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Engineering

जानुश्ले कणों की तैयारी और तेजी से तैयार किए गए ईण्डीयुम टिन ऑक्साइड इलेक्ट्रोड एरे के साथ मौजूदा इलेक्ट्रोकाइनेटिक मापन

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

Summary

इस लेख में, आंशिक रूप से या पूरी तरह से लेपित धातु कणों को तैयार करने के लिए और तेजी से गढ़े हुए ईण्डीयुम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) इलेक्ट्रोड सरणी के साथ एसी इलेक्ट्रोक्निकेटिक संपत्ति माप को प्रदर्शित करने के लिए एक सरल विधि है।

Abstract

यह आलेख आंशिक रूप से या पूरी तरह से लेपित धातु के कणों को तैयार करने और इलेक्ट्रोड एरे के तेजी से निर्माण करने के लिए एक सरल विधि प्रदान करता है, जो माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में विद्युत प्रयोगों की सुविधा प्रदान कर सकता है। जानूस कण असममित कण होते हैं जिनमें दो अलग-अलग सतह गुण होते हैं जो कि उनके दोनों पक्षों पर होते हैं। जानूस के कणों को तैयार करने के लिए, सिलिका कणों का एक मोनोलायर सूखने की प्रक्रिया द्वारा तैयार किया जाता है। स्पूटरिंग डिवाइस का उपयोग करके प्रत्येक कण के एक तरफ सोने (एयू) जमा होता है पूरी तरह लेपित धातु कणों को दूसरी कोटिंग प्रक्रिया के बाद पूरा किया जाता है। जानूस कणों की विद्युत सतह के गुणों का विश्लेषण करने के लिए, वर्तमान (एसी) इलेक्ट्रोकीनेटेटिक मापन, जैसे डायनेक्ट्रोफोरेसिस (डीईपी) और इलेक्ट्रोराटोशन (एआरओटी) - जो प्रयोगात्मक डिवाइस में विशेष रूप से इलेक्ट्रोड एरेज़ की आवश्यकता होती है, का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। हालांकि, इलेक्ट्रोथ एरेज़ को तैयार करने के पारंपरिक तरीकों, जैसे कि फोटोलिथोग्राफिक तकनीक, को श्रृंखला की आवश्यकता होती हैजटिल प्रक्रियाओं का यहां, हम एक डिजाइन किए इलेक्ट्रोड सरणी तैयार करने के लिए एक लचीला विधि पेश करते हैं। एक ईण्डीयुम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) कांच एक फाइबर लेजर अंकन मशीन (1064 एनएम, 20 डब्लू, 90 से 120 एनएस पल्स-चौड़ाई और 20 से 80 केएचजल पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति) द्वारा एक चार चरण इलेक्ट्रोड सरणी बनाने के लिए किया जाता है। चार चरण के विद्युत क्षेत्र को उत्पन्न करने के लिए, इलेक्ट्रोड एक 2-चैनल फ़ंक्शन जनरेटर से और दो इनवर्टर से जुड़े होते हैं। निकटवर्ती इलेक्ट्रोड के बीच चरण बदलाव 90 डिग्री (ईआरओटी के लिए) या 180 डिग्री (डीईपी के लिए) पर सेट किया गया है। चार चरण आईटीओ इलेक्ट्रोड सरणी के साथ एसी इलेक्ट्ररोकीनेटिक मापन के प्रतिनिधि परिणाम प्रस्तुत किए जाते हैं।

Introduction

जेनस कण, जिसे दोहरे चेहरे के साथ रोमन देवता के नाम पर रखा गया है, असममित कण जिनके दोनों पक्ष शारीरिक या रासायनिक रूप से भिन्न सतह गुण 1 , 2 हैं । इस असममित सुविधा के कारण, जैनस कण बिजली के क्षेत्रों, जैसे डीईपी 3 , 4 , 5 , 6 , ईआरटी 2 , और प्रेरित चार्ज वैद्युतकणसंचलन (आईसीईपी) 7 , 8 , 9 के तहत विशेष प्रतिक्रियाएं प्रदर्शित करता है। हाल ही में, जानूस के कणों को तैयार करने के लिए कई तरीकों की सूचना दी गई है, जिसमें पिकरिंग पायसन विधि 10 , इलेक्ट्रोहाइड्रोडायनामिक सह-जेटटिंग विधि 11 और माइक्रॉफ्लिडिक फोटोोपैलीराइजेशन विधि 12 शामिल हैं । हालांकि, इन तरीकों के लिए COMP की एक श्रृंखला की आवश्यकता हैउदार उपकरण और प्रक्रियाएं यह लेख जानूस कणों को तैयार करने और पूरी तरह से लेपित धातु कणों को तैयार करने के लिए एक सरल विधि का परिचय देता है। माइक्रो-स्केल किए गए सिलिका कणों के एक मोनोलाययर को सुखाने की प्रक्रिया में तैयार किया जाता है और एयू के साथ लेपित होने के लिए स्पटरिंग डिवाइस में रखा जाता है। कण का एक गोलार्द्ध छायांकित होता है, और केवल अन्य गोलार्द्ध में एयू 2 , 13 के साथ लेपित होता है। Janus कण के monolayer एक polydimethylsiloxane (PDMS) टिकट के साथ मोहरदार है और फिर पूरी तरह से लेपित धातु कण 14 तैयार करने के लिए एक दूसरी कोटिंग प्रक्रिया के साथ इलाज किया।

