Diese Arbeit wurde vom Ministerium für Wissenschaft und Technologie, Taiwan, ROC, unter Grant NSC 103-2112-M-002-008-MY3 unterstützt.

1. Herstellung des Mikrochips <ol><li> Vorbereitung der ITO-Elektrode <ol><li> Verwenden Sie kommerzielle Illustration Software, um ein Kreuzmuster zu zeichnen. Stellen Sie den Abstand zwischen den Diagonalelektroden auf 160 &amp; mgr; m ein und machen Sie die Arme des Kreuzmusters 30 mm breit und 55 mm lang, wie in 1 gezeigt . Speichern Sie die Illustrationsdatei als DXF-Datei. </li><li> Verwenden Sie einen Glasschneider, um das ITO-Glas auf eine Größe von 25 mm x 50 mm (Breite x Länge) zu schneiden. Verwenden Sie 75% Ethanol und DI Wasser, um das ITO-Glas mehrmals zu spülen. </li><li> Setzen Sie das ITO-Glas auf die Pulsfaser-Lasermarkierungsmaschine. Fokussieren Sie den Laser auf die Oberfläche des ITO-Glases, indem Sie den Abstand zwischen dem ITO-Glas und dem Laser auf 279,5 mm einstellen. HINWEIS: Der hier verwendete Laser hat folgende Spezifikationen: 1.064 nm, 20 W, 90 bis 120 ns Pulsbreite und 20 bis 80 kHz Impulswiederholfrequenz mit einer Impulslichtintensität bei ca. 5 x 10 5 W / cm 2). </li><li> Laden Sie die Bilddatei (DXF-Datei) direkt auf den Computer der Lasermarkierungsmaschine. Klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Parameter markieren&quot; und geben Sie folgende Parameter ein: Geschwindigkeit, &quot;800 mm / s&quot;; Macht, &quot;60%;&quot; Und Frequenz, &quot;40 kHz&quot;. Markiere den &quot;Frame&quot;, &quot;Fill&quot; und &quot;Fill First&quot;. <ol><li> Klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Vorschau&quot;, um das Muster an der ITO-Glaszentrale zu positionieren. Klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Stichprobe markieren&quot;, um das ITO-Glas zu kopieren ( Abbildung 1 A ). </li></ol></li></ol></li><li> Einrichten eines Vierphasengenerators und Verbinden des experimentellen Mikrochips <ol><li> Bauen Sie die Schaltkreise der Inverter, wie in Abbildung 2 gezeigt. </li><li> Verbinden Sie die 4 Drähte auf der Vierphasenelektrode durch direkten Kontakt mit dem Band, wie in Abbildung 2 C gezeigt . Teilen Sie die &quot;ChannEl 1 &quot;des Funktionsgenerators in zwei Zweige mit einem Doppel-BNC-Stecker. <ol><li> Verbinden Sie einen Zweig mit dem Draht (# 1), der an der ITO-Elektrode und der andere an den Eingang des Inverters angeschlossen ist. Verbinden Sie den Ausgang des Inverters mit dem Draht (# 3), wie in Abbildung 2 B gezeigt . </li></ol></li><li> Verbinden Sie &quot;Kanal 2&quot; mit dem gleichen Verfahren wie in Schritt 1.2.2, aber verbinden Sie sich mit den Drähten (# 2 und # 4), wie in Abbildung 2 B gezeigt . </li><li> Für die EROT-Experimente die Phasenverschiebung zwischen den beiden Kanälen auf 90 °, direkt am Funktionsgenerator einstellen. Eine Sinuswelle mit einer Amplitude von 0,5-4 Vpp und einer Frequenz von 100 Hz bis 5 MHz während der Experimente anwenden, wie in Abbildung 2 gezeigt. </li><li> Für die DEP-Experimente, verbinden Sie einen Zweig von Kanal 1 mit dem Draht (# 1), der an der ITO-Elektrode und der anderen an derEingang des Inverters. Verbinden Sie den Ausgang des Inverters mit dem Draht (# 2). Verbinden Sie Kanal 2 mit dem gleichen Verfahren, aber verbinden Sie sich mit den Drähten (# 3 und # 4). </li><li> Stellen Sie die Phasenverschiebung zwischen den 2 Kanälen bei 0 °, direkt am Funktionsgenerator ein. Eine Sinuswelle mit einer Amplitude von 0,5-4 Vpp und einer Frequenz von 100 Hz bis 