Waiting
Login processing...

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

Engineering

Janus Parçacıklarının Hazırlanması ve Alternatif Akım Elektrokinetik Ölçümlerin Hızla Yapılmış İndiyum Kalay Oksit Elektrot Dizisi ile Hazırlanması

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

Summary

Bu makalede, kısmen veya tamamen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması ve hızla imal edilen indiyum kalay oksit (ITO) elektrot dizisi ile AC elektrokinetik özellik ölçümleri yapmak için basit bir yöntem gösterilmiştir.

Abstract

Bu makale, kısmen veya tamamen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması ve mikroakışkan aygıtlardaki elektrik deneylerini kolaylaştırabilen elektrot dizilerinin hızlı üretimini gerçekleştirmek için basit bir yöntem sunmaktadır. Janus parçacıkları, iki tarafında iki farklı yüzey özelliği içeren asimetrik parçacıklardır. Janus parçacıklarını hazırlamak için, bir silika parçacıkları tek katmanlı bir kurutma işlemi ile hazırlanır. Altın (Au), bir püskürtme aygıtı kullanılarak her partikülün bir tarafına çökelir. Tamamen kaplanmış metalik parçacıklar, ikinci kaplama işleminden sonra tamamlanır. Janus parçacıklarının elektriksel yüzey özelliklerini analiz etmek için dielektroforez (DEP) ve elektromotorlaştırma (EROT) gibi deneysel aygıtta özel olarak tasarlanmış elektrod dizilerini gerektiren alternatif akım (AC) elektrokinetik ölçümler gerçekleştirilir. Bununla birlikte, fotolitografi tekniği gibi elektrod dizilerini imal etmek için geleneksel yöntemler,Karmaşık işlemler. Burada, tasarlanmış bir elektrot dizisi imal etmek için esnek bir yöntem sunmaktayız. Bir indiyum kalay oksit (ITO) camı dört fazlı bir elektrot dizisi oluşturmak için bir fiber lazer markalama makinesi (1,064 nm, 20 W, 90 ila 120 ns darbe genişliği ve 20 ila 80 kHz darbe tekrarlama frekansı) ile desenlenmiştir. Dört fazlı elektrik alanı oluşturmak için elektrotlar 2 kanallı bir fonksiyon üreticisine ve iki invertöre bağlanır. Bitişik elektrotlar arasındaki faz kayması 90 ° (EROT için) veya 180 ° (DEP için) olarak ayarlanır. Dört fazlı ITO elektrot dizisi ile AC elektrokinetik ölçümlerin temsili sonuçları sunulmuştur.

Introduction

Çift taneli Roma tanrısından sonra isimlendirilen Janus parçacıkları, iki tarafı fiziksel veya kimyasal olarak farklı yüzey özelliklerine sahip asimetrik parçacıklardır 1 , 2 . Bu asimetrik özellik nedeniyle, Janus parçacıkları, DEP 3 , 4 , 5 , 6 , EROT 2 ve indüklenmiş yük elektroforezi (ICEP) 7 , 8 , 9 gibi elektrik alanları altında özel yanıtlar sergiler. Son zamanlarda, Pickering emülsiyon yöntemi 10 , elektrohidrodinamik ortak jetleme yöntemi 11 ve mikroakışkan fotopolimerizasyon yöntemi 12 dahil olmak üzere, Janus parçacıklarının hazırlanması için çeşitli yöntemler bildirilmiştir. Bununla birlikte, bu yöntemler bir dizi compKarmaşık aygıtlar ve prosedürler. Bu makalede, Janus parçacıklarının ve tamamen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması için basit bir yöntem tanıtılmaktadır. Mikro ölçekli silika parçacıklarından oluşan bir tek tabaka bir kurutma prosesinde hazırlanır ve Au ile kaplanacak bir püskürtme cihazına konur. Parçacığın bir yarımküresi gölgeli ve yalnızca diğer yarımkürede Au 2 , 13 ile kaplanmıştır. Janus parçacıklarının tek katmanı bir polidimetilsiloksan (PDMS) damgası ile damgalanmış ve daha sonra tamamen kaplanmış metalik parçacıkların 14 hazırlanması için ikinci bir kaplama işlemi ile muamele edilmiştir.