जनस कण के विद्युत गुणों को चिह्नित करने के लिए, डीईपी, ईआरटीटी और इलेक्ट्रो-ओरिएंटेशन जैसे विभिन्न एसी इलेक्ट्ररोकीनेटिक प्रतिक्रियाओं का व्यापक रूप 9 , 15 , 16 , 17 , 18 1 9 उदाहरण के लिए, ईआरओटी बाहरी रूप से लगाए गए घूर्णन विद्युत क्षेत्र 2 , 9 , 15 , 16 के तहत एक कण के स्थिर-राज्य घूर्णी प्रतिक्रिया है। ईआरओटी को मापकर, कणों और विद्युत क्षेत्र के प्रेरित द्विध्रुव के बीच की बातचीत प्राप्त की जा सकती है। डीईपी, जो प्रेरित डिपोल और गैर-यूनिवर्सल विद्युत क्षेत्र के बीच परस्पर क्रिया से उत्पन्न होता है, कण 3 , 4 , 5 , 9 , 15 के लिए अग्रणी हो सकता है। विभिन्न प्रकार के कणों (सकारात्मक डीईपी) को आकर्षित किया जा सकता है या इलेक्ट्रोड किनारों से (नकारात्मक डीईपी) से छुटकारा पाता है, जो कि माइक्रोफ़्लुइडिक डिवाइस में कणों को छेड़छाड़ और कण के लिए एक सामान्य विधि के रूप में कार्य करता है। अनुवादक (डीईपी) और रोटा इलेक्ट्रोनिक क्षेत्र के अंतर्गत कणों की मूल (एआरओटी) विशेषताओं का क्रमशः क्लॉसियस-मोसोटो (सीएम) का वास्तविक और काल्पनिक हिस्सा है। सीएएम कारक कणों और आसपास के तरल के विद्युत गुणों पर निर्भर करता है, जो विशिष्ट आवृत्ति से प्रकट होते हैं, डीईपी और ईआरओटी के ω सी = 2σ / एसी डीएल , जहां σ तरल चालकता है, कण त्रिज्या है, और सी डीएल विद्युत डबल परत 15 , 16 का समाई है। कणों की ईआरओटी और डीईपी को मापने के लिए, विशेष रूप से डिजाइन इलेक्ट्रोड सरणी पैटर्न की आवश्यकता होती है। परंपरागत रूप से, एक फोटोलिथोग्राफिक तकनीक का उपयोग इलेक्ट्रोड सरणियों के लिए किया जाता है और इसमें जटिल प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला की आवश्यकता होती है, जिसमें फोटो्रेसिस्ट स्पिन-कोटिंग, मुखौटा संरेखण, एक्सपोजर और विकास 15 , 18 ,S = "xref"> 1 9 , 20

