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2010年微纳尺度分离和分析技术学术会议暨第六届全国微全分析学术会议 颗粒间相互作用力对介电电泳单颗粒捕捉性能的影响 崔海航 常志英 张鸿雁 西北水资源与环境生态教育部重点实验室，西安建筑科技大学，710055，西安 摘要 略布朗运动、重力、浮力等次要因素的影响。 颗粒所受的合力包括 Stokes 力和 DEP 力， 在生物学和胶体化学等领域，通常研究 3 2 F 6 r U( U ) 2πμ− +πε ε βr E ∇ 大量颗粒/细胞的平均行为，单颗粒/细胞捕 Total f p 0 f rms 捉技术则为研究个体的行为提供了可能。介 根据偶极子模型还可以进一步得到两个颗 电电泳（Dielectrophoresis, DEP ）微流控芯 粒之间的相互作用力的表达式， 片是实现单颗粒捕捉的有效手段，通过合理 地设计电场和流场可以实现对单个颗粒的 πε ε β 2 6 12 r 0 f (Fs (E E ⋅) (s+ E ⋅)E + 控制。例如，可使用特征尺度小于所操纵颗 ij D i j s4 ij i j 粒的电极进行捕捉，由于电场的强度随着距 ( s )E E5 (s E )(s E ))s ⋅ − ⋅ ⋅ 电极距离的增加而快速衰减，小电极可以有 ij j i ij i ij j ij 效地聚焦在单个颗粒；或者，针对颗粒浓度 除通过力平衡决定颗粒的位置外，两个颗粒 比较稀疏的样品将单颗粒捕捉分为两步来 还需要通过力矩判断其空间排布状态。通过 完成，首先在捕捉区域内发现并捕捉到单个 人为引入小扰动 dθ，并计算转动后的力矩 颗粒，然后在这个颗粒周围设置屏障以防止 dM ，当它们之间满足dM •dθ 0 的关系时， 后续颗粒的进入。目前大部分器件是基于上 颗粒将返回初始的稳定状态，否则该状态为 述两个原则设计的。 非稳定状态。将不同力的表达式带入后，得 尽管基于 DEP 的颗粒捕捉研究已积累 到下面关系式， 了丰富的研究成果，但从中我们注意到一个 DEP x ( ) 6r v ( x ( ,0)u x ( ,0)) πμ − 共性问题：一旦捕捉区域内同时出现两个及 x y x 以上颗粒时，现有方法一般采用调节不同力 根据上面这些关系就可以分析颗粒的捕捉 的相对强度冲走多余