Приготовление частиц Януса и электрокинетических измерений переменного тока с быстродействующим массивом электродов оксида олова олова

Общая цель этой процедуры заключается в быстром изготовлении электродов из оксида индия и олова и подготовке частиц с металлическим покрытием для электрокинетических экспериментов. Этот метод может облегчить эксперименты в области электрокинетики, такой как электровращение, диэлектрофорез и микрофлюидика. Основное преимущество этой технологии заключается в том, что она обеспечивает быстрый и удобный способ изготовления электрода ITO и подготовки частиц металлического покрытия.

Чтобы начать изготовление электрода, поместите чистый кусок стекла размером 25 на 50 миллиметров с покрытием ITO на столик импульсного волоконного лазерного гравировального станка. Расположите лазер на высоте 279,5 миллиметров над стеклом ITO. Импортируйте схему электродов в программное обеспечение для управления прибором.

Сначала выберите «Рамка», «Заливка» и «Заливка». Установите скорость гравировки на 800 миллиметров в секунду, мощность лазера на 60% и частоту на 40 килогерц. Просмотрите узор гравировки и вручную отрегулируйте положение стекла, чтобы выровнять узор по центру стекла.

После того, как узор будет центрирован, выполните гравировку, чтобы разделить проводящую поверхность на квадранты. Используйте полиимидную ленту для крепления изолированного многожильного провода к каждому токопроводящему квадранту стекла ITO с гравировкой. Затем разделите каждый выход канала двухфункционального генератора с двойными разъемами BNC.

Оснастите по одному выходу каждого канала инвертирующим операционным усилителем. Чтобы подготовить электродную решетку для измерений электровращения, сначала подключите верхний левый электрод непосредственно к двойному разъему BNC первого канала. Подключите соответствующий выход инвертора к несоседнему электроду.

Затем подключите нижний левый электрод ко второму каналу. Подключите соответствующий выход инвертора к последнему проводу, чтобы получить электродную решетку с фазовым сдвигом на 90 градусов между соседними электродами. Чтобы подготовить электродную решетку для диэлектрофореза, вместо этого подключите перевернутый первый канал к нижнему левому электроду.

Подключите нижний правый электрод ко второму каналу. Подключите последний электрод к соответствующему выходу инвертора, чтобы получить матрицу с фазовым сдвигом на 180 градусов между соседними электродами. Чтобы начать приготовление частиц Януса, центрифугируйте водную суспензию размером 10% по весу из двух микрометровых частиц кремнезема в количестве 2,200 г в течение одной минуты.

Перенесите два микролитра полученных частиц осадочного диоксида кремния в микроцентрифужную пробирку объемом 1,5 миллилитров. Добавьте 500 микролитров 99,5% этанола к частицам диоксида кремния. Обрабатывайте суспензию ультразвуком в течение одной минуты, а затем центрифугируйте суспензию при 2, 200 раз g в течение трех минут.

Сцедите надосадочную жидкость, и добавьте в пробу еще 500 микролитров этанола. Повторите обработку ультразвуком и центрифугирование еще три раза, каждый раз обновляя этанол. Затем сцедите надосадочную жидкость и добавьте к образцу восемь микролитров этанола.

Обрабатывайте образец ультразвуком в течение трех минут. Пипеткой нанесите два микролитра полученной суспензии на предметное стекло. С помощью предметного стекла медленно распределите каплю по предметному стеклу, чтобы образовался монослой частиц кремнезема.

Как только растворитель испарится, поместите предметное стекло в распылительную машину для нанесения покрытий с золотой мишенью. Нанесите на предметное стекло давление 15 миллиампер в течение 200 секунд, чтобы подготовить частицы Януса. Нанесите на предметное стекло 20 микролитров деионизированной воды.

Осторожно удалите частицы Януса с помощью наконечника пипетки объемом 200 микролитров, чтобы частицы оказались во взвешенном состоянии в капле воды. Затем перенесите суспензию частиц Януса в микроцентрифужную пробирку объемом 1,5 миллилитров. Разбавляйте суспензию деионизированной водой по мере необходимости, чтобы достичь подходящей для эксперимента концентрации частиц Януса.

Чтобы начать приготовление металлических частиц с полным покрытием, смешайте полимерную основу полидиметилсилоксана и его отвердитель в соотношении 10 к одному весу. Наклейте скотч на края предметного стекла, чтобы сформировать емкость. Залейте смесь PDMS в емкость с ленточными стенками на глубину два-три миллиметра.

Дегазируйте PDMS под вакуумом в течение 30 минут и отверждите PDMS при 70 градусах Цельсия в течение двух часов. Затем отделите отвержденный PDMS от ленты и предметного стекла, чтобы получить гладкий штамп PDMS. Подготовьте монослой из частиц Януса на предметном стекле.

Затем положите штамп PDMS гладкой стороной вниз на предметное стекло и равномерно надавите, чтобы частицы Януса попали на штамп. Осторожно отделите предметное стекло от штампа PDMS, чтобы обнажить поверхности диоксида кремния частиц Януса. Нанесите на частицы штампа PDMS еще один тонкий слой золота, чтобы получить полностью покрытые частицы.

С помощью капли деионизированной воды и наконечника пипетки удалите частицы с поверхности штампа, которые будут взвешенными в капле. Переложите суспензию в микроцентрифужную пробирку и разбавьте суспензию по мере необходимости. Чтобы начать эксперимент, накройте четырехфазную электродную решетку ITO пятью листами парафиновой лабораторной пленки.

С помощью термофена закрепите слои парафина на электродной решетке, образуя проставку размером 500 микрометров. Затем поместите электродную решетку на предметный столик инвертированного микроскопа с объективом 40X 0,6 NA. Поместите восемь микролитров суспензии частиц в центр массива и накройте его покровным стеклом.

Установите фазовый сдвиг генератора функций на 90 градусов для эксперимента с электровращением или на ноль градусов для эксперимента с диэлектрофорезом. Выберите синусоиду в качестве формы сигнала и задайте размах напряжения и частоты. Запустите генератор сигналов и используйте камеру перевернутого микроскопа для получения изображений движения и вращения частиц.

Используйте программное обеспечение для обработки изображений для определения скоростей частиц для дальнейшего анализа. Измерения электрокинетических свойств переменного тока проводились на частицах кремнезема с различной степенью золотого покрытия. Было обнаружено, что частицы януса вращаются в том же направлении, что и электрическое поле на низких частотах и противополе на более высоких частотах.

Максимальная угловая скорость наблюдалась на характерной частоте. Измерения электровращения голых частиц кремнезема показали совместное вращение поля на всех измеренных частотах. Максимальная угловая скорость наблюдалась на самой низкой измеряемой частоте.

Напротив, частицы кремнезема с золотым покрытием показали вращение в противоположном поле на всех измеренных частотах. Максимальная угловая скорость для частиц с золотым покрытием наблюдалась на более низкой характеристической частоте, чем у частиц Януса. Эти результаты, в целом, позволяют предположить, что поведение частиц Януса не может быть отнесено к простой модели суперпозиции с двумя полушариями.

Измерения диэлектрофореза частиц, полностью покрытых золотом, показали реакцию N-диэлектрофореза на низких частотах и реакцию P-диэлектрофореза на высоких частотах. Частота кроссовера близко соответствовала характерной частоте, на которой наблюдалась максимальная угловая скорость. После его разработки эти методы проложили путь исследователям в области мягкой материи к изучению электродного покрова для ламинарного синтеза в микрофлюидном синтезе.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как изготовить электрод ITO с помощью лазерной маркировочной машины и подготовить частицы металлического покрытия для электрокинетических экспериментов.