Waiting
Login processing...

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

Engineering

Fremstilling av Janus Partikler og Vekselstrøm Elektrokinetiske Målinger Med En Rapidly Produced Indium Tin Oxid Electrode Array

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

Summary

I denne artikkelen er det vist en enkel metode for å fremstille delvis eller fullstendig belagte metalliske partikler og å utføre AC-elektrokinetiske egenskapsmålinger med en hurtigfabrikket indiumtennoksid (ITO) -elektrodeoppstilling.

Abstract

Denne artikkelen gir en enkel metode for å fremstille delvis eller fullstendig belagte metallpartikler og å utføre hurtig fremstilling av elektrodarrayer, som kan lette elektriske eksperimenter i mikrofluidiske enheter. Janus-partikler er asymmetriske partikler som inneholder to forskjellige overflateegenskaper på begge sider. For å fremstille Janus-partikler fremstilles et monolag av silikagelpartikler ved en tørkeprosess. Gull (Au) er avsatt på den ene siden av hver partikkel ved hjelp av en forstøvningsanordning. De fullt belagte metallpartiklene blir fullført etter den andre beleggingsprosessen. For å analysere de elektriske overflateegenskapene til Janus-partikler, utføres vekselstrøm (AC) elektrokinetiske målinger, som for eksempel dielektroforese (DEP) og electrorotation (EROT) - som krever spesielt utformede elektrodarrayer i eksperimentell enhet - utføres. Imidlertid krever tradisjonelle metoder for å fremstille elektrodearrayer, slik som fotolitografisk teknikk, en serieAv kompliserte prosedyrer. Her presenterer vi en fleksibel metode for å fremstille et designet elektrodarray. Et glass med indiumtennoksid (ITO) mønsteres av en fiberlasermarkeringsmaskin (1,064 nm, 20 W, 90 til 120 ns pulsbredde og 20 til 80 kHz pulsrepetisjonsfrekvens) for å skape en firefase-elektrodarray. For å generere firefaset elektrisk felt, er elektrodene koblet til en 2-kanals funksjonsgenerator og til to invertere. Faseskiftet mellom de tilstøtende elektrodene er satt til enten 90 ° (for EROT) eller 180 ° (for DEP). Representative resultater av AC elektrokinetiske målinger med en fire-fase ITO elektrode array er presentert.

Introduction

Janus-partikler, oppkalt etter den romerske guden med et dobbelt ansikt, er asymmetriske partikler hvis to sider har fysisk eller kjemisk forskjellige overflateegenskaper 1 , 2 . På grunn av denne asymmetriske funksjonen har Janus-partikler spesielle svar under elektriske felt, som DEP 3 , 4 , 5 , 6 , EROT 2 og induksjonsladningselektroforese (ICEP) 7 , 8 , 9 . Nylig har det blitt rapportert flere metoder for å fremstille Janus-partikler, inkludert Pickering-emulsjonsmetoden 10 , den elektrohydrodynamiske samkjøringsmetode 11 og den mikrofluidiske fotopolymerisasjonsmetode 12 . Imidlertid krever disse metodene en serie kompLisensierte apparater og prosedyrer. Denne artikkelen introduserer en enkel metode for å forberede Janus-partikler og fullt belagte metallpartikler. Et monolag av mikroskalerte silikapartikler fremstilles i en tørkeprosess og legges i en sputteringanordning som skal belegges med Au. En halvkule av partikkelen er skyggelagt, og bare den andre halvkule er belagt med Au 2 , 13 . Monolaget av Janus-partikkelen er stemplet med et polydimetylsiloksan (PDMS) -stempel og deretter behandlet med en andre beleggprosess for å fremstille fullt belagte metallpartikler 14 .

