封面文章 | 哈佛大学：异质材料分选与3D打印技术实现Au和SiO₂纳米粒子分选

2. 提出了在正常环境条件下，通过微型喷嘴将多种材料进行分类和打印的可行性。

图1描述了用于材料分类和打印的DEPQA平台系统。图1a-c分别显示了附带移液器的QTF-AFM、四极负DEP阱及其整体结构，该装置可以在没有微流体装置或水环境的情况下进行选择性沉积。图1d显示了更详细的结构。利用附带移液器的QTF-AFM可以通过监测非常灵敏的AFM尖端的形变幅度和相位变化来实现纳米到亚纳米尺度的孔口和基板之间的距离控制。此外，QTF作为一种高灵敏度的力传感器，可以测量微/纳米级液体通道的机械性能。在光学显微镜的引导下，移液器的顶点位于间隙的中心，形成四极电极形状，允许材料根据施加的DEP力沉积在不同的位置。图1e显示了具有微观尖端孔径移液器的SEM图像。

为了实现对不同材料的精确分离和异质打印，需要对DEP的参数进行研究调整。图2显示了预设实验参数的模拟结果。图2a显示了100 nm直径二氧化硅纳米粒子的 f_CM频率和实部的计算结果。接近3 MHz的f_CM零点的频率是临界频率，因此粒子被 临界频率以下的PDEP(正介电泳)和临界频率以上的NDEP(负介电泳)吸引。图2c, d 显示了实验方案中PDEP力的陷阱能量与布朗运动能量的关系，方向如图2b所示。最小点出现在①处的移液器的外边缘(图2b中的蓝色箭头)和图2c中②处的基板上电极的边缘(图2b中的红色箭头)。基于x和z方向的结果，可以得出结论，PDEP力指向电极的边缘，而NDEP力指向中心。

图3b-e是实验结果的SEM图像。Au纳米颗粒在图3b中以圆形沉积，可以看作是对基板上电极边缘和移液管圆形顶点的吸引力，也就是PDEP。图3c中二氧化硅纳米粒子的趋势与Au情况相似。不同的浓度和表面活性剂导致两种情况之间的差异。图3d中的二氧化硅纳米粒子聚集在移液管位置的中心，这表明粒子受到电极的排斥力，也就是NDEP。图3e显示了混合溶液的选择性沉积结果。金纳米颗粒(黄色箭头)沉积在电极的两侧，即图2c中的最大值点，二氧化硅纳米颗粒(绿色圆圈)沉积在电极的中心。因此，作者通过预实验确认了使用DEP进行选择性沉积的可行性。这些SEM图像显示，图3中的纳米颗粒明显受到DEP力的影响。

图4显示了选择性沉积粒子的SERS效应应用。作者使用PDEP组合移液器/QTF-AFM进行粒子沉积，并检测其SERS活性。首先在镀金的基板上组装一层4-硝基苯硫醇分子用于拉曼测量。4-硝基苯硫醇的拉曼信号(图4b)仅在金纳米粒子沉积区域的部位检测到(图4a)。此外，在图4c中，拉曼强度与粒子数量的关系线性良好，这表明的金纳米粒子显著增强了SERS效应。由此可见使用DEPQA系统，可以有效地制作富集纳米粒子的SERS平台，并在很小的区域内用溶液量控制SERS活性。图4a显示了富集的纳米粒子就像溶剂干燥过程中的咖啡环效应，在环状边缘聚集。