急速に製造された酸化インジウムスズ電極アレイによるヤヌス粒子の調製と交流電気力学的測定

二重の顔をしたローマ神にちなんで命名されたヤヌス粒子は、物理的または化学的に異なる表面特性^1,2を持つ非対称な粒子です。この非対称な特徴のため、Janus粒子は、DEP 3,4,5,6、EROT ² 、誘導電荷電気泳動（ICEP）7,8,9などの電界下で特別な反応を示す。近年、ピカリングエマルジョン法¹⁰ 、電気流体力学的共噴射法¹¹ 、およびマイクロ流体光重合法¹²を含む、ヤヌス粒子を調製するいくつかの方法が報告されている。しかし、これらのメソッドは、一連のcomplicated装置および手順。この記事では、Janus粒子と完全に被覆された金属粒子を調製する簡単な方法を紹介します。乾燥工程で微細なシリカ粒子の単分子膜を作製し、これをスパッタ装置に入れてAuを被覆する。粒子の1つの半球が陰影付けされ、他の半球だけがAu ^{2 13で}被覆される。ヤヌス粒子の単分子層にポリジメチルシロキサン（PDMS）スタンプを打ち抜き、第2のコーティングプロセスで処理して完全に被覆された金属粒子¹⁴を調製する。

Janus粒子の電気的特性を特徴付けるために、DEP、EROT、および電場配向などの異なるAC動電学的応答が広く用いられている9,15,16,17,18 <sup>、 ¹⁹ 。例えば、EROTは、外部から与えられた回転電界2,9,15,16のもとでの粒子の定常状態回転応答である。 EROTを測定することにより、誘導された粒子の双極子と電場との間の相互作用が得られる。誘導双極子と不均一電場との間の相互作用から生じるDEPは、粒子移動3,4,5,9,15に導くことができる。異なる種類の粒子は、電極端部に引き付けられ（正のDEP）、または反発され（負のDEP）、マイクロ流体装置内の粒子を操作および特徴付けるための一般的な方法として働くことができる。翻訳（DEP）およびロタ電場下での粒子の勾配（EROT）特性は、Clausius-Mossotti（CM）因子の実数部および虚数部によってそれぞれ支配される。 CM因子は、DEPおよびEROTの固有振動数_ωc =2σ/ aC _DLから明らかになる、粒子および周囲の液体の電気的特性に依存し、ここで、σは液体の導電率、aは粒子の半径、 C _DLは電気二重層^15,16のキャパシタンスである。パーティクルのEROTとDEPを測定するには、特別に設計された電極配列パターンが必要です。従来、フォトリソグラフィ技術を用いて電極アレイを作製し、フォトレジストスピンコーティング、マスクアライメント、露光、現像などの一連の複雑な手順を必要としていたが^、s = "xref"> 19,20。

この記事では、直接的な光パターニングによって、電極アレイの迅速な製造が実証されています。ガラス基板上にコーティングされた透明な薄膜ITO層をファイバレーザマーキング装置（1,064nm、20W、90〜120nsパルス幅、20〜80kHzパルス繰り返し周波数）で部分的に除去して4相電極アレイ。斜め電極間の距離は150〜800μmであり、これは実験に合わせて調整することができる。 4相電極アレイは、異なるマイクロ流体デバイス15,16,18内の粒子を特徴付け、濃縮するために使用することができる。 4相の電界を生成するために、電極アレイは、2チャネルの関数発生器と2つのインバータに接続される。隣接する電極間の位相シフトは、90°（EROTの場合）または180°（DEPの場合） ¹⁵ 。 AC信号は_{0.5〜4Vp-pの}電圧振幅で印加され、動作プロセス中の周波数は100Hz〜5MHzの範囲である。 Janus粒子、金属粒子、およびシリカ粒子は、それらのAC動電学的特性を測定するための試料として使用される。粒子の懸濁液を電極アレイの中央領域に置き、40X、NA0.6の対物レンズを備えた倒立光学顕微鏡下で観察する。パーティクルの動きと回転は、デジタルカメラで記録されます。 DEPの動きは、アレイ中心から半径方向に40~65μmの環状領域に記録され、EROTは、アレイ領域から半径方向に65μm離れた円形領域に記録される。粒子速度および角速度は、粒子追跡法によって測定される。粒子重心は、ソフトウェアを使用して粒子のグレースケールまたはジオメトリによって区別されます。粒子速度と角速度は粒子重心の動きを測定する。

この記事では、任意のパターンの電極アレイを迅速に製造する簡単な方法を提供します。それは、生物学から産業応用に至るまで、さまざまな分野で使用できる完全または部分的に被覆された金属粒子の調製を紹介しています。