摘要：利用电场势函数可以设计电极形状的原理,通过介电力场的势函数对电极进行设计,针对无源场中的拉普拉斯方程进行推导,提出了无源场中关于介电力矢量的控制方程,通过该方程的特解分析了无源场上等势面分布与介电力之间的参数关系.该方法可以快速设计具有解析解介电力场的电极形状.最后,用该方法设计了一个电极形状,通过有限元模拟计算证实可以达到设计要求.

摘要：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。

摘要：为了研制高富集效率的介电电泳细胞分析芯片,首先从介电电泳力出发,推导了悬浮细胞所受的介电电泳力公式.通过对比常规微电极的电场强度,选择叉指式阵列微电极构建介电电泳芯片模型,对不同结构参数下微通道中的电场分布进行模拟,由此对芯片结构参数进行优化设计.为了对模拟结果进行验证,采用微加工技术制作了介电电泳细胞分析芯片.以HepG2肝癌细胞为待测样品,当芯片所施加正弦交流电压为5V,频率为4MHz时,获得了88.89%的富集效率.

摘要：设计并制造了一种带有惯性聚焦结构的介电泳微流控芯片,以实现不同介电性质的粒子连续分离。采用MEMS工艺制作了介电泳微流控芯片:通道入口侧壁设置一对梯形结构使经过的粒子受惯性升力的作用聚焦到通道两侧;通道底部光刻一组夹角为90°的倾斜叉指电极产生非均匀电场,利用介电泳力和流体曳力的合力使通道两侧不同的粒子发生角度不同的偏转进入不同通道,从而实现分离。将酵母菌细胞和聚苯乙烯小球作为实验样本,分析了流速和交流电压对分离的影响,确定了二者分离的最优条件并进行分离。实验结果表明,将电导率为20μS/cm的样本溶液以5μL/min的流速注入到通道中,施加6 V_(p-p)、10 k Hz的正弦信号,酵母菌细胞沿电极运动至夹角处后沿通道中心排出,聚苯乙烯小球沿通道两侧排出,成功实现分离,平均分离效率达92.8%、平均分离纯度达90.7%。

摘要：研究了白血病细胞介电电泳芯片,其核心结构由绝缘覆盖层、电极层和绝缘垫层构成。该文对该芯片中的微电极进行了电场力学分析,讨论并设计了芯片的各个参数,应用微机电系统(MEMS)技术成功制备芯片,并对芯片进行了双列直插式DIP封装。文中研究的白血病细胞介电电泳芯片具有微型化,低电压驱动,对细胞无化学毒害等优点。

摘要：根据介电电泳原理,设计了一种梯形叉指的微电极结构,用于粒子的连续分离。首先利用COMSOL软件分析梯形叉指电极的电场分布,确定芯片中电场强度最大值和最小值的位置,并分析粒子在微流控芯片中的受力情况。然后,采用微电子机械系统(MEMS)工艺,以氧化铟锡(ITO)电极玻璃为基底制备了粒子连续分离的芯片。通过实验选取通道障碍的最优尺寸,最后用聚苯乙烯小球和酵母菌细胞为样本进行实验并证明,当混合粒子溶液以3μm/min的速度通过微通道障碍时,由于惯性聚焦全部粒子偏向微通道上方运动,施加6 V的峰值电压和20 kHz的交流信号,此时聚苯乙烯小球和酵母菌细胞皆是负介电泳响应,聚苯乙烯小球所受介电泳力大于流体力便向微通道下方进行偏移,而酵母菌细胞所受流体力大于负介电泳力,其仍然在微通道上方,聚苯乙烯小球和酵母菌细胞分离,分离效率可达到92.8%。

摘要：介电电泳细胞试验中,细胞旋转速度的检测一直是影响试验效率的重要因素;常规的人眼识别,工作效率低,单次检测细胞数量少,周期长,并不能满足目前高通量的细胞转速检测要求;因此,设计了一种应用环形窗模板匹配与特征点跟踪,实时检测介电电泳细胞运动参数的装置;重点论述了环形窗模板的匹配和特征点的标记匹配的理论算法;利用C++编程并移植到嵌入式设备中;装置测试结果表明,其静态图像处理能准确地分割各细胞单元,动态处理可有效匹配细胞特征点,检测所得的细胞旋转速度相对误差小于1%,满足设计指标要求。

摘要：设计了快速实现微粒操纵的介电电泳微流控芯片的制作方法,利用光刻工艺在玻璃基底上制备和集成了双层金属电极,通过控制底层电极上的电场,实现了顶层电极上微粒的介电电泳物理捕获,模拟分析和实验结果一致.

摘要：借助欧拉和拉格朗日方法数值模拟了突扩微尺度管道流中微米颗粒的分离情况.在采用有限体积法求解电荷密度场、电场和流场的基础上,通过基于改进的Langevin方程研究了微管道中不同位置处的微米颗粒在水动力和介电电泳力综合作用下的运动轨迹.研究发现:电渗流的驱动能力随着扩张比(ER)的增加而提高,然而其提高的趋势逐渐变小;当微米颗粒仅在水动力作用下时,随着ER的增加,颗粒之间的有效分离距离(ESL)随之线性增加,此时ESL与ER的比值约为5.9;若是考虑介电电泳力对于微米颗粒运动的影响,ESL与ER的比值下降为4.79,由此可以看出介电电泳力对突扩微管道流中的微米颗粒的分离效果有着一定的负面影响.上述结论对于基于介电电泳技术设计的生物粒子分离芯片的优化设计有很大价值.

摘要：设计制作了一种基于氧化锌纳米线的谐振式硅加速度计,该加速度计的敏感单元为由氧化锌纳米线横跨金属微电极组成的谐振器。采用介电电泳的方法组装了氧化锌纳米线,并利用FIB沉积Pt将氧化锌纳米线固定在微结构上以确保结构的可靠性。在加速度的作用下,质量块引起的惯性力通过支撑梁对纳米线施加应力,因此,在谐振条件下,纳米线谐振频率的变化反映了加速度的大小。谐振式加速度计的准数字输出能解决多数MEMS器件输出微弱信号检测难的问题。实验结果表明,加速度计的灵敏度随着纳米线的厚度的减小而急剧增加,选择500nm厚度的纳米线作为理论分析,加速度计的灵敏度可达2.5kHz/g以上。