Waiting
Login processing...

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

Engineering

إعداد جانوس الجسيمات والتناوب الحالي القياسات الكهرومغناطيسية مع انديوم أكسيد القصدير مصفوفة بسرعة القطب الكهربائي صفيف

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

Summary

في هذه المقالة، ويتجلى طريقة بسيطة لإعداد جزئيات معدنية مغلفة جزئيا أو كليا وأداء القياسات الملكية الكهروضوئية أس مع ملفقة بسرعة أكسيد الإنديوم أكسيد القصدير (إيتو) مجموعة الكهربائي.

Abstract

توفر هذه المقالة طريقة بسيطة لإعداد جزئيات معدنية مغلفة جزئيا أو كليا وأداء التصنيع السريع للصفائف الكهربائي، والتي يمكن أن تسهل التجارب الكهربائية في الأجهزة ميكروفلويديك. جزيئات جانوس هي جسيمات غير متماثلة تحتوي على خواص سطحية مختلفة على جانبيها. لإعداد جزيئات جانوس، يتم إعداد أحادي الطبقة من جسيمات السيليكا من خلال عملية التجفيف. يتم إيداع الذهب (الاتحاد الافريقي) على جانب واحد من كل جسيم باستخدام جهاز الاخرق. يتم الانتهاء من الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل بعد عملية الطلاء الثانية. لتحليل خصائص سطح الكهربائية من جزيئات جانوس، يتم إجراء القياسات الكهرومغناطيسية التيار المتردد، مثل ديلكتروفوريسيس (ديب) و إليكتروتاتيون (إروت) - التي تتطلب صفائف الكهربائي مصممة خصيصا في الجهاز التجريبي. ومع ذلك، فإن الطرق التقليدية لتصنيع صفائف الإلكترود، مثل تقنية التصوير الضوئي، تتطلب سلسلةمن الإجراءات المعقدة. هنا، ونحن نقدم طريقة مرنة لافتعال مصفوفة مجموعة الكهربائي. تم تصميم أنود أكسيد القصدير الإنديوم (إيتو) الزجاج بواسطة آلة الليزر الليزر وسم (1،064 نانومتر، 20 واط، 90 إلى 120 نانومتر نبض العرض، و 20 إلى 80 كيلو هرتز نبض تردد تكرار) لإنشاء أربع مراحل مجموعة الكهربائي. لتوليد الحقل الكهربائي من أربع مراحل، ترتبط الأقطاب إلى مولد وظيفة 2-قناة وإلى اثنين من العاكسات. يتم ضبط زحزحة الطور بين الأقطاب المجاورة إما على 90 درجة (ل إروت) أو 180 درجة (ل ديب). وترد النتائج التمثيلية للقياسات الكهرومغناطيسية أس مع أربع مراحل إيتو مجموعة القطب.

Introduction

جزيئات جانوس، التي سميت بالإله الروماني مع وجه مزدوج، هي الجسيمات غير المتماثلة التي الجانبين لها خصائص سطحية مختلفة من الناحية الفيزيائية أو كيميائيا 1 ، 2 . ونظرا لهذه الميزة غير المتماثلة، جزيئات جانوس يحمل ردود خاصة تحت المجالات الكهربائية، مثل ديب 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، إيروت 2 ، والحث الكهربائي الكهربائي (إيسيب) 7 ، 8 ، 9 . في الآونة الأخيرة، تم الإبلاغ عن عدة طرق لإعداد الجسيمات جانوس، بما في ذلك طريقة مستحلب بيكيرينغ 10 ، والكهربائية هيدروديناميك طريقة النفث 11 ، وطريقة البلمرة الضوئية ميكروفلويديك 12 . ومع ذلك، تتطلب هذه الأساليب سلسلة من كومبأجهزة وإجراءات. تقدم هذه المقالة طريقة بسيطة لإعداد جزيئات جانوس والجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل. يتم إعداد أحادي الطبقة من جزيئات السيليكا الصغيرة تحجيم في عملية التجفيف ووضعها في جهاز الاخرق أن تكون مغلفة مع الاتحاد الافريقي. يتم مظللة نصف الكرة الأرضية من الجسيمات، وفقط نصف الكرة الآخر هو المغلفة مع الاتحاد الافريقي 2 ، 13 . يتم ختم أحادي الطبقة من الجسيمات جانوس مع ختم بوليديميثيلزيلوكسان (بدمس) ومن ثم معالجتها مع عملية طلاء الثانية لإعداد جزيئات معدنية مغلفة بالكامل 14 .