इस लेख में, इलेक्ट्रोड सरणियों का तेजी से निर्माण प्रत्यक्ष ऑप्टिकल पैटर्निंग द्वारा प्रदर्शित किया जाता है एक पारदर्शी पतली फिल्म आईटीओ परत, जिसे ग्लास सब्सट्रेट पर लेपित किया जाता है, इसे फाइबर लेजर अंकन मशीन (1,064 एनएम, 20 डब्ल्यू, 90 से 120 एनएस पल्स चौड़ाई और 20 से 80 केएचजल पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति) द्वारा आंशिक रूप से हटा दिया जाता है एक चार चरण इलेक्ट्रोड सरणी विकर्ण इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी 150-800 माइक्रोन है, जिसे प्रयोगों के अनुरूप समायोजित किया जा सकता है। चार चरण इलेक्ट्रोड सरणी का इस्तेमाल विभिन्न माइक्रोफ़्लुइडिक उपकरणों 15 , 16 , 18 में कणों को चिह्नित और केंद्रित करने के लिए किया जा सकता है। चार चरण के विद्युत क्षेत्र को उत्पन्न करने के लिए, इलेक्ट्रोड सरणी 2-चैनल फ़ंक्शन जनरेटर और दो इनवर्टर से जुड़ा हुआ है। निकटवर्ती इलेक्ट्रोड के बीच चरण में बदलाव 9 0 डिग्री (ईआरओटी के लिए) या 1 पर सेट किया गया है80 डिग्री (डीईपी के लिए) 15 एसी सिग्नल 0.5 से 4 वी पी वोल्टेज आयाम पर लागू होता है, और ऑपरेशन प्रक्रिया के दौरान आवृत्ति 100 हर्ट्ज से लेकर 5 मेगाहर्ट्ज तक होती है। जैनस कणों, धातु कणों और सिलिका कणों को उनके एसी इलेक्ट्रोकाइनेटिक गुणों को मापने के लिए नमूने के रूप में उपयोग किया जाता है। कणों का निलंबन इलेक्ट्रोड सरणी के केंद्र क्षेत्र में रखा जाता है और इन्हें 40X, एनए 0.6 उद्देश्य के साथ एक औंधा ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत मनाया जाता है। कण गति और रोटेशन को एक डिजिटल कैमरा के साथ दर्ज किया गया है। डीईपी आंदोलन, कुंडलाकार क्षेत्र में दर्ज किया जाता है, जो सरणी केंद्र से लगभग 40 और 65 माइक्रोन के बीच तरल रूप से दूर होता है, और ईआरओटी परिपत्र क्षेत्र में दर्ज किया जाता है, जो सरणी केंद्र से 65 μm कमजोर रूप से दूर है। कण वेग और कोणीय वेग कण-ट्रैकिंग विधि द्वारा मापा जाता है। कण केन्द्रोइड को ग्रे स्केल या सॉफ़्टवेयर का उपयोग करते हुए कणों की ज्यामिति द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है। कण वेग और कोणीय वेग द्वारा प्राप्त कर रहे हैंकण centroids के आंदोलनों को मापने

यह आलेख आसानी से मनमाने ढंग से नमूनित इलेक्ट्रोड सरणियों के निर्माण के लिए एक आसान तरीका प्रदान करता है। यह पूरी तरह या आंशिक रूप से लेपित धातु कणों की तैयारी का परिचय देता है, जिनका उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया जा सकता है, जिसमें जीव विज्ञान से लेकर उद्योग अनुप्रयोगों तक का उपयोग होता है।

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Protocol

1. माइक्रोचिप का निर्माण

  1. आईटीओ इलेक्ट्रोड की तैयारी
    1. क्रॉस पैटर्न को आकर्षित करने के लिए वाणिज्यिक चित्रण सॉफ्टवेयर का उपयोग करें विकर्ण इलेक्ट्रोड के बीच 160 माइक्रोन के बीच की दूरी निर्धारित करें और चित्रा 1 में दिखाए गए अनुसार क्रॉस पैटर्न की बाहों को 30 मिमी चौड़ा और 55 मिमी लंबा बनाएं। चित्रण फ़ाइल को एक DXF फ़ाइल के रूप में सहेजें
