Приготовление частиц Януса и электрокинетических измерений переменного тока с быстродействующим массивом электродов оксида олова олова

Частицы Януса, названные в честь римского бога с двойным лицом, представляют собой асимметричные частицы, у которых две стороны имеют физически или химически разные свойства поверхности ^{1 , 2} . Из-за этой асимметричной функции частицы Януса проявляют особые реакции в электрических полях, таких как DEP ^{3 , 4 , 5 , 6} , EROT ² и электрофорез с индуцированным зарядом (ICEP) ^{7 , 8 , 9} . В последнее время сообщалось о нескольких способах приготовления частиц Януса, включая метод эмульсии Пикеринга ¹⁰ , способ электрогидродинамической совместной струйной обработки ¹¹ и метод микрофлюидной фотополимеризации ¹² . Однако для этих методов требуется серия compИ устройства и процедуры. В этой статье представлен простой способ приготовления частиц Януса и полностью покрытых металлических частиц. Монослой микрочастичных частиц диоксида кремния готовят в процессе сушки и помещают в распыляющее устройство для покрытия Au. Одно полушарие частицы заштриховано, а только другое полушарие покрыто Au ^{2 , 13} . Монослой частицы Януса штамповали штаммом полидиметилсилоксана (PDMS) и затем обрабатывали вторым процессом покрытия для получения полностью покрытых металлических частиц ¹⁴ .

Для характеристики электрических свойств частицы Януса различные электрокинетические реакции электрона, такие как DEP, EROT и электроориентация, широко используются ^{9 , 15 , 16 , 17 , 18} <sВверх>, ¹⁹ . Например, EROT представляет собой стационарный вращательный отклик частицы под действием внешнего электрического вращающегося электрического поля ^{2 , 9 , 15 , 16} . Измеряя ЭРОТ, можно получить взаимодействие между индуцированным диполем частиц и электрическими полями. DEP, возникающий из-за взаимодействия между индуцированными диполями и неравномерным электрическим полем, способен приводить к движению частиц ^{3 , 4 , 5 , 9 , 15} . Различные виды частиц могут быть притянуты к (положительному DEP) или отталкиваться от (отрицательного DEP) краев электрода, который служит в качестве общего метода манипулирования и характеристики частиц в микрожидкостном устройстве. Переводческая (DEP) и рота (EROT) частицы частицы под электрическим полем доминируют действительная и мнимая часть фактора Клаузиуса-Моссотти (CM) соответственно. СМ-фактор зависит от электрических свойств частиц и окружающей жидкости, которые обнаруживаются из характерной частоты, ω _c = 2σ / aC _DL , DEP и EROT, где σ – удельная проводимость жидкости, a – радиус частицы, И C _DL – емкость электрического двойного слоя ^{15 , 16} . Для измерения EROT и DEP частиц необходимы специально разработанные шаблоны электродов. Традиционно фотолитографический метод используется для создания электродных массивов и требует ряда сложных процедур, в том числе фоторезистивного спин-покрытия, выравнивания маски, экспозиции и развития ^{15 , 18 ,}S = "xref"> 19 ^{, 20} .

В этой статье быстрое изготовление электродных массивов демонстрируется прямым оптическим паттерном. Прозрачный тонкопленочный слой ITO, который покрыт стеклянной подложкой, частично удаляется с помощью лазерной маркировочной машины (1,064 нм, 20 Вт, ширины импульса от 90 до 120 нс и частоты повторения импульсов 20 – 80 кГц), чтобы сформировать Четырехфазную электродную решетку. Расстояние между диагональными электродами составляет 150-800 мкм, которое можно отрегулировать в соответствии с экспериментами. Четырехфазную электродную решетку можно использовать для характеристики и концентрации частиц в различных микрожидкостных устройствах ^{15 , 16 , 18} . Для генерации четырехфазного электрического поля массив электродов подключается к 2-канальному генератору функций и двум инверторам. Фазовый сдвиг между соседними электродами установлен на уровне 90 ° (для EROT) или 180 ° (для DEP) ¹⁵ . Сигнал переменного тока подается при амплитуде напряжения 0,5 – 4 В _pp , а частота изменяется от 100 Гц до 5 МГц во время процесса работы. Частицы Януса, металлические частицы и частицы диоксида кремния используются в качестве образцов для измерения их электрокинетических свойств. Суспензии частиц помещаются в центральную область электродной решетки и наблюдаются под инвертированным оптическим микроскопом с объективом 40X, NA 0.6. Движение и вращение частиц регистрируются цифровой камерой. Движение DEP регистрируется в кольцевой области от 40 до 65 мкм в радиальном направлении от центра матрицы, а EROT регистрируется в круговой области, 65 мкм в радиальном направлении от центра массива. Скорость частиц и угловая скорость измеряются методом отслеживания частиц. Центроиды частиц отличаются серой шкалой или геометрией частиц с использованием программного обеспечения. Скорость частиц и угловая скорость получаются формулойИзмерение движений центроидов частиц.

В этой статье представлен простой способ быстрого изготовления произвольно структурированных электродных массивов. Он представляет собой получение полностью или частично покрытых металлических частиц, которые могут быть использованы в разных областях, с использованием от биологии до применения в промышленности.