For å karakterisere de elektriske egenskapene til en Janus-partikkel, er forskjellige AC-elektrokinetiske responser, som DEP, EROT og elektro-orientering, mye brukt 9 , 15 , 16 , 17 , 18 19 . EROT er for eksempel den steady state rotasjonsresponsen av en partikkel under et eksternt pålagt roterende elektrisk felt 2 , 9 , 15 , 16 . Ved å måle EROT kan samspillet mellom den induserte dipol av partiklene og de elektriske feltene oppnås. DEP, som oppstår fra samspillet mellom de induserte dipolene og et ikke-jevnt elektrisk felt, kan føre til partikkelbevegelse 3 , 4 , 5 , 9 , 15 . Ulike typer partikler kan bli tiltrukket av (positiv DEP) eller avstøt fra (negativ DEP) elektrodekantene, som tjener som en generell metode for manipulering og karakterisering av partikler i mikrofluid-enheten. Den translasjonelle (DEP) og rota (EROT) egenskaper av partikkelen under det elektriske feltet domineres av henholdsvis den reelle og imaginære delen av Clausius-Mossotti (CM) -faktoren. CM-faktoren avhenger av de elektriske egenskapene til partiklene og den omgivende væsken, som avdekkes fra den karakteristiske frekvensen, co c = 2σ / aC DL , DEP og EROT, hvor σ er væskeledningsevnen, a er partikkelradien, Og C DL er kapasitansen av det elektriske dobbeltlag 15 , 16 . For å måle EROT og DEP av partikler, er det behov for spesialdesignet elektrode array mønstre. Tradisjonelt brukes en fotolitografisk teknikk for å lage elektrodarrayer og krever en rekke kompliserte prosedyrer, inkludert fotoresist spin-coating, maskjustering, eksponering og utvikling 15 , 18 ,S = "xref"> 19 , 20 .

I denne artikkelen er den raske fremstillingen av elektrodarrayer demonstrert ved direkte optisk mønster. Et gjennomsiktig tynnfilm-ITO-lag, som er belagt på glasssubstratet, fjernes delvis av en fiberlasermarkeringsmaskin (1,064 nm, 20 W, 90 til 120 ns pulsbredde og 20 til 80 kHz pulsrepetisjonsfrekvens) for å danne En firefaselektrodermatrise. Avstanden mellom de diagonale elektrodene er 150-800 μm, som kan justeres for å passe forsøkene. Firefaselektrodsettet kan brukes til å karakterisere og konsentrere partikler i forskjellige mikrofluidiske anordninger 15 , 16 , 18 . For å generere firefaset elektrisk felt, er elektrodarrangementet koblet til en 2-kanalsfunksjonsgenerator og til to invertere. Faseskiftet mellom de tilstøtende elektrodene er satt til enten 90 ° (for EROT) eller 180 ° (for DEP) 15 . AC-signalet påføres ved en 0,5 til 4 V pp spenningsamplitude, og frekvensen varierer fra 100 Hz til 5 MHz under operasjonsprosessen. Janus partikler, metallpartikler og silikapartikler blir brukt som prøver for å måle deres elektrokinetiske egenskaper. Suspensjoner av partiklene plasseres på senterområdet av elektrodarrayet og observeres under et invertert optisk mikroskop med et 40X, NA 0,6-objektiv. Partikkels bevegelse og rotasjon registreres med et digitalkamera. DEP-bevegelsen er registrert i ringformet område, mellom 40 og 65 μm radielt vekk fra matrisesenteret, og EROT registreres i det sirkulære området, 65 μm radielt vekk fra matrisesenteret. Partikkelhastighet og vinkelhastighet måles ved hjelp av partikkelsporingsmetoden. Partikkel-sentroider utmerker seg med gråskala eller geometri av partikler ved hjelp av programvare. Partikkelhastigheten og vinkelhastigheten er oppnådd avMåle bevegelsene til partikkel-sentroider.

Denne artikkelen gir en enkel metode for raskt å fremstille vilkårlige mønstrede elektrodarrayer. Det introduserer tilberedning av helt eller delvis belagte metallpartikler, som kan brukes i forskjellige felt, med bruksområder som spenner fra biologi til industriapplikasjoner.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Fremstilling av Microchip

