Preparação de partículas de Janus e medições eletroquimáticas de corrente alternada com uma matriz de eletrodo de estanho de estanho rapidamente fabricada

As partículas de Janus, com o nome do deus romano com uma face dupla, são partículas assimétricas cujos dois lados têm propriedades de superfície fisicamente ou quimicamente diferentes ^{1 , 2} . Devido a essa característica assimétrica, as partículas de Janus exibem respostas especiais sob campos elétricos, como DEP ^{3 , 4 , 5 , 6} , EROT ² e eletroforese de carga induzida (ICEP) ^{7 , 8 , 9} . Recentemente, vários métodos para preparar partículas Janus foram relatados, incluindo o método de emulsão Pickering ¹⁰ , o método ^de co-jato eletroidrodinâmico ¹¹ e o método de fotopolimerização microfluídica ¹² . No entanto, esses métodos requerem uma série de compAparelhos e procedimentos licenciados. Este artigo apresenta um método simples para preparar partículas Janus e partículas metálicas totalmente revestidas. Uma monocamada de partículas de sílica com micro escala é preparada num processo de secagem e é colocada num dispositivo de pulverização a ser revestido com Au. Um hemisfério da partícula está sombreado, e apenas o outro hemisfério é revestido com Au ^{2 , 13} . A monocamada da partícula Janus é estampada com um selo de polidimetilsiloxano (PDMS) e depois tratada com um segundo processo de revestimento para preparar partículas metálicas totalmente revestidas ¹⁴ .

Para caracterizar as propriedades elétricas de uma partícula Janus, diferentes respostas eletrocinéticas AC, como DEP, EROT e eletro-orientação, são amplamente utilizadas ^{9 , 15 , 16 , 17 , 18} <sUp>, ¹⁹ . Por exemplo, EROT é a resposta rotacional em estado estacionário de uma partícula sob um campo elétrico rotativo imposta externamente ^{2 , 9 , 15 , 16} . Ao medir o EROT, pode-se obter a interação entre o dipolo induzido das partículas e os campos elétricos. O DEP, que decorre da interação entre os dipolos induzidos e um campo elétrico não uniforme, é capaz de levar ao movimento das partículas ^{3 , 4 , 5 , 9 , 15} . Diferentes tipos de partículas podem ser atraídos para (DEP positivo) ou repelir de (DEP negativo) os bordos dos eletrodos, que serve como um método geral para manipular e caracterizar partículas no dispositivo microfluídico. O translacional (DEP) e rota As características das partículas (EROT) da partícula sob o campo elétrico são dominadas pela parte real e imaginária do fator Clausius-Mossotti (CM), respectivamente. O fator CM depende das propriedades elétricas das partículas e do líquido circundante, que são reveladas a partir da freqüência característica, ω _c = 2σ / aC _DL , de DEP e EROT, onde σ é a condutividade líquida, a é o raio da partícula, E C _DL é a capacitância da camada dupla elétrica ^{15 , 16} . Para medir o EROT e o DEP de partículas, são necessários padrões de matrizes de eléctrodos especialmente projetados. Tradicionalmente, uma técnica fotolitográfica é usada para criar matrizes de eletrodos e requer uma série de procedimentos complicados, incluindo revestimentos de fotorresistência, alinhamento de máscara, exposição e desenvolvimento ^{15 , 18 ,}S = "xref"> 19 ^{, 20} .

Neste artigo, a fabricação rápida de arrays de eletrodos é demonstrada por padrões óticos diretos. Uma camada ITO de película fina transparente, que é revestida no substrato de vidro, é parcialmente removida por uma máquina de marcação a laser de fibra (1,064 nm, 20 W, largura de pulso de 90 a 120 ns e freqüência de repetição de pulso de 20 a 80 kHz) para formar Uma matriz de eletrodos de quatro fases. A distância entre os eletrodos diagonais é de 150-800 μm, que pode ser ajustada de acordo com os experimentos. O conjunto de eletrodos de quatro fases pode ser usado para caracterizar e concentrar partículas em diferentes dispositivos microfluídicos ^{15 , 16 , 18} . Para gerar o campo elétrico trifásico, a matriz de eletrodos é conectada a um gerador de função de 2 canais e a dois inversores. O deslocamento de fase entre os eletrodos adjacentes é definido em 90 ° (para EROT) ou 180 ° (para DEP) ¹⁵ . O sinal de CA é aplicado a uma amplitude de tensão de 0,5 a 4 V _pp e a frequência varia de 100 Hz a 5 MHz durante o processo de operação. Partículas Janus, partículas metálicas e partículas de sílica são usadas como amostras para medir suas propriedades eletrocinéticas AC. As suspensões das partículas são colocadas na região central do conjunto de eletrodos e são observadas sob um microscópio óptico invertido com um objetivo 40X, NA 0.6. O movimento de partículas e a rotação são gravados com uma câmera digital. O movimento DEP é gravado na região anular, entre 40 e 65 μm radialmente fora do centro da matriz, e o EROT é gravado na região circular, 65 μm radialmente fora do centro da matriz. A velocidade da partícula e a velocidade angular são medidas pelo método de rastreamento de partículas. Os centroóides de partículas são distinguidos por escala de cinza ou geometria de partículas usando o software. A velocidade da partícula e a velocidade angular são obtidas porMedindo os movimentos dos centroides de partículas.

Este artigo fornece um método simples para fabricar rapidamente arrays de eletrodos com padrões arbitrários. Ele introduz a preparação de partículas metálicas totalmente ou parcialmente revestidas, que podem ser usadas em diferentes campos, com usos que variam de biologia para aplicações industriais.