لتوصيف الخصائص الكهربائية لجسيمات جانوس، يتم استخدام استجابات كهربية كهربية مختلفة، مثل ديب، إروت، والتوجه الكهربي، على نطاق واسع 9 ، 15 ، 16 ، 17 ، 18 19 . على سبيل المثال، إروت هو استجابة دوران حالة مستقرة من الجسيمات تحت حقل كهربائي الدورية المفروض خارجيا 2 ، 9 ، 15 ، 16 . من خلال قياس إروت، والتفاعل بين ثنائي القطب الناجم عن الجسيمات والمجالات الكهربائية يمكن الحصول عليها. و ديب، الذي ينشأ من التفاعل بين ثنائي القطب المستحث وحقل كهربائي غير موحد، قادر على أن يؤدي إلى حركة الجسيمات 3 و 4 و 5 و 9 و 15 . يمكن جذب أنواع مختلفة من الجسيمات إلى (ديب إيجابية) أو صدت من (ديب السلبية) حواف القطب، الذي يستخدم كطريقة عامة للتلاعب وتحديد خصائص الجسيمات في الجهاز ميكروفلويديك. و متعدية (ديب) و روتا تيتال (إروت) للجسيمات تحت المجال الكهربائي يهيمن عليها الجزء الحقيقي والخيالي لعامل كلوسيوس موسوتي (سم)، على التوالي. ويعتمد عامل سم على الخواص الكهربائية للجسيمات والسائل المحيط بها والتي يتم كشفها من التردد المميز ω c = 2σ / أ دل ، من ديب و إروت حيث σ هو الموصلية السائلة، a هو نصف قطر الجسيمات، و C دل هو السعة من طبقة مزدوجة الكهربائية 15 ، 16 . لقياس إروت و ديب من الجسيمات، وهناك حاجة المصممة خصيصا أنماط صفيف القطب. تقليديا، يتم استخدام تقنية فوتوليثوغرافي لخلق صفائف الكهربائي ويتطلب سلسلة من الإجراءات المعقدة، بما في ذلك مقاومة للضوء تدور طلاء، ومحاذاة قناع، والتعرض، والتنمية 15 ، 18 ،s = "كريف"> 19 ، 20 .