5 MHz während der Experimente anwenden, wie in Abbildung 2 gezeigt. </li></ol></li></ol> 2. Vorbereitung der Proben <ol><li> Vorbereitung der Janus-Partikel <ol><li> Die 2 μm Siliciumdioxidteilchen-wässrige Suspension (10% Gew./Gew.) Bei 2.200 xg für 1 min zentrifugieren </li><li> 2 &amp; mgr; l sedimentäre Siliciumdioxidteilchen in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen pipettieren und 500 &amp; mgr; l Ethanol (99,5% V / V) zugeben. HINWEIS: Der Überstand muss nicht weggeworfen werden; Nur bei 4 ° C im Kühlschrank lagern. Es muss nicht vor Pipettin resuspendiert werdenG. </li><li> Die Ethanol-Siliciumdioxid-Partikel-Suspension wird mit einem Ultraschallgerät (43 kHz, 50 W) für 1 min inkubiert und dann bei 2.200 xg für 3 min zentrifugiert. </li><li> Ersetzen Sie den Überstand mit 500 μl Ethanol und wiederholen Sie Schritt 2.1.3 dreimal. </li><li> Ersetzen Sie den Überstand mit 8 μl Ethanol und schlagen Sie die Ethanol-Siliciumdioxid-Partikelsuspension mit einem Ultraschallgerät (43 kHz, 50 W) für 3 min auf. HINWEIS: Etwa 10 μl Ethanol-Siliciumdioxid-Partikel-Suspension sollten in diesem Schritt in der Röhre verbleiben. </li><li> 2 μl Ethanol-Siliciumdioxid-Partikelsuspension pipettieren und auf einen normalen Glasschieber (Breite: 25 mm, Länge: 75 mm und Dicke: 1,2 mm) tropfen lassen, um ein Tröpfchen zu bilden. Hinweis: Diese Menge an Partikelsuspension reicht aus, um die Monoschichten für 5-6 Folien (2 μl für jede Folie) herzustellen. </li><li> Ziehen Sie das Ethanol-Siliciumdioxid-Partikel-Tröpfchen langsam mit einem Deckglas ab, um eine Monoschicht aus Siliciumdioxid-Partikeln zu bilden ( Abbildung 3 </stRong&gt; A ). </li><li> Setzen Sie den Objektträger mit der Monoschicht aus Siliciumdioxidteilchen in eine mit Au beschichtete Sputtervorrichtung. <ol><li> Entfernen Sie die Luft aus der Sputterkammer bei 100 mTorr und injizieren Sie Argon für 10 min (ersetzen Sie die Luft mit Argon). Stoppen Sie die Injektion von Argon und entfernen Sie dann das Argon aus der Kammer bei 70 mTorr. </li><li> Setzen Sie den Strom auf 15 mA für 200 s. ( Fig. 3B ); Janus-Partikel werden bereits in diesem Schritt vorbereitet. </li></ol></li><li> 20 μl DI-Wasser auf die gesputterte Folie geben und die Janus-Partikel aus der Monoschicht mit einer normalen 200 μl Pipettenspitze kratzen. HINWEIS: Die Janus-Partikel, die von der Monoschicht abgeschabt wurden, hielten sich im DI-Wassertropfen bei diesem Schritt ab. </li><li> Das Janus-Partikel-Suspensions-Tröpfchen pipettieren und in ein weiteres 1,5-ml-Zentrifugenröhrchen geben. </li><li> Verwenden Sie die Janus-Partikel-Suspension, um die Probe durch Verdünnen mit DI-Wasser auf eine geeignete Konzentration zuzubereitenFür Experimente. HINWEIS: Die Konzentration der Partikelsuspension in den hier beschriebenen Versuchen beträgt etwa 2.000 Zählungen / μL. </li></ol></li><li> Herstellung von vollständig beschichteten metallischen Partikeln 14 <ol><li> Mischen Sie die PDMS-Polymerbasis und das Härtungsmittel in einem Gewichtsverhältnis von 10: 1. </li><li> Tape um den Glasschieber um die Seitenwände des Behälters zu bilden. Gießen Sie die Mischung von PDMS auf einen geklebten Objektträger, um eine PDMS-Schicht von 2-3 mm zu erreichen, wie in Abbildung 4 A gezeigt . </li><li> Setzen Sie den Taped Slide (Container) mit dem PDMS-Gemisch in eine luftdichte Kammer und führen Sie die Vakuumpumpe für 30 min, um die Blasen in der PDMS-Mischung zu entfernen. </li><li> Setzen Sie den Taped Slide (Container) mit der PDMS Mischung (Schritt 2.2.3) in den Ofen. Die PDMS-Mischung bei 70 ° C für 2 h aushärten, um einen PDMS-Stempel zu bilden. </li><li> Nachdem der PDMS-Stempel gehärtet ist, entfernen Sie die Folie und das Band, um den PDMS-Stempel, die Oberfläche zu erhaltenVon denen ursprünglich an den Glasschieber gebunden ist, wodurch eine flache Oberfläche gebildet wird, wie in Fig . 