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 af Janus Partikler og Vekselstrøm Elektrokinetiske Målinger Med En Hurtigt Fremstillet Indium Tin Oxid Elektrode Array

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

Summary

I denne artikel demonstreres en enkel metode til fremstilling af delvis eller fuldt overtrukne metalliske partikler og for at udføre AC-elektrokinetiske egenskabsmålinger med et hurtigt fremstillet indiumtinoxid (ITO) -elektrodsystem.

Abstract

Denne artikel tilvejebringer en simpel metode til fremstilling af delvis eller fuldt overtrukne metalliske partikler og for at udføre hurtig fremstilling af elektrodarrayer, som kan lette elektriske eksperimenter i mikrofluidiske indretninger. Janus partikler er asymmetriske partikler, der indeholder to forskellige overfladeegenskaber på deres to sider. Til fremstilling af Janus-partikler fremstilles et monolag af silica-partikler ved en tørringsproces. Guld (Au) deponeres på den ene side af hver partikel under anvendelse af en forstøvningsanordning. De fuldt overtrukne metalliske partikler udføres efter den anden belægningsproces. For at analysere Janus partiklers elektriske overfladeegenskaber udføres vekselstrøms (AC) elektrokinetiske målinger, såsom dielektroforese (DEP) og electrorotation (EROT) - der kræver specielt konstruerede elektrodarrayer i forsøgsindretningen. Traditionelle metoder til fremstilling af elektrodearrayer, såsom den fotolithografiske teknik, kræver imidlertid en serieAf komplicerede procedurer. Her introducerer vi en fleksibel metode til fremstilling af et designet elektrod array. Et glas af indiumtennoxid (ITO) mønsteres af en fiberlasermarkeringsmaskine (1,064 nm, 20 W, 90 til 120 ns pulsbredde og 20 til 80 kHz pulsrepetitionsfrekvens) til dannelse af en firefase elektrod array. For at generere det firefasede elektriske felt er elektroderne forbundet til en 2-kanals funktionsgenerator og til to invertere. Faseskiftet mellem de tilstødende elektroder er indstillet til enten 90 ° (for EROT) eller 180 ° (for DEP). Repræsentative resultater af AC-elektrokinetiske målinger med et fire-faset ITO-elektrodearray er præsenteret.

Introduction

Janus-partikler, der er opkaldt efter den romerske gud med dobbeltside, er asymmetriske partikler, hvis to sider har fysisk eller kemisk forskellige overfladeegenskaber 1 , 2 . På grund af denne asymmetriske funktion udviser Janus-partikler specielle reaktioner under elektriske felter, såsom DEP 3 , 4 , 5 , 6 , EROT 2 og induceret ladningselektroforese (ICEP) 7 , 8 , 9 . For nylig er der blevet rapporteret adskillige fremgangsmåder til fremstilling af Janus-partikler, herunder Pickering-emulsionsmetoden 10 , den elektrohydrodynamiske co-jetting metode 11 og den mikrofluidiske fotopolymerisationsfremgangsmåde 12 . Imidlertid kræver disse metoder en række kompLicerede apparater og procedurer. Denne artikel introducerer en enkel metode til fremstilling af Janus-partikler og fuldt overtrukne metalliske partikler. Et monolag af mikroskalerede silicapartikler fremstilles i en tørringsproces og anbringes i en forstøvningsanordning, som skal belægges med Au. En halvkugle af partiklen er skyggefuld, og kun den anden halvkugle er belagt med Au 2 , 13 . Janus-partiklens monolag er stemplet med et polydimethylsiloxan (PDMS) -stempel og derefter behandlet med en anden coatingproces til fremstilling af fuldt coatede metalliske partikler 14 .

