介電泳驅(qū)動球形粒子的運動速度及其影響因素研究.pdf

1、介電泳是微流控系統(tǒng)中實現(xiàn)粒子操控的最關(guān)鍵技術(shù)之一,它可以有效實現(xiàn)微納米粒子的精確定位、分離、富集、捕捉與輸送等。在有關(guān)介電泳的基礎(chǔ)科學問題研究中,其速度的計算與測量仍是一個瓶頸問題,如何合理分析并利用速度的影響參數(shù),提高介電泳的操控效率,對于微流控中粒子的精確操縱具有重要意義。
　　本文以介電泳驅(qū)動球形粒子的運動特性為主要內(nèi)容,分析了介電泳的作用機理,推導球形粒子介電泳速度公式,并對其影響因素進行分析,得出結(jié)構(gòu)中的分布是影響速度分

2、布的主要因素的結(jié)論。因此,對其流道結(jié)構(gòu)展開了仿真及實驗研究,得到粒子速度分布較均勻的流道結(jié)構(gòu)。
　　首先在對目前常用的粒子操縱方法及介電泳速度研究現(xiàn)狀進行概述的基礎(chǔ)上,揭示了交流電場中介電泳現(xiàn)象產(chǎn)生的機理,推導了介電泳力公式。以聚苯乙烯微球為例,分析球形粒子在介電泳驅(qū)動下的受力情況,推導其速度公式,分析其影響因素,給出介電泳速度隨溶液電導率、相對介電常數(shù)、電壓及頻率等參數(shù)的變化曲線,并得出芯片結(jié)構(gòu)中的分布是影響粒子速2度分布的最主

3、要因素的結(jié)論,為后續(xù)仿真及實驗研究提供理論依據(jù)。
　　在基本理論分析的基礎(chǔ)上,建立了介電泳的三維靜電場仿真模型,設(shè)定相應的邊界條件,針對目前常用的幾種電極結(jié)構(gòu)進行仿真,得到2 H速度場分布規(guī)律。并以此為依據(jù),以星型電極為基礎(chǔ)設(shè)計了多種流道結(jié)構(gòu),進行介電泳速度仿真,得到較為理想的粒子速度控制流道結(jié)構(gòu)。分析了介電泳速度的評價因素,給出速度與電場電壓的變化曲線。
　　為驗證理論分析及仿真研究的正確性,設(shè)計并加工了以雙曲線電極為基礎(chǔ)