4B gezeigt. </li><li> Folgen Sie den Schritten von 2.1.1-2.1.8, um eine Monoschicht von Janus-Partikeln auf einer Folie vorzubereiten. </li><li> Benutze die flache Oberfläche des PDMS-Stempels, um die Monoschicht mit gleichmäßigem Druck zu stempeln. </li><li> Setzen Sie den PDMS-Stempel mit der Monoschicht von Janus-Partikeln, die von dem in Schritt 2.1.8 hergestellten Glasschieber umgekehrt wird, in die mit Au beschichtete Sputtervorrichtung. <ol><li> Luft aus der Sputterkammer bei 100 mTorr entfernen und Argon für 10 min einspritzen (die Luft mit Argon ersetzen). Stoppen Sie die Injektion von Argon und entfernen Sie dann das Argon aus der Kammer bei 70 mTorr. </li><li> Setzen Sie den Strom auf 15 mA für 200 s ( Abbildung 4 C ); Die vollständig beschichteten metallischen Partikel werden bereits bei diesem Schritt hergestellt. </li></ol></li><li> Folgen Sie den Schritten vom 2.1.9-2.1.11, um die Probe für Experimente vorzubereiten. </li> &lt;/ Ol&gt; </li></ol> 3. Experimente zur AC-Elektrokinetischen Messung <ol><li> Wickeln Sie 5 Stück Paraffinfolie ein, um einen Spacer vorzubereiten. Kombinieren Sie das ITO-Elektroden-Array mit dem Film-Spacer von 500 μm Dicke mit einer Heißluftpistole und legen Sie die Elektrode auf die Mikroskopstufe. <ol><li> Drop 8 μl Partikelsuspension, die in den Schritten 2.1 und 2.2 hergestellt wurde, auf die Mitte der Querelektrodenanordnung. Legen Sie ein Deckglas auf den Abstandshalter. </li></ol></li><li> Für die EROT-Experimente setzen Sie auf dem Funktionsgenerator die Phasenverschiebung zwischen den 2 Kanälen auf 90 °. Für die Experimente (basierend auf der Verbindung in den Schritten 1.2.2-1.2.3) eine Sinuswelle mit einer Amplitude von 0,5-4 Vpp und einer Frequenz von 100 Hz bis 5 MHz anwenden. <ol><li> Wählen Sie die Wellenform, indem Sie auf die Schaltfläche &quot;Wellenform&quot; auf dem Funktionsgenerator klicken. Geben Sie den Spannungs- und Frequenzwert mit den nummerierten Tasten der Funktion einNerator und schalten Sie dann das AC-Signal ein, indem Sie auf die Schaltfläche &quot;Ausgang&quot; klicken. </li></ol></li><li> Für die DEP-Experimente die Phasenverschiebung zwischen den 2 Kanälen auf 0 ° einstellen. Für die Experimente (basierend auf den Anschlüssen in Schritt 1.2.5) eine Sinuswelle bei 0,5-4 Vpp Spannungsamplitude und eine Frequenz von 100 Hz bis 5 MHz einsetzen, indem der Funktionsgenerator wie in Schritt 3.2.1 aufgebaut wird. </li><li> Schalten Sie das Wechselstromsignal ein, indem Sie auf die Schaltfläche &quot;Ausgang&quot; klicken und die Bilder der Partikelbewegung und Rotation unter einem invertierten optischen Mikroskop mit einem 40X, NA 0.6 Objektiv mit einer Kamera aufnehmen. </li><li> Geben Sie die Bilder der Partikelbewegung und der Rotation an die Software ein und analysieren Sie die Trajektorie der Partikel durch Partikelverfolgung, um die Partikel- und Winkelgeschwindigkeiten zu erhalten. Hinweis: Die &quot;Image J&quot; -Software und ihr &quot;MultiTracker&quot; Plugin wurden hier für die Bildbinärisierung und Partikelverfolgung verwendet. </li></ol>