Bir Janus parçacığının elektriksel özelliklerini karakterize etmek için DEP, EROT ve elektro-yönelim gibi farklı AC elektrokinetik yanıtlar yaygın olarak 9 , 15 , 16 , 17 , 18 kullanılır 19 . Örneğin, EROT, bir partikülün harici olarak dayatılan dönen bir elektrik alanı 2 , 9 , 15 , 16 altında kararlı duruma dönme tepkisidir. EROT'yi ölçerek, parçacıkların indüklediği dipol ile elektrik alanlar arasındaki etkileşim elde edilebilir. Uyarılmış dipoller ve düzensiz bir elektrik alanı arasındaki etkileşimden kaynaklanan DEP, parçacık hareketine 3 , 4 , 5 , 9 , 15 yol açabilir. Mikroakışkan cihazdaki partiküllerin manipüle edilmesi ve karakterize edilmesi için genel bir yöntem olarak görev yapan elektrot kenarlarına farklı türdeki parçacıklar çekilebilir (pozitif DEP) ya da (DEP negatif DEP) itilebilir. Translasyonel (DEP) ve rota Elektrik alanındaki partikülün EROT karakteristikleri sırasıyla Clausius-Mossotti (CM) faktörünün gerçek ve sanal kısmı tarafından baskındır. CM faktörü, DEP ve EROT'nin karakteristik frekansı olan ω c = 2σ / aC DL'den ortaya çıkan parçacıkların ve çevreleyen sıvının elektriksel özelliklerine bağlıdır; burada σ sıvı iletkenliği, a parçacık yarıçapı, Ve C DL , elektriksel çift tabakanın ( 15 , 16) kapasitansıdır. Parçacıkların EROT ve DEP'sini ölçmek için, özel olarak tasarlanmış elektrot dizisi modellerine ihtiyaç vardır. Geleneksel olarak, bir fotolitografi tekniği elektrot dizileri oluşturmak için kullanılır ve fotorezist spin-kaplama, maske hizalama, pozlama ve geliştirme dahil olmak üzere bir dizi karmaşık işlem gerektirir 15 , 18 ,S = "xref"> 19 , 20 .

Bu makalede, elektrot dizilerinin hızlı üretimi direkt optik modelleme ile gösterilmiştir. Cam substrat üzerine kaplanmış şeffaf bir ince film ITO tabakası, bir fiber lazer markalama makinesi (1.064 nm, 20 W, 90 ila 120 ns darbe genişliği ve 20 ila 80 kHz atım tekrarlama frekansı) ile kısmen çıkartılarak Dört fazlı bir elektrod dizisi. Diyagonal elektrotlar arasındaki uzaklık 150-800 μm, deneylere uyacak şekilde ayarlanabilir. Dört fazlı elektrod dizisi farklı mikroakışkan aygıtlar 15 , 16 , 18'deki parçacıkları karakterize etmek ve konsantre etmek için kullanılabilir. Dört fazlı elektrik alanını üretmek için, elektrot dizisi 2 kanallı bir işlev üretecine ve iki invertöre bağlanır. Bitişik elektrotlar arasındaki faz kayması ya 90 ° (EROT için) ya da 180 ° (DEP için) 15 . AC sinyali, 0.5 ila 4 V pp voltaj genlikte uygulanır ve frekans, işlem işlemi sırasında 100 Hz ila 5 MHz arasında değişir. Janus parçacıkları, metalik parçacıklar ve silika parçacıkları AC elektrokinetik özelliklerini ölçmek için numune olarak kullanılır. Parçacıkların süspansiyonları elektrot dizisinin orta bölümüne yerleştirilir ve 40X, NA 0.6 hedefli ters bir optik mikroskop altında gözlemlenir. Parçacık hareketi ve dönüşü bir dijital fotoğraf makinesi ile kaydedilir. DEP hareketi, dizi merkezinden 40 ila 65 μm arasında radyal olarak uzanan dairesel bölgede kaydedilir ve EROT, dairesel bölgede 65 μm radyal olarak dizi merkezinden uzakta kaydedilir. Parçacık hızı ve açısal hız parçacık izleme yöntemi ile ölçülür. Parçacık merkezleri yazılım kullanarak gri skala veya parçacık geometrisi ile ayırt edilir. Parçacık hızı ve açısal hız,Parçacık merkezlerinin hareketlerini ölçme.