في هذه المقالة، يتجلى تلفيق السريع من صفائف القطب عن طريق الزخرفة البصرية مباشرة. طبقة إيتو شفافة طبقة رقيقة، والتي هي المغلفة على الركيزة الزجاج، يتم إزالتها جزئيا بواسطة آلة الليزر الليزر وسم (1064 نانومتر، 20 W، 90 إلى 120 نانومتر عرض نبض، و 20 إلى 80 كيلو هرتز نبض تردد تكرار) لتشكيل أربع مراحل مجموعة الكهربائي. المسافة بين الأقطاب قطري هو 150-800 ميكرون، والتي يمكن تعديلها لتتناسب مع التجارب. ويمكن استخدام صفيف القطب أربع مراحل لتوصيف وتركيز الجسيمات في أجهزة ميكروفلويديك مختلفة 15 ، 16 ، 18 . لتوليد الحقل الكهربائي من أربع مراحل، يتم توصيل مجموعة الكهربائي لمولد وظيفة 2-قناة وإلى اثنين من العاكسات. ويتم ضبط زحزحة الطور بين الأقطاب المتجاورة إما عند 90 درجة (ل إروت) أو 180 ° (ل ديب) 15 . وتطبق إشارة التيار المتردد عند اتساع جهد الفولطية من 0،5 إلى 4 V، وتتراوح مديات التردد من 100 هرتز إلى مهز 5 أثناء عملية التشغيل. وتستخدم جزيئات جانوس، والجسيمات المعدنية، وجزيئات السيليكا كعينات لقياس خصائصها الكهروضوئية أس. يتم وضع تعليق من الجسيمات على المنطقة الوسطى من مجموعة القطب وتتم ملاحظتها تحت المجهر الضوئي مقلوب مع 40X، نا 0.6 الهدف. يتم تسجيل حركة الجسيمات والتناوب مع كاميرا رقمية. يتم تسجيل حركة ديب في المنطقة الحلقي، بين 40 و 65 ميكرون بعيدا شعاعيا عن مركز الصفيف، ويتم تسجيل إروت في المنطقة الدائرية، 65 ميكرون بعيدا شعاعيا عن مركز الصفيف. يتم قياس سرعة الجسيمات والسرعة الزاوية بواسطة طريقة تتبع الجسيمات. وتتميز سينترويدس الجسيمات من قبل مقياس الرمادية أو هندسة الجسيمات باستخدام البرمجيات. يتم الحصول على سرعة الجسيمات والسرعة الزاوية من قبلقياس تحركات سينترويدس الجسيمات.

توفر هذه المقالة طريقة بسيطة لتصنيع بسرعة صفائف القطب منقوشة بشكل تعسفي. وهو يقدم إعداد جزيئات معدنية مغلفة كليا أو جزئيا، والتي يمكن استخدامها في مختلف المجالات، مع استخدامات تتراوح بين علم الأحياء لتطبيقات الصناعة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. تصنيع رقاقة

  1. إعداد القطب إيتو
    1. استخدام البرمجيات التوضيحية التجارية لرسم نمط الصليب. تعيين المسافة بين الأقطاب القطرية إلى 160 ميكرون وجعل الذراعين من نمط الصليب 30 مم واسعة و 55 مم طويلة، كما هو مبين في الشكل 1 . حفظ ملف التوضيح كملف دكسف.