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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Das Herstellen von ITO-Elektrodenanordnungen unter Verwendung der Faserlaser-Markierungsmaschine stellt eine schnelle Methode zur Herstellung von Elektroden mit beliebigen Mustern bereit. Allerdings gibt es noch einige Nachteile für dieses Verfahren, wie z. B. weniger Ladungsträger und die geringere Herstellungsgenauigkeit von ITO-Elektroden im Vergleich zu Metallelektroden, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt wurden. Diese Nachteile könnten einige Experimente einschränken. Zum Beispiel könnten weniger La...

Janus-Partikel, benannt nach dem römischen Gott mit einer doppelten Fläche, sind asymmetrische Teilchen, deren zwei Seiten physikalisch oder chemisch unterschiedliche Oberflächeneigenschaften 1 , 2 haben . Aufgrund dieses asymmetrischen Merkmals zeigen Janus-Partikel spezielle Reaktionen unter elektrischen Feldern wie DEP 3 , 4 , 5 , 6 , EROT 2 und induzierte Ladungselektrophorese (ICEP) 7 , 8 , 9 . In letzter Zeit wurden mehrere Verfahren zur Herstellung von Janus-Partikeln beschrieben, einschließlich des Pickering-Emulsionsverfahrens 10 , des elektrohydrodynamischen Co-Jetting-Verfahrens 11 und des mikrofluidischen Photopolymerisationsverfahrens 12 . Diese Methoden erfordern jedoch eine Reihe von compGerichtete Geräte und Verfahren. Dieser Artikel stellt eine einfache Methode zur Herstellung von Janus-Partikeln und vollständig beschichteten metallischen Partikeln vor. Eine Monoschicht aus mikroskaligen Siliciumdioxidpartikeln wird in einem Trocknungsprozess hergestellt und in eine mit Au beschichtete Sputtervorrichtung gegeben. Eine Halbkugel des Teilchens ist schattiert, und nur die andere Hemisphäre ist mit Au 2 , 13 beschichtet. Die Monoschicht des Janus-Teilchens wird mit einem Polydimethylsiloxan (PDMS) -Stampfen versehen und dann mit einem zweiten Beschichtungsverfahren behandelt, um vollständig beschichtete metallische Teilchen 14 herzustellen. Um die elektrischen Eigenschaften eines Janus-Teilchens zu charakterisieren, werden verschiedene AC-Elektrokinetische Reaktionen wie DEP, EROT und Elektro-Orientierung weit verbreitet 9 , 15 , 16 , 17 , 18 verwendet <sUp&gt;, 19 Beispielsweise ist EROT die stationäre Rotationsreaktion eines Teilchens unter einem extern auferlegten rotierenden elektrischen Feld 2 , 9 , 15 , 16 . Durch Messung der EROT kann die Wechselwirkung zwischen dem induzierten Dipol der Teilchen und den elektrischen Feldern erreicht werden. DEP, das aus der Wechselwirkung zwischen den induzierten Dipolen und einem ungleichförmigen elektrischen Feld entsteht, kann zur Teilchenbewegung 3 , 4 , 5 , 9 , 15 führen . Verschiedene Arten von Partikeln können von (positiven DEP) angezogen oder von (negativen DEP) der Elektrodenkanten abgestoßen werden, was als allgemeines Verfahren zur Manipulation und Charakterisierung von Partikeln in der mikrofluidischen Vorrichtung dient. Die Translations (DEP) und Rota<html> (EROT) -Eigenschaften des Teilchens unter dem elektrischen Feld werden durch den Real- und Imaginärteil des Clausius-Mossotti (CM) -Faktors dominiert. Der CM-Faktor hängt von den elektrischen Eigenschaften der Partikel und der umgebenden Flüssigkeit ab, die sich aus der charakteristischen Frequenz ω c = 2σ / aC DL von DEP und EROT ergeben, wobei σ die Flüssigkeitsleitfähigkeit ist, a der Partikelradius, Und C DL ist die Kapazität der elektrischen Doppelschicht 15 , 16 . Zur Messung der EROT und DEP von Partikeln werden speziell entwickelte Elektroden-Array-Muster benötigt. Herkömmlicherweise wird eine photolithographische Technik verwendet, um Elektrodenanordnungen zu erzeugen, und erfordert eine Reihe von komplizierten Prozeduren, einschließlich Photoresist-Schleuderbeschichtung, Maskenausrichtung, Belichtung und Entwicklung 15 , 18 ,S = &quot;xref&quot;&gt; 19 , 20 . In diesem Artikel wird die schnelle Herstellung von Elektrodenanordnungen durch direkte optische Strukturierung demonstriert. Eine transparente Dünnfilm-ITO-Schicht, die auf das Glassubstrat aufgetragen wird, wird teilweise durch eine Faserlaser-Markierungsmaschine (1.064 nm, 20 W, 90 bis 120 ns Pulsbreite und 20 bis 80 kHz Pulswiederholfrequenz) entfernt Ein Vierphasen-Elektroden-Array. Der Abstand zwischen den Diagonalelektroden beträgt 150-800 μm, der an die Experimente angepasst werden kann. Die Vierphasen-Elektrodenanordnung kann verwendet werden, um Partikel in verschiedenen mikrofluidischen Vorrichtungen 15 , 16 , 18 zu charakterisieren und zu konzentrieren. Um das Vierphasen-Feld zu erzeugen, ist das Elektroden-Array mit einem 2-Kanal-Funktionsgenerator und mit zwei Invertern verbunden. Die Phasenverschiebung zwischen den benachbarten Elektroden wird entweder auf 90 ° (für EROT) oder 1 eingestellt80 ° (für DEP) 15 . Das Wechselstromsignal wird bei einer Amplitude von 0,5 bis 4 V pp angelegt, und die Frequenz reicht von 100 Hz bis 5 MHz während des Betriebsprozesses. Janus-Partikel, metallische Partikel und Siliciumdioxid-Partikel werden als Proben verwendet, um ihre elektrokinetischen Eigenschaften zu messen. Suspensionen der Partikel werden auf den mittleren Bereich des Elektrodenarrays gelegt und unter einem invertierten optischen Mikroskop mit einem 40X, NA 0.6-Objektiv beobachtet. Partikelbewegung und Rotation werden mit einer Digitalkamera aufgenommen. Die DEP-Bewegung wird am ringförmigen Bereich zwischen 40 und 65 μm radial entfernt von der Array-Mitte aufgezeichnet und EROT wird im kreisförmigen Bereich, 65 μm radial entfernt von der Array-Mitte aufgezeichnet. Die Partikelgeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit werden nach dem Partikel-Tracking-Verfahren gemessen. Die Partikel-Zentroide zeichnen sich durch Graustufen oder Geometrie von Partikeln mit Software aus. Die Teilchengeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit werden durch erhaltenMessung der Bewegungen der Partikel-Zentroide. Dieser Artikel stellt eine einfache Methode zur schnellen Herstellung von willkürlich gemusterten Elektrodenanordnungen bereit. Es stellt die Vorbereitung von vollständig oder teilweise beschichteten metallischen Partikeln vor, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können, mit Anwendungen, die von Biologie bis hin zu Industrieanwendungen reichen.

