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。

基于电渗流驱动的涡流诱导微混合器

以电渗流为驱动,设计出一种采用涡流诱导增强混合的微米级混合器。通过控制混合方腔上下壁面电渗流的大小和方向,可诱导腔内流体产生不同的涡流形态,本文重点研究电渗流驱动下形成一个涡流和两个涡流时的混合特性,称相应涡流形态诱导混合下的模式为单涡模式和双涡模式,并采用数学模拟方法定量地研究了两种混合模式下典型的稳态特性和动态特性。研究结果表明:所设计的混合器具有流道短、结构简单,调控方便,可实现高效、连续和稳定的混合等特点;两种混合模式中,双涡诱导混合模式具有更好的应用价值。

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。

电驱动微流体粒子图像测试系统

为了研究微米量级管道机械特性对小雷诺数流体运动传质机理的影响,建立了电驱动微流体粒子图像测试系统,系统包括倒置荧光显微镜、致冷图像传感器、微流体驱动高压电源及微流场位移矢量识别算法.通过实验测试及理论分析给出了系统的关键技术参数;通过测量示踪粒子表面电荷特性,以消除粒子电泳运动对电驱动流体PIV方法产生的测量偏差;测量了水力直径为30μm微管道中电渗流场,测量结果与理论分析的塞状流型一致;分析了布朗运动、粒子电泳运动以及相关算法误差,对粒子图像测速方法不确定度的影响.

科技期刊亮点

中国科学院沈阳自动化研究所粱文蜂等提出一种基于光诱导交流电渗流的碳纳米颗粒自动化装配新方法。相关研究成果发表在5月4日出版的《科学通报》杂志上。