    2. استخدام قطع الزجاج لتقليم الزجاج إيتو إلى حجم 25 مم × 50 مم (العرض × طول). استخدام 75٪ من الإيثانول والمياه دي لشطف الزجاج إيتو عدة مرات.
    3. وضع الزجاج إيتو على نابض الألياف الليزر آلة وسم. التركيز الليزر على سطح الزجاج إيتو عن طريق ضبط المسافة بين الزجاج إيتو والليزر إلى 279.5 ملم.
      ملاحظة: الليزر المستخدم هنا يحتوي على المواصفات التالية: 1،064 نانومتر، 20 واط، 90 إلى 120 نانومتر عرض نبض، و 20 إلى 80 كيلوهرتز تردد تكرار النبض، مع نبض شدة الضوء في حوالي 5 × 10 5 واط / سم 2).
    4. إدخال مباشرة ملف التوضيح (ملف دكسف) على جهاز الكمبيوتر من آلة وسم الليزر. انقر على زر "علامة المعلمة" وإدخال المعلمات التالية: السرعة، "800 مم / ثانية؛" السلطة "، 60٪؛" والتردد، "40 كيلوهرتز". ضع علامة على المصطلحات "فريم" و "فيل" و "فيل فيرست".
      1. انقر على زر "معاينة" وضع نمط في مركز الزجاج إيتو. انقر على زر "علامة عينة" لنمط الزجاج إيتو ( الشكل 1 A ).
  2. إنشاء مولد أربع مراحل وربط رقاقة ميكروية
    1. بناء الدوائر من العاكسون، كما هو مبين في الشكل 2 A.
    2. ربط الأسلاك 4 على القطب أربع مراحل عن طريق الاتصال المباشر مع الشريط، كما هو مبين في الشكل 2 C. تقسيم "تشانإل 1 "من مولد وظيفة إلى فرعين باستخدام موصل بنك مزدوج.
      1. ربط فرع واحد إلى السلك (# 1) تعلق على القطب إيتو والآخر لإدخال إنفرتور. قم بتوصيل خرج العاكس إلى السلك (# 3)، كما هو مبين في الشكل 2 ب .
    3. قم بتوصيل "القناة 2" بنفس الإجراء كما هو موضح في الخطوة 1.2.2، ولكن قم بتوصيل الأسلاك (# 2 و # 4) كما هو مبين في الشكل 2 ب .
    4. لتجارب إروت، تعيين التحول المرحلة بين القناتين إلى 90 درجة، مباشرة على مولد وظيفة. تطبيق موجة جيبية في 0.5-4 V ب السعة الجهد وتردد تتراوح من 100 هرتز إلى 5 ميغاهرتز خلال التجارب، كما هو مبين في الشكل 2 د .
    5. لتجارب ديب، قم بتوصيل فرع واحد من القناة 1 إلى السلك (# 1) تعلق على القطب إيتو والآخر إلىمدخلات من إنفرتور. قم بتوصيل خرج العاكس إلى السلك (# 2). قم بتوصيل القناة 2 باستخدام نفس اإلجراء، ولكن قم بتوصيل األسالك) # 3 و # 4 (.
    6. ضبط التحول المرحلة بين القناتين في 0 درجة، مباشرة على مولد وظيفة. تطبيق موجة جيبية في 0.5-4 V ب السعة الجهد وتردد تتراوح من 100 هرتز إلى 5 ميغاهرتز خلال التجارب، كما هو مبين في الشكل 2 د .