Bu makale, keyfi olarak desenli elektrod dizilerini hızla üretmek için basit bir yöntem sunmaktadır. Biyolojiden endüstriye kadar çeşitli alanlarda kullanılabilen tamamen veya kısmen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanmasını sunar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Mikroçipin Üretimi

  1. ITO elektrodunun hazırlanması
    1. Çapraz desen çizmek için ticari illüstrasyon yazılımını kullanın. Diyagonal elektrotlar arasındaki mesafeyi 160 μm olarak ayarlayın ve Şekil 1'de gösterildiği gibi çapraz desenlerin kollarını 30 mm genişliğinde ve 55 mm uzunluğunda yapın. Resim dosyasını bir DXF dosyası olarak kaydedin.
    2. ITO camını 25 mm x 50 mm (genişlik x uzunluk) boyutuna küçültmek için bir cam kesici kullanın. ITO camını birkaç kez durulamak için% 75 etanol ve DI su kullanın.
    3. Darbeli fiber lazer markalama makinesinin üzerine ITO cam koyun. ITO camı ve lazer arasındaki mesafeyi 279.5 mm olarak ayarlayarak lazeri ITO camının yüzeyine odaklayın.
      NOT: Burada kullanılan lazer aşağıdaki özelliklere sahiptir: 1,064 nm, 20 W, 90 ila 120 ns darbe genişliği ve 20 ila 80 kHz teksir tekrarlama frekansı, yaklaşık 5 x 10 5 W / cm2'de darbe ışık yoğunluğu).
    4. Resimleme dosyasını (DXF dosyası) doğrudan lazer markalama makinesinin bilgisayarına girin. "İşaret Parametresi" düğmesine tıklayın ve aşağıdaki parametreleri girin: hız, "800 mm / s;" Güç, "% 60;" Ve frekans, "40 kHz". "Çerçeve", "Dolgu" ve "İlk Dolum" terimlerini işaretleyin.
      1. Deseni ITO cam merkezinde konumlandıran "Önizleme" düğmesini tıklayın. ITO camını desenlemek için "Numuneyi İşaretle" düğmesine tıklayın ( Şekil 1 A ).
  2. Dört fazlı bir jeneratör kurma ve deneysel mikroçipin bağlanması
    1. Şekil 2 A'da gösterildiği gibi, invertörlerin devrelerini oluşturun.
    2. Dört fazlı elektroddaki 4 kabloyu, Şekil 2 C'de gösterildiği gibi bandla doğrudan temas ederek bağlayın. "Channleri böl"El 1 "'i çift bir BNC konnektörü kullanarak iki dal haline getirin.
      1. Bir şube ITO elektroduna bağlı tel (# 1) ve diğeri invertörün girişine bağlayın. Şekil 2 B'de gösterildiği gibi, invertörün çıkışını kabloyla (# 3) bağlayın.
    3. "Kanal 2" 'yi, adım 1.2.2'deki ile aynı yordamla bağlayın, ancak Şekil 2 B'de gösterilen kablolara (# 2 ve # 4) bağlayın.
    4. EROT deneyleri için, iki kanal arasındaki faz kaymasını doğrudan doğruya fonksiyon üreteci üzerinde 90 ° olarak ayarlayın. Şekil 2 D' de gösterildiği gibi deneyler sırasında 0.5-4 V pp voltaj genlikinde bir sinüs dalgası ve 100 Hz ila 5 MHz arasında değişen bir frekansta uygulanır.
    5. DEP deneyleri için, Kanal 1'in bir dalını ITO elektroduna bağlı tel (# 1) ve diğeriInvertörün girişi. İnvertörün çıkışını kabloya bağlayın (# 2). Kanal 2'yi aynı prosedürü kullanarak bağlayın, ancak kablolara (# 3 ve # 4) bağlayın.
    6. 2 kanal arasındaki faz kaymasını 0 ° 'de doğrudan fonksiyon üreteci üzerinde ayarlayın. Şekil 2 D' de gösterildiği gibi deneyler sırasında 0.5-4 V pp voltaj genlikinde bir sinüs dalgası ve 100 Hz ila 5 MHz arasında değişen bir frekansta uygulanır.