<table><tbody><tr><td>Silica Microsphere-2.34 &amp;micro;m</td><td>Bangs Laboratories</td><td>SS04N</td><td></td></tr><tr><td>Ethyl Alcohol (99.5%)</td><td>KATAYAMA CHEMICAL</td><td>E-0105</td><td></td></tr><tr><td>SYLGARD 184 A&amp;amp;B Silicone Elastomer(PDMS)</td><td>DOW CORNING</td><td></td><td>PDMS&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>&amp;nbsp;ITO glass</td><td>Luminescence Technology</td><td>LT-G001</td><td></td></tr><tr><td>Fiber laser marking machine</td><td>Taiwan 3Axle Technology</td><td>TAFB-R-20W</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;2-channel function generator</td><td>Gwinsek</td><td>AFG-2225</td><td></td></tr><tr><td>CMOS camera</td><td>Point Grey</td><td>GS3-U3-32S4M-C</td><td></td></tr><tr><td>Sputter</td><td>JEOL</td><td>JFC-1100E</td><td></td></tr><tr><td>Operational Amplifiers</td><td>Texas Instruments</td><td>LM6361N</td><td>OP invertor&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Ultrasonic Cleaner</td><td>Gui Lin Yiyuan Ultrasonic Machinery Co.</td><td>DG-1</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge</td><td>Scientific Specialties, Inc.</td><td></td><td>1.5ml</td></tr><tr><td>Mini Centrifuge</td><td>LMS</td><td>MC-MCF-2360</td><td></td></tr><tr><td>Microscope cover glass</td><td>Marienfeld-Superior</td><td></td><td>18*18mm</td></tr><tr><td>Inverted optical microscope</td><td>Olympus</td><td>OX-71&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>bemis</td><td></td><td>spacer</td></tr></tbody></table>

preparation of janus particles and alternating current electrokinetic measurements with a rapidly fabricated indium tin oxide electrode array

Dieser Artikel stellt ein einfaches Verfahren bereit, um teilweise oder vollständig beschichtete metallische Teilchen herzustellen und die schnelle Herstellung von Elektrodenanordnungen durchzuführen, die elektrische Experimente in mikrofluidischen Vorrichtungen erleichtern können. Janus-Partikel sind asymmetrische Partikel, die zwei unterschiedliche Oberflächeneigenschaften auf beiden Seiten enthalten. Zur Herstellung von Janus-Partikeln wird eine Monoschicht aus Siliciumdioxid-Partikeln durch ein Trocknungsverfahren hergestellt. Gold (Au) wird auf einer Seite jedes Teilchens unter Verwendung einer Zerstäubungsvorrichtung abgeschieden. Die vollständig beschichteten metallischen Partikel werden nach dem zweiten Beschichtungsprozess vervollständigt. Zur Analyse der elektrischen Oberflächeneigenschaften von Janus-Partikeln werden Wechselstrom- (AC) elektrokinetische Messungen wie Dielektrophorese (DEP) und Elektrorotation (EROT) durchgeführt, die spezifisch konstruierte Elektrodenarrays in der experimentellen Vorrichtung erfordern. Jedoch erfordern herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Elektrodenanordnungen, wie die photolithographische Technik, eine ReiheKomplizierte Verfahren. Hier stellen wir eine flexible Methode zur Herstellung eines entworfenen Elektrodenarrays vor. Ein Indium-Zinnoxid (ITO) -Glas wird durch eine Faserlaser-Markierungsmaschine (1,064 nm, 20 W, 90 bis 120 ns Pulsbreite und 20 bis 80 kHz Pulswiederholfrequenz) gemustert, um ein Vierphasen-Elektroden-Array zu erzeugen. Um das Vierphasen-Feld zu erzeugen, sind die Elektroden mit einem 2-Kanal-Funktionsgenerator und mit zwei Invertern verbunden. Die Phasenverschiebung zwischen den benachbarten Elektroden wird entweder auf 90 ° (für EROT) oder 180 ° (für DEP) eingestellt. Repräsentative Ergebnisse von AC-Elektrokinetischen Messungen mit einem Vier-Phasen-ITO-Elektroden-Array werden vorgestellt.

Die Vierphasen-Elektrodenanordnung wird durch eine Faserlaser-Markierungsmaschine erzeugt. Die auf dem Glas beschichtete ITO-leitfähige Schicht wird durch einen Fokuslaser entfernt, um ein Kreuzmuster mit einem Spalt von 160 um zu bilden, wie in Fig . 1B gezeigt. <img alt="Abbildung 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55950/55950fig1.jpg" /> <strong class=...

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Preparation of Janus Particles and Alternating Current Electrokinetic Measurements with a Rapidly Fabricated Indium Tin Oxide Electrode Array

In diesem Artikel wird ein einfaches Verfahren zur Herstellung von teilweise oder vollständig beschichteten metallischen Teilchen und zur Durchführung von elektrokinetischen Eigenschaftsmessungen mit einer schnell hergestellten Indiumzinnoxid (ITO) Elektrodenanordnung gezeigt.

Herstellung von Janus-Partikeln und Wechselstrom-Elektrokinetischen Messungen mit einem schnell gefertigten Indium-Zinn-Oxid-Elektroden-Array

This article provides a simple method to prepare partially or fully coated metallic particles and to perform the rapid fabrication of electrode arrays, ...

