Elektrokinetika indukovaného náboje - Induced-charge electrokinetics - Wikipedia

vizualizovaný tok elektrokinetického toku indukovaného náboje kolem koule z uhlíkové oceli (průměr = 1,2 mm). Čtyři indukované víry jsou ukázány s použitím fluorescenčních částic o průměru 1,90 μm. Stejnosměrné elektrické pole se aplikuje zleva doprava a rovná se 40 V / cm. Přerušovaná čára představuje hranici částic. Obraz je zachycen mikroskopem Nikon TE2000-E v čase t = 2 s.[1]

Elektrokinetika indukovaného náboje v fyzika je elektricky řízený proudění tekutin a částice pohyb v kapalině elektrolyt.[2] Zvažte kovovou částici (která je neutrálně nabitá, ale elektricky vodivá) v kontaktu s vodným roztokem v komoře / kanálu. Pokud se liší napětí aplikujte na konec této komory / kanálu, elektrické pole se vygeneruje v této komoře / kanálu. Toto aplikované elektrické pole prochází touto kovovou částicí a způsobuje, že volné náboje uvnitř částice migrují pod kůži částice. V důsledku této migrace se záporné náboje pohybují na stranu, která je blízko kladnému (nebo vyššímu) napětí, zatímco kladné náboje se pohybují na opačnou stranu částice. Tyto náboje pod kůží vodivých částic přitahují protiionty vodného roztoku; tedy elektrická dvojitá vrstva (EDL) se tvoří kolem částice. EDL zpěv na povrchu vodivých částic se mění z pozitivního na negativní a distribuce nábojů se mění podél geometrie částic. Kvůli těmto variantám je EDL nejednotný a má různé zpěvy. Tedy indukované zeta potenciál kolem částice a následně rychlost skluzu na povrchu částice se mění v závislosti na místním elektrickém poli. Rozdíly ve velikosti a směru rychlosti prokluzu na povrchu vodivé částice ovlivňují proudění kolem této částice a způsobují mikro víry. Yasaman Daghighi a Dongqing Li poprvé experimentálně ilustrovali tyto indukované víry kolem koule z uhlíkové oceli o průměru 1,2 mm pod externím elektrickým pilníkem stejnosměrného proudu 40 V / cm.[1]Chenhui Peng a kol.[3] také experimentálně ukázal vzorce elektroosmotický proudění kolem sféry Au, když je zapojen střídavý proud (AC) (E = 10 mV / μm, f = 1 kHz).Elektrokinetika zde se odkazuje na vědní obor týkající se pohybu a reakce nabitých částic na aplikovaný elektrický pilník a jeho účinků na jeho prostředí. Někdy se také označuje jako nelineární elektrokinetické jevy.[Citace je zapotřebí ]

Dějiny

Levich je jedním z průkopníků v elektrokinetickém poli s indukovaným nábojem.[2] Vypočítal narušený profil skluzu kolem vodivé částice v kontaktu s elektrolytem. Teoreticky také předpověděl, že víry indukované kolem této částice po aplikaci elektrického pole.

Indukované víry kolem vodivé částice

Velikost a síla indukovaných vírů kolem vodivé částice mají přímý vztah s aplikovaným elektrickým polem a také velikost vedeného povrchu. Tento jev je experimentálně a numericky prokázán několika studiemi,[4][5][6][7] Víry rostou s rostoucím vnějším elektrickým polem a vytvářejí „závrt“ [1] ve středu každého víru, zatímco tekutina cirkuluje rychleji. Je prokázáno, že zvětšování velikosti vodivého povrchu vytváří větší indukované víry do té míry, že to geometrie neomezuje.

Aplikace

Indukované víry mají mnoho aplikací v různých aspektech elektrokinetické mikrofluidika. Existuje mnoho mikro mixerů, které jsou navrženy a vyrobeny na základě existence jejich indukovaných vírů v mikrofluidika zařízení. Takové mikromíchače, které se používají pro biochemické, medicínské a biologické aplikace, nemají žádné mechanické části a používají pouze vodivé povrchy ke generování indukovaných vírů ke smíchání různých proudů tekutin,[8][9][10][11][12]

Tento jev se dokonce používá k zachycení mikronových a submikronových částic plovoucích v proudu uvnitř mikrokanálu. Tuto metodu lze použít k manipulaci, detekci, manipulaci a koncentraci buněk a virů v biomedicínském poli; nebo pro sestavu koloidních částic.

Kromě toho mohou být indukované víry kolem vodivých povrchů v mikrofluidním systému použity jako mikro-ventil, mikro-akční člen, mikro-motor a mikro-regulátor pro řízení směru a manipulace.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Daghighi, Yasaman; Sinn, Irene; Kopelman, Raoul; Li, Dongqing (2013). "Experimentální ověření indukovaného náboje elektrokinetického pohybu elektricky vodivých částic". Electrochimica Acta. 87: 270–276. doi:10.1016 / j.electacta.2012.09.021. ISSN  0013-4686.
  2. ^ A b V. G. Levich, Fyzikálně chemická hydrodynamika. Englewood Cliffs, NJ, Prentice-Hall, (1962)
  3. ^ C. Peng, I. Lazo, S. V. Shiyanovskii, O. D. Lavrentovich, elektroosmóza s indukovaným nábojem kolem kovu a sféry Janus ve vodě: vzory toku a symetrie rozbití, předtisk arXiv arXiv:1411.1478, (2014)
  4. ^ N. I. Gamayunov, G. I. Mantrov a V. A. Murtsovkin, Výzkum toků indukovaných vnějším elektrickým polem v blízkosti vodivých částic, Kolloidn. Zh., 54, (1992) 26-30.
  5. ^ A. S. Dukhin, Biospecifický mechanismus tvorby dvojvrstvy a zvláštnosti elektroforézy buněk, Colloids Surf. Physicochem. Eng. Aspects, 73, (1993) 29-48.
  6. ^ Elektrokinetika a elektrohydrodynamika v mikrosystémech CISM Courses and Lectures Volume 530, 2011, pp 221-297 Indukované náboje Elektrokinetické jevy Martin Z. Bazant
  7. ^ Y. Daghighi, Y. Gao a D. Li, 3D numerická studie elektrokinetického pohybu heterogenní částice, Electrochimica Acta, 56 (11), (2011) 4254-4262
  8. ^ M. Campisi, D. Accoto, F. Damiani a P. Dario, Měkko litografický chaotický elektrokinetický mikromixer pro účinné chemické reakce v laboratoři na čipech, J. of Micro-Nano Mechatronics, 5, (2009) 69-76
  9. ^ A. D. Stroock, S. K. W. Dertinger, A. Ajdari, I. Mezić, H. A. Stone a G. M. Whitesides, „Chaotic mixer for microchannels“, Science, 295, (2002) 647-651
  10. ^ Y. Daghighi a D. Li, nový design elektrokinetického mikro-mixéru s indukovaným nábojem, Analytica Chimica Acta, 763 (2013) 28–37
  11. ^ CK Harnett, J. Templeton, KA Dunphy-Guzman, YM Senousy a MP Kanouff, Model založený na mikrofluidním mixéru poháněném elektroosmózou s indukovaným nábojem, Lab on a Chip - Miniaturization for Chemistry and Biology, 8 (2008), s. 565- 572
  12. ^ M. Jain, A. Yeung a K. Nandakumar, elektroosmotický směšovač s indukovaným nábojem: Optimalizace tvaru překážky, Biomicrofluidics, 3 (2009)