Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

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

Published: June 23, 2017 doi: 10.3791/55950
Automatic Translation
1, 1
1Institute of Applied Mechanics, National Taiwan University

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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 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 (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 = "xref"> 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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Fabricage van de Microchip

  1. Voorbereiding van de ITO-elektrode
    1. 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.
    2. 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.
    3. 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).
    4. Voer het illustratiebestand (DXF-bestand) direct in op de computer van de lasermarkeringsmachine. Klik op de knop "Markering Parameter" en voer de volgende parameters in: snelheid, "800 mm / s;" Kracht, "60%;" En frequentie, "40 kHz." Vink de termen "Frame", "Fill" en "Fill First" aan.
      1. Klik op de "Preview" knop knop het patroon in het ITO glazen centrum. Klik op de knop 'Mark Sample' om het ITO-glas te patroneren ( Figuur 1 A ).
  2. Een vierfase generator opzetten en de experimentele microchip aansluiten
    1. Bouw de schakelingen van de omvormers, zoals getoond in figuur 2 A.
    2. Verbind de 4 draden op de vierfasige elektrode door direct contact met de band, zoals weergegeven in figuur 2C . Verdeel de "Channels"El 1 "van de functie generator in twee takken met een dubbele BNC connector.
      1. 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.
    3. Verbind "Kanaal 2" met dezelfde procedure als in stap 1.2.2, maar verbind met de draden (# 2 en # 4) zoals getoond in Figuur 2 B.
    4. 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.
    5. 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).
    6. 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.

2. Voorbereiding van de monsters

  1. Bereiding van Janus deeltjes
    1. Centrifugeer de 2 μm siliciumdioxide deeltjes waterige suspensie (10% w / w) bij 2.200 xg gedurende 1 minuut.
    2. 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.
    3. 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.
    4. Vervang de supernatant met 500 μl ethanol en herhaal stap 2.1.3 driemaal.
    5. 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.
    6. 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).
    7. Sleep de ethanol-silica deeltjesdruppel langzaam met een dekglas om een ​​monolaag van silica-deeltjes te vormen ( figuur 3) A ).
    8. Zet de glijbaan met de monolaag van siliciumdioxide deeltjes in een sputterapparaat die met Au wordt bedekt.
      1. 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.
      2. Stel de stroom in op 15 mA voor 200 s. ( Figuur 3B ); Janus deeltjes zijn al in deze stap voorbereid.
    9. 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.
    10. Pipet de Janus deeltjes suspensie druppel en laat het in een andere 1,5 ml centrifuge buis.
    11. 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.
  2. Bereiding van volledig gecoate metallische deeltjes 14
    1. Meng de PDMS-polymeerbasis en het uithardingsmiddel bij een gewichtsverhouding van 10: 1.
    2. 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 .
    3. 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.
    4. 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.
    5. 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.
    6. Volg de stappen van 2.1.1-2.1.8 om een ​​monolayer van Janus deeltjes op een dia op te stellen.
    7. Gebruik het platte oppervlak van de PDMS-stempel om de monolaag met uniforme druk te stampen.
    8. 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.
      1. 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.
      2. Stel de stroom in op 15 mA voor 200 s ( Figuur 4 C ); De volledig gecoate metallische deeltjes zijn al in deze stap bereid.
    9. Volg de stappen van 2.1.9-2.1.11 om het monster voor experimenten voor te bereiden.
      10. </ Ol>

    3. Experimenten voor AC-elektrokinetische meting

    1. 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.
      1. 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.
    2. 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).
      1. Kies de golfvorm door op de "waveform" -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 "output" knop te klikken.
    3. 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.
    4. Zet het AC signaal aan door op de "output" 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.
    5. 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 "Image J" -software en de "MultiTracker" -toepassing werden hier gebruikt voor beeldbinarisatie en particle tracking.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 .

Figuur 1
Figuur 1 : Bereiding van de ITO-elektrode. ( A ) Schema's voor het maken van een vierfasige ITO-elektrode met een vezellasermarkeringsmachine (1,064 nm, 20 W, 90 tot 120 ns pulsbreedte en 20 tot 80 kHz pulsherhalingsfrequentie). ( B ) Helder veldbeeld van de kruiselektrode-array onder een microscoop. Klik hier om een ​​grotere versie van deze vijgen te bekijkenure.

