介电湿润芯片上液滴从静止到运动的机理

针对介电湿润芯片上液滴在电场作用下的运动过程,对液滴从静止到运动的机理进行了研究。根据电磁极化原理并结合克劳修斯-莫索提方程对固液接触面的极化机理进行了研究,在极化性与介电常数之间建立了一个连接。应用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对芯片中的电场进行建模和数值仿真,分析了芯片中电场强度和麦克斯韦应力张量对液滴受力的影响,建立了液滴内部流体静压力差公式,分析了液滴的运动过程和机理。最后,通过实验验证了液滴的运动过程。

基于等效电容的介电湿润芯片液滴位置检测方法

数字微流控技术在操作单个微液滴方面所表现出的独特优势使其得到了广泛关注与应用,但数字微流控系统中针对芯片上液滴的位置缺少反馈就会发生液滴不能成功被驱动的现象,致使液滴不能够完成规划的路径。本文采用基于等效电容的液滴位置估算检测原理,系统以相邻两个驱动电极与液滴所构成的等效电容为反馈控制对象,该位置估算原理具有无量纲属性,与液滴的组成成分无关,适用性更加广泛。实验结果表明,基于等效电容的液滴位置估算检测原理和装置能极大地提高液滴连续运动的成功率,从而使液滴能够按照规划好的路径运动到既定目的地。

双胞胎结构介电湿润芯片的设计与实验

基于介电湿润效应的数字微流控技术在操作单个微液滴方面所表现出的独特优势使其已在生物、医学及化学等领域得到了广泛关注与应用.数字微流控芯片中较高的驱动电压不但容易使芯片的介电层被击穿,而且较强的电场会给液滴中的活性物质带来不可逆的损伤,因此,降低介电湿润芯片的驱动电压是很有必要的.通过理论分析得到由2块相同单极板共平面芯片构成的双胞胎结构芯片不但能获得较大的介电驱动力,而且临界驱动电压更低.实验结果表明采用双胞胎结构设计的芯片不仅能提高液滴的平均运动速度,而且可以有效地降低驱动电压,特别是在较低驱动电压时可获得更优的液滴驱动效果.