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介电电泳芯片的结构设计与模拟分析进展 被引量:5
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作者 曾雪 徐溢 +2 位作者 曹强 郝敦玲 吴永杰 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2009年第1期34-40,共7页
综述了国内外微流控芯片介电电泳(DEP)的研究进展和介电电泳芯片的主要结构设计方案。依据芯片电极结构设计的不同,将介电电泳芯片分为阵列电极DEP芯片、抛物线电极DEP芯片、绝缘微柱DEP芯片及其他设计DEP芯片四大类。分别对芯片电极结... 综述了国内外微流控芯片介电电泳(DEP)的研究进展和介电电泳芯片的主要结构设计方案。依据芯片电极结构设计的不同,将介电电泳芯片分为阵列电极DEP芯片、抛物线电极DEP芯片、绝缘微柱DEP芯片及其他设计DEP芯片四大类。分别对芯片电极结构设计所采用的模拟分析进行了归纳和综述,重点探讨了如何通过电场模拟分析手段对芯片结构参数进行优化,分析了流体分布与热效应对芯片效能的影响,列举了不同电极结构设计的DEP芯片的工作效率及实际应用效果。提出了目前采用模拟分析方法进行芯片结构设计存在的问题,进而对基于MEMS技术的DEP芯片的设计和应用前景进行了展望。 展开更多
关键词 介电电泳 微流控芯片 电场模拟 微电极设计 芯片结构优化
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集成阵列叉指电极介电泳芯片粒子分离 被引量:4
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作者 方明 樊磊 +2 位作者 曾一笑 谭秋林 孙东 《微纳电子技术》 北大核心 2016年第7期461-466,共6页
制备了用于粒子分离的集成阵列叉指电极介电泳微流控芯片,该芯片由以玻璃为基底的氧化铟锡(ITO)电极以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流通道构成。采用该芯片测定了聚苯乙烯微球在电导率为1μS/cm的悬浮溶液中在不同频率下的介电泳响应。聚... 制备了用于粒子分离的集成阵列叉指电极介电泳微流控芯片,该芯片由以玻璃为基底的氧化铟锡(ITO)电极以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流通道构成。采用该芯片测定了聚苯乙烯微球在电导率为1μS/cm的悬浮溶液中在不同频率下的介电泳响应。聚苯乙烯微球产生正负介电泳响应的临界频率为20 kHz。当交流电压和频率分别为8Vp-p(峰峰值)和2 MHz时获得最优的粒子分离条件,在此条件下对聚苯乙烯微球和酵母菌细胞进行分离实验。实验结果表明,酵母菌细胞受到正介电泳力的作用,被富集到电极的边缘,而聚苯乙烯微球受到负介电泳力的作用被排斥而远离电极,其分离效率能够达到90%。 展开更多
关键词 阵列叉指电极 介电泳(dep) 微流控芯片 粒子分离 临界频率
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基于介电泳机理的金纳米颗粒传感器装配方法 被引量:2
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作者 王淑娥 曲艳丽 +2 位作者 董再励 杨洋 周磊 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2011年第12期809-815,共7页
研究了一种基于介电泳机理的金纳米颗粒传感器装配方法。在分析介电泳工作原理的基础上,利用Comsol Multiphysics仿真软件,对平面微电极条件下所产生的空间电场进行了建模仿真,研究了金纳米粒子极化模型及相关介电泳频谱特性。设计加工... 研究了一种基于介电泳机理的金纳米颗粒传感器装配方法。在分析介电泳工作原理的基础上,利用Comsol Multiphysics仿真软件,对平面微电极条件下所产生的空间电场进行了建模仿真,研究了金纳米粒子极化模型及相关介电泳频谱特性。设计加工了基于光刻标准工艺和引线键合技术的平面微电极阵列,构建了具有三维位移平台和视频监控装置的介电泳装配实验平台。以250nm金颗粒为实验对象,在理论分析基础上,完成了在微电极阵列上的介电泳组装实验研究,并通过电特性测量验证了组装结果。实验结果表明:金纳米颗粒的介电泳组装效果与介质溶液的电导率、电场频率和幅度、金纳米粒子浓度、电极间隙及作用时间有关,在适宜的条件下,采用介电泳技术可实现对金纳米颗粒的有效操控和纳米器件装配,该方法为纳米传感器的制造提供了一种有效途径。 展开更多
关键词 介电泳(dep) 光刻技术 金纳米颗粒 纳米传感器 纳米器件的组装与装配
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流体排布与介电电泳结合排列组装碳纳米管 被引量:3
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作者 谭苗苗 叶雄英 +1 位作者 王晓浩 周兆英 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2010年第5期389-393,共5页
流体排布和介电电泳是碳纳米管生长后排列组装的两种方法.流体排布可实现基片上较大范围的碳纳米管定向排列,且流体剪切力作用可将弯曲的碳纳米管在一定程度上拉直,但利用流体难以实现在特定位置组装碳纳米管.而介电电泳通过电极上不均... 流体排布和介电电泳是碳纳米管生长后排列组装的两种方法.流体排布可实现基片上较大范围的碳纳米管定向排列,且流体剪切力作用可将弯曲的碳纳米管在一定程度上拉直,但利用流体难以实现在特定位置组装碳纳米管.而介电电泳通过电极上不均匀电场实现碳纳米管在电极间沿电场方向的定向定位排列组装,介电电泳的不足之处在于电泳力难以将弯曲的碳纳米管拉直.本研究结合这两种组装方法的优势,采用流体与介电电泳结合排列组装碳纳米管.通过选择流体流动和电泳参数,流体结合直流或带直流偏置的交流电泳实现了较好的碳纳米管排列组装.与介电电泳组装相比,结合流体能减少碳纳米管之间的粘连,起到梳理拉直的作用,并提高了组装效率;与流体排布相比,结合介电电泳实现了碳纳米管在指定位置的组装. 展开更多
关键词 碳纳米管 组装 介电电泳 流体排布
