Questo lavoro è stato sostenuto dal Ministero della Scienza e della Tecnologia, Taiwan, ROC, sotto la Grant NSC 103-2112-M-002-008-MY3.

1. Fabbricazione del Microchip <ol><li> Preparazione dell&#39;elettrodo ITO <ol><li> Utilizzare un software illustrativo commerciale per disegnare un disegno a croce. Impostare la distanza tra gli elettrodi diagonali fino a 160 μm e fare i bracci della traversa a 30 mm di larghezza e 55 mm, come mostrato in figura 1 . Salvare il file di illustrazione come file DXF. </li><li> Utilizzare una taglierina di vetro per tagliare il vetro ITO ad una dimensione di 25 mm x 50 mm (larghezza x lunghezza). Utilizzare 75% di etanolo e acqua di DI per risciacquare il vetro ITO più volte. </li><li> Mettere il vetro ITO sulla macchina di marcatura laser a fibre a impulsi. Mettere a fuoco il laser sulla superficie del vetro ITO regolando la distanza tra il vetro ITO e il laser a 279,5 mm. NOTA: Il laser utilizzato qui presenta le seguenti specifiche: 1,064 nm, 20 W, da 90 a 120 ns di larghezza di impulso e frequenza di ripetizione da 20 a 80 kHz, con un&#39;intensità luminosa a circa 5 x 10 5 W / cm 2). </li><li> Immettete direttamente il file di illustrazione (file DXF) sul computer della macchina di marcatura laser. Fare clic sul pulsante &quot;Mark Parameter&quot; e immettere i seguenti parametri: velocità, &quot;800 mm / s;&quot; Potenza, &quot;60%;&quot; E frequenza, &quot;40 kHz&quot;. Seleziona i termini &quot;Frame&quot;, &quot;Fill&quot; e &quot;Fill First&quot;. <ol><li> Fare clic sul pulsante &quot;Anteprima&quot; posizionare il modello nel centro vetro ITO. Fare clic sul pulsante &quot;Seleziona campione&quot; per disegnare il vetro ITO ( Figura 1 A ). </li></ol></li></ol></li><li> Impostazione di un generatore a quattro fasi e collegamento del microchip sperimentale <ol><li> Costruire i circuiti degli inverter, come mostrato nella Figura 2 A. </li><li> Collegare i 4 fili sull&#39;elettrodo a quattro fasi per contatto diretto con il nastro, come mostrato in Figura 2 C. Divide il &quot;Canale&quot;El 1 &quot;del generatore di funzione in due rami usando un doppio connettore BNC. <ol><li> Collegare un ramo al filo (# 1) collegato all&#39;elettrodo ITO e l&#39;altro all&#39;input dell&#39;inverter. Collegare l&#39;uscita dell&#39;inverter al filo (# 3), come mostrato in Figura 2 B. </li></ol></li><li> Collegare &quot;Canale 2&quot; con la stessa procedura descritta in Figura 2 B , ma connettere ai cavi (# 2 e # 4). </li><li> Per gli esperimenti di EROT, impostare il passaggio di fase tra i due canali a 90 °, direttamente sul generatore di funzioni. Applicare un&#39;onda di seno all&#39;ampiezza di tensione 0,5-4 V pp e una frequenza che va da 100 Hz a 5 MHz durante gli esperimenti, come mostrato in Figura 2 D. </li><li> Per gli esperimenti DEP, collegare un ramo del canale 1 al filo (# 1) collegato all&#39;elettrodo ITO e l&#39;altro alIngresso dell&#39;inverter. Collegare l&#39;uscita dell&#39;inverter al filo (# 2). Collegare il canale 2 utilizzando la stessa procedura, ma collegare i cavi (# 3 e # 4). </li><li> Impostare il passaggio di fase tra i 2 canali a 0 °, direttamente sul generatore di funzioni. Applicare un&#39;onda di seno all&#39;ampiezza di tensione 0,5-4 V pp e una frequenza che va da 100 Hz a 5 MHz durante gli esperimenti, come mostrato in Figura 2 