Waiting
Login processing...

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

Engineering

Préparation des particules de Janus et des mesures électrokinétiques à courant alternatif avec une matrice d'électrode à oxyde d'étain induite rapidement fabriquée

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

Summary

Dans cet article, une méthode simple pour préparer des particules métalliques partiellement ou entièrement revêtues et pour effectuer des mesures de propriétés électrocinétiques à courant alternatif avec une matrice d'électrode d'oxyde d'indium (ITO) rapidement fabriquée est démontrée.

Abstract

Cet article fournit une méthode simple pour préparer des particules métalliques partiellement ou entièrement revêtues et pour effectuer la fabrication rapide de matrices d'électrodes, ce qui peut faciliter les expériences électriques dans des dispositifs microfluidiques. Les particules de Janus sont des particules asymétriques qui contiennent deux propriétés de surface différentes sur leurs deux côtés. Pour préparer les particules de Janus, une couche monocouche de particules de silice est préparée par un procédé de séchage. L'or (Au) est déposé sur un côté de chaque particule à l'aide d'un dispositif de pulvérisation cathodique. Les particules métalliques complètement revêtues sont complétées après le deuxième processus de revêtement. Pour analyser les propriétés de la surface électrique des particules de Janus, des mesures électrochimiques à courant alternatif (AC), telles que la diélectrophorèse (DEP) et l'électrortation (EROT) - qui nécessitent des matrices d'électrodes spécifiquement conçues dans le dispositif expérimental - sont effectuées. Cependant, les méthodes traditionnelles pour fabriquer des matrices d'électrodes, telles que la technique photolithographique, nécessitent une sérieDe procédures compliquées. Ici, nous introduisons une méthode flexible pour fabriquer une matrice d'électrodes conçue. Un verre d'oxyde d'indium et d'oxyde d'étain (ITO) est modelé par une machine de marquage laser à fibre optique (1,064 nm, 20 W, largeur d'impulsion de 90 à 120 ns et fréquence de répétition d'impulsions de 20 à 80 kHz) pour créer une matrice d'électrodes triphasées. Pour générer le champ électrique à quatre phases, les électrodes sont connectées à un générateur de fonction à 2 canaux et à deux inverseurs. Le déphasage entre les électrodes adjacentes est réglé à 90 ° (pour EROT) ou à 180 ° (pour DEP). Des résultats représentatifs des mesures électrocinétiques à courant alternatif avec un ensemble d'électrodes ITO à quatre phases sont présentés.

Introduction

Les particules de Janus, nommées d'après le dieu romain à double face, sont des particules asymétriques dont les deux côtés ont des propriétés de surface physiquement ou chimiquement différentes 1 , 2 . En raison de cette caractéristique asymétrique, les particules de Janus présentent des réponses spéciales dans des champs électriques tels que DEP 3 , 4 , 5 , 6 , EROT 2 et électrophorèse à charge induite (ICEP) 7 , 8 , 9 . Récemment, plusieurs méthodes pour préparer les particules de Janus ont été rapportées, y compris la méthode d'émulsion Pickering 10 , la méthode de co-jet électrohydrodynamique 11 et la méthode de photopolymérisation microfluidique 12 . Cependant, ces méthodes nécessitent une série de compAppareils et procédures de licuage. Cet article présente une méthode simple pour préparer des particules de Janus et des particules métalliques complètement revêtues. Une monocouche de particules de silice à micro-échelle est préparée dans un procédé de séchage et est placée dans un dispositif de pulvérisation cathodique à revêtir avec Au. Un hémisphère de la particule est ombragé, et seul l'autre hémisphère est recouvert d'Au 2 , 13 . La monocouche de la particule de Janus est estampillée avec un tampon de polydiméthylsiloxane (PDMS) et ensuite traitée avec un second procédé de revêtement pour préparer des particules métalliques entièrement enrobées 14 .