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Iterative dipole moment method for calculating dielectrophoretic forces of particle-particle electric field interactions
5
作者 Le LIU Chuanchuan XIE +1 位作者 Bo CHEN Jiankang WU 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2015年第11期1499-1512,共14页
Dielectrophoresis (DEP) is one of the most popular techniques for bio-particle manipulation in microfluidic systems. Traditional calculation of dielectrophoretic forces of single particle based on the approximation ... Dielectrophoresis (DEP) is one of the most popular techniques for bio-particle manipulation in microfluidic systems. Traditional calculation of dielectrophoretic forces of single particle based on the approximation of equivalent dipole moment (EDM) cannot be directly applied on the dense particle interactions in an electrical field. The Maxwell stress tensor (MST) method is strictly accurate in the theory for dielectrophoretic forces of particle interaction, but the cumbersome and complicated numerical computation greatly limits its practical applications. A novel iterative dipole moment (IDM) method is pre- sented in this work for calculating the dielectrophoretic forces of particle-particle inter- actions. The accuracy, convergence, and simplicity of the IDM are confirmed by a series of examples of two-particle interaction in a DC/AC electrical field. The results indicate that the IDM is able to calculate the DEP particle interaction forces in good agreement with the MST method. The IDM is a purely analytical operation and does not require complicated numerical computation for solving the differential equations of an electrical field while the particle is moving. 展开更多
关键词 dielectrophoresis dep equivalent dipole moment (EDM) particle inter-action Maxwell stress tensor (MST) iterative dipole moment (IDM)
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Micropaticle transport and deposition from electrokinetic microflow in a 90° bend
6
作者 张凯 邢彦华 +2 位作者 田福真 严微微 秘晓静 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2013年第4期535-541,共7页
In this study, the irreversible deposition of microparticles from electrokinetic microfluidic flow in a 90° bend was exami- ned both computationally and theoretically. The flow and electric fields were firstly si... In this study, the irreversible deposition of microparticles from electrokinetic microfluidic flow in a 90° bend was exami- ned both computationally and theoretically. The flow and electric fields were firstly simulated by the finite volume method, and then a large number of microparticles were injected and traced by the one-way coupling Lagrangian model, incorporating the electrical, hydrodynamic and near-wall repulsive forces exerted on the microparticles. The simulation results indicate that the microparticles with larger size are repelled to close to the upper region of the outer wall under the effect of dielectrophoresis (DEP) force, and the near-wall repulsive force which prevented particles from colliding with the wall would decrease the particles' ultimate deposition efficiency. In addition, the specified exponential relationship between the particle deposition efficiency and its relaxation time or par- ticle Stokes number are theoretically derived when the near-wall repulsive force is considered or not. 