إعداد جانوس الجسيمات والتناوب الحالي القياسات الكهرومغناطيسية مع انديوم أكسيد القصدير مصفوفة بسرعة القطب الكهربائي صفيف
Summary
في هذه المقالة، ويتجلى طريقة بسيطة لإعداد جزئيات معدنية مغلفة جزئيا أو كليا وأداء القياسات الملكية الكهروضوئية أس مع ملفقة بسرعة أكسيد الإنديوم أكسيد القصدير (إيتو) مجموعة الكهربائي.
Abstract
توفر هذه المقالة طريقة بسيطة لإعداد جزئيات معدنية مغلفة جزئيا أو كليا وأداء التصنيع السريع للصفائف الكهربائي، والتي يمكن أن تسهل التجارب الكهربائية في الأجهزة ميكروفلويديك. جزيئات جانوس هي جسيمات غير متماثلة تحتوي على خواص سطحية مختلفة على جانبيها. لإعداد جزيئات جانوس، يتم إعداد أحادي الطبقة من جسيمات السيليكا من خلال عملية التجفيف. يتم إيداع الذهب (الاتحاد الافريقي) على جانب واحد من كل جسيم باستخدام جهاز الاخرق. يتم الانتهاء من الجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل بعد عملية الطلاء الثانية. لتحليل خصائص سطح الكهربائية من جزيئات جانوس، يتم إجراء القياسات الكهرومغناطيسية التيار المتردد، مثل ديلكتروفوريسيس (ديب) و إليكتروتاتيون (إروت) – التي تتطلب صفائف الكهربائي مصممة خصيصا في الجهاز التجريبي. ومع ذلك، فإن الطرق التقليدية لتصنيع صفائف الإلكترود، مثل تقنية التصوير الضوئي، تتطلب سلسلةمن الإجراءات المعقدة. هنا، ونحن نقدم طريقة مرنة لافتعال مصفوفة مجموعة الكهربائي. تم تصميم أنود أكسيد القصدير الإنديوم (إيتو) الزجاج بواسطة آلة الليزر الليزر وسم (1،064 نانومتر، 20 واط، 90 إلى 120 نانومتر نبض العرض، و 20 إلى 80 كيلو هرتز نبض تردد تكرار) لإنشاء أربع مراحل مجموعة الكهربائي. لتوليد الحقل الكهربائي من أربع مراحل، ترتبط الأقطاب إلى مولد وظيفة 2-قناة وإلى اثنين من العاكسات. يتم ضبط زحزحة الطور بين الأقطاب المجاورة إما على 90 درجة (ل إروت) أو 180 درجة (ل ديب). وترد النتائج التمثيلية للقياسات الكهرومغناطيسية أس مع أربع مراحل إيتو مجموعة القطب.
Introduction
جزيئات جانوس، التي سميت بالإله الروماني مع وجه مزدوج، هي الجسيمات غير المتماثلة التي الجانبين لها خصائص سطحية مختلفة من الناحية الفيزيائية أو كيميائيا 1 ، 2 . ونظرا لهذه الميزة غير المتماثلة، جزيئات جانوس يحمل ردود خاصة تحت المجالات الكهربائية، مثل ديب 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، إيروت 2 ، والحث الكهربائي الكهربائي (إيسيب) 7 ، 8 ، 9 . في الآونة الأخيرة، تم الإبلاغ عن عدة طرق لإعداد الجسيمات جانوس، بما في ذلك طريقة مستحلب بيكيرينغ 10 ، والكهربائية هيدروديناميك طريقة النفث 11 ، وطريقة البلمرة الضوئية ميكروفلويديك 12 . ومع ذلك، تتطلب هذه الأساليب سلسلة من كومبأجهزة وإجراءات. تقدم هذه المقالة طريقة بسيطة لإعداد جزيئات جانوس والجسيمات المعدنية المغلفة بالكامل. يتم إعداد أحادي الطبقة من جزيئات السيليكا الصغيرة تحجيم في عملية التجفيف ووضعها في جهاز الاخرق أن تكون مغلفة مع الاتحاد الافريقي. يتم مظللة نصف الكرة الأرضية من الجسيمات، وفقط نصف الكرة الآخر هو المغلفة مع الاتحاد الافريقي 2 ، 13 . يتم ختم أحادي الطبقة من الجسيمات جانوس مع ختم بوليديميثيلزيلوكسان (بدمس) ومن ثم معالجتها مع عملية طلاء الثانية لإعداد جزيئات معدنية مغلفة بالكامل 14 .