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8.1K Aufrufe.  National Taiwan University.  In diesem Artikel wird ein einfaches Verfahren zur Herstellung von teilweise oder vollständig beschichteten metallischen Teilchen und zur Durchführung von elektrokinetischen Eigenschaftsmessungen mit einer schnell hergestellten Indiumzinnoxid (ITO) Elektrodenanordnung gezeigt. 

Serie: Preparation of Janus Particles and Alternating Current Electrokinetic Measurements with a Rapidly Fabricated Indium Tin Oxide Electrode Array

Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. During insertion or removal of alkali metal ions, the redox states of transition metals in the compounds change and structural transformations such as phase transitions and/or lattice parameter increases or decreases occur. These behaviors in turn determine important characteristics of the batteries such as the potential profiles, rate capabilities, and cycle lives. The extremely bright and tunable x-rays produced by synchrotron radiation allow rapid acquisition of high-resolution data that provide information about these processes. Transformations in the bulk materials, such as phase transitions, can be directly observed using X-ray diffraction (XRD), while X-ray absorption spectroscopy (XAS) gives information about the local electronic and geometric structures (e.g.&#160;changes in redox states and bond lengths). In situ experiments carried out on operating cells are particularly useful because they allow direct correlation between the electrochemical and structural properties of the materials. These experiments are time-consuming and can be challenging to design due to the reactivity and air-sensitivity of the alkali metal anodes used in the half-cell configurations, and/or the possibility of signal interference from other cell components and hardware. For these reasons, it is appropriate to carry out ex situ experiments (e.g.&#160;on electrodes harvested from partially charged or cycled cells) in some cases. Here, we present detailed protocols for the preparation of both ex situ and in situ samples for experiments involving synchrotron radiation and demonstrate how these experiments are done.

We describe the use of synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray diffraction (XRD) techniques to probe details of intercalation/deintercalation processes in electrode materials for Li-ion and Na-ion batteries. Both in situ and ex situ experiments are used to understand structural behavior relevant to the operation of devices

Charakterisierung von Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen und Natrium-Ionen-Batterien mit Synchrotronstrahlung Techniken

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

Forschung

Ingenieurwesen

Reductive Electropolymerization of a Vinyl-containing Poly-pyridyl Complex on Glassy Carbon and Fluorine-doped Tin Oxide Electrodes

Controllable electrode surface modification is important in a number of fields, especially those with solar fuels applications. Electropolymerization is one surface modification technique that electrodeposits a polymeric film at the surface of an electrode by utilizing an applied potential to initiate the polymerization of substrates in the Helmholtz layer. This useful technique was first established by a Murray-Meyer collaboration at the University of North Carolina at Chapel Hill in the early 1980s and utilized to study numerous physical phenomena of films containing inorganic complexes as the monomeric substrate. Here, we highlight a procedure for coating electrodes with an inorganic complex by performing reductive electropolymerization of the vinyl-containing poly-pyridyl complex onto glassy carbon and fluorine doped tin oxide coated electrodes. Recommendations on electrochemical cell configurations and troubleshooting procedures are included. Although not explicitly described here, oxidative electropolymerization of pyrrole-containing compounds follows similar procedures to vinyl-based reductive electropolymerization but are far less sensitive to oxygen and water.

A procedure for performing reductive electropolymerization of vinyl-containing compounds onto glassy carbon and fluorine doped tin-oxide coated electrodes is presented. Recommendations on electrochemical cell configurations and troubleshooting procedures are included. Although not explicitly described here, oxidative electropolymerization of pyrrole-containing compounds follows similar procedures to vinyl-based reductive electropolymerization.

Reduktive Elektropolymerisation eines Vinyl-enthaltenden Poly-pyridyl Komplexe des Glaskohlenstoffs und fluordotiertem Zinnoxidelektroden

Controllable electrode surface modification is important in a number of fields, especially those with solar fuels applications. Electropolymerization is ...

Chemie

Patterning Cells on Optically Transparent Indium Tin Oxide Electrodes

The ability to exercise precise spatial and temporal control over cell-surface interactions is an important prerequisite to the assembly of multi-cellular constructs serving as in vitro mimics of native tissues.  In this study, photolithography and wet etching techniques were used to fabricate individually addressable indium tin oxide (ITO) electrodes on glass substrates.  The glass substrates containing ITO microelectrodes were modified with poly(ethylene glycol) (PEG) silane to make them protein and cell resistive.  Presence of insulating PEG molecules on the electrode surface was verified by cyclic voltammetry employing potassium ferricyanide as a redox reporter molecule.  Importantly, the application of reductive potential caused desorption of the PEG layer, resulting in regeneration of the conductive electrode surface and appearance of typical ferricyanide redox peaks.    Application of reductive potential also corresponded to switching of ITO electrode properties from cell non-adhesive to cell-adhesive. Electrochemical stripping of PEG-silane layer from ITO microelectrodes allowed for cell adhesion to take place in a spatially defined fashion, with cellular patterns corresponding closely to electrode patterns.  Micropatterning of several cell types was demonstrated on these substrates.   In the future, the control of the biointerfacial properties afforded by this method will allow to engineer cellular microenvironments through the assembly of three or more cell types into a precise geometric configuration on an optically transparent substrate.