D. </li></ol></li></ol> 2. Preparazione dei campioni <ol><li> Preparazione delle particelle di Janus <ol><li> Centrifugare la sospensione acquosa di particelle di silice da 2 μm (10% w / w) a 2.200 xg per 1 min. </li><li> Pipettare 2 μL di particelle di silice sedimentaria in un tubo di microcentrifuga da 1,5 ml e aggiungere 500 μl di etanolo (99,5% v / v). NOTA: il supernatante non ha bisogno di essere scartato; Basta salvarlo in frigorifero a 4 ° C. Non è necessario essere risospesi prima della pipettinag. </li><li> Sonicare la sospensione di particelle di etanolo-silice utilizzando un ultrasonator (43 kHz, 50 W) per 1 min e poi centrifugare a 2.200 xg per 3 min. </li><li> Sostituire il surnatante con 500 μl di etanolo e ripetere la fase 2.1.3 tre volte. </li><li> Sostituire il supernatante con 8 μl di etanolo e sonicare la sospensione di particelle di etanolo-silice usando un ultrasonator (43 kHz, 50 W) per 3 min. NOTA: Circa 10 μL di sospensione di particelle di etanolo-silice dovrebbe rimanere nel tubo a questo punto. </li><li> Pipettare 2 μL di sospensione di particelle di etanolo-silice e farla cadere su una normale vetrata di vetro (larghezza: 25 mm, lunghezza: 75 mm e spessore: 1,2 mm) per formare una goccia. Nota: questa quantità di sospensione di particelle è sufficiente per preparare i monostrati per 5-6 diapositive (2 μL per ogni diapositiva). </li><li> Portare lentamente la gocciolina di particelle di etanolo-silice con un vetro di copertura per formare un monostrato di particelle di silice ( Figura 3 </stRong&gt; A ). </li><li> Mettere il vetrino con il monostrato di particelle di silice in un dispositivo di sputtering da rivestire con Au. <ol><li> Rimuovere l&#39;aria dalla camera di sputter a 100 mTorr e iniettare l&#39;argon per 10 minuti (sostituire l&#39;aria con argon). Interrompere l&#39;iniezione di argon e quindi rimuovere l&#39;argon dalla camera a 70 mTorr. </li><li> Impostare la corrente a 15 mA per 200 s. ( Figura 3 B ); Le particelle di Janus sono già preparate a questo punto. </li></ol></li><li> Far cadere 20 μL di acqua di DI sullo scivolamento sputtered e raschiare le particelle Janus dal monostrato utilizzando una normale pipetta 200 μL. NOTA: Le particelle di Janus raschiate dal monostrato sospendono nella gocce d&#39;acqua di DI a questo punto. </li><li> Pipettare la gocciolina di sospensione della particella di Janus e farla cadere in un altro tubo centrifuga da 1,5 ml. </li><li> Utilizzare la sospensione di particelle di Janus per preparare il campione dilutandolo con acqua di DI in un opportuno concentratoPer esperimenti. NOTA: La concentrazione della sospensione di particelle negli esperimenti qui descritti è di circa 2.000 conteggi / μL. </li></ol></li><li> Preparazione di particelle metalliche completamente rivestite 14 <ol><li> Mescolare la base polimerica PDMS e l&#39;agente di tamponamento ad un rapporto peso 10: 1. </li><li> Nastri intorno alla vetrata in vetro per formare le pareti laterali del contenitore. Versare la miscela di PDMS su una diapositiva incollata per ottenere uno strato PDMS di 2-3 mm, come mostrato nella Figura 4 A. </li><li> Mettere la diapositiva (contenitore) con la miscela PDMS in una camera ermetica e eseguire la pompa a vuoto per 30 minuti per rimuovere le bolle nella miscela PDMS. </li><li> Mettere nel forno la lastra (contenitore) con la