Waiting
Login processing...

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

Engineering

Framställning av Janus-partiklar och växlande strömelektrokinetiska mätningar med en snabbt framställd indium-tennoxidelektroder-uppsättning

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

Summary

I denna artikel visas en enkel metod för att framställa partiellt eller helt belagda metallpartiklar och att utföra AC-elektrokinetiska egenskapsmätningar med en snabbt tillverkad indiumtennoxid (ITO) -elektrodmatris.

Abstract

Denna artikel tillhandahåller en enkel metod för att framställa delvis eller helt belagda metallpartiklar och att utföra snabb tillverkning av elektrodskivor, vilket kan underlätta elektriska experiment i mikrofluidiska anordningar. Januspartiklar är asymmetriska partiklar som innehåller två olika ytegenskaper på båda sidor. För att framställa Januspartiklar framställes ett monoskikt av kiseldioxidpartiklar genom en torkningsprocess. Guld (Au) avsätts på ena sidan av varje partikel med hjälp av en förstoftningsanordning. De helt belagda metallpartiklarna är färdiga efter den andra beläggningsprocessen. För att analysera de elektriska ytegenskaperna hos Janus-partiklar utförs elektrodemätningar av växelströms (AC), såsom dielektrofores (DEP) och elektrorotation (EROT) - vilka kräver specifikt utformade elektroduppsättningar i experimentenheten - utförs. Traditionella metoder för att tillverka elektrodskivor, såsom fotolitografisk teknik, kräver emellertid en serieAv komplicerade förfaranden. Här introducerar vi en flexibel metod för att tillverka en konstruerad elektrodmatris. Ett glas av indiumtennoxid (ITO) mönstras av en fiberlasermärkningsmaskin (1,064 nm, 20 W, 90 till 120 ns pulsbredd och 20 till 80 kHz pulsrepetitionsfrekvens) för att skapa en fyrfaselektrodmatris. För att generera fyrfasens elektriska fält är elektroderna anslutna till en 2-kanalig funktionsgenerator och till två inverterare. Fasskiftet mellan de intilliggande elektroderna är inställt på antingen 90 ° (för EROT) eller 180 ° (för DEP). Representativa resultat av AC-elektrokinetiska mätningar med en fyrfas ITO-elektrodmatris presenteras.

Introduction

Januspartiklar, namngivna efter den romerska guden med dubbelt ansikte, är asymmetriska partiklar vars två sidor har fysiskt eller kemiskt olika ytegenskaper 1 , 2 . På grund av denna asymmetriska funktion uppvisar Janus-partiklar speciella svar inom elektriska fält, såsom DEP 3 , 4 , 5 , 6 , EROT 2 och inducerad laddningselektrofores (ICEP) 7 , 8 , 9 . Nyligen har flera metoder för beredning av Janus-partiklar rapporterats, inklusive Pickering-emulsionsmetoden 10 , den elektrohydrodynamiska sammjukningsmetoden 11 och den mikrofluidiska fotopolymerisationsmetoden 12 . Emellertid kräver dessa metoder en serie av kompLicerade apparater och förfaranden. Denna artikel introducerar en enkel metod för att bereda Januspartiklar och fullt belagda metallpartiklar. Ett monoskikt av mikroskalade kiseldioxidpartiklar framställes i en torkningsprocess och sätts i en förstoftningsanordning som skall beläggas med Au. En halvklot av partikeln är skuggad och endast den andra halvklotet är belagd med Au 2 , 13 . Janus-partikelns monoskikt stämplas med en polydimetylsiloxan (PDMS) -stämpel och behandlas därefter med en andra beläggningsprocess för att framställa fullständigt belagda metallpartiklar 14 .