    2. आईटीओ ग्लास को 25 मिमी x 50 मिमी (चौड़ाई x लंबाई) के आकार के लिए कांच के कटर का उपयोग करें। आईटीओ ग्लास को कई बार कुल्ला करने के लिए 75% इथेनॉल और डि पानी का उपयोग करें।
    3. स्पंदित फाइबर लेजर अंकन मशीन पर आईटीओ गिलास रखो। आईटीओ ग्लास और लेज़र से 279.5 मिमी के बीच की दूरी को समायोजित करके आईटीओ गिलास की सतह पर लेजर पर ध्यान केंद्रित करें।
      नोट: यहां इस्तेमाल किए गए लेजर में निम्नलिखित विशिष्टताएं हैं: 1,064 एनएम, 20 डब्ल्यू, 90 से 120 एनएस पल्स चौड़ाई, और 20 से 80-केएचजल पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति, लगभग 5 x 10 5 डब्ल्यू / सेमी 2 पर स्पंदित-हल्की तीव्रता के साथ)।
    4. सीधे लेजर अंकन मशीन के कंप्यूटर पर चित्रण फ़ाइल (डीएक्सएफ फाइल) इनपुट करें। "मार्क पैरामीटर" बटन पर क्लिक करें और निम्नलिखित पैरामीटर इनपुट करें: गति, "800 मिमी / एस;" शक्ति, "60%;" और आवृत्ति, "40 kHz।" "फ़्रेम," "भरें," और "पहले भरें" शब्दों को टिकें
      1. आईटीओ ग्लास सेंटर पर पैटर्न की "पूर्वावलोकन" बटन स्थिति को क्लिक करें आईटीओ कांच पैटर्न ( चित्रा 1 ए ) के पैटर्न के लिए "मार्क नमूना" बटन पर क्लिक करें।
  2. चार चरण जनरेटर सेट करना और प्रयोगात्मक माइक्रोचिप को जोड़ने
    1. इनवर्तर्स के सर्किट का निर्माण, जैसा चित्रा 2 ए में दिखाया गया है।
    2. टेप के साथ सीधे संपर्क द्वारा चार चरण इलेक्ट्रोड पर 4 तारों को कनेक्ट करें, जैसा कि चित्रा 2 सी में दिखाया गया है । "चैनल को विभाजित करेंएल 1 "समारोह जनरेटर के दो शाखाओं में एक डबल BNC कनेक्टर का उपयोग कर।
      1. एक शाखा को वायर (# 1) को आईटीओ इलेक्ट्रोड से जुड़ा हुआ है और दूसरे को इनवर्टर के इनपुट से कनेक्ट करें। तार (# 3) में इनवर्टर के आउटपुट को कनेक्ट करें, जैसा कि चित्रा 2 बी में दिखाया गया है।
    3. "चैनल 2" को चरण 1.2.2 में समान प्रक्रिया के साथ कनेक्ट करें, लेकिन तारों (# 2 और # 4) से कनेक्ट करें जैसा चित्रा 2 बी में दिखाया गया है।
    4. ईआरओटी प्रयोगों के लिए, फंक्शन जनरेटर पर सीधे दो चैनलों के बीच चरण बदलाव को 90 डिग्री तक सेट करें। चित्रा 2 डी में दिखाए गए अनुसार, प्रयोगों के दौरान 0.5-4 वी पी वोल्टेज आयाम पर एक साइन लहर लागू करें और 100 हर्ट्ज से लेकर 5 मेगाहर्ट्ज तक की आवृत्ति।
    5. डीईपी प्रयोगों के लिए, चैनल 1 की एक शाखा वायर (# 1) से आईटीओ इलेक्ट्रोड से जुड़ी होती है और दूसरे कोइनवर्टर का इनपुट तार (# 2) में इनवर्टर के आउटपुट को कनेक्ट करें समान प्रक्रिया का उपयोग करके चैनल 2 से कनेक्ट करें, लेकिन वायर (# 3 और # 4) से कनेक्ट करें।
    6. फ़ंक्शन जनरेटर पर सीधे 0 डिग्री पर 2 चैनलों के बीच चरण बदलाव सेट करें। चित्रा 2 डी में दिखाए गए अनुसार, प्रयोगों के दौरान 0.5-4 वी पी वोल्टेज आयाम पर एक साइन लहर लागू करें और 100 हर्ट्ज से लेकर 5 मेगाहर्ट्ज तक की आवृत्ति।