miscela PDMS (punto 2.2.3). Cura la miscela PDMS a 70 ° C per 2 ore per formare un timbro PDMS. </li><li> Dopo che il timbro PDMS è curato, rimuovere la diapositiva e il nastro per ottenere il timbro PDMS, la superficieDi cui originariamente fissato allo scivolo in vetro, formando una superficie piana, come mostrato in Figura 4 B. </li><li> Seguire i passaggi da 2.1.1-2.1.8 per preparare un monostrato di particelle Janus su una diapositiva. </li><li> Utilizzare la superficie piana del timbro PDMS per timbrare il monostrato con pressione uniforme. </li><li> Inserire il timbro PDMS con il singolo strato di particelle di Janus, invertito dalla vetrata in fase 2.1.8, nel dispositivo di spruzzatura da rivestire con Au. <ol><li> Rimuovere l&#39;aria dalla camera di dispersione a 100 mTorr e iniettare l&#39;argon per 10 minuti (sostituire l&#39;aria con argon). Interrompere l&#39;iniezione di argon e quindi rimuovere l&#39;argon dalla camera a 70 mTorr. </li><li> Impostare la corrente a 15 mA per 200 s ( Figura 4 C ); Le particelle metalliche completamente rivestite sono già preparate a questo punto. </li></ol></li><li> Seguire i passaggi da 2.1.9-2.1.11 per preparare il campione per gli esperimenti. </li> &lt;/ Ol&gt; </li></ol> 3. Esperimenti per la misurazione elettrokinetica CA <ol><li> Avvolgere 5 pezzi di paraffina per preparare un distanziatore. Unire l&#39;array elettrodo ITO con il distanziatore di pellicola dello spessore di 500 μm utilizzando una pistola a caldo e posizionare l&#39;elettrodo sullo stadio del microscopio. <ol><li> Far cadere 8 μL di sospensione di particelle, che è stata preparata nei punti 2.1 e 2.2, al centro dell&#39;array di elettrodi a croce. Posizionare un vetro di copertura sul distanziale. </li></ol></li><li> Per gli esperimenti EROT, sul generatore di funzioni, impostare lo spostamento di fase tra i 2 canali a 90 °. Applicare un&#39;onda sinusoidale all&#39;ampiezza di tensione 0,5-4 V pp e una frequenza che va da 100 Hz a 5 MHz durante gli esperimenti (sulla base della connessione nei passaggi 1.2.2-1.2.3). <ol><li> Scegli la forma d&#39;onda facendo clic sul pulsante &quot;waveform&quot; sul generatore di funzioni. Immettere il valore della tensione e della frequenza utilizzando i tasti numerati sulla funzione geNerator e quindi accendere il segnale AC cliccando sul pulsante &quot;output&quot;. </li></ol></li><li> Per gli esperimenti DEP, impostare lo spostamento di fase tra i 2 canali a 0 °. Applicare un&#39;onda sinusoidale all&#39;ampiezza di tensione di 0,5-4 V pp e una frequenza da 100 Hz a 5 MHz durante gli esperimenti (in base alle connessioni nel punto 1.2.5) impostando il generatore di funzioni come nel punto 3.2.1. </li><li> Accendere il segnale AC facendo clic sul pulsante &quot;Output&quot; e catturare le immagini del movimento e della rotazione delle particelle in un microscopio ottico invertito con un obiettivo 40X e NA 0,6 utilizzando una telecamera. </li><li> Inserisci le immagini del movimento e della rotazione delle particelle nel software e analizza la traiettoria delle particelle mediante il monitoraggio delle particelle per ottenere le particelle e le velocità angolari. Nota: il software &quot;Image J&quot; e il suo plug-in &quot;MultiTracker&quot; sono stati usati qui per la binarizzazione delle immagini e il monitoraggio delle particelle. </li></ol>