Het schakelschema van de omvormer wordt getoond in figuur 2A. Om het vierfasige elektrische veld te creëren is de elektrode array aangesloten op een 2-kanaals-functie generator en op twee invertors, zoals getoond in Figuur 2 B.

Figuur 2
Figuur 2 : Opstelling van een vierfase-generator en de aansluiting van de experimentele microchip. ( A ) Het schakelschema van de omvormer. ( B ) Schema's van de experimentele microchip. ( C ) Sluit de 4 draden aan op de vierfase-elektrode door direct contact met de tape te maken. ( D ) De faseverschuiving tussen de aangrenzende elektroden is ingesteld op 90 °(Voor EROT) of 180 ° (voor DEP). Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Een monolaag van siliciumdioxide deeltjes wordt bereid door de deeltjesdruppel met ethanol-silica deeltjes langzaam te slepen met behulp van een afdekglas, zoals getoond in figuur 3A . De monolaag van siliciumdioxide deeltjes wordt in de sputterapparaat geplaatst om met Au te worden bekleed. Ten slotte worden de Janus deeltjes bereid, zoals getoond in Figuur 3C .

Figuur 3
Figuur 3 : Bereidingsprocedures van Janus Particles. ( A ) De monolaag van silica deeltjes onder een microscoop. ( B )Schematische tekening van het bekleden van een dunne laag Au op een monolaag van silica deeltjes. ( C ) Bright-veldbeeld van een Janus-deeltje onder een microscoop. De donkere kant van het deeltje is de Au coating. Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

De bereiding van volledig gecoate metallische deeltjes wordt getoond in figuur 4 . De container, die bestaat uit een dia en tape, wordt geladen met het PDMS-mengsel op een hoogte van 2 tot 3 mm, zoals getoond in figuur 4A . Het PDMS-mengsel wordt gedurende 2 uur bij 70 ° C in de oven gebracht om een ​​PDMS-stempel te vormen. De PDMS-stempel, met een vlak oppervlak, is in figuur 4 B weergegeven . De voorbereidingsprocedure van volledig gecoate metallische deeltjes wordt getoond in figuurE 4 C. Het volledig gecoate metalen deeltje is getoond in figuur 4 D.

Figuur 4
Figuur 4 : Bereiding van volledig gelakte metallische deeltjes. ( A ) Het PDMS mengsel in de dia-tape container. ( B ) De PDMS-stempel met een vlak oppervlak. ( C ) Bereidingsprocedures van volledig gecoate metallische deeltjes. ( D ) Helderveldbeeld van een volledig gecoat metallisch deeltje onder een microscoop. Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

De representatieve resultaten van deeltje EROT en DEP zijn weergegeven in figuurE 5. De EROT van Janus deeltjes is in het algemeen in tegengestelde richting van het elektrische veld (tegenveld), met een maximale hoeksnelheid bij een kenmerkende frequentie, zoals getoond in Figuur 5A . De EROT van Janus deeltjes met een lage frequentie omkeren naar de geco-fileerde richting, die kan zijn door het ingewikkelder polarisatiemechanisme en de geïnduceerde lading elektroosmotische stroom rond het metalen oppervlak halfrond 15 , 16 . De EROT van siliciumdioxide deeltjes is co-veld in alle testfrequentiebereiken en de karakteristieke frequentie ligt op de laagste testfrequentie (~ 500 Hz), zoals getoond in figuur 5B . De EROT van metallische deeltjes is tegenveld in alle testfrequentiebereiken, en zijn karakteristieke frequentie is lager dan die van Janus deeltjes, zoals getoond in Figuur 5C . Van Figuur 5 A-5C , we zien de verandering in het denkbeeldige deel van de CM-factoren, met de elektrische veldfrequenties tussen verschillende soorten deeltjes. Bovendien kunnen we zien dat de EROT karakteristieke frequentie van de Janus deeltjes hoger is dan in volledig gecoate metallische deeltjes. Dit resultaat suggereert dat de polarisatie van Janus deeltjes niet direct kan worden verklaard door een simpel superpositie model van twee-hemisfeer structuren. Er is een ingewikkelder mechanisme voor de polarisatie van Janus deeltjes 2 . De DEP-metingen van metallische deeltjes zijn weergegeven in figuur 5 D. De resultaten tonen aan dat de DEP-respons van metallische deeltjes n-DEP bij lagere frequenties is, maar p-DEP bij hogere frequenties, met een crossoverfrequentie die overeenkomt met de kenmerkende frequentie in De EROT meting.

