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非对称交流电渗透驱动微流体技术探讨

发布时间:2019-04-26 00:28:06 文章来源:未来智讯    

李岸

摘要:微流体驱动和精确抓取是微流控芯片系统的一个重要分支。 该项目对不对称交流电渗透进行了讨论,以驱动水溶液。 设计并加工了以石英玻璃为基体,金为非对称微电极材料的微电极芯片。 通过选择聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制备微通道。 讨论了不对称交流电渗驱动器。 讨论了电极尺寸,电导率,交流频率和电压对水溶液交流电渗驱动的影响。 试验结果为微流体的精确驱动和掌握提供了基础。

关键词:交流电渗; 微流控; 非对称交流电极放置

中图分类号:TG39文献标识码:A文章编号:1671-2064(2018)22- 0254-03

自微电子机械有重大突破 系统(MEMS)技术在20世纪70年代,微流体系统一直与科学界接触。 关心。 微流体系统是一门专注于化学和生物学的高科技技术。 通过解决系统中微通道中流体的操纵,微流体系统可以完成芯片中样品,混响或离散样品的包含,并分析各种功能,包括检测精神。 它还辅以实验装置,如微型泵和微型阀门。 微流控芯片系统具有普遍的实用性和高工业主动性。

日益成熟的驾驶员和掌握微流体技术一直是微流体系统的关键技能。 微体控制系统中的装置特征尺寸小于1mm,并且微流体系统需要精确地掌握微通道中的微流体。 微流体驱动技术已成为芯片试验室的重要分支之一。

随着微流体技术的发展,流体力学界开发了多种驱动微流体技术的方法。 最常见的是微泵驱动器,即压力驱动方法和电渗驱动器。 。 虽然经过多年的发展,微型泵驱动的支柱已经有效,一些集成的流量传感器已经能够准确地掌握必要水平的微流体,但微机泵中包含的可移动微型元件 仍然存在于制造过程中。 混乱和价格问题很高。 基于电场机制的微流体操作可以实现低功耗,高效率和易于集成。 因此,近年来,流体力学工业一直关注基于电场机制控制微流体的要点。

基于电场机制的微流体主要分为两类,即直流电渗透(DCEO)和交流电渗透(ACEO)。 自上世纪初以来,关于处理交流电渗的讨论数量持续增加,引起广泛关注。 交流电渗所驱动的微流体波动​​是恒定的,流线是平坦的。直,不易产生电解混响,驱动电压低(周数是几伏),不易起泡,易于集成到芯片试用室系统中。 相比之下,在直流电渗的驱动下,多次需要高达千伏和高压,解决方案更容易产生电解混响和大量电加热气泡,影响微流体波动​​的不变性 。 而且由于电压非常大,直流电渗驱动器存在一定的隐患,这受到实际限制。 总的来说,在微流体驱动技术领域,交流电渗驱动微流体比直流电渗更具吸引力,专家已经加倍。 目前,低电导率流体在低频条件下被驱动,并且AC电渗已经是主要的驱动模式。

1998年发现了AC电渗的外观。西班牙科学家A. Romas等人。 在试图发现交流电渗的现象,表明电渗外观不仅存在于直流电场中,因此学术界已开始进行交流电渗微流体驱动。 可以看出,在这个时间点,关于交流电渗透的讨论将会越来越多。 三种主要的AC电渗流速的公式仅在7年内给出。 A. Romas自己在1999年提出了经典的AC电渗流速公式.19剑桥大学的ABD Brown在2000年提出了不对称的经典AC电渗流速公式,Brian P. Cahill等人。 行波交流电渗流量计算公式。 2008年,韩国科学家Sangmo Kang和Suh提出了一种三层模具。 2009年,桑莫认为电极外部的粗糙度成为影响因素,从而纠正了局部电渗流速的理论。 2010年,哈尔滨工业大学机电工程学院,浙江大学流体动力传动中心蒋宏远,江洪源,李珊珊等人讨论了交流电渗的流速,受微观影响 不对称电极的地形,然后再次修改。 地方理论。 除了理论讨论之外,SchaSfoort等人在1999年发表在Science杂志上的论文中提出了“流体场效应晶体管(FlowFET)”。 流场效应晶体管的功能类似于微电子中的场效应晶体管的功能。 它能够确定电渗驱动切换并掌握微通道中微流体的波动。 这种把握首先取决于潜在差异的应用。

本研究的目的是分析国家表中交流电渗驱动微流体的基本原理,并分析影响不对称电极驱动的交流电渗的主要因素。 该尝试旨在为非对称交流电渗技术在微流体驱动和控制中的进一步应用提供理论和实验基础。

1尝试

1.1芯片设计处理

芯片设计如图1所示,由中国科学院高能物理研究所处理。 该芯片使用石英玻璃作为基板材料,并以金为材料。极端材料确保导电性。 尝试选择PDMS,即聚二甲基硅氧烷(Dow Corning Sylgard-184,USA)材料,制备高度为500μm,宽度为800μm的微通道,并使用环氧树脂粘附微通道和微电极芯片,形成完整的交流电渗透。 驱动芯片。

1.2尝试必需品

尝试使用水溶液进行AC电渗驱动尝试,在水溶液中加入KCl以调节电导率,并通过以下方法测量水溶液的电导率 电导率仪(DDSJ-308F,上海)雷磁公司)调查,增加1微米聚苯乙烯颗粒直径(7-3-0100,天津贝斯勒色谱技术开发中心)作为示踪颗粒。 尝试将溶液注入AC电泳驱动芯片的微通道,并使用信号发生器(TGA1244,TTi,UK)在微电极上应用正弦交流信号,使用显微镜(XSP-22AY,上海光学仪器厂号 .6)来看看微流体环境。 将粒子运动环境记录为视频,然后将视频转换为图片,并处理粒子运动数据。 选择大电极外30μm范围内的颗粒来测量流体速度,所用的CCD为25帧/秒。

2游戏和评论辩论

图2是AC电渗驱动流体的示意图。 从图中可以清楚地看出,在施加AC电压之后,红色圆圈处的颗粒相对移动。 图3显示了针对各种尺寸的AC电渗驱动器的尝试。 在1000Hz的交流电频率下,尺寸1的微流体的流速达到3.889±1.179μm/ s的峰值; 在900Hz的交流电频率下,尺寸2的微流体的流速达到3.778±1.069μm/ s的峰值; 尺寸为3的微流体在1000Hz的交流电频率下,流速达到峰值3.556±1.152μm/ s。 从比较中可以看出,由AC电渗所驱动的水溶液的流速在尺寸1中是最快的,但尺寸比对AC电渗的驱动速度的影响不显着。

图4和图3(a)显示了在各种电导率水平下驱动AC电渗的尝试。 在电导率为6.0μs/ cm的前提下,在300Hz的交流电频率下,微流体的流速达到峰值5.222±1.217μm/ s; 电导率为10.04μs/ cm(即图3(a)),微流体在1000Hz的交流电频率下,流速达到3.889±1.179μm/ s的峰值; 在电导率为20.3μs/ cm的前提下,在500Hz的交流电频率下,微流体的电导率达到4.000±0.824μm/ s的峰值。 根据比较,AC电泳驱动的水溶液在电导率为6.0μs/ cm的前提下具有最快的怠速。

图5显示了以电压为变量驱动交流电渗的尝试。 在5V的AC电压下,微流体流速达到3.222±1.138μm的峰值。探索低碳经济和林业资源的发展。 光催化净化甲醛的效率。 热回收系统中汽包运行的关键点。 易于种植的植物(北方)去除甲醛,并讨论水利建设对生态条件的影响。
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