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

Ogólnym celem tej procedury jest szybkie wytworzenie elektrod z tlenku indu i cyny oraz przygotowanie cząstek pokrytych metalem do eksperymentów elektrokinetycznych. Metoda ta może ułatwić eksperymenty w dziedzinie elektrokinetyki, takiej jak elektrorotacja, dielektroforeza i mikrofluidyka. Główną zaletą tej techniki jest to, że zapewnia szybką i wygodną metodę wytwarzania elektrody ITO i przygotowania cząstek powłoki metalowej.

Aby rozpocząć wytwarzanie elektrody, umieść czysty kawałek szkła powlekanego ITO o wymiarach 25 milimetrów na 50 milimetrów na stoliku maszyny do grawerowania laserem impulsowym. Umieść laser 279.5 milimetra nad szkłem ITO. Zaimportuj wzór elektrody do oprogramowania sterującego instrumentem.

Najpierw wybierz opcję Ramka, Wypełnienie i Wypełnienie. Ustaw prędkość grawerowania na 800 milimetrów na sekundę, moc lasera na 60%, a częstotliwość na 40 kiloherców. Wyświetl podgląd wzoru grawerowania i ręcznie dostosuj położenie szkła, aby wyśrodkować wzór na szkle.

Po wyśrodkowaniu wzoru wykonaj grawerowanie, aby podzielić powierzchnię przewodzącą na ćwiartki. Użyj taśmy poliimidowej, aby przymocować izolowany drut linkowy do każdego przewodzącego kwadrantu grawerowanego szkła ITO. Następnie podziel wyjście każdego kanału dwufunkcyjnego generatora z podwójnymi złączami BNC.

Wyposaż jedno wyjście każdego kanału w odwracający wzmacniacz operacyjny. Aby przygotować matrycę elektrod do pomiarów elektrorotacji, należy najpierw podłączyć lewą górną elektrodę bezpośrednio do podwójnego złącza BNC pierwszego kanału. Podłącz odpowiednie wyjście falownika do nieprzylegającej elektrody.

Następnie podłącz lewą dolną elektrodę do drugiego kanału. Podłącz odpowiednie wyjście falownika do ostatniego przewodu, aby utworzyć układ elektrod z przesunięciem fazowym o 90 stopni między sąsiednimi elektrodami. Aby przygotować układ elektrod do dielektroforezy, zamiast tego podłącz odwrócony pierwszy kanał do lewej dolnej elektrody.

Podłącz prawą dolną elektrodę do drugiego kanału. Podłącz ostatnią elektrodę do odpowiedniego wyjścia falownika, aby utworzyć matrycę z przesunięciem fazowym o 180 stopni między sąsiednimi elektrodami. Aby rozpocząć przygotowywanie cząstek Janusa, należy odwirować 10% wagowo wodną zawiesinę dwóch mikrometrowych cząstek krzemionki o stężeniu 2 200 g przez jedną minutę.

Przenieś dwa mikrolitry powstałych osadowych cząstek krzemionki do 1,5 mililitrowej probówki wirówkowej. Dodaj 500 mikrolitrów 99,5% etanolu do cząstek krzemionki. Sonikować zawiesinę przez jedną minutę, a następnie odwirowywać zawiesinę w ilości 2 200 razy g przez trzy minuty.

Zdekantować supernatant i dodać kolejne 500 mikrolitrów etanolu do próbki. Powtórz sonikację i odwirowanie jeszcze trzy razy, za każdym razem odświeżając etanol. Następnie zdekantować supernatant i dodać do próbki osiem mikrolitrów etanolu.

Sonikować próbkę przez trzy minuty. Odpipetować dwa mikrolitry powstałej zawiesiny na szkiełko podstawowe. Użyj szkiełka przykrywkowego, aby powoli rozprowadzić kroplę po szkiełku, aby utworzyć monowarstwę cząstek krzemionki.

Po odparowaniu rozpuszczalnika umieść szkiełko w powlekarce ze złotą tarczą. Napylaj szkiełko na 15 miliamperów przez 200 sekund, aby przygotować cząstki Janusa. Nałóż 20 mikrolitrów wody dejonizowanej na szkiełko.

Ostrożnie usuń cząstki Janusa za pomocą końcówki pipety o pojemności 200 mikrolitrów, tak aby cząstki były zawieszone w kropli wody. Następnie przenieś zawiesinę cząstek Janusa do 1,5 mililitrowej probówki mikrowirówkowej. Rozcieńczyć zawiesinę wodą dejonizowaną w razie potrzeby, aby uzyskać odpowiednie stężenie cząstek Janusa dla doświadczenia.