2. नमूने की तैयारी

  1. जानूस कणों की तैयारी
    1. 1 मिनट के लिए 2 माइक्रोन सिलिका कण जलीय निलंबन (10% w / w) 2,200 xg में अपकेंद्रित्र
    2. पाइपेट 2 μL तलछटी सिलिका कणों की 1.5 मिलीलीटर microcentrifuge ट्यूब में और 500 μL इथेनॉल (99.5% वी / वी) में जोड़ें।
      नोट: सतह पर तैरनेवाला को त्यागने की आवश्यकता नहीं है; बस इसे 4 डिग्री सेल्सियस पर रेफ्रिजरेटर में बचाएं यह pipettin से पहले resuspended होने की आवश्यकता नहीं हैजी।
    3. एक मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनैंटेटर (43 kHz, 50 डब्ल्यू) का उपयोग कर इथेनॉल-सिलिका कण निलंबन को दोहराएं और फिर इसे 3 मिनट के लिए 2,200 xg पर अपकेंद्रित करें।
    4. 500 μL इथेनॉल के साथ सतह पर तैरनेवाला स्थानापन्न करें और 2.1.3 बार दोहराएँ।
    5. 8 μL इथेनॉल के साथ सतह पर तैरनेवाला स्थानापन्न करें और 3 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनैंटेटर (43 किलोहर्ट्ज़, 50 डब्ल्यू) का उपयोग करके इथेनॉल-सिलिका कण निलंबन का दोहराएं।
      नोट: एथेनॉल-सिलिका कण निलंबन के लगभग 10 μL इस चरण में ट्यूब में रहना चाहिए।
    6. पिपेट 2 इथेनॉल-सिलिका कण निलंबन के μL और एक सामान्य कांच स्लाइड (चौड़ाई: 25 मिमी, लंबाई: 75 मिमी, और मोटाई: 1.2 मिमी) पर एक छोटी बूंद बनाने के लिए ड्रॉप।
      नोट: कण निलंबन की मात्रा 5-6 स्लाइड (प्रत्येक स्लाइड के लिए 2 μL) के लिए मोनोलायर्स तैयार करने के लिए पर्याप्त है।
    7. सिलिका कणों के एक मोनोलायर के रूप में धीरे-धीरे एक आवरण कांच के साथ इथेनॉल-सिलिका कण छोटी बूंद खींचें ( चित्रा 3 ए )।
    8. सिलिका के कणों के मोनोलायर के साथ स्लाइड रखो जो स्पूटरिंग डिवाइस में एयू के साथ लेपित हो।
      1. स्पटर कक्ष से 100 मीटर की दूरी पर हवा निकालें और आर्गन को 10 मिनट (आर्गन के साथ हवा की जगह) के लिए इंजेक्षन करें। आर्गन इंजेक्शन रोकें और फिर 70 मीटर की दूरी पर कक्ष से आर्गन को हटा दें।
      2. 200 एस के लिए वर्तमान में 15 एमए सेट करें ( चित्रा 3 बी ); जानूस कणों को पहले से ही इस चरण में तैयार किया गया है।
    9. स्पटर्ड स्लाइड पर 20 डीएल का डि पानी छोड़ दें और सामान्य 200 μL विंदुक टिप का उपयोग करके मोनोलायर से जैनस कणों को खरोंच करें।
      नोट: इस कदम पर डीआई पानी की छोटी बूंद में मोनोलेयर निलंबन से जांस कणों को हटा दिया गया।
    10. जनस कण निलंबन की छोटी बूंद पिपेट करें और इसे 1.5-एमएल अपकेंद्रित्र ट्यूब में छोड़ दें।
    11. जैनस कण के निलंबन का उपयोग डिप्टी पानी के साथ एक उपयुक्त ध्यान को पतला करके नमूना तैयार करने के लिए करेंप्रयोगों के लिए पर
      नोट: यहां वर्णित प्रयोगों में कण निलंबन की एकाग्रता लगभग 2,000 गिनती / μL है।
  2. पूरी तरह से लेपित धातु कण 14 की तैयारी
    1. पीडीएमएस बहुलक आधार और इलाज के एजेंट को 10: 1 वजन अनुपात मिलाएं।
    2. कंटेनर की पार्श्विक दीवार बनाने के लिए कांच की स्लाइड के आसपास टेप। चित्रा 4 ए में दिखाए गए अनुसार, 2-3 मिमी की पीडीएमएस परत प्राप्त करने के लिए एक टेड स्लाइड पर PDMS का मिश्रण डालें।
    3. एक वायुरोधी कक्ष में पीडीएमएस मिश्रण के साथ टेप स्लाइड (कंटेनर) को रखो और पीडीएमएस मिश्रण में बुलबुले को हटाने के लिए 30 मिनट के लिए वैक्यूम पंप चलाएं।
    4. ओवन में पीडीएमएस मिश्रण (चरण 2.2.3) के साथ टेप स्लाइड (कंटेनर) रखो। पीडीएमएस मिश्रण को 70 डिग्री सेल्सियस पर 2 घंटे के लिए पीडीएमएस स्टैंप बनाने का इलाज करें।
    5. पीडीएमएस स्टैंप ठीक हो जाने के बाद, पीडीएमएस स्टैम्प प्राप्त करने के लिए स्लाइड और टेप हटा दें, सतहजिनमें से मूल रूप से ग्लास स्लाइड से जुड़े, एक सपाट सतह बनाते हैं, जैसा कि चित्रा 4 बी में दिखाया गया है।
    6. स्लाइड पर जनस कणों के एक मोनोलायर को तैयार करने के लिए 2.1.1-2.1.8 से दिए गए चरणों का पालन करें।
    7. यूनिफॉर्म प्रेस के साथ मोनोलायर को टिकट करने के लिए पीडीएमएस स्टैंप की सपाट सतह का उपयोग करें।
    8. जेनस कणों के मोनोलेयर के साथ पीडीएमएस स्टैम्प को रखो, जो चरण 2.1.8 में बनाए गए ग्लास स्लाइड से उलटा है, एयू के साथ लेपित होने वाले स्पटरिंग डिवाइस में।
      1. स्पटर कक्ष से 100 मीटर की दूरी पर हवा निकालें और आर्गन को 10 मिनट (आर्गन के साथ हवा की जगह) के लिए इंजेक्षन करें। आर्गन इंजेक्शन रोकें और फिर 70 मीटर की दूरी पर कक्ष से आर्गन को हटा दें।
      2. 200 एस ( चित्रा 4 सी ) के लिए वर्तमान में 15 एमए सेट करें; पूरी तरह से लेपित धातु कण पहले से ही इस कदम पर तैयार कर रहे हैं।
    9. प्रयोगों के लिए नमूना तैयार करने के लिए 2.1.9-2.1.11 से दिए गए चरणों का पालन करें।
      10. </ Ol>