Pour caractériser les propriétés électriques d'une particule Janus, différentes réponses électrochimiques AC, telles que DEP, EROT et électro-orientation, sont largement utilisées 9 , 15 , 16 , 17 , 18 19 . Par exemple, EROT est la réponse en rotation à l'état d'équilibre d'une particule dans un champ électrique rotatif imposé à l'extérieur 2 , 9 , 15 , 16 . En mesurant l'EROT, on peut obtenir l'interaction entre le dipôle induit des particules et les champs électriques. Le DEP, issu de l'interaction entre les dipôles induits et un champ électrique non uniforme, est capable de conduire au mouvement des particules 3 , 4 , 5 , 9 , 15 . Différents types de particules peuvent être attirés par (DEP positif) ou repoussés de (DEP négatif) les bords de l'électrode, qui sert de méthode générale pour manipuler et caractériser les particules dans le dispositif microfluidique. La traduction (DEP) et la rotation Les caractéristiques régionales (EROT) de la particule sous le champ électrique sont dominées par la partie réelle et imaginaire du facteur Clausius-Mossotti (CM), respectivement. Le facteur CM dépend des propriétés électriques des particules et du liquide environnant, qui sont révélées à partir de la fréquence caractéristique, ω c = 2σ / aC DL , de DEP et EROT, où σ est la conductivité du liquide, a est le rayon de la particule, Et C DL est la capacité de la double couche électrique 15 , 16 . Pour mesurer l'EROT et le DEP des particules, des modèles de matrice d'électrodes spécialement conçus sont nécessaires. Traditionnellement, une technique photolithographique est utilisée pour créer des matrices d'électrodes et nécessite une série de procédures compliquées, y compris le revêtement par photorésist, l'alignement des masques, l'exposition et le développement 15 , 18 ,S = "xref"> 19 , 20 .

Dans cet article, la fabrication rapide des matrices d'électrodes est démontrée par un motif optique direct. Une couche ITO transparente en couche mince, qui est revêtue sur le substrat en verre, est partiellement enlevée par une machine de marquage laser à fibre (1,064 nm, 20 W, largeur d'impulsion de 90 à 120 ns et fréquence de répétition d'impulsions de 20 à 80 kHz) Un ensemble d'électrodes à quatre phases. La distance entre les électrodes diagonales est de 150 à 800 μm, ce qui peut être adapté aux expériences. Le réseau d'électrodes à quatre phases peut être utilisé pour caractériser et concentrer les particules dans différents dispositifs microfluidiques 15 , 16 , 18 . Pour générer le champ électrique à quatre phases, le réseau d'électrodes est connecté à un générateur de fonctions à 2 canaux et à deux inverseurs. Le déphasage entre les électrodes adjacentes est réglé à 90 ° (pour EROT) ou 180 ° (pour DEP) 15 . Le signal AC est appliqué à une amplitude de tension de 0,5 à 4 V pp et la fréquence varie de 100 Hz à 5 MHz pendant le processus d'opération. Les particules de Janus, les particules métalliques et les particules de silice sont utilisées comme échantillons pour mesurer leurs propriétés électro-cinétiques. Les suspensions des particules sont placées sur la zone centrale du réseau d'électrodes et sont observées sous un microscope optique inversé avec un objectif 40X, NA 0.6. Le mouvement des particules et la rotation sont enregistrés avec un appareil photo numérique. Le mouvement DEP est enregistré dans la région annulaire, entre 40 et 65 μm radialement à l'écart du centre du réseau, et EROT est enregistré dans la région circulaire, à 65 μm radialement à l'écart du centre du tableau. La vitesse des particules et la vitesse angulaire sont mesurées par la méthode de suivi des particules. Les centroïdes de particules se distinguent par l'échelle de gris ou la géométrie des particules à l'aide d'un logiciel. La vitesse de la particule et la vitesse angulaire sont obtenues parMesurant les mouvements des centroïdes des particules.

Cet article fournit une méthode simple pour fabriquer rapidement des matrices d'électrodes à motifs arbitraires. Il introduit la préparation de particules métalliques entièrement ou partiellement revêtues, qui peuvent être utilisées dans différents domaines, avec des utilisations allant de la biologie aux applications de l'industrie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Fabrication de la Microchip

