Preparación de partículas de Janus y mediciones electrocinéticas de corriente alterna con una matriz de electrodos de óxido de estaño de índices fabricados rápidamente

Las partículas de Janus, nombradas después del dios romano con una cara doble, son partículas asimétricas cuyos dos lados tienen propiedades superficiales físicamente o químicamente diferentes ^{1 , 2} . Debido a esta característica asimétrica, las partículas de Janus exhiben respuestas especiales bajo campos eléctricos, tales como DEP ^{3 , 4 , 5 , 6} , EROT ² , y electroforesis de carga inducida (ICEP) ^{7 , 8 , 9} . Recientemente, se han descrito varios métodos para preparar partıculas de Janus, incluyendo el método de emulsión ^{10 de} Pickering, el método ^de co-chorreado electrohidrodinámico ¹¹ y el método de fotopolimerización microfluídica ¹² . Sin embargo, estos métodos requieren una serie de compY procedimientos. Este artículo presenta un método simple para preparar partículas de Janus y partículas metálicas completamente recubiertas. Una monocapa de partículas de sílice microescaladas se prepara en un proceso de secado y se pone en un dispositivo de pulverización catódica para recubrir con Au. Un hemisferio de la partícula está sombreado, y sólo el otro hemisferio está recubierto con Au ^{2 , 13} . La monocapa de la partícula Janus se estampa con un sello de polidimetilsiloxano (PDMS) y luego se trata con un segundo proceso de revestimiento para preparar partıculas metálicas ¹⁴ totalmente recubiertas.

Para caracterizar las propiedades eléctricas de una partícula de Janus, se utilizan ampliamente diferentes respuestas electrocinéticas de CA, como DEP, EROT y electro-orientación ^{9 , 15 , 16 , 17 , 18} <sUp>, ¹⁹ . Por ejemplo, EROT es la respuesta rotatoria en estado estacionario de una partícula bajo un campo eléctrico giratorio impuesto externamente ^{2 , 9 , 15 , 16} . Midiendo el EROT, se puede obtener la interacción entre el dipolo inducido de las partículas y los campos eléctricos. DEP, que surge de la interacción entre los dipolos inducidos y un campo eléctrico no uniforme, es capaz de conducir al movimiento de partículas ^{3 , 4 , 5 , 9 , 15} . Se pueden atraer diferentes tipos de partículas (DEP positivo) o se repelen de (DEP negativo) los bordes del electrodo, lo cual sirve como un método general para manipular y caracterizar partículas en el dispositivo microfluídico. La traducción (DEP) y la rotación (EROT) de la partícula bajo el campo eléctrico están dominadas por la parte real e imaginaria del factor de Clausius-Mossotti (CM), respectivamente. El factor CM depende de las propiedades eléctricas de las partículas y del líquido circundante, que se revelan a partir de la frecuencia característica, ω _c = 2σ / aC _DL , de DEP y EROT, donde σ es la conductividad del líquido, a es el radio de la partícula, Y C _DL es la capacitancia de la doble capa eléctrica ^{15 , 16} . Para medir el EROT y el DEP de partículas, se necesitan patrones de electrodos especialmente diseñados. Tradicionalmente, se utiliza una técnica fotolitográfica para crear conjuntos de electrodos y requiere una serie de procedimientos complicados, incluyendo el revestimiento por fotorresistencia, la alineación de la máscara, la exposición y el desarrollo ^{15 , 18 ,}S = "xref"> 19 ^{, 20} .

En este artículo, la fabricación rápida de matrices de electrodos se demuestra mediante patrones ópticos directos. Una capa de ITO de película delgada transparente, que está recubierta sobre el sustrato de vidrio, se elimina parcialmente mediante una máquina de marcado por láser de fibra (1064 nm, 20 W, anchura de impulso de 90 a 120 ns y frecuencia de repetición de impulsos de 20 a 80 kHz) para formar Una disposición de electrodos de cuatro fases. La distancia entre los electrodos diagonales es de 150-800 μm, que puede ajustarse para adaptarse a los experimentos. El conjunto de electrodos de cuatro fases puede usarse para caracterizar y concentrar partículas en diferentes dispositivos microfluídicos ^{15 , 16 , 18} . Para generar el campo eléctrico de cuatro fases, la matriz de electrodos está conectada a un generador de funciones de 2 canales ya dos inversores. El desplazamiento de fase entre los electrodos adyacentes se establece en 90 ° (para EROT) o 180 ° (para DEP) ¹⁵ . La señal de CA se aplica a una amplitud de voltaje de 0,5 a 4 V _pp , y la frecuencia oscila entre 100 Hz y 5 MHz durante el proceso de operación. Las partículas de Janus, partículas metálicas y partículas de sílice se utilizan como muestras para medir sus propiedades electrocinéticas AC. Las suspensiones de las partículas se colocan sobre la región central de la disposición de electrodos y se observan bajo un microscopio óptico invertido con un objetivo 40X, NA 0.6. El movimiento de las partículas y la rotación se registran con una cámara digital. El movimiento DEP se registra en la región anular, entre 40 y 65 μm radialmente lejos del centro de la matriz, y EROT se registra en la región circular, 65 μm radialmente lejos del centro de la matriz. La velocidad de la partícula y la velocidad angular se miden por el método de seguimiento de partículas. Los centroides de partículas se distinguen por escala de grises o geometría de partículas usando software. La velocidad de la partícula y la velocidad angular se obtienenMidiendo los movimientos de los centroides de las partículas.

Este artículo proporciona un método simple para fabricar rápidamente arrays de electrodos con diseños arbitrarios. Introduce la preparación de partículas metálicas totalmente o parcialmente recubiertas, que pueden ser utilizadas en diferentes campos, con usos que van desde la biología hasta aplicaciones industriales.