    3. एसी इलेक्ट्रोकाइनेटिक मापन के लिए प्रयोग

    1. एक स्पेसर तैयार करने के लिए पैराफिन फिल्म के 5 टुकड़े लपेटें। एक थर्मल बंदूक का उपयोग करके 500-माइक्रोन मोटाई के फिल्म स्पेसर के साथ आईटीओ इलेक्ट्रोड सरणी का मिश्रण करें और माइक्रोस्कोप मंच पर इलेक्ट्रोड रखें।
      1. कण निलंबन के 8 μL ड्रॉप, जो चरण 2.1 और 2.2 में तैयार किया गया था, क्रॉस इलेक्ट्रोड सरणी के केंद्र पर। स्पेसर पर एक आवरण कांच रखें।
    2. ईआरओटी प्रयोगों के लिए, फ़ंक्शन जनरेटर पर, 2 चैनलों के बीच 90 डिग्री के बीच चरण बदलाव सेट करें 0.5-4 वी पी वोल्टेज आयाम पर एक साइन लहर लागू करें और प्रयोगों के दौरान 100 हर्ट्ज से लेकर 5 मेगाहर्ट्ज तक की आवृत्ति (1.2.2-1.2.3 चरणों में कनेक्शन के आधार पर)।
      1. फ़ंक्शन जनरेटर पर "तरंग" बटन पर क्लिक करके लहर फ़ॉर्म चुनें। फ़ंक्शन जीई पर गिने बटनों का उपयोग करके वोल्टेज और आवृत्ति मान इनपुट करेंनेरेटर और फिर "आउटपुट" बटन क्लिक करके एसी सिग्नल को चालू करें।
    3. डीईपी प्रयोगों के लिए, 2 चैनलों से 0 डिग्री के बीच चरण बदलाव सेट करें। चरण 3.2.1 में फ़ंक्शन जेनरेटर की स्थापना के द्वारा 0.5-4 वी पी वोल्टेज आयाम पर एक साइन लहर और प्रयोगों के दौरान 100 मेगाहर्ट्ज से 5 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति (चरण 1.2.5 में कनेक्शन पर आधारित) की एक आवृत्ति लागू करें।
    4. "आउटपुट" बटन पर क्लिक करके एसी सिग्नल चालू करें और 40X के साथ एक औंधा ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत कण मोशन और रोटेशन की छवियों को कैप्चर करें, कैमरे का उपयोग करते हुए एनए 0.6 उद्देश्य।
    5. कण गति और रोटेशन की छवियों की छवियों को इनपुट करें और कण और कोणीय वेग को प्राप्त करने के लिए कण ट्रैकिंग द्वारा कणों की गति का विश्लेषण करें।
      नोट: "छवि जे" सॉफ़्टवेयर और इसके "मल्टीट्रैक" प्लगइन को छवि बिनअरीकरण और कण ट्रैकिंग के लिए यहां उपयोग किया गया था।

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Representative Results

चार चरण इलेक्ट्रोड सरणी एक फाइबर लेजर अंकन मशीन द्वारा बनाई गई है। ग्लास पर लेपित आईटीओ प्रवाहकीय परत, फोकस लेजर द्वारा 160 माइक्रोन के अंतराल के साथ क्रॉस पैटर्न बनाने के लिए हटा दिया गया है, जैसा कि चित्रा 1 बी में दिखाया गया है।

आकृति 1
चित्रा 1 : आईटीओ इलेक्ट्रोड की तैयारी ( ए ) फाइबर लेजर अंकन मशीन (1064 एनएम, 20 डब्ल्यू, 90 से 120 एनएस पल्स-चौड़ाई और 20 से 80 केएचजल पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति) के साथ चार चरण आईटीओ इलेक्ट्रोड बनाने की स्कीमाटिक्स। ( बी ) एक माइक्रोस्कोप के तहत क्रॉस इलेक्ट्रोड सरणी की उज्ज्वल फील्ड छवि। इस अंजीर के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करेंure।

इनवर्टर का सर्किट आरेख चित्रा 2 ए में दिखाया गया है। चार चरण के विद्युत क्षेत्र को बनाने के लिए, इलेक्ट्रोड सरणी 2-चैनल फ़ंक्शन जनरेटर और दो इनवर्टर से जुड़ा हुआ है, जैसा कि दिखाया गया है चित्रा 2 बी

चित्र 2
चित्रा 2 : एक चार चरण जेनरेटर का सेटअप और प्रायोगिक माइक्रोचिप का कनेक्शन। ( ए ) इनवर्टर के सर्किट आरेख ( बी ) प्रयोगात्मक माइक्रोचिप की स्कीमैटिक्स ( सी ) टेप के साथ सीधे संपर्क के माध्यम से चार तार इलेक्ट्रोड पर 4 तारों को कनेक्ट करें। ( डी ) आसन्न इलेक्ट्रोड के बीच का चरण बदलाव 90 डिग्री या तो सेट है(ईआरओटी के लिए) या 180 डिग्री (डीईपी के लिए)। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