  1. Forberedelse av ITO-elektroden
    1. Bruk kommersiell illustrasjonsprogramvare til å tegne et kryss mønster. Still avstanden mellom diagonalelektroder til 160 μm og la armene på kryssmønsteret være 30 mm brede og 55 mm lange, som vist på figur 1 . Lagre illustrasjonsfilen som en DXF-fil.
    2. Bruk en glassskiver til å trimme ITO-glasset til en størrelse på 25 mm x 50 mm (bredde x lengde). Bruk 75% etanol og DI vann til å skylle ITO glasset flere ganger.
    3. Sett ITO-glasset på pulsfibre-lasermarkeringsmaskinen. Fokuser laser på overflaten av ITO-glasset ved å justere avstanden mellom ITO-glasset og laseren til 279,5 mm.
      MERK: Laseren som brukes her har følgende spesifikasjoner: 1,064 nm, 20 W, 90 til 120 ns pulsbredde og 20 til 80 kHz pulsrepetisjonsfrekvens, med en pulserende lysintensitet på ca. 5 x 10 5 W / cm 2).
    4. Direkte inntast illustrasjonsfilen (DXF-filen) på datamaskinen til lasermarkeringsmaskinen. Klikk på "Mark Parameter" -knappen og skriv inn følgende parametere: hastighet, "800 mm / s;" Kraft, "60%;" Og frekvens, "40 kHz." Merk av for "Ramme", "Fyll" og "Fyll først".
      1. Klikk på "Forhåndsvisning" -knappen posisjon mønsteret på ITO glassenter. Klikk på "Mark Sample" -knappen for å mønstre ITO-glasset ( Figur 1 A ).
  2. Sette opp en firefase generator og koble til eksperimentell mikrochip
    1. Bygg omkretsene til omformerne, som vist i figur 2 A.
    2. Koble de fire ledningene på firefaselektroden ved direkte kontakt med tape, som vist i figur 2 C. Del "ChannEl 1 "til funksjonsgeneratoren i to grener ved hjelp av en dobbel BNC-kontakt.
      1. Koble en gren til ledningen (# 1) festet til ITO-elektroden og den andre til inngangen på omformeren. Koble utgangen fra omformeren til ledningen (# 3), som vist på figur 2B .
    3. Koble til "Channel 2" med samme fremgangsmåte som i trinn 1.2.2, men koble til ledningene (# 2 og # 4) som vist i Figur 2B .
    4. For EROT-eksperimentene, sett faseskiftet mellom de to kanalene til 90 °, direkte på funksjonsgeneratoren. Påfør en sinusbølge ved 0,5-4 V pp spenningsamplitud og en frekvens som strekker seg fra 100 Hz til 5 MHz under forsøkene, som vist i figur 2 D.
    5. For DEP-eksperimentene, koble en gren av kanal 1 til ledningen (# 1) festet til ITO-elektroden og den andre tilInverterens inngang. Koble utgangen fra omformeren til ledningen (# 2). Koble til kanal 2 med samme fremgangsmåte, men koble til ledningene (# 3 og # 4).
    6. Still faseskiftet mellom de 2 kanalene ved 0 °, direkte på funksjonsgeneratoren. Påfør en sinusbølge ved 0,5-4 V pp spenningsamplitud og en frekvens som strekker seg fra 100 Hz til 5 MHz under forsøkene, som vist i figur 2 D.

