuje wytwarzanie jednoczęściowego tranzystora polowego (ISFET) na bazie tlenku indu i cyny (ITO), który może być skonstruowany jako czujnik FET bramkowany roztworem (np. czujnik pH) przy użyciu krótkiego i prostego procesu (około pół dnia). Ten jednoczęściowy tranzystor ITO-ISFET może być również stosowany do biodetekcji.

Wytwarzanie jednoczęściowego tranzystora na bazie tlenku indu i cyny z bramką rozpuszczającą, umożliwiającego czułą biodetekcję

Poznaj metodę przygotowania cząstek janusa i pomiarów elektrokinetycznych prądu przemiennego za pomocą szybko wytwarzanego układu elektrod ITO. Technika ta umożliwia badania w dziedzinie elektrokinetyki i mikrofluidyki.

Przygotowanie cząstek janusa i pomiarów elektrokinetycznych prądu przemiennego za pomocą szybko wytwarzanego układu elektrod z tlenku indu i cyny (Wideo) | JoVE Journal

Przygotowanie cząstek janusa i pomiarów elektrokinetycznych prądu przemiennego za pomocą szybko wytwarzanego układu elektrod z tlenku indu i cyny

Przeglądaj więcej filmów