2. إعداد العينات

  1. إعداد جزيئات جانوس
    1. الطرد المركزي و 2 ميكرون السيليكا الجسيمات تعليق مائي (10٪ ث / ث) في 2،200 x ج لمدة 1 دقيقة.
    2. ماصة 2 ميكرولتر من جسيمات السيليكا الرسوبية في أنبوب ميكروسنتريفوج 1.5 مل وإضافة 500 ميكرولتر من الإيثانول (99.5٪ الخامس / الخامس).
      ملاحظة: طاف لا تحتاج إلى التخلص منها. فقط حفظه في الثلاجة في 4 درجات مئوية. أنها لا تحتاج إلى معلق قبل بيبيتينز.
    3. يصوتن تعليق الجسيمات الإيثانول السيليكا باستخدام أولتراسونيكاتور (43 كيلوهرتز، 50 W) لمدة 1 دقيقة ثم الطرد المركزي فإنه في 2200 x ج لمدة 3 دقائق.
    4. استبدال طاف مع 500 ميكرولتر من الإيثانول وتكرار الخطوة 2.1.3 ثلاث مرات.
    5. استبدال طاف مع 8 ميكرولتر من الإيثانول ويصوتون تعليق الجسيمات الإيثانول والسيليكا باستخدام أولتراسونيكاتور (43 كيلو هرتز، 50 W) لمدة 3 دقائق.
      ملاحظة: يجب أن تبقى حوالي 10 ميكرولتر من تعليق الجسيمات الإيثانول السيليكا في الأنبوب في هذه الخطوة.
    6. ماصة 2 ميكرولتر من تعليق الجسيمات الإيثانول السيليكا وإسقاطه على شريحة زجاجية العادية (العرض: 25 ملم، والطول: 75 ملم، وسمك: 1.2 مم) لتشكيل قطرة.
      ملاحظة: هذه الكمية من تعليق الجسيمات هو ما يكفي لإعداد أحادي الطبقة ل 5-6 الشرائح (2 ميكرولتر لكل شريحة).
    7. سحب ببطء قطرات الجسيمات الإيثانول السيليكا قليلا مع غطاء الزجاج لتشكيل أحادي الطبقة من جزيئات السيليكا ( الشكل 3 A ).
    8. وضع الشريحة مع أحادي الطبقة من جزيئات السيليكا إلى جهاز الاخرق أن تكون مغلفة مع الاتحاد الافريقي.
      1. إزالة الهواء من غرفة تفلذ في 100 متور وحقن الأرجون لمدة 10 دقيقة (استبدال الهواء مع الأرجون). وقف حقن الأرجون ومن ثم إزالة الأرجون من الغرفة في 70 متور.
      2. تعيين الحالي إلى 15 مللي أمبير ل 200 ثانية. ( الشكل 3 باء )؛ جزيئات جانوس أعدت بالفعل في هذه الخطوة.
    9. إسقاط 20 ميكرولتر من المياه دي على الشريحة الاخرق وكشط الجسيمات جانوس من أحادي الطبقة باستخدام العادي 200 ميكرولتر ماصة طرف.
      ملاحظة: الجسيمات جانوس كشط من أحادي الطبقة تعليق في قطرة الماء دي في هذه الخطوة.
    10. ماصة جانوس الجسيمات تعليق قطرة وإسقاطه في أنبوب 1.5 مل الطرد المركزي آخر.
    11. استخدام تعليق الجسيمات جانوس لإعداد العينة عن طريق تمييع مع الماء دي إلى كونسنتراتي مناسبةعلى للتجارب.
      ملاحظة: تركيز تعليق الجسيمات في التجارب الموصوفة هنا حوالي 2000 التهم / ميكرولتر.
  2. إعداد الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل 14
    1. خلط قاعدة البوليمر بدمس وكيل علاج في نسبة الوزن 10: 1.
    2. الشريط حول الشريحة الزجاجية لتشكيل الجدران الجانبية للحاوية. صب خليط من بدمس على شريحة مسجلة لتحقيق طبقة بدمس من 2-3 ملم، كما هو مبين في الشكل 4 A.
    3. وضع الشريحة مسجلة (حاوية) مع خليط بدمس في غرفة محكم وتشغيل مضخة فراغ لمدة 30 دقيقة لإزالة الفقاعات في خليط بدمس.
    4. وضع شريحة مسجلة (حاوية) مع خليط بدمس (الخطوة 2.2.3) في الفرن. علاج خليط بدمس في 70 درجة مئوية لمدة 2 ساعة لتشكيل ختم بدمس.
    5. بعد شفاء ختم بدمس، وإزالة الشريحة والشريط للحصول على ختم بدمس، والسطحوالتي تعلق أصلا على الشريحة الزجاجية، وتشكيل سطح مستو، كما هو مبين في الشكل 4 ب .
    6. اتبع الخطوات من 2.1.1-2.1.8 لإعداد أحادي الطبقة من جزيئات جانوس على شريحة.
    7. استخدام سطح مستو من ختم بدمس إلى ختم أحادي الطبقة مع ضغط موحد.
    8. وضع ختم بدمس مع أحادي الطبقة من جزيئات جانوس، وهو مقلوب من الشريحة الزجاجية المحرز في الخطوة 2.1.8، في جهاز الاخرق أن تكون مغلفة مع الاتحاد الافريقي.
      1. إزالة الهواء من غرفة تفلذ في 100 متور وحقن الأرجون لمدة 10 دقيقة (استبدال الهواء مع الأرجون). وقف حقن الأرجون ومن ثم إزالة الأرجون من الغرفة في 70 متور.
      2. تعيين الحالي إلى 15 مللي أمبير ل 200 ثانية ( الشكل 4 C ). يتم إعداد الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل في هذه الخطوة.
    9. اتبع الخطوات من 2.1.9-2.1.11 لإعداد عينة للتجارب.
      10. </ رأ>