2. Fremstilling av prøvene

  1. Fremstilling av Janus partikler
    1. Sentrifuger 2 μm silikagelpartikkelsvannssuspensjonen (10% vekt / vekt) ved 2100 xg i 1 min.
    2. Pipetter 2 μL sedimentære silikapartikler i et 1,5 ml mikrocentrifugerør og tilsett 500 μl etanol (99,5% v / v).
      MERK: Supernatanten trenger ikke å kasseres; Bare lagre det i kjøleskapet ved 4 ° C. Det trenger ikke å resuspenderes før pipetting.
    3. Sonikater etanol-silika partikkelsuspensjonen ved bruk av en ultralydator (43 kHz, 50 W) i 1 min og sentrifuger den deretter ved 2 200 x g i 3 min.
    4. Substitutt supernatanten med 500 μl etanol og gjenta trinn 2.1.3 tre ganger.
    5. Substitutt supernatanten med 8 μl etanol og sonikere etanol-silika partikkel suspensjon ved bruk av en ultralydator (43 kHz, 50 W) i 3 min.
      MERK: Ca 10 μl etanol-silika partikkel suspensjon bør forbli i røret ved dette trinnet.
    6. Pipett 2 μl etanol-silika partikkelsuspensjon og slipp den på en vanlig glideskinne (bredde: 25 mm, lengde: 75 mm og tykkelse: 1,2 mm) for å danne en dråpe.
      Merk: Denne mengden partikkelsuspensjon er nok til å fremstille monolagene for 5-6 lysbilder (2 μl for hvert lysbilde).
    7. Dra langsomt etanol-silika partikeldroppen litt med et dekselglass for å danne et monolag av silikapartikler ( figur 3 A ).
    8. Sett lysbildet med monolaget av silikapartikler i en sputtering enhet som skal belagt med Au.
      1. Fjern luften fra sputterkammeret ved 100 mTorr og injiser argon i 10 minutter (erstatt luften med argon). Stopp injeksjon av argon og fjern argonet fra kammeret ved 70 mTorr.
      2. Still strømmen til 15 mA i 200 s. ( Figur 3B ); Janus partikler er allerede forberedt på dette trinnet.
    9. Dropp 20 μl DI vann på sputtered lysbilde og skrape Janus partiklene fra monolaget ved hjelp av en vanlig 200 μL pipettespiss.
      MERK: Janus partiklene skrapt fra monolaget suspenderes i DI vann dråpen på dette trinnet.
    10. Pipett Janus-partikkel-suspensjonsdråpen og slipp den i et annet 1,5-ml sentrifugerør.
    11. Bruk Janus-partikkelsuspensjonen til å forberede prøven ved å fortynne den med DI vann til en passende konsentrasjonPå for eksperimenter.
      MERK: Konsentrasjonen av partikkelsuspensjonen i forsøkene beskrevet her er ca. 2000 teller / μl.
  2. Fremstilling av fullt belagte metallpartikler 14
    1. Bland PDMS-polymerbasen og herdemidlet ved et vektforhold på 10: 1.
    2. Tape rundt glassglasset for å danne beholderens laterale vegger. Hell blandingen av PDMS på en tapetglass for å oppnå et PDMS-lag på 2-3 mm, som vist i figur 4A .
    3. Sett den tapte glideren (beholderen) med PDMS-blandingen i et lufttett kammer og kjør vakuumpumpen i 30 minutter for å fjerne boblene i PDMS-blandingen.
    4. Sett den tapede glideren (beholderen) med PDMS-blandingen (trinn 2.2.3) i ovnen. Herd PDMS-blandingen ved 70 ° C i 2 timer for å danne et PDMS-stempel.
    5. Etter at PDMS-stempelet er herdet, fjern glidelåsen og tape for å få PDMS-stempelet, overflatenHvorav originalt festet til glassruten, danner en flat overflate, som vist i figur 4B .
    6. Følg trinnene fra 2.1.1-2.1.8 for å lage et monolayer av Janus-partikler på et lysbilde.
    7. Bruk den platte overflaten av PDMS-stempelet til å stemple monolaget med jevnt trykk.
    8. Sett PDMS-stempelet med monolaget av Janus-partikler, som er omvendt fra glidelåsen i trinn 2.1.8, inn i forstøvningsanordningen som skal belegges med Au.
      1. Fjern luft fra sputterkammeret ved 100 mTorr og injiser argon i 10 minutter (erstatt luften med argon). Stopp injeksjon av argon og fjern argonet fra kammeret ved 70 mTorr.
      2. Still strømmen til 15 mA i 200 s ( Figur 4 C ); De fullt belagte metallpartiklene er allerede fremstilt ved dette trinnet.
    9. Følg trinnene fra 2.1.9-2.1.11 for å forberede prøven for eksperimenter.
      10. </ Ol>

    3. Eksperimenter for vekselektrokinetisk måling

    1. Wrap 5 pieces of paraffin film for å lage en spacer. Kombiner ITO-elektrodarmen med filmavstanden på 500 μm tykkelse ved hjelp av en varmepistol og plasser elektroden på mikroskopfasen.
      1. Slipp 8 μl partikkel-suspensjon, som ble fremstilt i trinnene 2.1 og 2.2, på midten av krysselektrodearrangementet. Legg et deksel på mellomrommet.
    2. For EROT-eksperimentene, på funksjonsgeneratoren, stiller faseskiftet mellom de 2 kanalene til 90 °. Påfør en sinusbølge ved 0,5-4 V pp spenningsamplitude og en frekvens som spenner fra 100 Hz til 5 MHz under forsøkene (basert på forbindelsen i trinn 1.2.2-1.2.3).
      1. Velg bølgeformen ved å klikke på "bølgeform" -knappen på funksjonsgeneratoren. Angi spennings- og frekvensverdien ved hjelp av nummererte knapper på funksjonsgruppenNerator og slå deretter på AC-signalet ved å klikke på "output" -knappen.
    3. For DEP-eksperimentene, sett faseskiftet mellom de 2 kanalene til 0 °. Påfør en sinusbølge ved 0,5-4 V pp spenningsamplitud og en frekvens på 100 Hz til 5 MHz under forsøkene (basert på tilkoblingene i trinn 1.2.5) ved å sette opp funksjonsgeneratoren som i trinn 3.2.1.
    4. Slå på AC-signalet ved å klikke på "output" -knappen og fange bildene av partikkelbevegelse og rotasjon under et invertert optisk mikroskop med et 40X, NA 0,6-mål ved hjelp av et kamera.
    5. Input bildene av partikkelbevegelse og rotasjon til programvaren og analyser partikkelsbanen ved partikkelsporing for å oppnå partikkel- og vinkelhastighetene.
      Merk: "Image J" -programvaren og dens "MultiTracker" -tillegg ble brukt her for bildebinarisering og partikkelsporing.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Firefaselektrod-oppstillingen er opprettet av en fiberlasermarkeringsmaskin. Det ITO ledende laget belagt på glasset fjernes av en fokuslaser for å danne et kryss mønster med et gap på 160 μm, som vist i figur 1B .