2. Numunelerin Hazırlanması

  1. Janus parçacıklarının hazırlanması
    1. 2 um silika parçacık sulu süspansiyonunu (% 10 a / a), 2,200 xg'de 1 dakika boyunca santrifüjleyin.
    2. 1.5 mL'lik bir mikrosantrifüj tüpüne 2 uL sedimenter silika parçacıklarını pipetleyin ve 500 μL etanol (% 99.5 v / v) ekleyin.
      NOT: Süpernatanın atılması gerekmez; Sadece 4 ° C'de buzdolabında saklayın. Pipettin'den önce yeniden askıya alınması gerekmez.g.
    3. Etanol-silika partikül süspansiyonunu bir ultrasonatör (43 kHz, 50 W) ile 1 dakika süreyle sonik hale getirin ve sonra 2,200 xg'de 3 dakika santrifüjleyin.
    4. Süpernatantı 500 mcL etanol ile değiştirin ve adım 2.1.3'ü üç kez tekrarlayın.
    5. Süpernatantı 8 uL etanol ile değiştirin ve etanol-silika partikül süspansiyonunu bir ultrasonatör (43 kHz, 50 W) kullanılarak 3 dakika süreyle sonike edin.
      NOT: Yaklaşık 10 μL etanol-silika partikül süspansiyonu bu aşamada tüp içinde kalmalıdır.
    6. Etanol-silika partikül süspansiyonundan 2 uL pipetleyin ve bir damlacık oluşturmak için normal bir cam slayta (genişlik: 25 mm, uzunluk: 75 mm ve kalınlık: 1.2 mm) bırakın.
      Not: Bu partikül süspansiyonu miktarı, tek tabakaları 5-6 slayt için hazırlamak için yeterlidir (her slayt için 2 μL).
    7. Silika parçacıkların tek katmanını oluşturmak için etanol-silika partikül damlacıklarını hafifçe bir kapak camıyla sürükleyin ( Şekil 3 A ).
    8. Silika parçacıkları monolayer ile slayt Au ile kaplanacak bir püskürtme cihazına koyun.
      1. 100 mTorr'de püskürtme odasındaki havayı çıkarın ve argonu 10 dakika boyunca enjekte edin (havayı argon ile değiştirin). Argon enjekte etmeyi bırakın ve sonra argon 70 mTorr odasından çıkarın.
      2. Akımı 200 s süreyle 15 mA'ya ayarlayın. ( Şekil 3 B ); Bu adımda Janus parçacıkları hazırlanmış durumda.
    9. Püskürtülmüş slaytta DI su 20 mcL düşürün ve normal 200 mcL pipet ucu kullanarak tek tabaka Janus parçacıkları kazıyın.
      NOT: Tek katmandan kazınmış olan Janus parçacıkları, bu adımda DI su damlacıklarını askıda bırakır.
    10. Janus parçacık süspansiyonu damlacıklarını pipetleyin ve bir başka 1.5 mL'lik santrifüj tüpüne atın.
    11. Numuneyi uygun bir konsantrasyona kadar DI su ile seyrelterek hazırlamak için Janus parçacık süspansiyonunu kullanınDeneyler için.
      NOT: Burada açıklanan deneylerdeki parçacık süspansiyonunun konsantrasyonu yaklaşık 2.000 sayım / μL'dir.
  2. Tam olarak kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması 14
    1. PDMS polimer bazını ve kürleme maddesini 10: 1 ağırlık oranında karıştırın.
    2. Kabın yan duvarlarını oluşturmak için cam kaydırma bandını sarın. Şekil 4 A'da gösterildiği gibi, 2-3 mm'lik bir PDMS tabakası elde etmek için, bantlanmış bir slayt üzerine PDMS'nin karışımını dökün.
    3. Kaydedilmiş slayt (konteynır) PDMS karışımı ile hava geçirmez bir odaya koyun ve PDMS karışımı kabarcıkları çıkarmak için 30 dakika vakum pompası çalıştırın.
    4. Bantlı slayt (konteynır) PDMS karışımıyla (adım 2.2.3) fırına yerleştirin. PDMS karışımı oluşturmak için 70 ° C'de 2 saat süreyle PDMS karışımı tedavi edin.
    5. PDMS damgası iyileştikten sonra, PDMS damgasını almak için slayt ve bandı çıkarın, yüzeyBunlar Şekil 4B'de gösterildiği gibi düz bir yüzey oluşturan cam slaydın üzerine monte edilmiştir.
    6. Bir slaytta Janus parçacıklarının tek katmanını hazırlamak için 2.1.1-2.1.8 adımlarını izleyin.
    7. Tek tabakayı düzgün basınçla damgalamak için PDMS damganın düz yüzeyini kullanın.
    8. Adım 2.1.8'de hazırlanan cam slayttan ters çevrilen Janus parçacıklarının tek tabaka ile PDMS damgasını Au ile kaplanacak püskürtme cihazına yerleştirin.
      1. 100 mTorr'da püskürtme odasındaki havayı alın ve 10 dakika süreyle argon enjekte edin (havayı argon ile değiştirin). Argon enjekte etmeyi bırakın ve sonra argon 70 mTorr odasından çıkarın.
      2. Akımı 200 s süreyle 15 mA'ya ayarlayın ( Şekil 4 C ); Tamamen kaplanmış metal parçacıklar bu aşamada zaten hazırlanmıştır.
    9. Deney için örnek hazırlamak için 2.1.9-2.1.11 adımlarını izleyin.
      10. </ Ol>