    3. تجارب أس القياس الكهرومغناطيسي

    1. التفاف 5 أجزاء من فيلم البارافين لإعداد فاصل. الجمع بين مجموعة إيتو القطب مع فاصل الفيلم من سمك 500 ميكرون باستخدام بندقية الحرارة ووضع القطب على المسرح المجهر.
      1. إسقاط 8 ميكرولتر من تعليق الجسيمات، الذي تم إعداده في الخطوات 2.1 و 2.2، على مركز مجموعة الصليب الصليب. وضع غطاء الزجاج على فاصل.
    2. للحصول على التجارب إروت، على مولد وظيفة، تعيين التحول المرحلة بين 2 قنوات إلى 90 درجة. تطبيق موجة جيبية في 0.5-4 فولت ب السعة الجهد وتردد تتراوح من 100 هرتز إلى 5 ميغاهرتز خلال التجارب (على أساس الاتصال في الخطوات 1.2.2-1.2.3).
      1. اختيار شكل موجة عن طريق النقر على زر "الموجي" على مولد وظيفة. إدخال قيمة الجهد والتردد باستخدام أزرار مرقمة على وظيفة غينيراتور ثم قم بتشغيل إشارة أس عن طريق النقر على زر "إخراج".
    3. للتجارب ديب، تعيين التحول المرحلة بين 2 قنوات إلى 0 درجة. تطبيق موجة جيبية في 0.5-4 V ب السعة الجهد وتردد 100 هرتز إلى 5 ميغاهرتز خلال التجارب (استنادا إلى الاتصالات في الخطوة 1.2.5) عن طريق إنشاء مولد وظيفة كما هو موضح في الخطوة 3.2.1.
    4. بدوره على إشارة أس عن طريق النقر على زر "الإخراج" والتقاط الصور من حركة الجسيمات والتناوب تحت المجهر الضوئي مقلوب مع 40X، نا 0.6 الهدف باستخدام الكاميرا.
    5. إدخال الصور من حركة الجسيمات والتناوب على البرنامج وتحليل مسار الجسيمات عن طريق تتبع الجسيمات للحصول على الجسيمات والسرعات الزاوي.
      ملاحظة: تم استخدام البرنامج "صورة J" و "مولتيتراكر" المساعد هنا ل بيناريزاتيون صورة وتتبع الجسيمات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يتم إنشاء صفيف القطب أربع مراحل من قبل آلة الليزر الليزر وسم. يتم إزالة إيتو طبقة موصل المغلفة على الزجاج عن طريق الليزر التركيز لتشكيل نمط الصليب مع وجود فجوة من 160 ميكرون، كما هو مبين في الشكل 1 ب .

شكل 1
الشكل 1 : إعداد إيتو القطب. ( A ) خطط إنشاء أربع مراحل إيتو القطب مع الألياف آلة وسم الليزر (1،064 نانومتر، 20 W، 90- إلى 120 نانومتر نبض العرض، و 20 إلى 80 كيلو هرتز تردد تكرار نبض). ( B ) صورة مشرق الميدان من الصليب مجموعة صفيف تحت المجهر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكللدى عودتهم.

يظهر الرسم البياني الدائرة من إنفرتور في الشكل 2 A. لإنشاء الحقل الكهربائي من أربع مراحل، يتم توصيل مجموعة الكهربائي لمولد وظيفة 2-قناة وإلى اثنين من العاكسين، كما هو مبين في الشكل 2 ب .