सिलिका के कणों के एक मोनोलायर को धीरे-धीरे इथेनॉल-सिलिका कण छोटी बूंद को एक आवरण कांच का उपयोग करके खींचकर तैयार किया गया है, जैसा कि चित्रा 3 ए में दिखाया गया है। सिलिका कणों के मोनोलायर को एयू के साथ लेपित होने के लिए स्पटरिंग डिवाइस में रखा जाता है। अंत में, जानूस कण तैयार हैं, जैसा कि चित्रा 3 सी में दिखाया गया है ।

चित्र तीन
3 चित्रा : जानूस कणों की तैयारी प्रक्रियाएं ( ए ) माइक्रोस्कोप के तहत सिलिका कणों के मोनोलायर। ( बी )सिलिका कणों के एक मोनोलायर पर ओ की एक पतली परत कोटिंग के योजनाबद्ध चित्रण ( सी ) एक खुर्दबीन के नीचे एक जानूस कण की उज्ज्वल फील्ड छवि। कण का अंधेरा पक्ष औ कोटिंग है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

पूरी तरह से लेपित धातु कणों की तैयारी चित्रा 4 में दिखाया गया है। कंटेनर, जिसमें स्लाइड और टेप होते हैं, पीडीएमएस मिश्रण से 2 से 3 मिमी की ऊंचाई पर लोड होती है, जैसा कि चित्रा 4 ए में दिखाया गया है। पीडीएमएस मिश्रण को ओवन में 70 डिग्री सेल्सियस पर 2 घंटे के लिए एक पीडीएमएस स्टैंप बनाने के लिए रखा जाता है। पीडीएमएस स्टैंप, एक सपाट सतह के साथ, चित्रा 4 बी में दिखाया गया है। पूरी तरह से लेपित धातु कणों की तैयारी की प्रक्रिया आकृति में दिखाई देती हैई 4 सी पूरी तरह लेपित धातु कण चित्रा 4 डी में दिखाया गया है।

चित्रा 4
चित्रा 4 : पूरी तरह से लेपित धातु कणों की तैयारी। ( ए ) स्लाइड-टेप कंटेनर में PDMS मिश्रण। ( बी ) एक फ्लैट सतह के साथ PDMS स्टैंप ( सी ) पूरी तरह लेपित धातु कणों की तैयारी प्रक्रियाएं ( डी ) एक माइक्रोस्कोप के तहत एक पूरी तरह से लेपित धातु कण की उज्ज्वल फील्ड छवि इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

कण ईआरओटी और डीईपी के प्रतिनिधि परिणाम दिखाए जाते हैंई 5 जानूस कणों के EROT आम तौर पर विद्युत क्षेत्र (काउंटर फ़ील्ड) के विपरीत दिशा में होता है, जिसमें अधिकतम आवर्तक गति एक विशेषता आवृत्ति पर होती है, जैसा कि चित्रा 5 ए में दिखाया गया है। कम आवृत्ति पर जेनस कणों के EROT सह-दायर दिशा में उलट जाता है, जो अधिक जटिल ध्रुवीकरण तंत्र और मेटलिक सतह गोलार्ध 15 , 16 के आस-पास प्रेरित-प्रभारी इलेक्ट्रोसोमोटिक प्रवाह के कारण हो सकता है। सिलिका कणों के EROT सभी परीक्षण आवृत्ति श्रेणियों में सह-क्षेत्र है, और इसकी विशेषता आवृत्ति सबसे कम परीक्षण आवृत्ति (~ 500 हर्ट्ज) है, जैसा कि चित्रा 5 बी में दिखाया गया है। धातु कणों का ईआरओटी सभी परीक्षण आवृत्ति रेंज में काउंटर फ़ील्ड है, और इसकी विशेषता आवृत्ति जनस कणों की तुलना में कम है, जैसा कि चित्रा 5 सी में दिखाया गया है । से चित्रा 5 ए -5 सी , हम विभिन्न प्रकार के कणों के बीच विद्युत क्षेत्र आवृत्तियों के साथ मुख्यमंत्री के कारक के काल्पनिक भाग में परिवर्तन देख सकते हैं। इसके अलावा, हम देख सकते हैं कि पूरी तरह से लेपित धातु कणों की तुलना में जैनस कणों की EROT विशेषता आवृत्ति उच्च है। इस परिणाम से पता चलता है कि जैनस कणों के ध्रुवीकरण को दो-गोलार्द्ध संरचनाओं के सरल सुपरपोज़शन मॉडल द्वारा सीधे नहीं समझाया जा सकता है। जैनस कण 2 के ध्रुवीकरण के लिए एक और अधिक जटिल तंत्र है। धातु कणों के डीईपी माप चित्रा 5 डी में दिखाए जाते हैं। परिणाम दिखाते हैं कि धातु कणों की डीईपी प्रतिक्रिया कम आवृत्तियों पर एन-डीईपी है, लेकिन उच्च आवृत्तियों पर पी-डीईपी, एक विदेशी आवृत्ति के साथ, जिसमें विशेषता आवृत्ति EROT माप