For at karakterisere de elektriske egenskaber af en Janus-partikel anvendes forskellige AC-elektrokinetiske reaktioner, såsom DEP, EROT og elektroorientering, i vid udstrækning 9 , 15 , 16 , 17 , 18 19 . EROT er for eksempel den stabiliserede rotationsrespons af en partikel under et eksternt pålagt roterende elektrisk felt 2 , 9 , 15 , 16 . Ved måling af EROT kan interaktionen mellem den inducerede dipol af partiklerne og de elektriske felter opnås. DEP, der stammer fra interaktionen mellem de inducerede dipoler og et ikke-ensartet elektrisk felt, er i stand til at føre til partikelbevægelse 3 , 4 , 5 , 9 , 15 . Forskellige typer partikler kan tiltrækkes (positiv DEP) eller afstødes fra (negativ DEP) elektrodekanterne, som tjener som en generel fremgangsmåde til manipulation og karakterisering af partikler i den mikrofluide anordning. Den translatoriske (DEP) og rota (EROT) egenskaber af partiklen under det elektriske felt domineres af henholdsvis den reelle og imaginære del af Clausius-Mossotti (CM) -faktoren. CM-faktoren afhænger af partiklernes elektriske egenskaber og den omgivende væske, som afsløres af den karakteristiske frekvens, ω c = 2σ / aC DL , af DEP og EROT, hvor σ er væskeledningsevnen, a er partikelradius, Og C DL er kapacitansen af ​​det elektriske dobbeltlag 15 , 16 . For at måle EROT og DEP af partikler er der brug for specialdesignede elektrod array mønstre. Traditionelt anvendes en fotolithografisk teknik til at oprette elektrodarrayer og kræver en række komplicerede procedurer, herunder fotoresist spin-coating, maskejustering, eksponering og udvikling 15 , 18 ,S = "xref"> 19 , 20 .

I denne artikel er den hurtige fremstilling af elektrodarrayer påvist ved direkte optisk mønstrering. Et gennemsigtigt tyndt film-ITO-lag, som er belagt på glassubstratet, fjernes delvist af en fiberlasermarkeringsmaskine (1,064 nm, 20 W, 90 til 120 ns pulsbredde og 20 til 80 kHz pulsrepetitionsfrekvens) for at danne En firefase elektrode array. Afstanden mellem de diagonale elektroder er 150-800 μm, som kan justeres for at passe eksperimenterne. Firefaseelektrodsættet kan anvendes til at karakterisere og koncentrere partikler i forskellige mikrofluidiske indretninger 15 , 16 , 18 . For at generere det firefase elektriske felt er elektrodarrayet forbundet til en 2-kanals funktionsgenerator og til to invertere. Faseskiftet mellem de tilstødende elektroder er indstillet til enten 90 ° (for EROT) eller 180 ° (for DEP) 15 . AC-signalet påføres ved en 0,5 til 4 V pp spændingsamplitude, og frekvensen ligger fra 100 Hz til 5 MHz under operationsprocessen. Janus partikler, metalliske partikler og silica partikler anvendes som prøver til måling af deres AC elektrokinetiske egenskaber. Suspensioner af partiklerne anbringes på midterområdet af elektrodarrayet og observeres under et inverteret optisk mikroskop med et mål på 40X, NA 0,6. Partikel bevægelse og rotation registreres med et digitalkamera. DEP-bevægelsen registreres i det ringformede område, mellem 40 og 65 μm radialt væk fra matrixcentret, og EROT registreres i det cirkulære område, 65 μm radialt væk fra matrixcentret. Partikelhastighed og vinkelhastighed måles ved hjælp af partikelsporingsmetoden. Partikelcentroiderne er kendetegnet ved gråskala eller geometri af partikler ved hjælp af software. Partikelhastigheden og vinkelhastigheden opnås vedMåling af partikelcentroids bevægelser.

Denne artikel giver en simpel metode til hurtigt at fremstille vilkårlige mønstrede elektrodarrayer. Det introducerer fremstillingen af ​​helt eller delvist overtrukne metalliske partikler, som kan anvendes i forskellige felter, med anvendelser lige fra biologi til industrielle anvendelser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Fremstilling af Microchip