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Gli autori non hanno niente da rivelare.

La fabbricazione di matrici di elettrodi ITO che utilizza la macchina di marcatura laser a fibre fornisce un metodo rapido per la preparazione di elettrodi con schemi arbitrari. Tuttavia, ci sono ancora alcuni svantaggi a questo metodo, come ad esempio meno caricatori di carica e la precisione di fabbricazione degli elettrodi ITO rispetto agli elettrodi metallici creati con metodi tradizionali. Questi svantaggi potrebbero limitare alcuni esperimenti. Ad esempio, meno carichi di carica potrebbe influenzare la distribuzio...

Le particelle di Janus, chiamate dal dio romano con un doppio volto, sono particelle asimmetriche le cui due parti hanno proprietà superficiali fisicamente o chimicamente diverse 1 , 2 . A causa di questa caratteristica asimmetrica, le particelle di Janus presentano risposte particolari in campi elettrici, come DEP 3 , 4 , 5 , 6 , EROT 2 e elettroforesi a carica indotta (ICEP) 7 , 8 , 9 . Recentemente, sono stati riportati diversi metodi per la preparazione di particelle di Janus, tra cui il metodo di emulsione Pickering 10 , il metodo di co-gettatura elettroidrodinamica 11 e il metodo di fotopolimerizzazione microfluidica 12 . Tuttavia, questi metodi richiedono una serie di compApparecchi e procedure. Questo articolo introduce un metodo semplice per preparare particelle Janus e particelle metalliche completamente rivestite. Viene preparato in un processo di essiccazione un monostrato di particelle di silice microscaled e viene messo in un dispositivo di sputtering da rivestire con Au. Un emisfero della particella è ombreggiato e solo l&#39;altro emisfero è rivestito con Au 2 , 13 . Il monostrato della particella di Janus è stampato con un timbro di polidimetilsilossano (PDMS) e poi trattato con un secondo processo di rivestimento per la preparazione di particelle metalliche completamente rivestite 14 . Per caratterizzare le proprietà elettriche di una particella di Janus, sono state ampiamente utilizzate diverse risposte elettriciniche AC, quali DEP, EROT e elettro orientamento 9 , 15 , 16 , 17 , 18 <sUp, 19 . Ad esempio, EROT è la risposta rotazionale dello stato stazionario di una particella sotto un campo elettrico rotazione esterno 2 , 9 , 15 , 16 . Misurando l&#39;EROT, è possibile ottenere l&#39;interazione tra il dipolo indotto delle particelle e i campi elettrici. DEP, che nasce dall&#39;interazione tra i dipoli indotti e un campo elettrico non uniforme, è in grado di portare a movimenti di particelle 3 , 4 , 5 , 9 , 15 . Possono essere attratti diversi tipi di particelle (DEP positivi) o respingere (DEP negativo) i bordi dell&#39;elettrodo, che funge da metodo generale per manipolare e caratterizzare le particelle nel dispositivo microfluidico. La traslazione (DEP) e la rota<html> (EROT) della particella sotto il campo elettrico sono dominate dalla parte reale e immaginaria del fattore Clausius-Mossotti (CM) rispettivamente. Il fattore CM dipende dalle proprietà elettriche delle particelle e del liquido circostante, rilevate dalla frequenza caratteristica, ω c = 2σ / aC DL , DEP e EROT, dove σ è la conducibilità del liquido, a è il raggio delle particelle, E C DL è la capacità del doppio strato elettrico 15 , 16 . Per misurare l&#39;EROT e il DEP delle particelle, sono necessari schemi di matrice di elettrodi appositamente progettati. Tradizionalmente, una tecnica fotolitografica viene utilizzata per creare matrici di elettrodi e richiede una serie di procedure complicate, tra cui il rivestimento a spessore fotoresistivo, l&#39;allineamento maschera, l&#39;esposizione e lo sviluppo 15 , 18 ,S = &quot;xref&quot;&gt; 19 , 20 . In questo articolo, la rapida fabbricazione di array di elettrodi è dimostrata dal patterning ottico diretto. Uno strato ITO a film sottile trasparente, rivestito sul substrato di vetro, viene parzialmente rimosso da una macchina di marcatura laser a fibre (1,064 nm, 20 W, da 90 a 120 ns di larghezza di impulso e frequenza di ripetizione da 20 a 80 kHz) per formare Un array elettrodo a quattro fasi. La distanza tra gli elettrodi diagonali è di 150-800 μm, che può essere regolata in base agli esperimenti. L&#39;array elettrodo a quattro fasi può essere utilizzato per caratterizzare e concentrare le particelle in diversi dispositivi microfluidici 15 , 16 , 18 . Per generare il campo elettrico a quattro fasi, l&#39;array elettrodo è collegato a un generatore di funzioni a due canali ea due inverter. Lo spostamento di fase tra gli elettrodi adiacenti è impostato a 90 ° (per EROT) o 180 ° (per DEP) 15 . Il segnale AC viene applicato ad un&#39;ampiezza di tensione da 0,5 a 4 V pp e la frequenza varia da 100 Hz a 5 MHz durante il processo di funzionamento. Le particelle di Janus, particelle metalliche e particelle di silice vengono utilizzate come campioni per misurare le loro proprietà elettrokinetiche AC. Le sospensioni delle particelle sono poste sulla regione centrale dell&#39;elettrodo e sono osservate sotto un microscopio ottico invertito con un obiettivo 40X e NA 0,6. Il movimento e la rotazione delle particelle vengono registrati con una fotocamera digitale. Il movimento DEP viene registrato nella regione anulare, tra 40 e 65 μm radialmente lontano dal centro di matrice e EROT viene registrato nella regione circolare, 65 μm radialmente lontano dal centro di matrice. La velocità delle particelle e la velocità angolare vengono misurate con il metodo di monitoraggio delle particelle. I centroidi delle particelle sono distinti dalla scala di grigi o dalla geometria delle particelle usando il software. La velocità delle particelle e la velocità angolare sono ottenute daMisurando i movimenti dei centroidi delle particelle. Questo articolo fornisce un metodo semplice per fabbricare rapidamente array di elettrodi arbitrariamente modellati. Introduce la preparazione di particelle metalliche completamente o parzialmente rivestite, che possono essere utilizzate in diversi campi, con impieghi che vanno dalla biologia alle applicazioni industriali.

