微通道内诱导电渗流样品聚焦方法

介绍了一种在微通道内基于直流诱导电渗流的样品聚焦方法。在样品微通道两侧壁面布置一对平行金属板,当通道两端施加一定的直流电压时,金属壁面处会形成涡流并挤压样品流动,从而实现聚焦。数值模拟研究表明:当金属壁面尺寸一定时,样品聚焦宽度随外加电场强度的增加而减小,聚焦长度随外加电场强度的增加而增大;当外加电场强度一定时,样品聚焦宽度随金属壁面尺寸的增加而减小,聚焦的长度随金属壁面尺寸的增加而增大;获得相同的聚焦宽度时,采用本方法所产生的焦耳热远低于传统电动聚焦所产生的焦耳热。与传统聚焦方法相比,本方法极大地简化了芯片结构并缩小了系统尺寸,同时降低了焦耳热效应对生物样品的影响,具有较好的应用前景。

基于光诱导电渗流的碳纳米颗粒自动化装配

碳纳米颗粒作为一种新颖的纳米材料,在生物医学以及工业领域等具有重要应用价值。然而如何自动化的操控以及装配碳纳米颗粒仍然是难题。为此,文中提出了一种将光诱导交流电渗流应用于碳纳米颗粒的自动化装配的新方法。在分析了光诱导非均匀电场环境下碳纳米颗粒纳观尺度受力的基础上,率先建立了光诱导交流电渗流的滑移速度理论模型以及驱动交流电压频率模型,并利用有限元仿真软件Comsol Multiphysics仿真分析了光诱导交流电渗流的在整个空间的速度场分布,获得了光诱导交流电渗流起主导作用的有效频率范围,并得到其最优交流电压驱动频率为1 kHz,进而对操作机理进行了深入解释。50 nm碳颗粒的装配实验结果证明,光诱导交流电渗流方法可以成功应用于碳纳米颗粒的自动化操控与装配。同时,实验结果还表明光诱导交流电渗流方法在3D纳米结构以及纳米器件构建方面具有重要的应用前景。

微通道内非对称诱导电渗流与定比例颗粒聚集

针对生化检测仪器传统样品处理过程中的耗量大、时间长等问题,设计了基于诱导电渗的微流控芯片,利用微通道内的非对称电渗漩涡实现宽、窄电极上浓度成比例的颗粒聚集。采用COMSOL求解非对称漩涡的流动特性与颗粒的受力,提出了适宜颗粒聚集的理想滑移速度轮廓。通过研究主要参数对滑移轮廓的影响,预测了芯片的工作区间。实验证明:在此区间内,颗粒聚集比例与电极宽度比一致,且响应快速,易于调控,可进一步生成多级浓度颗粒流。

基于双电场叠加效应的诱导电荷电渗调控方法

为了从多种细胞群体中提取纯净细胞群或者从复杂的样本中提取所需成分,提出了一种基于双电场叠加效应的诱导电荷电渗调控新方法,研究诱导电荷电渗漩涡的重塑机理及其颗粒操控性能.首先,建立多物理场耦合仿真模型并研究双电场叠加作用下诱导电荷电渗漩涡的非对称演变机理.其次,设计并加工颗粒操控器件,搭建颗粒操控实验系统.然后,研究不同电压下非对称诱导电荷电渗漩涡对单种颗粒的聚集和纵向偏移特性.最后,研究非对称诱导电荷电渗漩涡对不同颗粒的聚集和分离特性.结果表明:此方法能够以简单的控制方式实现微尺度颗粒的聚集、偏移和分离,其在环境检测、疾病诊断领域方面具有巨大的应用潜力.

一种基于诱导电渗流的微型换向阀

设计分析一种基于诱导电渗流的微型换向阀。在入口通道和出口通道的壁面拐角处布设一定尺寸的金属板,当通道两端施加一定的电压后,金属壁面产生诱导电渗流,形成两个旋转方向相反的涡流,当电压增大到一定值时,在两个涡流的共同作用下,流体会全部从另外一个出口流出。数值模拟研究表明:要获得完全的流向转换,当入口通道和出口通道金属壁面尺寸相同时,所需外加电压随金属壁面尺寸的增大而减小;当出口通道金属壁面尺寸一定时,所需外加电压随入口通道金属壁面尺寸的增大而减小;当入口通道金属壁面尺寸一定时,所需外加电压随出口通道金属壁面尺寸的增大先减小后增大;当入口通道和出口通道金属壁面尺寸一定时,所需外加电压随非金属壁面固有zeta电势绝对值的减小而减小。与传统微阀相比,该微阀不需要任何机械部件,只需在通道拐角处布置一定尺寸的金属板就可实现流向转换,可方便地布设在各种微通道内,具有较好的应用前景。

偶极直流电渗场效应晶体管及其在微流控中的应用

从电动力学的角度提出了一种新的偶极直流电渗场效应控制方法。在薄层近似和低压极限下建立数学模型,验证偶极直流流动场效应晶体管结构在微米尺度进行流体电动操纵的可行性。采用两组并排反极性栅电极对的集成器件设计,建立了一种用于全电动驱动分析物处理的微器件模型,通过使用较小的栅极电压便可获得液体混合物,从而在小Dukhin数下产生较少的不利影响。该项技术在现代微流控系统中开发全自动液相执行器等方面具有应用价值。

表面镀金微球电动旋转操控

表面为良导体微球的电动旋转研究是一项对无标记生物传感器开发等领域具有重要意义的新技术,未见相关报道.采用化学镀金方法,分别在直径为15和25μm的聚苯乙烯微球表面包裹一层厚度约50 nm的金膜,并将此表面镀金微球作为研究对象,进行电动旋转实验研究.实验结果表明,低频段(100 Hz^100 kHz)表面镀金聚苯乙烯微球作与电场反向的电动旋转运动,且相同条件下,对应最大旋转速度高于表面未修饰聚苯乙烯微球.以行波交流电渗及诱导电渗理论为基础,对表面镀金聚苯乙烯微球的电动旋转现象进行定性分析,并通过纳米荧光粒子实验表征镀金微球周围的流体流动现象,验证了定性分析的合理性.推导了行波交流电渗导致的表面镀金聚苯乙烯微球的电动旋转速度公式,并与实验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性.