  1. Fremstilling af ITO-elektroden
    1. Brug kommerciel illustration software til at tegne et kryds mønster. Indstil afstanden mellem de diagonale elektroder til 160 μm og gør krydsmønsterets arme 30 mm brede og 55 mm lange, som vist i figur 1 . Gem illustrationfilen som en DXF-fil.
    2. Brug en glasskærer til at trimme ITO-glasset i en størrelse på 25 mm x 50 mm (bredde x længde). Brug 75% ethanol og DI-vand til at skylle ITO-glasset flere gange.
    3. Sæt ITO-glasset på den pulserende fiber-lasermarkeringsmaskin. Fokusér laser på overfladen af ​​ITO-glasset ved at justere afstanden mellem ITO-glasset og laseren til 279,5 mm.
      BEMÆRK: Den her anvendte laser har følgende specifikationer: 1,064 nm, 20 W, 90 til 120 ns pulsbredde og 20 til 80 kHz pulsrepetitionsfrekvens med en pulserende lysintensitet ved ca. 5 x 10 5 W / cm 2).
    4. Indtast billedfilen (DXF-filen) direkte på computeren på lasermarkeringsmaskinen. Klik på knappen "Mark Parameter" og indtast følgende parametre: hastighed, "800 mm / s;" Magt "60%;" Og frekvens, "40 kHz." Marker "Rammen", "Fyld" og "Fyld først" termerne.
      1. Klik på "Forhåndsvisning" knappen position mønsteret på ITO glas center. Klik på "Mark Sample" knappen for at mønstre ITO glasset ( Figur 1 A ).
  2. Opsætning af en firefase generator og tilslutning af eksperimentelle mikrochip
    1. Byg kredsløbene til invertererne, som vist i figur 2 A.
    2. Tilslut de 4 ledninger på firefaselektroden ved direkte kontakt med tape, som vist i figur 2 C. Opdel "kanalerneEl 1 "af funktionsgeneratoren i to grene ved hjælp af en dobbelt BNC-stik.
      1. Tilslut en gren til ledningen (# 1), der er fastgjort til ITO-elektroden og den anden til inverterens indgang. Tilslut indgangens udgang til ledningen (# 3) som vist i figur 2 B.
    3. Tilslut "Channel 2" med samme procedure som i trin 1.2.2, men forbind til ledningerne (# 2 og # 4) som vist i Figur 2B .
    4. For EROT-eksperimenterne indstiller faseforskydningen mellem de to kanaler til 90 ° direkte på funktionsgeneratoren. Påfør en sinusbølge ved 0,5-4 V pp spændingsamplitude og en frekvens fra 100 Hz til 5 MHz under forsøgene, som vist i figur 2 D.
    5. For DEP-eksperimenterne skal du forbinde en gren af ​​kanal 1 til ledningen (# 1), der er fastgjort til ITO-elektroden og den anden tilInput af invertoren. Tilslut udgangen fra omformeren til ledningen (# 2). Tilslut kanal 2 ved hjælp af samme procedure, men forbind til ledningerne (# 3 og # 4).
    6. Indstil faseforskydningen mellem de 2 kanaler ved 0 °, direkte på funktionsgeneratoren. Påfør en sinusbølge ved 0,5-4 V pp spændingsamplitude og en frekvens fra 100 Hz til 5 MHz under forsøgene, som vist i figur 2 D.