لتوصيف الخصائص الكهربائية لجسيمات جانوس، يتم استخدام استجابات كهربية كهربية مختلفة، مثل ديب، إروت، والتوجه الكهربي، على نطاق واسع 9 ، 15 ، 16 ، 17 ، 18 <sأوب>، 19 . على سبيل المثال، إروت هو استجابة دوران حالة مستقرة من الجسيمات تحت حقل كهربائي الدورية المفروض خارجيا 2 ، 9 ، 15 ، 16 . من خلال قياس إروت، والتفاعل بين ثنائي القطب الناجم عن الجسيمات والمجالات الكهربائية يمكن الحصول عليها. و ديب، الذي ينشأ من التفاعل بين ثنائي القطب المستحث وحقل كهربائي غير موحد، قادر على أن يؤدي إلى حركة الجسيمات 3 و 4 و 5 و 9 و 15 . يمكن جذب أنواع مختلفة من الجسيمات إلى (ديب إيجابية) أو صدت من (ديب السلبية) حواف القطب، الذي يستخدم كطريقة عامة للتلاعب وتحديد خصائص الجسيمات في الجهاز ميكروفلويديك. و متعدية (ديب) و روتا تيتال (إروت) للجسيمات تحت المجال الكهربائي يهيمن عليها الجزء الحقيقي والخيالي لعامل كلوسيوس موسوتي (سم)، على التوالي. ويعتمد عامل سم على الخواص الكهربائية للجسيمات والسائل المحيط بها والتي يتم كشفها من التردد المميز ω c = 2σ / أ دل ، من ديب و إروت حيث σ هو الموصلية السائلة، a هو نصف قطر الجسيمات، و C دل هو السعة من طبقة مزدوجة الكهربائية 15 ، 16 . لقياس إروت و ديب من الجسيمات، وهناك حاجة المصممة خصيصا أنماط صفيف القطب. تقليديا، يتم استخدام تقنية فوتوليثوغرافي لخلق صفائف الكهربائي ويتطلب سلسلة من الإجراءات المعقدة، بما في ذلك مقاومة للضوء تدور طلاء، ومحاذاة قناع، والتعرض، والتنمية 15 ، 18 ،s = "كريف"> 19 ، 20 .
في هذه المقالة، يتجلى تلفيق السريع من صفائف القطب عن طريق الزخرفة البصرية مباشرة. طبقة إيتو شفافة طبقة رقيقة، والتي هي المغلفة على الركيزة الزجاج، يتم إزالتها جزئيا بواسطة آلة الليزر الليزر وسم (1064 نانومتر، 20 W، 90 إلى 120 نانومتر عرض نبض، و 20 إلى 80 كيلو هرتز نبض تردد تكرار) لتشكيل أربع مراحل مجموعة الكهربائي. المسافة بين الأقطاب قطري هو 150-800 ميكرون، والتي يمكن تعديلها لتتناسب مع التجارب. ويمكن استخدام صفيف القطب أربع مراحل لتوصيف وتركيز الجسيمات في أجهزة ميكروفلويديك مختلفة 15 ، 16 ، 18 . لتوليد الحقل الكهربائي من أربع مراحل، يتم توصيل مجموعة الكهربائي لمولد وظيفة 2-قناة وإلى اثنين من العاكسات. ويتم ضبط زحزحة الطور بين الأقطاب المتجاورة إما عند 90 درجة (ل إروت) أو 180 ° (ل ديب) 15 . وتطبق إشارة التيار المتردد عند اتساع جهد الفولطية من 0،5 إلى 4 V، وتتراوح مديات التردد من 100 هرتز إلى مهز 5 أثناء عملية التشغيل. وتستخدم جزيئات جانوس، والجسيمات المعدنية، وجزيئات السيليكا كعينات لقياس خصائصها الكهروضوئية أس. يتم وضع تعليق من الجسيمات على المنطقة الوسطى من مجموعة القطب وتتم ملاحظتها تحت المجهر الضوئي مقلوب مع 40X، نا 0.6 الهدف. يتم تسجيل حركة الجسيمات والتناوب مع كاميرا رقمية. يتم تسجيل حركة ديب في المنطقة الحلقي، بين 40 و 65 ميكرون بعيدا شعاعيا عن مركز الصفيف، ويتم تسجيل إروت في المنطقة الدائرية، 65 ميكرون بعيدا شعاعيا عن مركز الصفيف. يتم قياس سرعة الجسيمات والسرعة الزاوية بواسطة طريقة تتبع الجسيمات. وتتميز سينترويدس الجسيمات من قبل مقياس الرمادية أو هندسة الجسيمات باستخدام البرمجيات. يتم الحصول على سرعة الجسيمات والسرعة الزاوية من قبلقياس تحركات سينترويدس الجسيمات.