  1. Préparation de l'électrode ITO
    1. Utilisez un logiciel d'illustration commerciale pour dessiner un motif croisé. Réglez la distance entre les électrodes diagonales à 160 μm et faites les bras du motif transversal de 30 mm de large et 55 mm de long, comme le montre la figure 1 . Enregistrez le fichier d'illustration sous la forme d'un fichier DXF.
    2. Utilisez un coupe-verre pour couper le verre ITO à une taille de 25 mm x 50 mm (largeur x longueur). Utiliser 75% d'éthanol et d'eau DI pour rincer plusieurs fois le verre ITO.
    3. Mettez le verre ITO sur la machine de marquage au laser à fibre pulsée. Concentrez le laser sur la surface du verre ITO en ajustant la distance entre le verre ITO et le laser à 279,5 mm.
      REMARQUE: Le laser utilisé ici présente les spécifications suivantes: 1 064 nm, 20 W, largeur d'impulsion de 90 à 120 ns et fréquence de répétition d'impulsions de 20 à 80 kHz, avec une intensité de lumière pulsée d'environ 5 x 10 5 W / cm 2).
    4. Entrez directement le fichier d'illustration (fichier DXF) sur l'ordinateur de la machine de marquage au laser. Cliquez sur le bouton "Mark Parameter" et entrez les paramètres suivants: vitesse, "800 mm / s;" Pouvoir, "60%;" Et la fréquence, "40 kHz". Cochez les termes «Cadre», «Remplir» et «Remplir d'abord».
      1. Cliquez sur le bouton "Aperçu" pour positionner le motif au centre de verre ITO. Cliquez sur le bouton "Marquer l'échantillon" pour représenter le verre ITO ( Figure 1 A ).
  2. Installation d'un générateur triphasé et connexion de la micropuce expérimentale
    1. Construisez les circuits des inverseurs, comme le montre la figure 2 A.
    2. Connectez les 4 fils sur l'électrode triphasée par contact direct avec du ruban adhésif, comme le montre la Figure 2 C. Divisez le "ChannEl 1 "du générateur de fonctions en deux branches à l'aide d'un double connecteur BNC.
      1. Connectez une branche au fil (# 1) attaché à l'électrode ITO et l'autre à l'entrée de l'inverseur. Connectez la sortie de l'inverseur au fil (n ° 3), comme le montre la Figure 2 B.
    3. Connectez-vous "Channel 2" avec la même procédure qu'à l'étape 1.2.2, mais connectez-vous aux fils (# 2 et # 4) comme indiqué sur la Figure 2 B.
    4. Pour les expériences EROT, réglez le décalage de phase entre les deux canaux à 90 ° directement sur le générateur de fonctions. Appliquer une onde sinusoïdale à une amplitude de tension 0,5-4 V pp et une fréquence allant de 100 Hz à 5 MHz pendant les expériences, comme le montre la Figure 2 D.
    5. Pour les expériences DEP, connectez une branche du canal 1 au fil (# 1) attaché à l'électrode ITO et l'autre à laEntrée de l'inverseur. Connectez la sortie de l'inverseur au fil (# 2). Connectez le canal 2 en utilisant la même procédure, mais connectez-vous aux fils (# 3 et n ° 4).
    6. Réglez le déphasage entre les 2 canaux à 0 °, directement sur le générateur de fonctions. Appliquer une onde sinusoïdale à une amplitude de tension 0,5-4 V pp et une fréquence allant de 100 Hz à 5 MHz pendant les expériences, comme le montre la Figure 2 D.