2. Fremstilling af prøverne

  1. Fremstilling af Janus partikler
    1. Centrifuger den vandige suspension af 2 μm silica partikel (10% vægt / vægt) ved 2100 xg i 1 min.
    2. Pipetter 2 μl sedimentære silica partikler i et 1,5 ml mikrocentrifugerør og tilsæt 500 μL ethanol (99,5% v / v).
      BEMÆRK: Supernatanten behøver ikke kasseres; Gem det bare i køleskabet ved 4 ° C. Det behøver ikke at blive resuspenderet før pipetting.
    3. Sonikater ethanol-silica partikel suspensionen under anvendelse af en ultralydator (43 kHz, 50 W) i 1 min og centrifuger den derefter ved 2.200 xg i 3 min.
    4. Substituer supernatanten med 500 μl ethanol og gentag trin 2.1.3 tre gange.
    5. Substituer supernatanten med 8 μl ethanol og sonikater ethanol-silica partikel suspensionen under anvendelse af en ultralydator (43 kHz, 50 W) i 3 min.
      BEMÆRK: Ca. 10 μl ethanol-silica partikel suspension skal forblive i røret ved dette trin.
    6. Pipetter 2 μl ethanol-silica partikel suspension og slip det på en normal glasskinne (bredde: 25 mm, længde: 75 mm og tykkelse: 1,2 mm) for at danne en dråbe.
      Bemærk: Denne mængde partikelsuspension er tilstrækkelig til at fremstille monolagene til 5-6 dias (2 μl for hvert dias).
    7. Træk langsomt ethanol-silica partikeldråben lidt med et dækglas til dannelse af et monolag af silica-partikler ( figur 3 A ).
    8. Sæt glideren med monolaget af silica-partikler i en forstøvningsanordning, der skal belægges med Au.
      1. Fjern luften fra sputterkammeret ved 100 mTorr og injicer argon i 10 minutter (udskift luften med argon). Stop med at injicere argon og fjern derefter argonet fra kammeret ved 70 mTorr.
      2. Indstil strømmen til 15 mA i 200 s. ( Figur 3B ); Janus partikler er allerede forberedt på dette trin.
    9. Dråb 20 μl DI vand på den sputterede dias og skrab Janus partiklerne fra monolaget ved hjælp af en normal 200 μl pipettespids.
      BEMÆRK: Janus-partiklerne skrabet fra monolaget suspenderes i DI-vanddråben ved dette trin.
    10. Pipetter Janus-partikelsuspensionens dråbe og slip det i et andet 1,5 ml centrifugerør.
    11. Brug Janus partikel suspensionen til at forberede prøven ved at fortynde den med DI vand til en passende koncentrationPå til forsøg.
      BEMÆRK: Koncentrationen af ​​partikel suspensionen i de her beskrevne forsøg er ca. 2000 tællinger / μl.
  2. Fremstilling af fuldt overtrukne metalliske partikler 14
    1. Bland PDMS-polymerbasen og hærdningsmidlet i et vægtforhold på 10: 1.
    2. Tape omkring glasskinnen for at danne beholderens laterale vægge. Hæld blandingen af ​​PDMS på et tapetglas for at opnå et PDMS-lag på 2-3 mm som vist i figur 4A .
    3. Sæt den tapede dias (beholder) med PDMS-blandingen i et lufttæt kammer og kør vakuumpumpen i 30 minutter for at fjerne boblerne i PDMS-blandingen.
    4. Sæt den tapede dias (beholder) med PDMS-blandingen (trin 2.2.3) i ovnen. Hærd PDMS-blandingen ved 70 ° C i 2 timer for at danne et PDMS-stempel.
    5. Når PDMS-stempelet er helbredt, skal du fjerne glidebåndet og båndet for at få PDMS-stempelet, overfladenHvoraf oprindeligt er knyttet til glasskinnen, hvilket danner en flad overflade som vist i figur 4B .
    6. Følg trinene fra 2.1.1-2.1.8 for at forberede et monolag af Janus-partikler på et dias.
    7. Brug den flade overflade af PDMS-stempelet til at stemple monolaget med ensartet tryk.
    8. Sæt PDMS-stempelet med monolaget af Janus-partikler, som er omvendt fra glasskiven lavet i trin 2.1.8, i forstøvningsanordningen, der skal belægges med Au.
      1. Fjern luft fra sputterkammeret ved 100 mTorr og indsprøjt argon i 10 minutter (udskift luften med argon). Stop med at injicere argon og fjern derefter argonet fra kammeret ved 70 mTorr.
      2. Indstil strømmen til 15 mA i 200 s ( Figur 4 C ); De fuldt overtrukne metalliske partikler fremstilles allerede ved dette trin.
    9. Følg trinene fra 2.1.9-2.1.11 for at forberede prøven til forsøg.
      10. </ Ol>

    3. Eksperimenter til AC-elektrokinetisk måling

    1. Pak 5 stykker paraffinfilm til fremstilling af en spacer. Kombiner ITO-elektrodarrangementet med filmafstanden på 500 μm tykkelse ved hjælp af en varmepistol og læg elektroden på mikroskopfasen.
      1. Dråb 8 μl partikelsuspension, som blev fremstillet i trin 2.1 og 2.2, på midten af ​​krydselektrodsættet. Placer et dæksglas på afstandsstykket.
    2. For EROT-forsøgene, på funktionsgeneratoren, indstilles faseforskydningen mellem de 2 kanaler til 90 °. Påfør en sinusbølge ved 0,5-4 V pp spændingsamplitude og en frekvens fra 100 Hz til 5 MHz under forsøgene (baseret på forbindelsen i trin 1.2.2-1.2.3).
      1. Vælg bølgeformularen ved at klikke på "bølgeform" -knappen på funktionsgeneratoren. Indtast spændings- og frekvensværdien ved hjælp af de nummererede knapper på funktionen geNerator og derefter tænde AC signalet ved at klikke på "output" knappen.
    3. For DEP eksperimenterne indstilles faseforskydningen mellem de 2 kanaler til 0 °. Påfør en sinusbølge ved 0,5-4 V pp spændingsamplitude og en frekvens på 100 Hz til 5 MHz under forsøgene (baseret på forbindelserne i trin 1.2.5) ved at indstille funktionsgeneratoren som i trin 3.2.1.
    4. Tænd for AC signalet ved at klikke på "output" knappen og fange billederne af partikel bevægelse og rotation under et inverteret optisk mikroskop med et 40X, NA 0,6 mål ved hjælp af et kamera.
    5. Indlæs billederne af partikelbevægelse og rotation til softwaren og analyser partikelbanens bane ved partikelsporing for at opnå partikel- og vinkelhastighederne.
      Bemærk: Programmet "Image J" og dets "MultiTracker" plugin blev brugt her til billedbinarisering og partikelsporing.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Firefaselektrodsættet er skabt af en fiberlasermarkeringsmaskine. Det ITO ledende lag belagt på glasset fjernes af en fokus laser for at danne et kryds mønster med et hul på 160 μm som vist i figur 1B .