展开更多
关键词 deposition efficiency ELECTROPHORESIS dielectrophoresis dep Stokes number
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Studies of Dielectrophoretic Spectra of Levitated Tobacco Leaf Protoplast
7
作者 汪和睦 杭军 《Science China Chemistry》 SCIE EI CAS 1993年第9期1093-1100,共8页
<正> In this paper, we have utilized the principle of dielectrophoresis to determine the dielectrophoretic spectra of single levitated tobacco leaf protoplast at various suspending media conductivities (12.5 μS... <正> In this paper, we have utilized the principle of dielectrophoresis to determine the dielectrophoretic spectra of single levitated tobacco leaf protoplast at various suspending media conductivities (12.5 μS/cm-520 μS/cm) over wide frequencies (10 Hz—15 MHz). From the experimental data, the membrane capacitance of the single protoplast which was 0.40±0.03μF/cm^2 has been obtained and the dipole interaction of two protoplasts in electrofusion has also been analysed. When the external electric field E_c=1.5kV/cm was applied and the frequency was higher than 20 kHz, the dipole interaction pressure ~πd would be much larger than the membrane potential pressure ~πm, and the pressure ~πd could be the main reason for membraue pores. This conclusion will provide a new basis to improve the protocol of cell electrofusion. 展开更多
关键词 plant PROTOPLAST levitated dielectrophoresis(dep) MEMBRANE CAPACITANCE DIPOLE interactions of cells.
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High-efficiency technique based on dielectrophoresis for assembling metal,semiconductor,and polymer nanorods
8
作者 Heng YUAN Kyu-jin KIM +4 位作者 Won-seok KANG Byoung-ho KANG Se-hyuk YEOM Jae-ho KIM Shin-won KANG 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第5期368-373,共6页
This paper presents a high-efficiency technique based on dielectrophoresis (DEP) for assembling metal, semiconductor, and polymer nanorods, which are synthesized by electrochemical deposition (ECD). The assembly patte... This paper presents a high-efficiency technique based on dielectrophoresis (DEP) for assembling metal, semiconductor, and polymer nanorods, which are synthesized by electrochemical deposition (ECD). The assembly patterns of these nanorods (width: 20 nm; length: 7 μm) were designed using a finite element method (FEM) simulation tool. Further, these nanorods were used in our experiment after their assembly patterns were fabricated. The assembly yield was found to be approximately 70% at an AC voltage of 30 Vp-p and at frequencies of 20 and 30 kHz, and the DC voltage prevented the random alignment of the nanorods at the edge of the assembly pattern. Moreover, the above-mentioned nanorods, which had different permittivities, were found to have similar assembly yields. The proposed method can be improved and applied to nanostructure device fabrication. 展开更多