Re 5 "class =" xfigimg "src =" / bestanden / ftp_upload / 55950 / 55950fig5.jpg "/>
Figuur 5 : De representatieve resultaten van deeltjes EROT en DEP. ( A ) EROT spectrum van Janus deeltjes. ( B ) EROT spectrum van silica deeltjes. ( C ) EROT spectrum van volledig gecoate metallische deeltjes. ( D ) DEP spectrum van volledig gecoate metallische deeltjes. Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 wanneer er een grote afstand tussen elektroden is. Bovendien is de aanpassing van de patroonparameters een kritische stap in deze methode, die de kwaliteit van de ITO-elektrode-arrays direct beïnvloedt. Bijvoorbeeld, de laserkracht beïnvloedt de verwijdering van de ITO geleidende laag uit het glazen substraat. De frequentie en snelheid van de laser bepalen de gladheid van de ITO elektrode randen. Meestal worden passende patteringsparameters gevonden door trial and error. Kortom, dit methOd is in staat om snel en efficiënt elektroden op ITO-glas te produceren in willekeurige patronen, die kunnen worden toegepast op vele soorten elektrische experimenten voor onderzoek en andere toepassingen.

Het voorbereiden van de Janus deeltjes en metalen deeltjes met het droogproces is een eenvoudige en handige methode. In tegenstelling tot andere methoden, zoals de Pickering emulsie methode 10 , de elektrohydrodynamische coëfficiënt methode 11 , de microfluïdische fotopolymerisatie methode 12 en de chemische synthese werkwijze 15 , is deze methode in staat om een ​​groot aantal deeltjes op korte tijd te bereiden . De beperking van deze methode is echter dat de metaalafzetting op de oppervlakken van de deeltjes niet-uniform kan zijn, wat de deeltjesvorm licht zou kunnen veranderen. Hoewel de droogproces methode deze beperking heeft, is het nog een nuttige methode om Janus deeltjes te bereiden enMetallische deeltjes.

Samenvattend biedt dit artikel functionele methoden om elektrode arrays snel te bereiden in willekeurige patronen, evenals een groot aantal geheel of gedeeltelijk gecoate metallische deeltjes. Dit kan de ontwikkeling en toepassing van elektrokinetica vergemakkelijken, met inbegrip van manipulatie en karakterisering van deeltjes in microfluïdische apparaten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

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

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silica Microsphere-2.34 µm Bangs Laboratories SS04N
Ethyl Alcohol (99.5%) KATAYAMA CHEMICAL E-0105
SYLGARD 184 A&B Silicone Elastomer(PDMS) DOW CORNING PDMS 
 ITO glass Luminescence Technology LT-G001
Fiber laser marking machine Taiwan 3Axle Technology TAFB-R-20W
 2-channel function generator Gwinsek AFG-2225
CMOS camera Point Grey GS3-U3-32S4M-C
Sputter JEOL JFC-1100E
Operational Amplifiers Texas Instruments LM6361N OP invertor 
Ultrasonic Cleaner Gui Lin Yiyuan Ultrasonic Machinery Co. DG-1
Microcentrifuge Scientific Specialties, Inc. 1.5ml
Mini Centrifuge LMS MC-MCF-2360
Microscope cover glass Marienfeld-Superior 18*18mm
Inverted optical microscope Olympus OX-71 
Parafilm bemis spacer

