以聚苯乙烯（PS）微球為目標粒子,低電導率溶液為溶劑,基于介電泳操縱PS微球,結(jié)果表明四電極結(jié)構(gòu)的陣列芯片下存在兩種可控定位方式。室溫條件下調(diào)控交流信號的電壓與頻率,結(jié)果表明,當電壓為2Vp-p～5Vp-p、頻率為1～10 kHz時,實現(xiàn)了PS微球的第一種定位方式;電壓7Vp-p～10Vp-p、頻率為10～25 MHz時,PS微球?qū)崿F(xiàn)了第二種定位方式。仿真研究中通過有限元模擬了不同實驗參數(shù)下PS微球的運動軌跡及電位變化,結(jié)果表明第二種可控定位方式下電位變化更小,而第一種可控定位方式更易操作。通過分析PS微球的受力及速度變化,說明在四電極操控體系下,增大負介電泳力有助于微球穿過低電位梯度區(qū)域到達理想目標位置。研究結(jié)果對基于介電泳實現(xiàn)微球定位及優(yōu)化微流控芯片結(jié)構(gòu)設計具有一定的參考意義。 

【文章來源】：微納電子技術(shù). 2020年08期 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

PS微球的第一種可控定位方式

陣列芯片采用石英玻璃作為基底，通過光刻、剝離及氣相沉積法等標準微電子機械系統(tǒng)（MEMS）疊層工藝[18]制備。陣列芯片包含微電極陣列、引線及焊盤。微電極陣列包含多個操控單元。每個操控單元由四個對稱分布的圓形定位電極與其中央的一對測量電極組成。定位電極用于實現(xiàn)基于介電泳的操控與定位，測量電極用于后續(xù)電化學阻抗譜[19]的測量。引線用以連接操控單元與焊盤，定位電極與測量電極均位于芯片表面，引線與電極之間存在SiO2絕緣層�？紤]到芯片加工工藝、被操縱微粒的直徑以及空間分辨率等因素，定位電極直徑設計為100μm，相鄰兩個定位電極的圓心距為300μm，測量電極的長度為37μm、其間距為15μm。圖1(a）為微電極陣列表面掃描電子顯微鏡（SEM）圖，圖1(b）為陣列芯片實物圖。1.2 試劑與材料

有限元仿真模型如圖2(a）所示，虛線圈區(qū)域為目標區(qū)域，操控單元的有限元模型長度、寬度和高度分別為500、500和200μm。通過添加電流、層流、流體傳熱及粒子追蹤等物理場進行耦合動力學計算。有限元模型共分為三層結(jié)構(gòu)，底層引線層、絕緣介質(zhì)和中間微電極層。引線與微電極均為金材料，絕緣介質(zhì)為SiO2。圖2(b）為仿真模型中芯片的接線方式（圖中w為頻率，t為PS微球的運動時間），兩個測量電極接地，兩對位置垂直的定位電極分別施加同頻率同電壓的正弦信號，但相位差為180°。在此模擬條件下，芯片表面的電場強度（E）分布如圖2(c）所示，測量電極以及模型四個角落上的電場強度相對較弱。根據(jù)文獻[16]報道，介電泳操控分為正負介電泳，判斷依據(jù)為介電泳公式中克勞子因子（fCM）實部Re fCM的正負。Re fCM的正負分別對應了正負介電泳。由圖2(d）可知，在1 kHz～100 MHz頻率內(nèi)，Re fCM<0，說明本文所用模型中的PS微球始終受到負介電泳力的作用。從理論分析來看，本文模型中的微球并不會在電力線集中位置定位，而是通過負介電泳力定位于芯片電場強度較弱的位置。介電泳芯片定位微球?qū)嶒灥牟牧蠀?shù)列于表1[20-21]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Simulation Study on the Controllable Dielectrophoresis Parameters of Graphene[J]. 冀健龍,劉亞麗,葛陽,解勝東,張希,桑勝波,菅傲群,段倩倩,張強,張文棟.  Chinese Physics Letters. 2017(04)



本文編號：2934764