关键词 Nanorod Assembly dielectrophoresis (dep) Finite element method (FEM) Electrochemical deposition (ECD) method
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基于介电泳微流控芯片实现amol级分子量检测
9
作者 周博华 林琳 +1 位作者 赖丽燕 李以贵 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第5期770-778,共9页
设计并制作了一种快速检测宫颈癌细胞C4II的微流控芯片。制作的微芯片结构是采用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)工艺制备的硅模具为核心的复合结构,微芯片中包含一个10×10的微腔室阵列,单个微腔室底面半径40μm,高度500... 设计并制作了一种快速检测宫颈癌细胞C4II的微流控芯片。制作的微芯片结构是采用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)工艺制备的硅模具为核心的复合结构,微芯片中包含一个10×10的微腔室阵列,单个微腔室底面半径40μm,高度500μm,整个微腔室的理论溶液体积达到250 pL。荧光检测系统采用波长(340±15)nm的激发光滤波片和波长(480±30)nm的接收光滤波片的最佳滤光类型,同时利用介电泳(DEP)法浓缩核酸以及采用硅烷偶联法固定核酸探针OMU-opy2来增加荧光强度。实验结果表示,该微流控芯片能检测到有效荧光的样品溶液最低浓度可低至7.8 nmol/L,从而微芯片的RNA分子量检测极限提升至1.9 amol。 展开更多
关键词 微流控芯片 介电泳(dep) 电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE) 微腔室 核酸探针 滤波片
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基于微流控芯片的癌细胞机械特性 被引量:1
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作者 白国花 谭秋林 《微纳电子技术》 北大核心 2016年第4期237-241,269,共6页
许多研究表明细胞机械特性和细胞功能的变化密切相关。提出一种基于介电泳(DEP)原理的快速有效的检测细胞生物力学特性变化的方法。NB4细胞(属于白血病细胞株)作为样品细胞,其细胞生理状态的改变借助化疗药物阿霉素(DOX)实现。NB4-DOX... 许多研究表明细胞机械特性和细胞功能的变化密切相关。提出一种基于介电泳(DEP)原理的快速有效的检测细胞生物力学特性变化的方法。NB4细胞(属于白血病细胞株)作为样品细胞,其细胞生理状态的改变借助化疗药物阿霉素(DOX)实现。NB4-DOX细胞由浓度为0.05μmol/L的DOX对NB4细胞药物作用96 h得到。一个具有平行电极的微流控芯片被用来拉伸NB4和NB4-DOX细胞,并对它们的变形能力进行比较。分析对比6V_(p-p)(峰峰值)电压下,3 min时两种细胞的平均弹性力学参数。发现药物处理后的NB4细胞的平均应变量由加药前的0.11变为0.07,杨氏模量由211.8 Pa变为332.9 Pa,剪切弹性模量由83.4 Pa变为121.5 Pa。实验结果表明,NB4细胞在0.05μmol/L的DOX96 h的药物处理下,细胞硬度明显增加。 展开更多
关键词 细胞机械特性 细胞功能 介电泳(dep) NB4 阿霉素(DOX) 微流控芯片 力学参数
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星形电极介电泳芯片 被引量:1
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作者 武月园 燕鹏云 +3 位作者 刘洋 冀健龙 菅傲群 桑胜波 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2021年第6期990-995,共6页
提出了一种利用负介电泳力在介电泳芯片上富集聚苯乙烯(PS)微球的有效方法:采用lift-off工艺在玻璃衬底上设计并制作了星形结构的微电极,在高频交流信号作用下,星形电极芯片能够提供一个特定的非均匀电场,从而产生负介电泳力。研究了交... 提出了一种利用负介电泳力在介电泳芯片上富集聚苯乙烯(PS)微球的有效方法:采用lift-off工艺在玻璃衬底上设计并制作了星形结构的微电极,在高频交流信号作用下,星形电极芯片能够提供一个特定的非均匀电场,从而产生负介电泳力。研究了交流信号的幅值和频率、工作液电导率和浓度等参数对PS微球富集效果的影响。结果显示,在交流信号的电压参数VP-P为9 V,频率参数为1 MHz时,低电导率PS微球悬浮液添加到介电泳芯片上时,PS微球在电极中心区域高效率富集。在负介电泳力辅助下,浓度范围在0.33 amol/mL~2.08 amol/mL的PS微球悬浮液内可形成微球团簇状态。研究结果在分子细胞生物学、药理学和生物化学有潜在的应用前景。 展开更多
关键词 星形电极 介电泳(dep) 粒子富集 微流控芯片 Lift-off工艺
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利用介电电泳提高微流控芯片细胞捕获纯度
12
作者 王慧 濮科峰 +2 位作者 朱毅敏 金灯仁 沈文江 《微纳电子技术》 北大核心 2016年第10期672-678,共7页