För att karakterisera de elektriska egenskaperna hos en Janus-partikel används olika AC-elektrokinetiska svar, såsom DEP, EROT och elektroorientering, i stor utsträckning 9 , 15 , 16 , 17 , 18 19 . Exempelvis är EROT det roterande svaret hos en partikel under ett externt infört roterande elektriskt fält 2 , 9 , 15 , 16 . Genom mätning av EROT kan interaktionen mellan den inducerade dipolen i partiklarna och de elektriska fälten erhållas. DEP, som uppstår genom interaktionen mellan de inducerade dipolerna och ett icke-likformigt elektriskt fält, kan leda till partikelrörelse 3 , 4 , 5 , 9 , 15 . Olika typer av partiklar kan lockas till (positiv DEP) eller avstötas från (negativa DEP) elektrodkanterna, vilket tjänar som en allmän metod för att manipulera och karakterisera partiklar i mikrofluidisk anordning. Den translationella (DEP) och rota (EROT) egenskaper hos partikeln under det elektriska fältet domineras av den reella och imaginära delen av Clausius-Mossotti (CM) -faktorn. CM-faktorn beror på partiklarnas elektriska egenskaper och den omgivande vätskan, vilka uppenbaras av den karakteristiska frekvensen, c c = 2σ / aC DL , av DEP och EROT, där σ är vätskeledningsförmågan, a är partikelradien, Och C DL är kapacitansen hos det elektriska dubbelskiktet 15 , 16 . För att mäta EROT och DEP av partiklar behövs specialdesignade elektrodmatrismönster. Traditionellt används en fotolithografisk teknik för att skapa elektroduppsättningar och kräver en rad komplicerade procedurer, inklusive fotoresist spin-beläggning, maskjustering, exponering och utveckling 15 , 18 ,S = "xref"> 19 , 20 .

I denna artikel visas den snabba tillverkningen av elektrodmatriser genom direkt optisk patrering. Ett transparent tunnfilm-ITO-skikt, som är belagt på glassubstratet, avlägsnas partiellt av en fiberlasermärkningsmaskin (1,064 nm, 20 W, 90 till 120 ns pulsbredd och 20 till 80 kHz pulsrepetitionsfrekvens) för att bilda En fyrfaselektrodmatris. Avståndet mellan diagonala elektroder är 150-800 μm, vilket kan justeras för att passa experimenten. Fyrfaselektrodmatrisen kan användas för att karakterisera och koncentrera partiklar i olika mikrofluidiska anordningar 15 , 16 , 18 . För att generera det fyrfasiga elektriska fältet är elektrodmatrisen ansluten till en 2-kanalig funktionsgenerator och till två inverterare. Fasskiftet mellan de intilliggande elektroderna är inställt på antingen 90 ° (för EROT) eller 180 ° (för DEP) 15 . AC-signalen appliceras vid en 0,5 till 4 V pp spänningsamplitud, och frekvensen sträcker sig från 100 Hz till 5 MHz under operationsprocessen. Januspartiklar, metallpartiklar och kiseldioxidpartiklar används som prov för att mäta deras AC-elektrokinetiska egenskaper. Suspensioner av partiklarna placeras på mittområdet av elektrodmatrisen och observeras under ett inverterat optiskt mikroskop med ett 40X, NA 0,6-mål. Partikelrörelse och rotation registreras med en digitalkamera. DEP-rörelsen registreras i den ringformiga regionen, mellan 40 och 65 μm radiellt bort från matriscentret, och EROT spelas in i det cirkulära området 65 μm radiellt bort från matriscentret. Partikelhastighet och vinkelhastighet mäts med partikelspårningsmetoden. Partikelcentroiderna utmärks av gråskala eller geometri av partiklar med hjälp av programvara. Partikelhastigheten och vinkelhastigheten erhålls genomMäta rörelserna hos partikelcentroiderna.

Denna artikel tillhandahåller en enkel metod för att snabbt skapa godtyckliga mönstrade elektrodskivor. Det introducerar förberedelsen av helt eller delvis belagda metallpartiklar, som kan användas i olika områden, med användningsområden som sträcker sig från biologi till industriapplikationer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Tillverkning av Microchip

