基于誘導(dǎo)電荷電滲的粒子定比例收集機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微流控系統(tǒng)允許大量反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，通過組合多級(jí)濃度反應(yīng)物，可高效篩選最佳反應(yīng)條件。傳統(tǒng)手段不能實(shí)現(xiàn)稀有樣品的微量精密操作，目前亟需多級(jí)濃度的微流控生成方法。多級(jí)濃度生成的核心單元便是定比例粒子收集，而電控誘導(dǎo)電滲流發(fā)生于不加電的懸浮電極表面，電滲規(guī)模依賴于懸浮電極尺寸，因此可實(shí)現(xiàn)數(shù)目成比例的粒子收集。本文擬通過研究誘導(dǎo)電滲流的流動(dòng)特性、電控行為及幾何特征對(duì)粒子收集的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)定比例粒子收集。
　　首先，本文提出了一種基于誘導(dǎo)電滲

2、的定比例粒子收集方法，即在通道內(nèi)施加交變電場，沉積于通道底部的寬、窄金屬片(懸浮電極)激發(fā)非對(duì)稱電滲漩渦，在對(duì)應(yīng)的電極表面上收集到數(shù)目成比例的兩束粒子條帶。
　　其次，基于相量法推導(dǎo)了正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)滑移流速的解析形式，對(duì)微通道內(nèi)的電滲流場數(shù)值求解，揭示了非對(duì)稱微漩渦的產(chǎn)生機(jī)制及其流速分布規(guī)律，闡明了流動(dòng)停滯區(qū)與粒子收集現(xiàn)象的關(guān)聯(lián)特征。研究了誘導(dǎo)電滲的電信號(hào)響應(yīng)特性，結(jié)合其他多物理場-粒子作用機(jī)制，提出了定比例收集模型與適宜于粒子收集的

3、理想滑移流速輪廓。通過變換電壓幅值或頻率搜索盡量逼近理想輪廓的電信號(hào)取值，設(shè)計(jì)了定比例粒子收集實(shí)驗(yàn)的電信號(hào)操作區(qū)間。
　　再次，從實(shí)驗(yàn)器件的關(guān)鍵尺寸入手，提出了漩渦范圍判據(jù)，分析了誘導(dǎo)電滲流的幾何特性，并依托前述結(jié)果設(shè)計(jì)了非對(duì)稱電極系統(tǒng)。通過綜合考慮加工與實(shí)驗(yàn)操作等因素，完善了三組基于非對(duì)稱電極系統(tǒng)的微流控器件總體方案。研究了電導(dǎo)率和壓力驅(qū)動(dòng)流流量等關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)粒子收集的影響，優(yōu)選了參數(shù)取值。針對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)器件的大批量需求，提煉了電

4、極與通道并行的加工路線，大幅提高了制造效率。搭建了具備信號(hào)發(fā)生、微量進(jìn)樣、顯微觀測以及計(jì)算處理等功能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
　　最后通過靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和大跨度濃度三組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并修正了理論模型。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了電信號(hào)工作區(qū)間選取的有效性，通過測量條帶寬度變化為動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了壓力驅(qū)動(dòng)流取值。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)展示了粒子收集器件的電控特性，可作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)與粒子計(jì)數(shù)器構(gòu)建閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過大跨度濃度級(jí)次實(shí)驗(yàn)證明串聯(lián)方式在生成濃度跨度與種類上的優(yōu)越性。因此，電控誘導(dǎo)