2. Préparation des échantillons

  1. Préparation des particules Janus
    1. Centrifuger la suspension aqueuse de particules de silice de 2 μm (10% p / p) à 2.200 xg pendant 1 min.
    2. Pipettez 2 μL de particules de silice sédimentaires dans un tube de microcentrifugeuse de 1,5 ml et ajoutez 500 μL d'éthanol (99,5% v / v).
      REMARQUE: le surnageant n'a pas besoin d'être jeté; Il suffit de l'enregistrer au réfrigérateur à 4 ° C. Il n'a pas besoin d'être remis en suspension avant pipetting.
    3. Sonicate la suspension de particules d'éthanol-silice en utilisant un ultrasons (43 kHz, 50 W) pendant 1 min, puis centrifuger à 2 200 xg pendant 3 min.
    4. Remplacer le surnageant avec 500 μl d'éthanol et répéter l'étape 2.1.3 trois fois.
    5. Remplacer le surnageant avec 8 ul d'éthanol et soigner la suspension de particules d'éthanol-silice en utilisant un ultrasons (43 kHz, 50 W) pendant 3 min.
      REMARQUE: Environ 10 μL de suspension de particules d'éthanol et de silice devraient rester dans le tube à cette étape.
    6. Pipettez 2 μL de suspension de particules d'éthanol et de silice et déposez-les sur un coulisseau de verre normal (largeur: 25 mm, longueur: 75 mm et épaisseur: 1,2 mm) pour former une gouttelette.
      Remarque: Cette quantité de suspension de particules est suffisante pour préparer les monocouches pour 5-6 diapositives (2 μL pour chaque diapositive).
    7. Enrouler lentement la gouttelette de particules d'éthanol-silice légèrement avec un verre de couverture pour former une monocouche de particules de silice ( Figure 3 A ).
    8. Mettez la glissière avec la monocouche de particules de silice dans un dispositif de pulvérisation cathodique pour être revêtu d'Au.
      1. Retirez l'air de la chambre de pulvérisation à 100 mTorr et injectez de l'argon pendant 10 minutes (remplacez l'air par de l'argon). Arrêtez d'injecter de l'argon et retirez l'argon de la chambre à 70 mTorr.
      2. Réglez le courant à 15 mA pendant 200 s. ( Figure 3 B ); Les particules Janus sont déjà préparées à cette étape.
    9. Retirer 20 μL d'eau DI sur le coulisseau pulvérisé et gratter les particules Janus de la monocouche en utilisant une pointe de pipette normale de 200 μL.
      NOTE: Les particules Janus grattées de la monocouche suspendent dans la gouttelette d'eau DI à cette étape.
    10. Pipettez la gouttelette de suspension de particules Janus et déposez-la dans un autre tube centrifuge de 1,5 ml.
    11. Utilisez la suspension de particules Janus pour préparer l'échantillon en la diluant avec de l'eau DI à une concentration appropriéePour des expériences.
      NOTE: La concentration de la suspension de particules dans les expériences décrites ici est d'environ 2000 comptes / μL.
  2. Préparation de particules métalliques entièrement enrobées 14
    1. Mélanger la base de polymère PDMS et l'agent de durcissement à un rapport pondéral 10: 1.
    2. Tapez autour de la glissière en verre pour former les parois latérales du récipient. Verser le mélange de PDMS sur une glissière enregistrée pour obtenir une couche PDMS de 2-3 mm, comme le montre la Figure 4 A.
    3. Mettez la glissière glissée (conteneur) avec le mélange PDMS dans une chambre hermétique et faites fonctionner la pompe à vide pendant 30 minutes pour éliminer les bulles dans le mélange PDMS.
    4. Mettez le tiroir glissé (conteneur) avec le mélange PDMS (étape 2.2.3) dans le four. Curez le mélange PDMS à 70 ° C pendant 2 h pour former un tampon PDMS.
    5. Une fois que le tampon PDMS est durci, retirez la diapositive et le ruban pour obtenir le tampon PDMS, la surfaceQui était fixé à l'origine à la glissière en verre, formant une surface plane, comme le montre la figure 4 B.
    6. Suivez les étapes de 2.1.1-2.1.8 pour préparer une monocouche de particules Janus sur une glissière.
    7. Utiliser la surface plane du timbre PDMS pour tamponner la monocouche avec une pression uniforme.
    8. Mettez le tampon PDMS avec la monocouche de particules Janus, qui est inversée à partir de la glissière en verre fabriquée à la étape 2.1.8, dans le dispositif de pulvérisation cathodique pour être revêtu d'Au.
      1. Retirer l'air de la chambre de pulvérisation à 100 mTorr et injecter de l'argon pendant 10 min (remplacer l'air par de l'argon). Arrêtez d'injecter de l'argon et retirez l'argon de la chambre à 70 mTorr.
      2. Réglez le courant à 15 mA pendant 200 s ( Figure 4 C ); Les particules métalliques entièrement revêtues sont déjà préparées à cette étape.
    9. Suivez les étapes de 2.1.9-2.1.11 pour préparer l'échantillon pour des expériences.
      10. </ Ol>

    3. Expériences pour la mesure électrokinétique AC

    1. Enveloppez 5 morceaux de film de paraffine pour préparer un espaceur. Combinez le réseau d'électrode ITO avec l'entretoise de film d'une épaisseur de 500 μm à l'aide d'un pistolet à chaleur et placez l'électrode au stade du microscope.
      1. Retirer 8 μL de suspension de particules, qui a été préparée aux étapes 2.1 et 2.2, sur le centre de la matrice d'électrodes transversales. Placez un couvercle sur l'entretoise.
    2. Pour les expériences EROT, sur le générateur de fonctions, régler le décalage de phase entre les 2 canaux à 90 °. Appliquer une onde sinusoïdale à une amplitude de tension de 0,5-4 V pp et une fréquence allant de 100 Hz à 5 MHz pendant les expériences (en fonction de la connexion aux étapes 1.2.2-1.2.3).
      1. Choisissez le formulaire d'onde en cliquant sur le bouton "forme d'onde" du générateur de fonctions. Entrer la tension et la fréquence en utilisant les touches numérotées sur la fonction geNerator, puis allumez le signal AC en cliquant sur le bouton "output".
    3. Pour les expériences DEP, réglez le décalage de phase entre les 2 canaux à 0 °. Appliquer une onde sinusoïdale à une amplitude de tension de 0,5-4 V pp et une fréquence de 100 Hz à 5 MHz pendant les expériences (en fonction des connexions à l'étape 1.2.5) en configurant le générateur de fonctions comme à l'étape 3.2.1.
    4. Activez le signal AC en cliquant sur le bouton "sortie" et capturez les images du mouvement et de la rotation des particules sous un microscope optique inversé avec un objectif 40X, NA 0.6 à l'aide d'une caméra.
    5. Saisissez les images du mouvement et de la rotation des particules dans le logiciel et analysez la trajectoire des particules par suivi des particules afin d'obtenir les vitesses particulaires et angulaires.
      Remarque: Le logiciel "Image J" et son plugin "MultiTracker" ont été utilisés ici pour la binarisation d'images et le suivi des particules.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Le réseau d'électrodes à quatre phases est créé par une machine de marquage au laser à fibre optique. La couche conductrice ITO revêtue du verre est éliminée par un laser focalisé pour former un motif croisé avec un intervalle de 160 μm, comme le montre la figure 1 B.