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Walther, A., Müller, A. H. Janus particles. Soft Matter. 4 (4), 663-668 (2008).
  2. Chen, Y. -L., Jiang, H. -R. Electrorotation of a metallic coated Janus particle under AC electric fields. Appl Phys Lett. 109 (19), 191605 (2016).
  3. Zhang, L., Zhu, Y. Directed assembly of janus particles under high frequency ac-electric fields: Effects of medium conductivity and colloidal surface chemistry. Langmuir. 28 (37), 13201-13207 (2012).
  4. Gangwal, S., Cayre, O. J., Velev, O. D. Dielectrophoretic assembly of metallodielectric Janus particles in AC electric fields. Langmuir. 24 (23), 13312-13320 (2008).
  5. Zhang, L., Zhu, Y. Dielectrophoresis of Janus particles under high frequency ac-electric fields. Appl Phys Lett. 96 (14), 141902 (2010).
  6. Chen, J., Zhang, H., Zheng, X., Cui, H. Janus particle microshuttle: 1D directional self-propulsion modulated by AC electrical field. AIP Adv. 4 (3), 031325 (2014).
  7. Gangwal, S., Cayre, O. J., Bazant, M. Z., Velev, O. D. Induced-charge electrophoresis of metallodielectric particles. Phys Rev Lett. 100 (5), 058302 (2008).
  8. Peng, C., Lazo, I., Shiyanovskii, S. V., Lavrentovich, O. D. Induced-charge electro-osmosis around metal and Janus spheres in water: Patterns of flow and breaking symmetries. Phys Rev E. 90 (5), 051002 (2014).
  9. Ramos, A., García-Sánchez, P., Morgan, H. AC electrokinetics of conducting microparticles: A review. Curr Opin Colloid Interface Sci. 24, 79-90 (2016).
  10. Hong, L., Jiang, S., Granick, S. Simple method to produce Janus colloidal particles in large quantity. Langmuir. 22 (23), 9495-9499 (2006).
  11. Bhaskar, S., Hitt, J., Chang, S. W. L., Lahann, J. Multicompartmental microcylinders. Angewandte Chemie International Edition. 48 (25), 4589-4593 (2009).
  12. Nie, Z., Li, W., Seo, M., Xu, S., Kumacheva, E. Janus and ternary particles generated by microfluidic synthesis: design, synthesis, and self-assembly. J Am Chem Soc. 128 (29), 9408-9412 (2006).
  13. Jiang, H. -R., Yoshinaga, N., Sano, M. Active motion of a Janus particle by self-thermophoresis in a defocused laser beam. Phys Rev Lett. 105 (26), 268302 (2010).
  14. Pawar, A. B., Kretzschmar, I. Multifunctional patchy particles by glancing angle deposition. Langmuir. 25 (16), 9057-9063 (2009).
  15. García-Sánchez, P., Ren, Y., Arcenegui, J. J., Morgan, H., Ramos, A. Alternating current electrokinetic properties of gold-coated microspheres. Langmuir. 28 (39), 13861-13870 (2012).
  16. Ren, Y. K., Morganti, D., Jiang, H. Y., Ramos, A., Morgan, H. Electrorotation of metallic microspheres. Langmuir. 27 (6), 2128-2131 (2011).
  17. Jones, T. B., Jones, T. B. Electromechanics of particles. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2005).
  18. Morganti, D. AC electrokinetic analysis of chemically modified microparticles. , University of Southampton. (2012).
  19. Morgan, H., Hughes, M. P., Green, N. G. Separation of submicron bioparticles by dielectrophoresis. Biophys J. 77 (1), 516-525 (1999).
  20. Ren, Y., et al. Induced-charge electroosmotic trapping of particles. Lab Chip. 15 (10), 2181-2191 (2015).

Tags

Engineering Uitgave 124 Janus deeltjes metaaldeeltjes ITO-elektrode AC-elektrokinetische meting electrorotatie dielektroforese
Bereiding van Janus-deeltjes en wisselende stroom elektrokinetische metingen met een snel vervaardigde Indium-tinoxide-elektrode-array
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Chen, Y. L., Jiang, H. R.… More

Chen, Y. L., Jiang, H. R. Preparation of Janus Particles and Alternating Current Electrokinetic Measurements with a Rapidly Fabricated Indium Tin Oxide Electrode Array. J. Vis. Exp. (124), e55950, doi:10.3791/55950 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter