Bereiding van Janus-deeltjes en wisselende stroom elektrokinetische metingen met een snel vervaardigde Indium-tinoxide-elektrode-array

Janus deeltjes, genoemd naar de Romeinse god met een dubbel gezicht, zijn asymmetrische deeltjes waarvan de twee zijden fysisch of chemisch verschillend oppervlakken eigenschappen ^{1 , 2 hebben} . Door deze asymmetrische eigenschap hebben Janus deeltjes speciale reacties onder elektrische velden, zoals DEP ^{3 , 4 , 5 , 6} , EROT ² en geïnduceerde lading elektroforese (ICEP) ^{7 , 8 , 9} . Onlangs zijn diverse methoden voor het bereiden van Janus deeltjes gerapporteerd, waaronder de Pickering emulsie methode ¹⁰ , de elektrohydrodynamische co-methode ¹¹ , en de microfluïdische fotopolymerisatie methode ¹² . Deze methoden vereisen echter een reeks compGelicentieerde apparaten en procedures. Dit artikel introduceert een eenvoudige methode om Janus deeltjes en volledig gecoate metallische deeltjes te bereiden. Een monolaag van micro-schaalde siliciumdioxide deeltjes wordt bereid in een droogproces en wordt in een sputterapparaat aangebracht die met Au wordt bedekt. Een halfrond van het deeltje is schaduwrijk, en alleen het andere halfrond is bedekt met Au ^{2 , 13} . De monolaag van het Janus-deeltje wordt gestempeld met een polydimethylsiloxaan (PDMS) -stempel en vervolgens behandeld met een tweede coatingproces om volledig gecoate metallische deeltjes ¹⁴ te bereiden.

Om de elektrische eigenschappen van een Janus-deeltje te karakteriseren, worden verschillende AC-elektrokinetische reacties, zoals DEP, EROT en elektro-oriëntatie, veel gebruikt ^{9 , 15 , 16 , 17 , 18} <sUp>, ¹⁹ . Bijvoorbeeld, EROT is de steady state roterende reactie van een deeltje onder een extern opgeladen roterend elektrisch veld ^{2 , 9 , 15 , 16} . Door de EROT te meten kan de interactie tussen de geïnduceerde dipool van de deeltjes en de elektrische velden worden verkregen. DEP, die voortvloeit uit de interactie tussen de geïnduceerde dipolen en een niet-uniform elektrisch veld, kan leiden tot deeltjesbeweging ^{3 , 4 , 5 , 9 , 15} . Verschillende soorten deeltjes kunnen aangetrokken worden tot (positieve DEP) of afstoten van (negatieve DEP) de elektrode randen, die dient als een algemene methode voor het manipuleren en karakteriseren van deeltjes in het microfluïdische apparaat. De translatie (DEP) en Rota (EROT) kenmerken van het deeltje onder het elektrische veld worden gedomineerd door het echte en denkbeeldige deel van de Clausius-Mossotti (CM) -factor, respectievelijk. De CM-factor hangt af van de elektrische eigenschappen van de deeltjes en de omringende vloeistof, die worden onthuld uit de kenmerkende frequentie, ω _c = 2σ / aC _DL , van DEP en EROT, waar σ de vloeibare geleidbaarheid is, a de deeltjesradius is, En C _DL is de capaciteit van de elektrische dubbele laag ^{15 , 16} . Om de EROT en DEP van deeltjes te meten, zijn speciaal ontworpen elektrode array patronen nodig. Traditioneel wordt een fotolithografische techniek gebruikt om elektrode arrays te maken en vereist een reeks ingewikkelde procedures, waaronder fotoresist spin coating, masker uitlijning, blootstelling en ontwikkeling ^{15 , 18 ,}S = "xref"> 19 ^{, 20} .

In dit artikel wordt de snelle fabricage van elektrode arrays aangetoond door directe optische patronen. Een transparante dunne-film-ITO-laag, die op het glazen substraat is bekleed, wordt gedeeltelijk verwijderd door een glasvezelmarkeringsmachine (1,064 nm, 20 W, 90 tot 120 ns pulsbreedte en 20 tot 80 kHz pulsherhalingsfrequentie) om te vormen Een vierfase elektrode array. De afstand tussen de diagonale elektroden is 150-800 μm, die kan worden aangepast aan de experimenten. De vierfase-elektrode-array kan gebruikt worden om deeltjes in verschillende microfluidische inrichtingen ^{15 , 16 , 18} te karakteriseren en te concentreren. Om het vierfase elektrisch veld te genereren, is de elektrode array aangesloten op een 2-kanaals-functie generator en op twee invertors. De faseverschuiving tussen de aangrenzende elektroden is ingesteld op 90 ° (voor EROT) of 180 ° (voor DEP) ¹⁵ . Het AC signaal wordt toegepast op een spanning amplitude van 0,5 tot 4 V, en de frequentie varieert van 100 Hz tot 5 MHz tijdens het bedrijfsproces. Janus deeltjes, metallische deeltjes en silica deeltjes worden gebruikt als monsters om hun AC elektrokinetische eigenschappen te meten. Suspensies van de deeltjes worden geplaatst op het middengebied van de elektrode-array en worden waargenomen onder een omgekeerde optische microscoop met een doelstelling van 40X, NA 0,6. Partikelbeweging en rotatie worden opgenomen met een digitale camera. De DEP-beweging is opgenomen in het ringvormige gebied, tussen 40 en 65 μm radiaal weg van het matrixcentrum, en EROT is in het cirkelgebied geregistreerd, 65 μm radiaal weg van het matrixcentrum. De deeltjesnelheid en de hoeksnelheid worden gemeten door middel van de deeltjesopsporingswerkwijze. De deeltjescentroïden worden gekenmerkt door grijsschaal of geometrie van deeltjes met behulp van software. De deeltjesnelheid en de hoeksnelheid worden verkregen doorHet meten van de bewegingen van de deeltjescentroïden.

Dit artikel biedt een eenvoudige methode om willekeurig geproduceerde elektrode arrays snel te vervaardigen. Het introduceert de voorbereiding van volledig of gedeeltelijk gecoate metallische deeltjes, die in verschillende velden kunnen worden gebruikt, met toepassingen variërend van biologie tot industriële toepassingen.