Figure 1
Figure 1 : Préparation de l'électrode ITO. ( A ) Schéma de création d'une électrode ITO à quatre phases avec une machine de marquage laser à fibre optique (1 064 nm, 20 W, largeur d'impulsion de 90 à 120 ns et fréquence de répétition d'impulsions de 20 à 80 kHz). ( B ) Image de champ lumineux de l'ensemble d'électrode croisée au microscope. Cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figueUre.

Le schéma de circuit de l'inverseur est représenté sur la figure 2 A. Pour créer le champ électrique à quatre phases, le réseau d'électrodes est connecté à un générateur de fonction à 2 canaux et à deux inverseurs, comme indiqué dans Figure 2 B.

Figure 2
Figure 2 : Configuration d'un générateur à quatre phases et connexion du microchip expérimental. ( A ) Le schéma de circuit de l'inverseur. ( B ) Schéma de la micropuce expérimentale. ( C ) Connectez les 4 fils de l'électrode triphasée par contact direct avec du ruban adhésif. ( D ) Le déphasage entre les électrodes adjacentes est réglé à 90 °(Pour EROT) ou 180 ° (pour DEP). Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Une monocouche de particules de silice est préparée en faisant lentement glisser légèrement la goutte de particules d'éthanol-silice en utilisant un verre de couverture, comme le montre la figure 3 A. La monocouche de particules de silice est placée dans le dispositif de pulvérisation cathodique pour être revêtue d'Au. Enfin, les particules Janus sont préparées, comme le montre la Figure 3 C.

figure 3
Figure 3 : Procédures de préparation des particules Janus. ( A ) La monocouche de particules de silice sous un microscope. ( B )Dessin schématique du revêtement d'une mince couche de Au sur une monocouche de particules de silice. ( C ) Image de champ lumineux d'une particule Janus sous un microscope. Le côté sombre de la particule est le revêtement Au. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

La préparation des particules métalliques entièrement revêtues est illustrée à la figure 4 . Le récipient, qui consiste en une glissière et une bande, est chargé avec le mélange PDMS à une hauteur de 2 à 3 mm, comme le montre la figure 4 A. Le mélange PDMS est placé dans le four à 70 ° C pendant 2 h pour former un tampon PDMS. Le timbre PDMS, avec une surface plane, est illustré à la figure 4 B. La procédure de préparation de particules métalliques entièrement revêtues est représentée sur FigurE 4 C. La particule métallique entièrement revêtue est représentée sur la figure 4 D.