Aby rozpocząć przygotowywanie w pełni pokrytych cząstek metalicznych, należy wymieszać ze sobą bazę polimerową polidimetylosiloksanu i jej utwardzacz w stosunku wagowym 10 do jednego. Nałóż taśmę na krawędzie szkiełka, aby utworzyć pojemnik. Wlej mieszaninę PDMS do pojemnika o ściankach taśmy na głębokość od dwóch do trzech milimetrów.

Odgazuj PDMS w próżni przez 30 minut i utwardź PDMS w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez dwie godziny. Następnie należy oddzielić utwardzony PDMS od taśmy i szkiełka, aby uzyskać gładki stempel PDMS. Przygotuj monowarstwę cząstek janusa na szkiełku podstawowym.

Następnie połóż stempel PDMS gładką stroną do dołu na szkiełku i równomiernie dociśnij, aby przenieść cząstki Janusa na stempel. Ostrożnie oddziel szkiełko od stempla PDMS, aby odsłonić powierzchnie krzemionkowe cząstek Janusa. Napyl cząstki na stemplu PDMS kolejną cienką warstwą złota, aby uzyskać w pełni pokryte cząstki.

Użyj kropli wody dejonizowanej i końcówki pipety, aby usunąć cząstki z powierzchni stempla, która ma być zawieszona w kropli. Przenieść zawiesinę do probówki do mikrowirówki i w razie potrzeby rozcieńczyć zawiesinę. Aby rozpocząć eksperyment, przykryj czterofazowy układ elektrod ITO pięcioma arkuszami parafinowej folii laboratoryjnej.

Użyj opalarki, aby przymocować warstwy parafiny do układu elektrod, tworząc przekładkę o długości 500 mikrometrów. Następnie umieść układ elektrod na stoliku mikroskopu odwróconego z soczewką obiektywową 40X 0,6 NA. Umieścić osiem mikrolitrów zawiesiny cząstek w środku układu i przykryć ją szkłem nakrywkowym.

Ustaw przesunięcie fazowe generatora funkcyjnego na 90 stopni w przypadku eksperymentu elektrorotacji lub zero stopni w przypadku eksperymentu z dielektroforezą. Wybierz falę sinusoidalną jako przebieg i ustaw napięcie i częstotliwość między szczytami. Uruchom generator sygnału i użyj odwróconej kamery mikroskopowej, aby uchwycić obrazy ruchu i rotacji cząstek.

Użyj oprogramowania do przetwarzania obrazu, aby określić prędkości cząstek do dalszej analizy. Pomiary właściwości elektrokinetycznych prądu przemiennego przeprowadzono na cząstkach krzemionki o różnym stopniu pokrycia złotem. Stwierdzono, że cząstki janusa obracają się w tym samym kierunku co pole elektryczne przy niskich częstotliwościach i przeciwpole o wyższych częstotliwościach.

Maksymalną prędkość kątową obserwowano przy charakterystycznej częstotliwości. Pomiary elektrorotacji gołych cząstek krzemionki wykazały rotację pola kopulsywnego we wszystkich mierzonych częstotliwościach. Maksymalną prędkość kątową zaobserwowano przy najniższej zmierzonej częstotliwości.

W przeciwieństwie do tego, pokryte złotem cząstki krzemionki wykazywały rotację przeciwpola we wszystkich mierzonych częstotliwościach. Maksymalną prędkość kątową dla cząstek pokrytych złotem obserwowano przy niższej częstotliwości charakterystycznej niż w cząstkach Janusa. Wyniki te, ogólnie rzecz biorąc, sugerowały, że zachowanie cząstek Janusa nie może być przypisane prostemu modelowi superpozycji dwóch półkul

Pomiary dielektroforezy cząstek pokrytych w pełni złotem wykazały odpowiedź N-dielektroforezy przy niskich częstotliwościach i odpowiedź P-dielektroforezy przy wysokich częstotliwościach. Częstotliwość podziału była ściśle zgodna z częstotliwością charakterystyczną, przy której zaobserwowano maksymalną prędkość kątową. Po jego opracowaniu, techniki te utorowały drogę naukowcom zajmującym się miękką materią do zbadania czaszy elektrod do laminarnej syntezy mikroprzepływowej.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wytworzyć elektrodę ITO za pomocą maszyny do znakowania laserowego i przygotować cząsteczkę powłoki metalowej do eksperymentów elektrokinetycznych.