  1. Framställning av ITO-elektroden
    1. Använd kommersiell illustrationsprogramvara för att rita ett korsmönster. Ställ avståndet mellan diagonalelektroderna till 160 μm och gör armarna på korsmönstret 30 mm breda och 55 mm långa, som visas i Figur 1 . Spara illustrationfilen som en DXF-fil.
    2. Använd en glasskärare för att trimma ITO-glaset i en storlek av 25 mm x 50 mm (bredd x längd). Använd 75% etanol och DI-vatten för att skölja ITO-glaset flera gånger.
    3. Sätt ITO-glaset på laserpulsmaskinen med pulserande fiber. Fokusera lasern på ytan av ITO-glaset genom att justera avståndet mellan ITO-glaset och lasern till 279,5 mm.
      OBS! Den laser som används här har följande specifikationer: 1,064 nm, 20 W, 90 till 120 ns pulsbredd och 20 till 80 kHz pulsrepetitionsfrekvens med en pulserad ljusintensitet vid ca 5 x 10 5 W / cm 2).
    4. Skriv in bildfilen (DXF-filen) direkt på lasermarkeringsmaskinens dator. Klicka på "Markeringsparametern" -knappen och mata in följande parametrar: hastighet, "800 mm / s;" Kraft, "60%;" Och frekvens, "40 kHz." Markera "Ram," "Fyll" och "Fyll först" termerna.
      1. Klicka på "Förhandsgranskning" -knappen position mönstret på ITO-glascentret. Klicka på "Mark Sample" -knappen för att mönstra ITO-glaset ( Figur 1 A ).
  2. Ställa in en fyrfasgenerator och koppla den experimentella mikrochipen
    1. Bygg inverterarnas kretsar, som visas i Figur 2 A.
    2. Anslut de fyra ledningarna på fyrfaselektroden genom direkt kontakt med tejpen, som visas i Figur 2 C. Dela upp kanalernaEl 1 "i funktionsgeneratorn i två grenar med en dubbel BNC-kontakt.
      1. Anslut en gren till kabeln (# 1) ansluten till ITO-elektroden och den andra till inverterarens ingång. Koppla inverterarens utgång till kabeln (# 3), som visas i Figur 2 B.
    3. Anslut "Channel 2" med samma procedur som i steg 1.2.2, men anslut till ledningarna (# 2 och # 4) som visas i Figur 2 B.
    4. För EROT-experimenten, sätt fasskiftet mellan de två kanalerna till 90 °, direkt på funktionsgeneratorn. Applicera en sinusvåg vid 0,5-4 V pp spänningsamplitud och en frekvens som sträcker sig från 100 Hz till 5 MHz under experimenten, som visas i Figur 2 D.
    5. För DEP-experimenten, anslut en gren av kanal 1 till ledningen (# 1) som är ansluten till ITO-elektroden och den andra tillInverterarens inmatning. Anslut utgången från inverteraren till ledningen (# 2). Anslut kanal 2 med samma procedur, men anslut till ledningarna (# 3 och # 4).
    6. Ställ fasskiftet mellan de 2 kanalerna vid 0 °, direkt på funktionsgeneratorn. Applicera en sinusvåg vid 0,5-4 V pp spänningsamplitud och en frekvens som sträcker sig från 100 Hz till 5 MHz under experimenten, som visas i Figur 2 D.

2. Framställning av proven

  1. Framställning av Janus-partiklar
    1. Centrifugera 2 μm kiseldioxidpartikelhaltig suspension (10% vikt / vikt) vid 2 200 xg under 1 min.
    2. Pipettera 2 μl sedimentära kiseldioxidpartiklar i ett 1,5 ml mikrocentrifugrör och tillsätt 500 μl etanol (99,5% volym / volym).
      OBS: Supernatanten behöver inte kasseras; Bara spara det i kylskåp vid 4 ° C. Det behöver inte resuspenderas före pipetting.
    3. Sonikera etanol-kiseldioxidpartikel-suspensionen med användning av en ultraljudsapparat (43 kHz, 50 W) under 1 min och centrifugera sedan den vid 2 200 x g under 3 min.
    4. Ersätt supernatanten med 500 | il etanol och upprepa steg 2.1.3 tre gånger.
    5. Ersätt supernatanten med 8 | il etanol och sonikera etanol-kiseldioxidpartikel-suspensionen med användning av en ultraljudsapparat (43 kHz, 50 W) under 3 min.
      OBS! Omkring 10 μl etanol-kiseldioxidpartikel suspension bör förbli i röret vid detta steg.
    6. Pipettera 2 μL etanol-kiseldioxidpartikel suspension och släpp den på en vanlig glidglas (bredd: 25 mm, längd: 75 mm och tjocklek: 1,2 mm) för att bilda en droppe.
      Anm .: Denna mängd partikel suspension är tillräcklig för att förbereda monolagen för 5-6 glidbanor (2 μl för varje glid).
    7. Dra långsamt etanol-kiseldioxidpartikeldroppen något med ett täckglas för att bilda ett monoskikt av kiseldioxidpartiklar ( Figur 3 A ).
    8. Lägg gliden med monokiktet av kiseldioxidpartiklar i en förstoftningsanordning för att beläggas med Au.
      1. Ta bort luften från sprutkammaren vid 100 mTorr och injicera argon i 10 minuter (byt ut luften med argon). Sluta injicera argon och ta bort argon från kammaren vid 70 mTorr.
      2. Ställ strömmen till 15 mA i 200 s. ( Figur 3B ); Januspartiklar är redan förberedda vid detta steg.
    9. Släpp 20 μl DI-vatten på den sprutade gliden och skrapa Januspartiklarna från monoskiktet med en vanlig 200 μl pipettspets.
      OBS: Januspartiklarna som skrapas från monoskiktet suspenderas i DI-vattendroppen vid detta steg.
    10. Pipettera Janus-partikel-suspensionsdroppen och släpp den i ett annat 1,5-ml centrifugrör.
    11. Använd Janus-partikel-suspensionen för att förbereda provet genom att späda det med DI vatten till en lämplig koncentreringPå för experiment.
      OBS: Koncentrationen av partikelsuspensionen i experimenten som beskrivs här är omkring 2000 räknat / jil.
  2. Framställning av helt belagda metallpartiklar 14
    1. Blanda PDMS-polymerbasen och härdningsmedlet i ett viktförhållande 10: 1.
    2. Tape runt glasskivan för att bilda behållarens sidoväggar. Häll blandningen av PDMS på en tapad glid för att uppnå ett PDMS-skikt av 2-3 mm, såsom visas i figur 4A .
    3. Placera den tapade bilden (behållaren) med PDMS-blandningen i en lufttät kammare och kör vakuumpumpen i 30 minuter för att avlägsna bubblorna i PDMS-blandningen.
    4. Placera den tapade bilden (behållaren) med PDMS-blandningen (steg 2.2.3) i ugnen. Härd PDMS-blandningen vid 70 ° C i 2 h för att bilda en PDMS-stämpel.
    5. När PDMS-stämpeln är härdad, ta bort glidbanan och tejpen för att få PDMS-stämpeln, ytanAv vilka ursprungligen fästes på glasskivan, bildande en plan yta, såsom visas i figur 4B .
    6. Följ stegen från 2.1.1-2.1.8 för att förbereda ett monoskikt av Janus-partiklar på en bild.
    7. Använd den plana ytan av PDMS-stämpeln för att stämpla monoskiktet med jämnt tryck.
    8. Sätt PDMS-stämpeln med monoskiktet av Januspartiklar, som är inverterat från glasskivan som gjordes i steg 2.1.8, i sputteringsanordningen som ska beläggas med Au.
      1. Avlägsna luft från sprutkammaren vid 100 mTorr och injicera argon i 10 minuter (byt ut luften med argon). Sluta injicera argon och ta bort argon från kammaren vid 70 mTorr.
      2. Ställ strömmen till 15 mA i 200 s ( Figur 4 C ); De fullt belagda metalliska partiklarna är redan framställda vid detta steg.
    9. Följ stegen från 2.1.9-2.1.11 för att förbereda provet för experiment.
      10. </ Ol>

    3. Experiment för AC-elektrokinetisk mätning

    1. Wrap 5 pieces of paraffin film to prepare a spacer. Kombinera ITO-elektrodmatrisen med filmavståndet på 500 μm tjocklek med hjälp av ett värmepistol och placera elektroden på mikroskopsteget.
      1. Släpp 8 μl partikel suspension, som framställdes i steg 2.1 och 2.2, på mittpunkten av korselektroduppsättningen. Placera ett lockglas på distansen.
    2. För EROT-experimenten, sätt på funktionsgeneratorn fasförskjutningen mellan de 2 kanalerna till 90 °. Applicera en sinusvåg vid 0,5-4 V pp spänningsamplitud och en frekvens som sträcker sig från 100 Hz till 5 MHz under experimenten (baserat på anslutningen i steg 1.2.2-1.2.3).
      1. Välj vågformen genom att klicka på "vågform" -knappen på funktionsgenerern. Ange spännings- och frekvensvärdet med de numrerade knapparna på funktionen geNerator och slå sedan på AC-signalen genom att klicka på "utgång" -knappen.
    3. För DEP-experimenten, sätt fasskiftet mellan de 2 kanalerna till 0 °. Applicera en sinusvåg vid 0,5-4 V pp spänningsamplitud och en frekvens på 100 Hz till 5 MHz under experimenten (baserat på anslutningarna i steg 1.2.5) genom att ställa in funktionsgeneratorn som i steg 3.2.1.
    4. Slå på AC-signalen genom att klicka på "utmatning" -knappen och ta bilder av partikelrörelse och rotation under ett inverterat optiskt mikroskop med ett 40X, NA 0,6-objektiv med en kamera.
    5. Inmat bilderna av partikelrörelse och rotation till mjukvaran och analysera partikelbanan genom partikelspårning för att erhålla partikel- och vinkelhastigheter.
      Obs! Programvaran "Image J" och dess "MultiTracker" -plugin användes här för bildbinarisering och partikelspårning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Fyrfaselektrodmatrisen skapas av en fiberlasermarkeringsmaskin. Det ITO-ledande skiktet som är belagt på glaset avlägsnas av en fokuslaser för att bilda ett korsmönster med ett gap på 160 μm, såsom visas i figur 1B .

Figur 1
Figur 1 : Framställning av ITO-elektroden. ( A ) Schema för att skapa en fyrfasig ITO-elektrod med en fiberlasermarkeringsmaskin (1,064 nm, 20 W, 90 till 120 ns pulsbredd och 20 till 80 kHz pulsrepetitionsfrekvens). ( B ) Ljusfältbild av korselektrodsuppsättningen under ett mikroskop. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figure.

Kretsschemat för inverteraren visas i figur 2A . För att skapa det fyrfasiga elektriska fältet är elektrodmatrisen ansluten till en 2-kanalig funktionsgenerator och till två inverterare, såsom visas i Figur 2 B.

Figur 2
Figur 2 : Uppställning av en fyrfasgenerator och anslutning av experimentell mikrochip. ( A ) Inverterarens kretsschema. ( B ) Schema för experimentell mikrochip. ( C ) Anslut de fyra ledningarna på fyrfaselektroden genom direktkontakt med tejpen. ( D ) Fasskiftet mellan de intilliggande elektroderna är inställt på antingen 90 °(För EROT) eller 180 ° (för DEP). Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Ett monoskikt av kiseldioxidpartiklar framställs genom långsamt att dra etanol-kiseldioxidpartikeldroppen något genom att använda ett lockglas, såsom visas i figur 3A . Monokiktet av kiseldioxidpartiklar placeras i förstoftningsanordningen för att beläggas med Au. Slutligen framställs Januspartiklarna, såsom visas i Figur 3C .

Figur 3
Figur 3 : Framställningsförfaranden för Janus Partiklar. ( A ) Monoskiktet av kiseldioxidpartiklar under ett mikroskop. ( B )Schematisk ritning av beläggning av ett tunt skikt av Au på ett monoskikt av kiseldioxidpartiklar. ( C ) Ljusfältbild av en Janus-partikel under ett mikroskop. Partikelns mörka sida är Au-beläggningen. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Framställningen av fullständigt belagda metallpartiklar visas i figur 4 . Behållaren, som består av en glid och tejp, laddas med PDMS-blandningen till en höjd av 2 till 3 mm, såsom visas i figur 4A . PDMS-blandningen sätts i ugnen vid 70 ° C i 2 h för att bilda en PDMS-stämpel. PDMS-stämpeln, med en plan yta, visas i figur 4B . Beredningsförfarandet för fullt belagda metallpartiklar visas i FigurE 4 C. Den fullständigt belagda metallpartikeln visas i figur 4 D.

Figur 4
Figur 4 : Framställning av helt belagda metalliska partiklar. ( A ) PDMS-blandningen i glidbandshållaren. ( B ) PDMS-stämpeln med en plan yta. ( C ) Beredningsförfaranden för fullt belagda metallpartiklar. ( D ) Ljusfältbild av en helt belagd metallpartikel under ett mikroskop. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

De representativa resultaten av partikel EROT och DEP visas i FigurE 5. EROT av Janus-partiklar är generellt i motsatt riktning av det elektriska fältet (motfält) med en maximal vinkelhastighet vid en karakteristisk frekvens, såsom visas i figur 5A . EROT av Janus-partiklar med låg frekvens reverserar till den samfyllda riktningen, vilket kan vara på grund av den mer komplicerade polarisationsmekanismen och det inducerade laddningselektro-mosmotiska flödet runt den metalliska ytan halvklotet 15 , 16 . EROT av kiseldioxidpartiklar är samfält i alla testfrekvensområden, och dess karakteristiska frekvens ligger vid den lägsta testfrekvensen (~ 500 Hz), som visas i Figur 5 B. EROT av metallpartiklar är motfält i alla testfrekvensområden, och dess karakteristiska frekvens är lägre än den hos Januspartiklar, såsom visas i Figur 5C . Från Figur 5 A-5C , vi kan se förändringen i den imaginära delen av CM-faktorerna, med de elektriska fältfrekvenserna mellan olika typer av partiklar. Dessutom kan vi se att Janus-partiklarnas EROT-frekvens är högre än i fullt belagda metallpartiklar. Detta resultat antyder att polariseringen av Janus-partiklar inte kan förklaras direkt av en enkel superpositionsmodell av två-halvklotskonstruktioner. Det finns en mer komplicerad mekanism för polarisering av Janus partiklar 2 . DEP-mätningarna av metallpartiklar visas i Figur 5 D. Resultaten visar att DEP-svaret hos metallpartiklarna är n-DEP vid lägre frekvenser, men p-DEP vid högre frekvenser, med en crossover-frekvens som överensstämmer med den karakteristiska frekvensen i EROT-mätningen.

Re 5 "class =" xfigimg "src =" / files / ftp_upload / 55950 / 55950fig5.jpg "/>
Figur 5 : Representativa resultat av partikel-EROT och DEP. ( A ) EROT-spektrum av Janus-partiklar. ( B ) EROT-spektrum av kiseldioxidpartiklar. ( C ) EROT-spektrum av fullt belagda metallpartiklar. ( D ) DEP-spektrum av fullt belagda metallpartiklar. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Tillverkning av ITO-elektrodskivor med hjälp av fiberlasermarkeringsmaskinen ger en snabb metod att förbereda elektroder med godtyckliga mönster. Det finns emellertid fortfarande några nackdelar med denna metod, såsom färre laddningsbärare och den lägre tillverkningsnoggrannheten hos ITO-elektroder jämfört med metallelektroder skapade med traditionella metoder. Dessa nackdelar kan begränsa vissa experiment. Till exempel kan färre laddningsbärare påverka distributionen av det elektriska fältet när det finns ett stort avstånd mellan elektroderna. Dessutom är justeringen av patreringsparametrarna ett kritiskt steg i denna metod, vilket direkt påverkar kvaliteten på ITO-elektrodmatriserna. Till exempel påverkar laserkraften avlägsnandet av det ITO-ledande skiktet från glassubstratet. Laserens frekvens och hastighet bestämmer jämnheten hos ITO-elektrodkanterna. Vanligtvis finns lämpliga pattereringsparametrar genom försök och fel. Kort sagt, detta metOd kan snabbt och effektivt producera elektroder på ITO-glas i godtyckliga mönster, vilket kan användas för många typer av elektriska experiment för forskning och andra tillämpningar.

Förberedande av Januspartiklarna och metallpartiklarna med torkningsprocessen är en enkel och bekväm metod. I motsats till andra metoder, såsom Pickering-emulsionsmetoden 10 , den elektrohydrodynamiska sammättningsmetoden 11 , mikrofluidfotopolymerisationsmetoden 12 och den kemiska syntesmetoden 15 , är denna metod i stånd att bereda ett stort antal partiklar på kort tid . Begränsningen av denna metod är emellertid att metallavsättningen på partiklarnas ytor kan vara ojämn, vilken något kan ändra partikelformen. Fastän torkningsprocessen har denna begränsning är det fortfarande en användbar metod för att bereda Janus partiklar ochMetallpartiklar.

Sammanfattningsvis tillhandahåller denna artikel funktionella metoder för att snabbt framställa elektrodmatriser i godtyckliga mönster, såväl som ett stort antal helt eller delvis belagda metallpartiklar. Detta kan underlätta utvecklingen och tillämpningen av elektrokinetik, inklusive för manipulation och karakterisering av partiklar i mikrofluidiska anordningar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har ingenting att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av ministeriet för vetenskap och teknik, 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 Janus partiklar metallpartiklar ITO-elektrod AC-elektrokinetisk mätning elektrorotation dielektrofores
Framställning av Janus-partiklar och växlande strömelektrokinetiska mätningar med en snabbt framställd indium-tennoxidelektroder-uppsättning
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