Figure 4
Figure 4 : Préparation des particules métalliques entièrement revêtues. ( A ) Le mélange PDMS dans le récipient à bande coulissante. ( B ) Le timbre PDMS avec une surface plane. ( C ) Procédés de préparation de particules métalliques complètement revêtues. ( D ) Image de champ lumineux d'une particule métallique entièrement revêtue sous un microscope. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Les résultats représentatifs de la particule EROT et DEP sont présentés en FigurE 5. L'EROT des particules de Janus est généralement dans la direction opposée du champ électrique (contre-champ), avec une vitesse angulaire maximale à une fréquence caractéristique, comme le montre la Figure 5 A. L'EROT des particules de Janus à basse fréquence inverse à la direction co-déposée, ce qui pourrait résulter du mécanisme de polarisation plus compliqué et du flux électroosmotique à charge induite autour de l'hémisphère 15 , 16 de surface métallique. L'EROT des particules de silice co-champ dans toutes les gammes de fréquences de test, et sa fréquence caractéristique est à la fréquence d'essai la plus basse (~ 500 Hz), comme le montre la Figure 5 B. L'EROT des particules métalliques est contre-champ dans toutes les plages de fréquences de test, et sa fréquence caractéristique est inférieure à celle des particules de Janus, comme le montre la Figure 5 C. De Figure 5 A-5C , on peut voir la variation de la partie imaginaire des facteurs CM, avec les fréquences de champs électriques entre différents types de particules. En outre, nous pouvons voir que la fréquence caractéristique EROT des particules de Janus est plus élevée que dans les particules métalliques entièrement enrobées. Ce résultat suggère que la polarisation des particules de Janus ne peut s'expliquer directement par un simple modèle de superposition de structures à deux hémisphères. Il existe un mécanisme plus compliqué pour la polarisation des particules Janus 2 . Les mesures de DEP des particules métalliques sont montrées à la figure 5 D. Les résultats montrent que la réponse de DEP des particules métalliques est n-DEP à des fréquences plus basses, mais p-DEP à des fréquences plus élevées, avec une fréquence de croisement conforme à la fréquence caractéristique dans La mesure EROT.

Re 5 "class =" xfigimg "src =" / files / ftp_upload / 55950 / 55950fig5.jpg "/>
Figure 5 : Résultats représentatifs des particules EROT et DEP. ( A ) spectre EROT des particules Janus. ( B ) spectre EROT de particules de silice. ( C ) spectre EROT de particules métalliques entièrement revêtues. ( D ) spectre DEP de particules métalliques entièrement revêtues. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

La fabrication des matrices d'électrode ITO à l'aide de la machine de marquage laser à fibre fournit une méthode rapide pour préparer des électrodes avec des motifs arbitraires. Cependant, il existe encore certains inconvénients à cette méthode, tels que moins de porteurs de charge et la précision de fabrication inférieure des électrodes ITO par rapport aux électrodes métalliques créées par des méthodes traditionnelles. Ces inconvénients pourraient limiter certaines expériences. Par exemple, moins de charges peuvent affecter la répartition du champ électrique lorsqu'il y a une grande distance entre les électrodes. En outre, l'ajustement des paramètres de motif est une étape critique dans cette méthode, ce qui affecte directement la qualité des réseaux d'électrodes ITO. Par exemple, la puissance laser affecte l'élimination de la couche conductrice ITO du substrat en verre. La fréquence et la vitesse du laser déterminent la douceur des bords de l'électrode ITO. Habituellement, les paramètres de motif appropriés sont trouvés par essai et erreur. Bref, cette méthamphétamineOd est capable de produire rapidement et efficacement des électrodes sur le verre ITO dans des motifs arbitraires, qui peuvent être appliqués à de nombreux types d'expériences électriques, à des recherches et à d'autres applications.

La préparation des particules Janus et des particules métalliques avec le processus de séchage est une méthode simple et pratique. Contrairement à d'autres méthodes, telles que la méthode de l'émulsion Pickering 10 , la méthode de co-jonction électrohydrodynamique 11 , la méthode de photopolymérisation microfluidique 12 et le procédé de synthèse chimique 15 , ce procédé est capable de préparer un grand nombre de particules dans un court laps de temps . Cependant, la limitation de cette méthode est que le dépôt de métal sur les surfaces des particules pourrait être non uniforme, ce qui pourrait changer légèrement la forme de la particule. Bien que la méthode du procédé de séchage ait cette limitation, il est encore une méthode utile pour préparer les particules de Janus etParticules métalliques.

En résumé, cet article fournit des méthodes fonctionnelles pour préparer rapidement des matrices d'électrodes dans des motifs arbitraires, ainsi qu'un grand nombre de particules métalliques entièrement ou partiellement revêtues. Cela peut faciliter le développement et l'application d'électro-cinétiques, y compris pour la manipulation et la caractérisation des particules dans les dispositifs microfluidiques.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Les auteurs n'ont rien à dévoiler.

Acknowledgments

Ce travail a été soutenu par le ministère de la Science et de la Technologie, Taiwan, ROC, sous Grant 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 particules Janus particules métalliques électrode ITO mesure électrochimique AC électrortation diélectrophorèse
Préparation des particules de Janus et des mesures électrokinétiques à courant alternatif avec une matrice d&#39;électrode à oxyde d&#39;étain induite rapidement fabriquée
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