Non-fouling PEG silane monolayer was desorbed from individually addressable ITO electrodes on glass by application of a reductive potential. Electrochemical stripping of PEG-silane layer from ITO microelectrodes allowed for cell adhesion to take place in a spatially defined fashion, with cellular patterns corresponding closely to electrode patterns.

Patterning Cells auf optisch transparenten Indium-Zinn-Oxid-Elektroden

The ability to exercise precise spatial and temporal control over cell-surface interactions is an important prerequisite to the assembly of multi-cellular ...

Biologie

AC Electrokinetic Phenomena Generated by Microelectrode Structures

The field of AC electrokinetics is rapidly growing due to its ability to perform dynamic fluid and particle manipulation on the micro- and nano-scale, which is essential for Lab-on-a-Chip applications. AC electrokinetic phenomena use electric fields to generate forces that act on fluids or suspended particles (including those made of dielectric or biological material) and cause them to move in astonishing ways1, 2. Within a single channel, AC electrokinetics can accomplish many essential on-chip operations such as active micro-mixing, particle separation, particle positioning and micro-pattering. A single device may accomplish several of those operations by simply adjusting operating parameters such as frequency or amplitude of the applied voltage. Suitable electric fields can be readily created by micro-electrodes integrated into microchannels. It is clear from the tremendous growth in this field that AC electrokinetics will likely have a profound effect on healthcare diagnostics3-5, environmental monitoring6 and homeland security7.

In general, there are three AC Electrokinetic phenomena (AC electroosmosis, dielectrophoresis and AC electrothermal effect) each with unique dependencies on the operating parameters. A change in these operating parameters can cause one phenomena to become dominant over another, thus changing the particle or fluid behavior. 

It is difficult to predict the behavior of particles and fluids due to the complicated physics that underlie AC electrokinetics. It is the goal of this publication to explain the physics and elucidate particle and fluid behavior. Our analysis also covers how to fabricate the electrode structures that generate them, and how to interpret a wide number of experimental observations using several popular device designs. This video article will help scientists and engineers understand these phenomena and may encourage them to start using AC Electrokinetics in their research.

Manipulating fluids and suspended particles in the micro- and nano-scale is becoming more of a reality as enabling technologies, like AC electrokinetics, continue to develop. Here, we discuss the physics behind AC electrokinetics, how to fabricate these devices and how to interpret the experimental observations.

AC elektrokinetischen Phänomenen von Mikroelektroden-Strukturen erzeugt

The field of AC electrokinetics is rapidly growing due to its ability to perform dynamic fluid and particle manipulation on the micro- and nano-scale, ...

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under physiologically relevant conditions.1 These measurements are performed on living biofilms in aqueous medium using source and drain electrodes patterned on a glass surface in a specialized configuration referred to as an interdigitated electrode (IDA) array. A biofilm is grown that extends across the gap connecting the source and drain. Potentials are applied to the electrodes (ES and ED) generating a source-drain current (ISD) through the biofilm between the electrodes. The dependency of electrical conductivity on gate potential (the average of the source and drain potentials, EG = [ED + ES]/2) is determined by systematically changing the gate potential and measuring the resulting source-drain current. The dependency of conductivity on gate potential provides mechanistic information about the extracellular electron transport process underlying the electrical conductivity of the specific biofilm under investigation. The electrochemical gating measurement method described here is based directly on that used by M. S. Wrighton2,3 and colleagues and R. W. Murray4,5,6 and colleagues in the 1980&#39;s to investigate thin film conductive polymers.

A protocol for measuring electrical conductivity of living microbial biofilms under physiologically relevant conditions is presented.

Charakterisierung von Elektronentransport durch lebende Biofilme

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under ...

A High Performance Impedance-based Platform for Evaporation Rate Detection

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was employed here for demonstration purposes. Multiple evaporation tests on the model compound as a humectant with various concentrations in solutions were conducted for comparison purposes. A conventional weight loss approach is known as the most straightforward, but time-consuming, measurement technique for evaporation rate detection. Yet, a clear disadvantage is that a large volume of sample is required and multiple sample tests cannot be conducted at the same time. For the first time in literature, an electrical impedance sensing chip is successfully applied to a real-time evaporation investigation in a time sharing, continuous and automatic manner. Moreover, as little as 0.5 ml of test samples is required in this impedance-based apparatus, and a large impedance variation is demonstrated among various dilute solutions. The proposed high-sensitivity and fast-response impedance sensing system is found to outperform a conventional weight loss approach in terms of evaporation rate detection.

This paper presents an impedance-based apparatus for evaporation rate detection of solutions. It offers clear advantages over a conventional weight loss approach: a fast response, high-sensitivity detection, a small sample requirement, multiple sample measurements, and easy disassembly for cleaning and reuse purposes.

Ein Hochleistungs-Impedanz-basierte Plattform für die Verdampfungsrate Erkennung

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was ...