توفر هذه المقالة طريقة بسيطة لتصنيع بسرعة صفائف القطب منقوشة بشكل تعسفي. وهو يقدم إعداد جزيئات معدنية مغلفة كليا أو جزئيا، والتي يمكن استخدامها في مختلف المجالات، مع استخدامات تتراوح بين علم الأحياء لتطبيقات الصناعة.
Protocol
Representative Results
Discussion
تصنيع صفائف إيتو القطب باستخدام الألياف الليزر آلة وسم يوفر طريقة سريعة لإعداد أقطاب مع أنماط التعسفية. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض العيوب لهذه الطريقة، مثل ناقلات تهمة أقل ودقة تلفيق أقل من أقطاب إيتو مقارنة الأقطاب المعدنية التي أنشأتها الطرق التقليدية. هذه العيوب ي…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل وزارة العلوم والتكنولوجيا، تايوان، روك، تحت منحة نسك 103-2112-M-002-008-MY3.
Materials
| 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 |
References
- Walther, A., Müller, A. H. Janus particles. Soft Matter. 4 (4), 663-668 (2008).
- Chen, Y. -. L., Jiang, H. -. R. Electrorotation of a metallic coated Janus particle under AC electric fields. Appl Phys Lett. 109 (19), 191605 (2016).
- 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).
- Gangwal, S., Cayre, O. J., Velev, O. D. Dielectrophoretic assembly of metallodielectric Janus particles in AC electric fields. Langmuir. 24 (23), 13312-13320 (2008).
- Zhang, L., Zhu, Y. Dielectrophoresis of Janus particles under high frequency ac-electric fields. Appl Phys Lett. 96 (14), 141902 (2010).
- 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).
- Gangwal, S., Cayre, O. J., Bazant, M. Z., Velev, O. D. Induced-charge electrophoresis of metallodielectric particles. Phys Rev Lett. 100 (5), 058302 (2008).
- 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).
- Ramos, A., García-Sánchez, P., Morgan, H. AC electrokinetics of conducting microparticles: A review. Curr Opin Colloid Interface Sci. 24, 79-90 (2016).
- Hong, L., Jiang, S., Granick, S. Simple method to produce Janus colloidal particles in large quantity. Langmuir. 22 (23), 9495-9499 (2006).
- Bhaskar, S., Hitt, J., Chang, S. W. L., Lahann, J. Multicompartmental microcylinders. Angewandte Chemie International Edition. 48 (25), 4589-4593 (2009).
- 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).
- 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).
- Pawar, A. B., Kretzschmar, I. Multifunctional patchy particles by glancing angle deposition. Langmuir. 25 (16), 9057-9063 (2009).
- 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).
- Ren, Y. K., Morganti, D., Jiang, H. Y., Ramos, A., Morgan, H. Electrorotation of metallic microspheres. Langmuir. 27 (6), 2128-2131 (2011).
- Jones, T. B., Jones, T. B. . Electromechanics of particles. , (2005).
- Morganti, D. . AC electrokinetic analysis of chemically modified microparticles. , (2012).
- Morgan, H., Hughes, M. P., Green, N. G. Separation of submicron bioparticles by dielectrophoresis. Biophys J. 77 (1), 516-525 (1999).
- Ren, Y., et al. Induced-charge electroosmotic trapping of particles. Lab Chip. 15 (10), 2181-2191 (2015).