    3. AC Elektrokinetik Ölçüm Deneyleri

    1. Bir izleyici hazırlamak için 5 adet parafin film sarın. Bir ısı tabancası kullanarak ITO elektrot dizisini film kalınlığı 500 μm kalınlığında birleştirin ve elektrodu mikroskop sahnesine yerleştirin.
      1. Aşamalarında 2.1 ve 2.2'de hazırlanan 8 μL parçacık süspansiyonunu çapraz elektrot dizisinin merkezine bırakın. Ara parçaya bir kapak cam yerleştirin.
    2. EROT deneyleri için, fonksiyon üreteci üzerinde 2 kanal arasındaki faz kaymasını 90 ° 'ye ayarlayın. 0.5-4 V pp voltaj amplitüdünde sinüs dalgası uygulayın ve deneyler sırasında 100 Hz ila 5 MHz arasında değişen bir frekansta (1.2.2-1.2.3 adımlarındaki bağlantıya dayanarak) uygulayın.
      1. İşlev jeneratöründeki "dalga formu" düğmesini tıklayarak dalga formunu seçin. Voltaj ve frekans değerini, fonksiyon ge üzerindeki numaralı düğmeleri kullanarak girinNerator ve ardından "output" butonuna basarak AC sinyalini açınız.
    3. DEP deneyleri için, 2 kanal arasındaki faz kaymasını 0 ° 'ye ayarlayın. Deneyler sırasında, adım 3.2.1'deki gibi fonksiyon üretecini kurarak 0.5-4 V pp voltaj genlikliğinde ve 100 Hz ila 5 MHz frekansında sinüs dalgası uygulayın (adım 1.2.5'deki bağlantılara dayanarak).
    4. "Çıkış" düğmesine basarak AC sinyalini açın ve bir kamera kullanarak 40X, NA 0.6 objektifle ters optik mikroskop altında parçacık hareketi ve dönüş görüntüsünü çekin.
    5. Parçacık hareketi ve döndürme görüntülerini yazılıma girin ve parçacığı ve açısal hızları elde etmek için parçacık izlemesi yoluyla parçacıkların yörüngesini analiz edin.
      Not: Resim ikili hale getirme ve parçacık takibi için "Resim J" yazılımı ve "Çok İzleyici" eklentisi kullanılmıştır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Dört fazlı elektrod dizisi bir fiber lazer markalama makinesi ile oluşturulmuştur. Cam üzerine kaplanmış ITO iletken katmanı, Şekil 1 B'de gösterildiği gibi, 160 um'lik bir aralıkla bir çapraz desen oluşturmak üzere bir odak lazeri ile çıkarılır.

Şekil 1
Şekil 1 : ITO Elektrodunun Hazırlanması. ( A ) Bir fiber lazer markalama makinesi (1,064 nm, 20 W, 90 ila 120 ns darbe genişliği ve 20 ila 80 kHz atım tekrarlama frekansı) ile dört fazlı ITO elektrodu oluşturma şeması. ( B ) Mikroskop altında çapraz elektrot dizisinin Parlak alan görüntüsü. Bu incir daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınızobilyaları.