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चित्रा 5 : कण ईआरओटी और डीईपी के प्रतिनिधि परिणाम ( ए ) जेनस कणों के स्पेक्ट्रम इआरटी। ( बी ) सिलिका कणों के स्पेक्ट्रम EROT। ( सी ) पूरी तरह से लेपित धातु कणों के स्पेक्ट्रम EROT ( डी ) पूरी तरह लेपित धातु कणों की डीईपी स्पेक्ट्रम इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

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Discussion

फाइबर लेजर अंकन मशीन का उपयोग कर आईटीओ इलेक्ट्रोड एरे का निर्माण करना, मनमाना पैटर्न के साथ इलेक्ट्रोड तैयार करने के लिए एक तेज़ तरीका प्रदान करता है। हालांकि, इस पद्धति में कुछ नुकसान भी हैं, जैसे कि कम चार्ज वाहक और पारंपरिक तरीकों से निर्मित धातु इलेक्ट्रोड की तुलना में आईटीओ इलेक्ट्रोड की कम निर्माण की शुद्धता। ये नुकसान कुछ प्रयोगों को सीमित कर सकते हैं उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोड के बीच बड़ी दूरी की दूरी पर इलेक्ट्रिक फील्ड के वितरण पर कम शुल्क वाले वाहक प्रभावित हो सकते हैं। इसके अलावा, पैटर्निंग मापदंडों का समायोजन इस पद्धति में एक महत्वपूर्ण कदम है, जो सीधे आईटीओ इलेक्ट्रोड एरे की गुणवत्ता को प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए, लेजर पावर कांच सब्सट्रेट से आईटीओ प्रवाहकीय परत को हटाने को प्रभावित करता है। लेजर की आवृत्ति और गति आईटीओ इलेक्ट्रोड किनारों की चिकनाई को निर्धारित करती है। आमतौर पर, उपयुक्त पैटर्निंग पैरामीटर परीक्षण और त्रुटि से मिलते हैं संक्षेप में, यह मेथओडी आरटीओ गिलास पर तेजी से और कुशलतापूर्वक उत्पादन करने में सक्षम है, जो कि मनमाना पैटर्न में कई प्रकार के विद्युत प्रयोगों पर लागू हो सकते हैं, अनुसंधान और अन्य अनुप्रयोगों के लिए।

सूखने की प्रक्रिया के साथ जानूस कणों और धातु कणों को तैयार करना एक सरल और सुविधाजनक तरीका है। पिकरिंग पायसन विधि 10 , इलेक्ट्रोहाइड्रोडायनामिक सह-जेटटिंग विधि 11 , माइक्रोफ्लुइडिक फोटोोपैलीइराइज़ेशन विधि 12 और रासायनिक संश्लेषण विधि 15 जैसी अन्य विधियों के विपरीत, यह विधि थोड़े समय में कणों की एक बड़ी संख्या तैयार करने में सक्षम है । हालांकि, इस विधि की सीमा यह है कि कणों की सतहों पर धातु बयान गैर-समान हो सकता है, जो कण आकार को थोड़ा बदल सकता है। यद्यपि सुखाने की प्रक्रिया पद्धति में यह सीमा होती है, फिर भी यह जानूस कणों को तैयार करने के लिए एक उपयोगी तरीका है औरधातु कण

संक्षेप में, यह लेख मनमाना पैटर्न में इलेक्ट्रोड सरणियों के साथ-साथ पूरी तरह से या आंशिक रूप से लेपित धातु कणों की एक बड़ी संख्या को तेजी से तैयार करने के लिए कार्यात्मक तरीके प्रदान करता है। यह माइक्रोक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में कणों के हेरफेर और लक्षण वर्णन के लिए इलेक्ट्रोकोनिक्स के विकास और आवेदन की सुविधा प्रदान कर सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

यह काम विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय, ताइवान, आरओसी, ग्रांट एनएससी 103-2112-एम 002 -008-एम 3 3 के तहत समर्थित था।

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

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References

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इंजीनियरिंग अंक 124 जानूस कण धातु के कण आईटीओ इलेक्ट्रोड एसी इलेक्ट्रोकीनेटेटिक माप इलेक्ट्रोराइटेशन डायटेक्लोफोरेसिस
जानुश्ले कणों की तैयारी और तेजी से तैयार किए गए ईण्डीयुम टिन ऑक्साइड इलेक्ट्रोड एरे के साथ मौजूदा इलेक्ट्रोकाइनेटिक मापन
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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).

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