الشكل 2
الشكل 2 : إعداد مولد أربع مراحل واتصال رقاقة ميكروية. ( A ) الرسم البياني للدائرة من إنفرتور. ( B ) الخطط من رقاقة الدقيقة التجريبية. ( C ) توصيل الأسلاك 4 على القطب أربع مراحل من خلال الاتصال المباشر مع الشريط. ( D ) يتم ضبط زحزحة الطور بين الأقطاب المجاورة إما عند 90 درجة(ل إروت) أو 180 درجة (ل ديب). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

يتم إعداد طبقة أحادية من جزيئات السيليكا عن طريق سحب ببطء قطرة الجسيمات الإيثانول-السيليكا قليلا باستخدام زجاج غطاء، كما هو مبين في الشكل 3 أ . يتم وضع أحادي الطبقة من جزيئات السيليكا في جهاز الاخرق أن تكون مغلفة مع الاتحاد الافريقي. وأخيرا، يتم إعداد جزيئات جانوس، كما هو مبين في الشكل 3 ج .

الشكل 3
الشكل 3 : إجراءات التحضير لجزيئات جانوس. ( A ) أحادي الطبقة من جزيئات السيليكا تحت المجهر. ( باء )رسم تخطيطي لطلاء طبقة رقيقة من الاتحاد الافريقي على أحادي الطبقة من جزيئات السيليكا. ( C ) صورة مشرق حقل جسيمات جانوس تحت المجهر. الجانب المظلم من الجسيمات هو طلاء الاتحاد الافريقي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ويظهر في الشكل 4 إعداد الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل. الحاوية، التي تتكون من شريحة وشريط، يتم تحميلها مع خليط بدمس إلى ارتفاع 2 إلى 3 مم، كما هو مبين في الشكل 4 أ . يتم وضع خليط بدمس في الفرن في 70 درجة مئوية لمدة 2 ساعة لتشكيل ختم بدمس. ختم بدمس، مع سطح مستو، هو مبين في الشكل 4 ب . ويبين الشكل في طريقة التحضير للجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل(ه) 4 جيم . ويرد الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل في الشكل 4 د .

الشكل 4
الشكل 4 : إعداد الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل. ( A ) خليط بدمس في حاوية الشريحة الشريط. ( ب ) ختم بدمس مع سطح مستو. ( C ) إجراءات إعداد الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل. ( D ) صورة مشرق الحقل من الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل تحت المجهر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

وترد النتائج التمثيلية للجسيمات إروت و ديب في الشكل(ه) 5. و إروت من جزيئات جانوس عموما في الاتجاه المعاكس للمجال الكهربائي (المجال المضاد)، مع أقصى سرعة الزاوي في تردد مميزة، كما هو مبين في الشكل 5 أ . و إروت من جزيئات جانوس في تردد منخفض ينعكس على الاتجاه شارك في رفعت، والتي يمكن أن تكون بسبب آلية الاستقطاب أكثر تعقيدا والتدفق الكهربي الناجم عن تهمة حول نصف الكرة الأرضية المعدنية 15 ، 16 . و إروت من جزيئات السيليكا هو الحقل المشترك في جميع نطاقات التردد الاختبار، وتكرارها المميز هو في أدنى تردد الاختبار (~ 500 هرتز)، كما هو مبين في الشكل 5 ب . و إروت من الجسيمات المعدنية هو المجال المعاكس في جميع نطاقات التردد الاختبار، وتيرة مميزة أقل من الجسيمات جانوس، كما هو مبين في الشكل 5 ج . من عند الشكل 5 A-5C ، يمكننا أن نرى التغيير في الجزء الخيالي من العوامل سم، مع الترددات المجال الكهربائي بين أنواع مختلفة من الجسيمات. الى جانب ذلك، يمكننا أن نرى أن تردد مميزة إروت من جزيئات جانوس أعلى مما كانت عليه في الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل. وتشير هذه النتيجة إلى أن استقطاب جزيئات جانوس لا يمكن تفسيره مباشرة من خلال نموذج تراكب بسيط لهياكل نصف الكرة الأرضية. هناك آلية أكثر تعقيدا لاستقطاب جزيئات جانوس 2 . وتظهر قياسات ديب للجسيمات المعدنية في الشكل 5 دال.وتظهر النتائج أن استجابة ديب للجزيئات المعدنية هي n-ديب عند الترددات الدنيا، ولكن p-ديب عند ترددات أعلى، مع تردد كروس يتفق مع التردد المميز في قياس إروت.