figur 1
Figur 1 : Fremstilling af ITO-elektroden. ( A ) Skemaer om oprettelse af en firefaset ITO-elektrode med en fiberlasermarkeringsmaskine (1,064 nm, 20 W, 90 til 120 ns pulsbredde og 20 til 80 kHz pulsrepetitionsfrekvens). ( B ) Lysbillede af krydselektrodsystemet under et mikroskop. Klik her for at se en større version af denne figure.

Kredsløbsdiagrammet for inverteren er vist i figur 2A. For at oprette det firefasede elektriske felt er elektrodarrayet forbundet til en 2-kanals funktionsgenerator og til to invertere, som vist i Figur 2 B.

Figur 2
Figur 2 : Opsætning af en firefase generator og tilslutning af eksperimentel mikrochip. ( A ) Inverterens kredsløbsdiagram. ( B ) Skemaer af eksperimentelle mikrochip. ( C ) Tilslut de 4 ledninger på firefase elektroden ved direkte kontakt med tape. ( D ) Faseforskydningen mellem de tilstødende elektroder er indstillet til enten 90 °(For EROT) eller 180 ° (for DEP). Klik her for at se en større version af denne figur.

Et monolag af silica-partikler fremstilles ved langsomt at trække ethanol-silica partikeldråben lidt ved anvendelse af et dækglas som vist i figur 3A . Monolaget af silicagelpartikler indsættes i forstøvningsanordningen, der skal belægges med Au. Endelig fremstilles Janus-partiklerne som vist i figur 3C .

Figur 3
Figur 3 : Fremstillingsprocedurer af Janus Partikler. ( A ) Monolaget af silicapartikler under et mikroskop. ( B )Skematisk tegning af belægning af et tyndt lag Au på et monolag af silica partikler. ( C ) Bright-field billede af en Janus partikel under et mikroskop. Den mørke side af partiklen er Au-belægningen. Klik her for at se en større version af denne figur.

Fremstillingen af ​​fuldt overtrukne metalliske partikler er vist i figur 4 . Beholderen, der består af et dias og tape, læsses med PDMS-blandingen til en højde på 2 til 3 mm som vist i figur 4A . PDMS-blandingen sættes i ovnen ved 70 ° C i 2 timer for at danne et PDMS-stempel. PDMS-stempelet, med en flad overflade, er vist i figur 4B . Fremstillingsproceduren for fuldt overtrukne metalliske partikler er vist i figurE 4 C. Den fuldt overtrukne metalliske partikel er vist i figur 4 D.

Figur 4
Figur 4 : Fremstilling af fuldt coatede metalliske partikler. ( A ) PDMS-blandingen i glidebåndsbeholderen. ( B ) PDMS-stempelet med en flad overflade. ( C ) Fremstillingsprocedurer af fuldt overtrukne metalliske partikler. ( D ) Lysbillede af en fuldt belagt metallisk partikel under et mikroskop. Klik her for at se en større version af denne figur.