将介电电泳(DEP)效应与生物分子亲和性捕获结合,利用负向介电电泳力克服细胞捕获过程中没有识别能力的非特异性吸附力的方法,减小非靶细胞吸附,提高捕获纯度。根据介电电泳原理,设计并制备了插齿电极结构的细胞捕获微流控芯片,电极宽度... 将介电电泳(DEP)效应与生物分子亲和性捕获结合,利用负向介电电泳力克服细胞捕获过程中没有识别能力的非特异性吸附力的方法,减小非靶细胞吸附,提高捕获纯度。根据介电电泳原理,设计并制备了插齿电极结构的细胞捕获微流控芯片,电极宽度为10μm、电极间距为40μm,通过单株细胞样品捕获的实验优化了施加于电极上的交流电参数,并将峰峰值电压为5 V、频率为20 kHz的交流电用于混合细胞株样品的分离及捕获实验中,以验证介电电泳提高捕获纯度的效果。实验结果表明:靶细胞HCT-116细胞的捕获纯度可从60.2%±5.01%提高到94.7%±2.77%,介电电泳能够提高以生物分子亲和性为基础的微流控芯片的细胞捕获纯度。 展开更多
关键词 微流控芯片 介电电泳(dep) 生物分子亲和性 细胞捕获 纯度
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Numerical Study on Separation of Circulating Tumor Cell Using Dielectrophoresis in a Four-Electrode Microfluidic Device
13
作者 王雨坤 丁显廷 张执南 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2023年第4期391-400,共10页
This numerical study proposes a cell sorting technique based on dielectrophoresis(DEP)in a microfluidic chip.Under the joint effect of DEP and fluid drag,white blood cells and circulating tumor cells are separated be... This numerical study proposes a cell sorting technique based on dielectrophoresis(DEP)in a microfluidic chip.Under the joint effect of DEP and fluid drag,white blood cells and circulating tumor cells are separated because of different dielectric properties.First,the mathematical models of device geometry,single cell,DEP force,electric field,and flow field are established to simulate the cell motion.Based on the simulation model,important boundary parameters are discussed to optimize the cell sorting ability of the device.A proper matching relationship between voltage and flow rate is then provided.The inlet and outlet conditions are also investigated to control the particle motion in the flow field.The significance of this study is to verify the cell separating ability of the microfluidic chip,and to provide a logistic design for the separation of rare diseased cells. 展开更多
关键词 MICROFLUIDICS dielectrophoresis(dep) cell sorting particle tracing
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高通量可寻址细胞捕获芯片控制系统的设计 被引量:1
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作者 李生辉 卢小冬 黄成军 《电子技术应用》 北大核心 2017年第7期81-83,87,共4页
针对传统介电电泳细胞捕获生物芯片的通量不高、且无法对微电极阵列进行寻址的问题,设计了一种适用于可寻址、高通量细胞捕获芯片的控制系统,开发了上位机的控制程序模块。下位机的控制电路模块包括STM32微控制器控制单元、信号产生单... 针对传统介电电泳细胞捕获生物芯片的通量不高、且无法对微电极阵列进行寻址的问题,设计了一种适用于可寻址、高通量细胞捕获芯片的控制系统,开发了上位机的控制程序模块。下位机的控制电路模块包括STM32微控制器控制单元、信号产生单元、开关控制单元等。实验结果表明,所设计的控制电路系统能对具有32×32个微电极阵列的细胞捕获生物芯片的特定电极进行寻址,并对寻址到微电极加载同相、反相正弦信号。 展开更多
关键词 介电电泳 微流控芯片 生物芯片 控制系统 细胞捕获
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Combining field-modulating electroosmotic vortex and insulating post to manipulate particles based on dielectrophoresis
15
作者 Bing YAN Bo CHEN +2 位作者 Fanyun LIU Jiankang WU Yongliang XIONG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2021年第3期371-386,共16页
The dielectrophoretic technology has been one of the most frequently applied microfluidic technologies to manipulate particles.The way of a combination of controlled electroosmotic micro-vortices and dielectrophoresis... The dielectrophoretic technology has been one of the most frequently applied microfluidic technologies to manipulate particles.The way of a combination of controlled electroosmotic micro-vortices and dielectrophoresis to manipulate particles of different sizes was proposed in our previous work.However,the thickness of the modulating electrode is neglected.In practice,when the thickness of the modulating electrode increases,the channel flux increases,while the ability of the vortex to capture the particles reduces.In this study,a new method combining the field-modulating electroosmotic vortex and the insulating post is proposed to improve the manipulating capability of the field-modulated electroosmotic vortex to particles.The results indicate that there are three great advantages as the insulating post is placed on the channel wall on the same side of the modulating electrode.First,the capturing ability of the vortex to particles is greater due to the reduction of channel flux and the squeezing effect.Second,the range of regulating channel flux to achieve the optimal separation is extended.Third,the separation efficiency improves since the perfect separation can be achieved at a higher flow rate.Furthermore,the effects of the location and the size of the insulating post on particle separation are analyzed in detail.The present work could provide the reference for the application of the DEP technology. 展开更多
关键词 electroosmotic vortex dielectrophoresis(dep) insulating post particle separation
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全隔离三维介电泳微粒分选芯片的设计及验证
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作者 冀秀敏 潘暕 周嘉 《复旦学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期462-466,共5页
本文设计制备了集成电路(IC)工艺兼容的三维电极阵列的介电泳芯片.芯片中的三维电极位于微流道的侧壁,且与流体完全隔离.芯片具有完全避免电极玷污和大幅降低电极表面强电场对生物样本活性损伤的优势.多物理场耦合分析软件(COMSOL)仿真... 本文设计制备了集成电路(IC)工艺兼容的三维电极阵列的介电泳芯片.芯片中的三维电极位于微流道的侧壁,且与流体完全隔离.芯片具有完全避免电极玷污和大幅降低电极表面强电场对生物样本活性损伤的优势.多物理场耦合分析软件(COMSOL)仿真表明外加100kHz,15Vrms的交变电场时10μm微粒完全分选.实验验证表明:当外加100kHz,20Vrms的交变电场时,9.9μm微粒的分选率为72.6%. 展开更多
关键词 介电泳芯片 三维电极 流体全隔离 微粒分选
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数值模拟毛细管通道中微粒的介电泳分离 被引量:2
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作者 袁君凯 胡延东 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2014年第10期649-654,共6页
基于直流介电泳技术,采用一种具有三维突扩、突缩截面的新型毛细管式微通道,对直径分别为8和12μm的聚苯乙烯微粒在通道中的分离进行数值模拟。分析了微粒受到的电渗力、电泳力和介电泳力对其运动轨迹的影响。数值模拟结果表明,聚苯乙... 基于直流介电泳技术,采用一种具有三维突扩、突缩截面的新型毛细管式微通道,对直径分别为8和12μm的聚苯乙烯微粒在通道中的分离进行数值模拟。分析了微粒受到的电渗力、电泳力和介电泳力对其运动轨迹的影响。数值模拟结果表明,聚苯乙烯微粒在突扩、突缩截面附近受到负介电泳力作用,运动轨迹不断向通道轴心偏移;电渗力和电泳力的作用方向相反,有效降低了微粒的运动速度,增加了介电泳力的作用时间。外加电压100 V时,可最有效地将直径为8μm微粒输运至出口内置套管外,而直径为12μm的微粒被出口内置套管接收,实现不同尺寸聚苯乙烯微粒的连续分离。 展开更多
关键词 直流介电泳(DC-dep) 微通道 受力分析 微粒分离 数值模拟
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