İnvertörün devre şeması Şekil 2A'da gösterilmektedir. Dört fazlı elektrik alanı oluşturmak için, elektrot dizisi 2 kanallı bir fonksiyon üreticisine ve iki invertöre bağlanır; Şekil 2 B.

şekil 2
Şekil 2 : Dört Fazlı Jeneratör Kurulumu ve Deneysel Mikroçip Bağlantısı. ( A ) İnvertörün devre diyagramı. ( B ) Deneysel mikroçipin şematiği. ( C ) Dört fazlı elektroddaki 4 kabloyu bantla doğrudan temas yoluyla bağlayın. ( D ) Bitişik elektrotlar arasındaki faz kayması ya 90 ° 'ye ayarlanır(EROT için) veya 180 ° (DEP için). Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Silika parçacıkların bir tek tabakası, Şekil 3A'da gösterildiği gibi, bir kapak camı kullanarak hafifçe etanol-silika parçacık damlasını sürükleyerek hazırlanır. Silika parçacıklarının tek katmanı Au ile kaplanacak püskürtme cihazına konur. Sonunda, Janus parçacıkları Şekil 3C'de gösterildiği gibi hazırlanır.

Şekil 3
Şekil 3 : Janus Parçacıklarının Hazırlanma Prosedürleri. ( A ) Mikroskop altında silis parçacıklarının tek katmanı. ( B )Silika parçacıklarının tek katmanına ince bir Au katmanı kaplamanın şematik çizimi. ( C ) Janus parçacıklarının mikroskop altında parlak alan görüntüsü. Parçacıkların karanlık tarafı Au kaplamadır. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Tamamen kaplanmış metal parçacıkların hazırlanması Şekil 4'te gösterilmektedir. Bir kayar ve banttan oluşan kap, Şekil 4 A'da gösterildiği gibi PDMS karışımı ile 2 ila 3 mm yüksekliğe yüklenir. PDMS karışımı, bir PDMS damgası oluşturmak için 2 saat boyunca 70 ° C'de fırına konur. Düz bir yüzeye sahip olan PDMS damgası Şekil 4 B'de gösterilmektedir. Tam olarak kaplanmış metal parçacıkların hazırlanma prosedürü Şekil 2'de gösterilmiştir.4 C. Tamamen kaplanmış metalik parçacık Şekil 4 D' de gösterilmektedir.

Şekil 4
Şekil 4 : Tamamen Kaplanmış Metalik Parçacıkların Hazırlanması. ( A ) Slayt bandı kabındaki PDMS karışımı. ( B ) Düz bir yüzeye sahip PDMS damgası. ( C ) Tam olarak kaplanmış metal parçacıkların hazırlanma işlemleri. ( D ) Tam olarak kaplanmış metalik parçacıkların mikroskop altında parlak alan görüntüsü. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Parçacık EROT ve DEP'nin temsili sonuçları Şekil 2'de gösterilmektedir.E 5. Janus parçacıklarının EROT'ları, genel olarak, Şekil 5 A'da gösterildiği gibi, karakteristik bir frekansta maksimum bir açısal hızla elektrik alanı (karşı alan) zıt yöndedir. Janus parçacıklarının düşük frekanstaki EROT'u, daha karmaşık polarizasyon mekanizması ve metalik yüzey yarıküresi 15 , 16 etrafındaki indüklenmiş yük elektroosmotik akışından dolayı olabilir, birlikte dosyalanma yönüne ters yönde döner. Silika parçacıklarının EROT'su, tüm test frekans aralıklarında birlikte alan olup, karakteristik frekansı Şekil 5B'de gösterildiği gibi en düşük test frekansında (~ 500 Hz) bulunmaktadır. Metalik parçacıkların EROT'u, tüm test frekans aralıklarında karşı-alan ve karakteristik frekansı, Şekil 5C'de gösterildiği gibi Janus parçacıklarınınkinden daha düşüktür. itibaren Şekil 5 A-5C'de farklı partikül türleri arasındaki elektrik alan frekansları ile CM faktörlerinin sanal bölümündeki değişimi görebiliriz. Ayrıca Janus parçacıklarının EROT karakteristik frekansının tamamen kaplanmış metal parçacıklardan daha yüksek olduğunu da görüyoruz. Bu sonuç, Janus parçacıklarının kutuplaşmasının doğrudan iki yarımküre yapılarının basit bir üstüste binme modeli ile açıklanamayacağını düşündürmektedir. Janus parçacıklarının kutuplaşması için daha karmaşık bir mekanizma var 2 . Metalik parçacıkların DEP ölçümleri Şekil 5D'de gösterilmektedir. Sonuçlar, metalik parçacıkların DEP tepkisinin, daha düşük frekanslarda n-DEP olduğu, ancak daha yüksek frekanslarda p-DEP'nin, karakteristik frekans ile uyuşan bir çapraz frekansı olduğunu göstermektedir EROT ölçümü.