ري 5 "كلاس =" زفيجيمغ "سرك =" / فيليز / ftp_upload / 55950 / 55950fig5.jpg "/>
الشكل 5 : ممثل النتائج من الجسيمات إروت و ديب. ( A ) طيف إيروت من جزيئات جانوس. ( B ) طيف إيروت من جسيمات السيليكا. ( C ) طيف إيروت من الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل. ( D ) ديب الطيف من الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تصنيع صفائف إيتو القطب باستخدام الألياف الليزر آلة وسم يوفر طريقة سريعة لإعداد أقطاب مع أنماط التعسفية. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض العيوب لهذه الطريقة، مثل ناقلات تهمة أقل ودقة تلفيق أقل من أقطاب إيتو مقارنة الأقطاب المعدنية التي أنشأتها الطرق التقليدية. هذه العيوب يمكن أن تحد من بعض التجارب. على سبيل المثال، يمكن أن تؤثر ناقلات الرسوم أقل على توزيع المجال الكهربائي عندما يكون هناك مسافة كبيرة بين الأقطاب الكهربائية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن تعديل المعلمات الزخرفة خطوة حاسمة في هذه الطريقة، مما يؤثر بشكل مباشر على نوعية صفائف القطب إيتو. على سبيل المثال، تؤثر قوة الليزر على إزالة طبقة إيتو الموصلة من الركيزة الزجاجية. وتيرة وسرعة الليزر تحديد نعومة حواف القطب إيتو. عادة، يتم العثور على المعلمات الزخرفة المناسبة من قبل التجربة والخطأ. باختصار، هذا ميثأود قادر على إنتاج بسرعة وكفاءة الأقطاب الكهربائية على إيتو الزجاج في أنماط تعسفية، والتي يمكن تطبيقها على أنواع كثيرة من التجارب الكهربائية، للبحث وغيرها من التطبيقات.

إعداد جزيئات جانوس والجسيمات المعدنية مع عملية التجفيف هي طريقة بسيطة ومريحة. وعلى النقيض من أساليب أخرى، مثل طريقة مستحلب بيكيرينغ 10 ، والكهربائية الهيدروديناميكية طريقة النفث المشترك 11 ، وطريقة البلمرة الضوئية ميكروفلويديك 12 ، وطريقة التركيب الكيميائي 15 ، وهذا الأسلوب قادر على إعداد عدد كبير من الجسيمات في وقت قصير . ومع ذلك، فإن الحد من هذه الطريقة هو أن ترسب المعادن على أسطح الجسيمات يمكن أن تكون غير موحدة، والتي يمكن أن تغير قليلا شكل الجسيمات. على الرغم من أن طريقة عملية التجفيف لديها هذا القيد، فإنه لا يزال وسيلة مفيدة لإعداد جزيئات جانوس والجسيمات المعدنية.

وباختصار، يوفر هذا المقال أساليب وظيفية لإعداد صفائف القطب بسرعة في أنماط التعسفي، فضلا عن عدد كبير من الجزيئات المعدنية المغلفة كليا أو جزئيا. هذا يمكن أن يسهل تطوير وتطبيق إليكتروينيتيكش، بما في ذلك للتلاعب وتوصيف الجسيمات في الأجهزة ميكروفلويديك.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

وأيد هذا العمل من قبل وزارة العلوم والتكنولوجيا، تايوان، روك، تحت منحة نسك 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

الهندسة، العدد 124، جزيئات جانوس، الجسيمات المعدنية، إيتو القطب، أس القياس الكهرومغناطيسي، إليكتروروتاتيون، رحلان
إعداد جانوس الجسيمات والتناوب الحالي القياسات الكهرومغناطيسية مع انديوم أكسيد القصدير مصفوفة بسرعة القطب الكهربائي صفيف
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