<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

Questo articolo fornisce un metodo semplice per preparare particelle metalliche parzialmente o completamente rivestite e per eseguire la rapida fabbricazione di array di elettrodi, che possono facilitare esperimenti elettrici in dispositivi microfluidici. Le particelle di Janus sono particelle asimmetriche che contengono due proprietà di superficie diverse dalle loro due parti. Per preparare le particelle di Janus, un monostrato di particelle di silice viene preparato mediante un processo di essiccazione. L&#39;oro (Au) viene depositato su un lato di ciascuna particella usando un dispositivo di sputtering. Le particelle metalliche completamente rivestite vengono completate dopo il secondo processo di rivestimento. Per analizzare le proprietà delle superfici elettriche delle particelle di Janus vengono eseguite misure di elettrokinetica a corrente alternata (AC), quali dielettroforesi (DEP) e elettrorotazione (EROT), che richiedono matrici di elettrodi specificamente progettate nel dispositivo sperimentale. Tuttavia, i metodi tradizionali per la fabbricazione di array di elettrodi, come la tecnica fotolitografica, richiedono una serieDelle procedure complicate. Qui introduciamo un metodo flessibile per realizzare un array elettrodo progettato. Un vetro di ossido di indio (ITO) è modellato da una macchina di marcatura laser a fibre (1,064 nm, 20 W, da 90 a 120 ns di larghezza di impulso e da frequenza di ripetizione impulsiva da 20 a 80 kHz) per creare un array elettrodo a quattro fasi. Per generare il campo elettrico a quattro fasi, gli elettrodi sono collegati ad un generatore di funzioni a due canali ea due inverter. Lo spostamento di fase tra gli elettrodi adiacenti è impostato a 90 ° (per EROT) o 180 ° (per DEP). Sono presentati i risultati rappresentativi delle misurazioni elettriciniche AC con un array di elettrodi ITO a quattro fasi.

L&#39;array elettrodo a quattro fasi è creato da una macchina di marcatura laser a fibre. Lo strato conduttivo ITO rivestito sul vetro viene rimosso da un laser di messa a fuoco per formare uno schema a croce con uno spazio di 160 μm, come mostrato in Figura 1 B. <img alt="Figura 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55950/55950fig1.jpg" /> Figura 1...

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

In questo articolo è stato dimostrato un metodo semplice per la preparazione di particelle metalliche parzialmente o completamente rivestite e per eseguire misure di proprietà elettrokinetiche AC con un complesso di elettrodi di ossido di indio (INDO) in rapida fabbricazione.

Preparazione delle particelle di Janus e delle misurazioni elettrokinetiche di corrente alternata con una matrice di elettrodi di ossido di stagno di indio rapidamente fabbricata

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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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

Caratterizzazione di materiali per elettrodi per batterie agli ioni sodio e ioni di litio utilizzando tecniche Synchrotron Radiation

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

Ricerca

Ingegneria

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.

Riduttiva elettropolimerizzazione di un Poly-piridil Complex-vinile contenente on Glassy carbonio e fluoro-drogato Tin Oxide Elettrodi

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

Chimica

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.

Cellule patterning su elettrodi Tin otticamente trasparente di ossido di indio

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

Biologia

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.

Fenomeni AC elettrocinetico Generato da strutture microelettrodo

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.

Caratterizzazione di trasporto dell'elettrone attraverso biofilm vivente

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.

Una piattaforma basata su impedenza ad alte prestazioni per l&#39;evaporazione tasso di rilevamento

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.

Metodi sperimentali per intrappolare gli ioni utilizzando microfabbricati trappole ioniche in superficie

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.

Focused Ion Beam fabbricazione di Nanobatteries basati su LiPON litio allo stato solido per test 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.

Un metodo per la sistematica elettrochimici ed elettrofisiologiche di valutazione dei neurali registrazione elettrodi

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

Neuroscienze

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.

Esecuzione di reazioni di gas a celle chiuse in situ nel microscopio elettronico a trasmissione

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