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due to their long coherence time and their capability to manipulate and detect individual quantum bits (qubits). In more recent years, microfabricated surface ion traps have received more attention for large-scale integrated qubit platforms. This paper presents a microfabrication methodology for ion traps using micro-electro-mechanical system (MEMS) technology, including the fabrication method for a 14 &#181;m-thick dielectric layer and metal overhang structures atop the dielectric layer. In addition, an experimental procedure for trapping ytterbium (Yb) ions of isotope 174 (174Yb+) using 369.5 nm, 399 nm, and 935 nm diode lasers is described. These methodologies and procedures involve many scientific and engineering disciplines, and this paper first presents the detailed experimental procedures. The methods discussed in this paper can easily be extended to the trapping of Yb ions of isotope 171 (171Yb+) and to the manipulation of qubits.

This paper presents a microfabrication methodology for surface ion traps, as well as a detailed experimental procedure for trapping ytterbium ions in a room-temperature environment.

Experimentelle Methoden für das Einfangen von Ionen mit Microfabricated Oberfläche Ionenfallen

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of lithium-ion (Li-ion) batteries. However, a number of setbacks prevent their integration into commercial devices. The main limiting factor is due to nanoscale phenomena occurring at the electrode/electrolyte interfaces, ultimately leading to degradation of battery operation. These key problems are highly challenging to observe and characterize as these batteries contain multiple buried interfaces. One approach for direct observation of interfacial phenomena in thin film batteries is through the fabrication of electrochemically active nanobatteries by a focused ion beam (FIB). As such, a reliable technique to fabricate nanobatteries was developed and demonstrated in recent work. Herein, a detailed protocol with a step-by-step process is presented to enable the reproduction of this nanobattery fabrication process. In particular, this technique was applied to a thin film battery consisting of LiCoO2/LiPON/a-Si, and has further been previously demonstrated by in situ cycling within a transmission electron microscope.

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

A protocol for the fabrication of electrochemically active LiPON-based solid-state lithium-ion nanobatteries using a focused ion beam is presented.

Fokussierte Ion Beam Herstellung von LiPON-basierten Solid-State-Lithium-Ionen-Nanobatteries zu Testzwecken In Situ

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

A Method for Systematic Electrochemical and Electrophysiological Evaluation of Neural Recording Electrodes

New materials and designs for neural implants are typically tested separately, with a demonstration of performance but without reference to other implant characteristics.&#160;This precludes a rational selection of a particular implant as optimal for a particular application and the development of new materials based on the most critical performance parameters.&#160;This article develops a protocol for in vitro and in vivo testing of neural recording electrodes.&#160;Recommended parameters for electrochemical and electrophysiological testing are documented with the key steps and potential issues discussed.&#160;This method eliminates or reduces the impact of many systematic errors present in simpler in vivo testing paradigms, especially variations in electrode/neuron distance and between animal models.&#160;The result is a strong correlation between the critical in vitro and in vivo responses, such as impedance and signal-to-noise ratio.&#160;This protocol can easily be adapted to test other electrode materials and designs.&#160;The in vitro techniques can be expanded to any other nondestructive method to determine further important performance indicators.&#160;The principles used for the surgical approach in the auditory pathway can also be modified to other neural regions or tissue.

Different electrode coatings affect neural recording performance through changes to electrochemical, chemical and mechanical properties. Comparison of electrodes in vitro is relatively simple, however comparison of in vivo response is typically complicated by variations in electrode/neuron distance and between animals. This article provides a robust method to compare neural recording electrodes.

Eine Methode zur systematischen Elektrochemische und elektrophysiologische Bewertung der Neural Aufzeichnungselektroden

New materials and designs for neural implants are typically tested separately, with a demonstration of performance but without reference to other implant ...

Neurowissenschaften

Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope

Gas reactions studied by in situ electron microscopy can be used to capture the real-time morphological and microchemical transformations of materials at length scales down to the atomic level. In situ closed-cell gas reaction (CCGR) studies performed using (scanning) transmission electron microscopy (STEM) can separate and identify localized dynamic reactions, which are extremely challenging to capture using other characterization techniques. For these experiments, we used a CCGR holder that utilizes microelectromechanical systems (MEMS)-based heating microchips (hereafter referred to as &#34;E-chips&#34;). The experimental protocol described here details the method for performing in situ gas reactions in dry and wet gases in an aberration-corrected STEM. This method finds relevance in many different materials systems, such as catalysis and high-temperature oxidation of structural materials at atmospheric pressure and in the presence of various gases with or without water vapor. Here, several sample preparation methods are described for various material form factors. During the reaction, mass spectra obtained with a residual gas analyzer (RGA) system with and without water vapor further validates gas exposure conditions during reactions. Integrating an RGA with an in situ CCGR-STEM system can, therefore, provide critical insight to correlate gas composition with the dynamic surface evolution of materials during reactions. In situ/operando studies using this approach allow&#160;for detailed investigation of the fundamental reaction mechanisms and kinetics that occur at specific environmental conditions (time, temperature, gas, pressure), in real-time, and at high spatial resolution.

Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope

Here, we present a protocol for performing in situ TEM closed-cell gas reaction experiments while detailing several commonly used sample preparation methods.

Durchführung von geschlossenzelligen In-situ-Gasreaktionen im Transmissionselektronenmikroskop

Gas reactions studied by in situ electron microscopy can be used to capture the real-time morphological and microchemical transformations of materials at ...