Yeniden 5 "sınıf =" xfigimg "src =" / dosyalar / ftp_upload / 55950 / 55950fig5.jpg "/>
Şekil 5 : Parçacık EROT ve DEP'nin Temsilci Sonuçları. ( A ) Janus parçacıklarının EROT spektrumu. ( B ) silis parçacıklarının EROT spektrumu. ( C ) tamamen kaplanmış metal parçacıkların EROT spektrumu. ( D ) tamamen kaplanmış metal parçacıkların DEP spektrumu. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Fiber lazer işaretleme makinesi kullanarak ITO elektrod dizilerinin yapılması, keyfi modellerle elektrotlar hazırlamak için hızlı bir yöntem sağlar. Bununla birlikte, geleneksel yöntemlerle yaratılan metal elektrotlara kıyasla daha az yük taşıyıcı ve daha düşük üretim hassasiyeti gibi bu yöntemde hala bazı dezavantajlar bulunmaktadır. Bu dezavantajlar bazı deneyleri sınırlayabilir. Örneğin, elektrotlar arasında büyük bir mesafe olduğunda, daha az yük taşıyıcıları elektrik alanının dağılımını etkileyebilir. Buna ek olarak, desenlendirme parametrelerinin ayarlanması, bu yöntemde ITO elektrod dizilerinin kalitesini doğrudan etkileyen kritik bir adımdır. Örneğin, lazer gücü ITO iletken tabakasının cam yüzeyden uzaklaştırılmasını etkiler. Lazer frekansı ve hızı, ITO elektrod kenarlarının pürüzsüzlüğünü belirler. Genellikle, uygun model parametreleri deneme yanılma ile bulunur. Kısacası, bu methOd, araştırma ve diğer uygulamalar için birçok elektrik deneylerine uygulanabilen keyfi modellerde ITO camında elektrotlar üretebiliyor.

Janus parçacıklarını ve metalik parçacıkları kurutma işlemi ile hazırlamak, basit ve kullanışlı bir yöntemdir. Pickering emülsiyon yöntemi 10 , elektrohidrodinamik ortak jetleme yöntemi 11 , mikro akışkan fotopolimerizasyon yöntemi 12 ve kimyasal sentez yöntemi 15 gibi diğer yöntemlerin aksine, bu yöntem çok kısa sürede çok sayıda partikül hazırlama yeteneğine sahiptir . Bununla birlikte, bu yöntemin kısıtlanması, parçacıkların yüzeyleri üzerindeki metal çökelmesinin düzensiz olabileceği ve parçacık şeklini biraz değiştirebileceğidir. Kurutma işlemi yöntemi bu sınırlamaya sahip olmakla birlikte, Janus parçacıklarının hazırlanması için halen yararlı bir yöntemdir veMetalik parçacıklar.

Özetle, bu makale, çok sayıda tam veya kısmi olarak kaplanmış metal parçacıklarının yanı sıra, elektrod dizilerini hızla rasgele desenler halinde hazırlamak için işlevsel yöntemler sunmaktadır. Bu, mikroakışkan aygıtlardaki parçacıkların manipülasyonu ve karakterizasyonu da dahil olmak üzere elektrokinetiklerin geliştirilmesini ve uygulanmasını kolaylaştırabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Bu çalışma, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, Tayvan, ROC tarafından Hibe NSC 103-2112-M-002-008-MY3 kapsamında desteklenmiştir.

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

Mühendislik Sayı 124 Janus parçacıkları metal partikülleri ITO elektrotu AC elektrokinetik ölçüm elektrodotasyon dielektroforez
Janus Parçacıklarının Hazırlanması ve Alternatif Akım Elektrokinetik Ölçümlerin Hızla Yapılmış İndiyum Kalay Oksit Elektrot Dizisi ile Hazırlanması
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