De repræsentative resultater af partikel EROT og DEP er vist i figurE 5. EROT af Janus-partikler er generelt i modsat retning af det elektriske felt (modfelt) med en maksimal vinkelhastighed ved en karakteristisk frekvens som vist i figur 5A . EROT af Janus partikler med lav frekvens vender tilbage til den co-filede retning, hvilket kunne være på grund af den mere komplicerede polarisationsmekanisme og den inducerede ladning elektroosmotiske strømning omkring den metalliske overflade halvkugle 15 , 16 . EROT af silica-partikler er samfelt i alle testfrekvensområder, og dets karakteristiske frekvens er ved den laveste testfrekvens (~ 500 Hz) som vist i figur 5B . EROT af metalliske partikler er modfelt i alle testfrekvensområder, og dets karakteristiske frekvens er lavere end for Janus-partikler, som vist i figur 5C . Fra Figur 5 A-5C , vi kan se ændringen i den imaginære del af CM-faktorerne, med de elektriske feltfrekvenser mellem forskellige slags partikler. Desuden kan vi se, at EROTs karakteristiske frekvens af Janus-partiklerne er højere end i fuldt overtrukne metalliske partikler. Dette resultat tyder på, at polariseringen af ​​Janus-partikler ikke kan forklares direkte af en simpel superpositionsmodel af to-halvkugle strukturer. Der er en mere kompliceret mekanisme til polarisering af Janus partikler 2 . DEP-målingerne af metalliske partikler er vist i figur 5 D. Resultaterne viser, at DEP-responsen af ​​metalliske partikler er n-DEP ved lavere frekvenser, men p-DEP ved højere frekvenser med en crossoverfrekvens, som stemmer overens med den karakteristiske frekvens i EROT måling.

Re 5 "class =" xfigimg "src =" / files / ftp_upload / 55950 / 55950fig5.jpg "/>
Figur 5 : De repræsentative resultater af partikel EROT og DEP. ( A ) EROT spektrum af Janus partikler. ( B ) EROT spektrum af silica-partikler. ( C ) EROT spektrum af fuldt overtrukne metalliske partikler. ( D ) DEP spektrum af fuldt overtrukne metalliske partikler. Klik her for at se en større version af denne figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Fremstilling af ITO-elektrodearrayer ved hjælp af fiberlasermarkeringsmaskinen giver en hurtig metode til at forberede elektroder med vilkårlig mønster. Der er dog stadig nogle ulemper ved denne metode, såsom færre ladningsbærere og den lavere fabrikationsnøjagtighed af ITO-elektroder sammenlignet med metalelektroder skabt ved traditionelle metoder. Disse ulemper kunne begrænse nogle forsøg. F.eks. Kan færre ladningsbærere påvirke fordelingen af ​​det elektriske felt, når der er en stor afstand mellem elektroder. Derudover er justeringen af ​​mønsterparametrene et kritisk trin i denne metode, som direkte påvirker kvaliteten af ​​ITO-elektrodarrayerne. For eksempel påvirker laserkraften fjernelsen af ​​det ITO ledende lag fra glassubstratet. Laserens frekvens og hastighed bestemmer jævnheden af ​​ITO-elektrodekanterne. Normalt findes passende mønsterparametre ved forsøg og fejl. Kort sagt, denne methOd er i stand til hurtigt og effektivt at fremstille elektroder på ITO-glas i vilkårlige mønstre, som kan anvendes til mange former for elektriske eksperimenter til forskning og andre anvendelser.

Forberedelse af Janus-partiklerne og metalliske partikler med tørringsprocessen er en simpel og bekvem metode. I modsætning til andre metoder, såsom Pickering-emulsionsmetoden 10 , den elektrohydrodynamiske co-jetting metode 11 , den mikrofluidiske fotopolymerisationsfremgangsmåde 12 og den kemiske syntesemetode 15 , er denne fremgangsmåde i stand til at fremstille et stort antal partikler på kort tid . Begrænsningen af ​​denne metode er imidlertid, at metalaflejringen på partiklernes overflader kunne være uensartet, hvilket kunne ændre partikelformen lidt. Selv om tørringsprocessen har denne begrænsning, er det stadig en nyttig metode til at forberede Janus partikler ogMetalliske partikler.

Sammenfattende tilvejebringer denne artikel funktionelle metoder til hurtigt at forberede elektrodarrayer i vilkårlige mønstre såvel som et stort antal helt eller delvist overtrukne metalliske partikler. Dette kan lette udviklingen og anvendelsen af ​​elektrokinetik, herunder til manipulation og karakterisering af partikler i mikrofluidiske indretninger.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af Ministeriet for Videnskab 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 udgave 124 Janus partikler metalpartikler ITO elektrode AC elektrokinetisk måling electrorotation dielektroforese
Fremstilling af Janus Partikler og Vekselstrøm Elektrokinetiske Målinger Med En Hurtigt Fremstillet Indium Tin Oxid Elektrode Array
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Chen, Y. L., Jiang, H. R.… More

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

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter