使用快速制造的氧化铟锡电极阵列制备Janus粒子和交流电动势测量

以罗马神命名为双面的Janus粒子是不对称的粒子，其双面在物理或化学上具有不同的表面性质^1,2 。由于这种不对称特征，Janus颗粒在电场下表现出特殊的反应，例如DEP3,4,5,6，EROT2和诱导电荷电泳（ICEP） ^7,8,9 。最近报道了几种制备Janus颗粒的方法，包括Pickering乳液法¹⁰ ，电动液体共喷射法¹¹和微流体光聚合法¹² 。然而，这些方法需要一系列的组合提示设备和程序。本文介绍了一种简单的方法来制备Janus颗粒和完全涂覆的金属颗粒。在干燥过程中制备单层微尺度二氧化硅颗粒，并将其放入用Au涂覆的溅射装置中。颗粒的一个半球是阴影的，只有另一个半球涂有Au 2，13。 Janus颗粒的单层用聚二甲基硅氧烷（PDMS）印模冲压，然后用第二次涂覆工艺处理以制备完全涂覆的金属颗粒¹⁴ 。

为了表征Janus颗粒的电学性质，不同的AC电动反应（如DEP，EROT和电取向）被广泛使用9,15,16,17,18 <s， ¹⁹ 。例如，EROT是在外部施加的旋转电场2,9,15,16处的颗粒的稳态旋转响应。通过测量EROT，可以获得颗粒的感应偶极子与电场之间的相互作用。由诱发偶极子和不均匀电场之间的相互作用产生的DEP能够导致粒子运动^3,4,5,9,15 。可以将不同种类的颗粒吸引到（正DEP）或排斥（负DEP）电极边缘，其用作操纵和表征微流体装置中的颗粒的一般方法。翻译（DEP）和旋转电场下的粒子特征（EROT）分别由克劳修斯 – 莫索蒂（CM）因子的实部和虚部支配。 CM因子取决于粒子和周围液体的电学性质，从特征频率ωC =2σ/ aC _DL ，DEP和EROT可知，其中σ是液体电导率，a是粒子半径， C _DL是电双层^15,16的电容。为了测量颗粒的EROT和DEP，需要特别设计的电极阵列图案。传统上，使用光刻技术来产生电极阵列并且需要一系列复杂的过程，包括光刻胶旋涂，掩模对准，曝光和显影^{15,18 ，}s =“xref”> 19，20。

在本文中，电极阵列的快速制造通过直接光学图案化来证明。通过光纤激光打标机（1,064nm，20W，90〜120ns脉冲宽度，20〜80kHz脉冲重复频率）部分地除去涂布在玻璃基板上的透明薄膜ITO层，形成四相电极阵列。对角电极之间的距离为150-800μm，可以进行调整以适应实验。四相电极阵列可用于表征和浓缩不同微流体装置15,16,18中的颗粒。为了产生四相电场，电极阵列连接到2通道功能发生器和两个反相器。相邻电极之间的相移设置为90°（对于EROT）或180°（DEP） ¹⁵ 。 AC信号以0.5至4 V _pp电压幅度施加，运行过程中频率范围为100 Hz至5 MHz。将Janus颗粒，金属颗粒和二氧化硅颗粒用作样品以测量其AC电动性质。将颗粒的悬浮液放置在电极阵列的中心区域，并在具有40X，NA 0.6目标的倒置光学显微镜下观察。使用数码相机记录颗粒运动和旋转。 DEP运动被记录在径向远离阵列中心的40至65μm之间的环形区域处，并且EROT被记录在径向远离阵列中心的圆形区域65μm处。颗粒速度和角速度通过粒子跟踪方法测量。粒子质心通过灰度或使用软件的粒子几何来区分。粒子速度和角速度由测量粒子质心的运动。

本文提供了一种快速制造任意图案化电极阵列的简单方法。它介绍了完全或部分涂覆的金属颗粒的制备，可用于不同领域，从生物学到工业应用。