Figur 1
Figur 1 : Fremstilling av ITO-elektroden. ( A ) Skjema for å lage en fire-faset ITO-elektrode med en fiberlasermarkeringsmaskin (1,064 nm, 20 W, 90 til 120 ns pulsbredde og 20 til 80 kHz pulsrepetisjonsfrekvens). ( B ) Bright-field-bilde av krysselektrodsystemet under et mikroskop. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figure.

Kretsdiagrammet til inverteren er vist i figur 2A. For å opprette firefaset elektrisk felt, er elektrodarmen koblet til en 2-kanals funksjonsgenerator og til to invertere, som vist i Figur 2 B.

Figur 2
Figur 2 : Oppsett av en firefase generator og tilkobling av eksperimentell mikrochip. ( A ) Kretsdiagrammet til inverteren. ( B ) Schema over eksperimentelle mikrochip. ( C ) Koble de 4 ledningene på firefaselektroden ved direkte kontakt med tape. ( D ) Faseskiftet mellom de tilstøtende elektrodene er satt til enten 90 °(For EROT) eller 180 ° (for DEP). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Et monolag av silikagelpartikler fremstilles ved langsomt å dra etanol-silika partikeldroppen litt ved å bruke et dekselglass, som vist i figur 3A . Monolaget av silikapartikler er satt inn i forstøvningsanordningen for å bli belagt med Au. Endelig fremstilles Janus-partiklene, som vist i figur 3C .

Figur 3
Figur 3 : Forberedelsesprosedyrer av Janus Partikler. ( A ) Monolaget av silikapartikler under et mikroskop. ( B )Skjematisk tegning av belegning av et tynt lag av Au på et monolag av silikapartikler. ( C ) Bright-field bilde av en Janus partikkel under et mikroskop. Den mørke siden av partikkelen er Au-belegget. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Fremstillingen av fullt belagte metallpartikler er vist i figur 4 . Beholderen, som består av et lysbilde og tape, lastes med PDMS-blandingen til en 2 til 3 mm høyde, som vist i figur 4A . PDMS-blandingen blir satt i ovnen ved 70 ° C i 2 timer for å danne et PDMS-stempel. PDMS-stempelet, med en flat overflate, er vist i figur 4B . Fremstillingsprosedyren for fullt belagte metallpartikler er vist i figurE 4 C. Den fullt belagte metallpartikkelen er vist i figur 4 D.

Figur 4
Figur 4 : Fremstilling av fullbelagte metalliske partikler. ( A ) PDMS-blandingen i glidebåndsbeholderen. ( B ) PDMS-stempelet med en flat overflate. ( C ) Fremstillingsprosedyrer av fullt belagte metallpartikler. ( D ) Lysbildet av en fullstendig belagt metallpartikkel under et mikroskop. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

De representative resultatene av partikkel EROT og DEP er vist i FigurE 5. EROT av Janus-partikler er generelt i motsatt retning av det elektriske feltet (motfelt), med en maksimal vinkelhastighet ved en karakteristisk frekvens, som vist i figur 5A . EROT av Janus-partikler med lav frekvens reverserer til den sammenfiltrerte retningen, noe som kan være på grunn av den mer kompliserte polarisasjonsmekanismen og den induksjonsladede elektroosmotiske strømning rundt metallhalverhalveren 15 , 16 . EROT av silikapartikler er samfelt i alle testfrekvensområder, og dens karakteristiske frekvens ligger ved laveste testfrekvens (~ 500 Hz), som vist i figur 5B . EROT av metalliske partikler er motfelt i alle testfrekvensområder, og dens karakteristiske frekvens er lavere enn for Janus-partikler, som vist i figur 5C . Fra Figur 5 A-5C , vi kan se endringen i den imaginære delen av CM-faktorene, med de elektriske feltfrekvenser mellom forskjellige typer partikler. Dessuten kan vi se at EROTs karakteristiske frekvens av Janus-partiklene er høyere enn i fullbelagte metallpartikler. Dette resultatet antyder at polariseringen av Janus-partikler ikke kan forklares direkte av en enkel superposisjonsmodell av to-halvkule strukturer. Det er en mer komplisert mekanisme for polarisering av Janus partikler 2 . DEP-målingene av metalliske partikler er vist i Figur 5 D. Resultatene viser at DEP-responsen av metallpartikler er n-DEP ved lavere frekvenser, men p-DEP ved høyere frekvenser, med en kryssfrekvens som stemmer overens med den karakteristiske frekvensen i EROT måling.

Re 5 "class =" xfigimg "src =" / files / ftp_upload / 55950 / 55950fig5.jpg "/>
Figur 5 : De representative resultatene av partikkel EROT og DEP. ( A ) EROT spektrum av Janus partikler. ( B ) EROT-spektrum av silikapartikler. ( C ) EROT spektrum av fullt belagte metalliske partikler. ( D ) DEP-spektrum av fullt belagte metalliske partikler. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Fremstilling av ITO-elektrodarrayer ved hjelp av fiberlasermarkeringsmaskinen gir en rask metode for å forberede elektroder med vilkårlig mønster. Imidlertid er det fortsatt noen ulemper for denne metoden, for eksempel færre ladestyrere og den lavere fabrikasjonsnøyaktigheten av ITO-elektroder sammenlignet med metallelektroder laget av tradisjonelle metoder. Disse ulempene kan begrense noen eksperimenter. F.eks. Kan færre ladningsbærere påvirke fordelingen av det elektriske feltet når det er stor avstand mellom elektroder. I tillegg er justeringen av mønsterparametrene et kritisk trinn i denne metoden, noe som direkte påvirker kvaliteten på ITO-elektrodarrayene. For eksempel påvirker laserkraften fjerningen av det ITO ledende laget fra glasssubstratet. Frekvensen og hastigheten til laseren bestemmer jevnheten av ITO-elektrodekantene. Vanligvis er passende mønsterparametere funnet ved prøve og feil. Kort sagt, denne metOd er i stand til raskt og effektivt å produsere elektroder på ITO glass i vilkårlig mønster, som kan brukes til mange typer elektriske eksperimenter, for forskning og andre applikasjoner.

Forbered Janus-partiklene og metallpartiklene med tørkeprosessen er en enkel og praktisk metode. I motsetning til andre fremgangsmåter, så som Pickering-emulsjonsmetoden 10 , den elektrohydrodynamiske samkjøringsmetode 11 , den mikrofluidiske fotopolymerisasjonsmetode 12 og den kjemiske syntesemetoden 15 , er denne fremgangsmåten i stand til å fremstille et stort antall partikler på kort tid . Begrensningen av denne metoden er imidlertid at metalldeposisjonen på partiklens overflater kan være ujevn, noe som kan endre partikkelformen litt. Selv om tørkeprosessen har denne begrensningen, er det fortsatt en nyttig metode for å forberede Janus partikler ogMetalliske partikler.

Sammenfattende gir denne artikkelen funksjonelle metoder for raskt å forberede elektrodmatriser i vilkårlige mønstre, samt et stort antall helt eller delvis belagte metallpartikler. Dette kan lette utviklingen og anvendelsen av elektrokinetikk, inkludert for manipulering og karakterisering av partikler i mikrofluidiske enheter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av departementet for vitenskap og teknologi, Taiwan, ROC, under 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 utgave 124 Janus partikler metallpartikler ITO elektrode AC elektrokinetic måling electrorotation dielektroforese
Fremstilling av Janus Partikler og Vekselstrøm Elektrokinetiske Målinger Med En Rapidly Produced Indium Tin Oxid Electrode 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