以聚苯乙烯（PS）微球?yàn)槟繕?biāo)粒子,低電導(dǎo)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(hào)的電壓與頻率,結(jié)果表明,當(dāng)電壓為2Vp-p～5Vp-p、頻率為1～10 kHz時(shí),實(shí)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(shí),PS微球?qū)崿F(xiàn)了第二種定位方式。仿真研究中通過(guò)有限元模擬了不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下PS微球的運(yùn)動(dòng)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(guò)分析PS微球的受力及速度變化,說(shuō)明在四電極操控體系下,增大負(fù)介電泳力有助于微球穿過(guò)低電位梯度區(qū)域到達(dá)理想目標(biāo)位置。研究結(jié)果對(duì)基于介電泳實(shí)現(xiàn)微球定位及優(yōu)化微流控芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。 

【文章來(lái)源】：微納電子技術(shù). 2020年08期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【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(guò)光刻、剝離及氣相沉積法等標(biāo)準(zhǔn)微電子機(jī)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(pán)。微電極陣列包含多個(gè)操控單元。每個(gè)操控單元由四個(gè)對(duì)稱分布的圓形定位電極與其中央的一對(duì)測(cè)量電極組成。定位電極用于實(shí)現(xiàn)基于介電泳的操控與定位，測(cè)量電極用于后續(xù)電化學(xué)阻抗譜[19]的測(cè)量。引線用以連接操控單元與焊盤(pán)，定位電極與測(cè)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(shè)計(jì)為100μm，相鄰兩個(gè)定位電極的圓心距為300μm，測(cè)量電極的長(zhǎng)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(shí)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?yàn)槟繕?biāo)區(qū)域，操控單元的有限元模型長(zhǎng)度、寬度和高度分別為500、500和200μm。通過(guò)添加電流、層流、流體傳熱及粒子追蹤等物理場(chǎng)進(jìn)行耦合動(dòng)力學(xué)計(jì)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(yùn)動(dòng)時(shí)間），兩個(gè)測(cè)量電極接地，兩對(duì)位置垂直的定位電極分別施加同頻率同電壓的正弦信號(hào)，但相位差為180°。在此模擬條件下，芯片表面的電場(chǎng)強(qiáng)度（E）分布如圖2(c）所示，測(cè)量電極以及模型四個(gè)角落上的電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較弱。根據(jù)文獻(xiàn)[16]報(bào)道，介電泳操控分為正負(fù)介電泳，判斷依據(jù)為介電泳公式中克勞子因子（fCM）實(shí)部Re fCM的正負(fù)。Re fCM的正負(fù)分別對(duì)應(yīng)了正負(fù)介電泳。由圖2(d）可知，在1 kHz～100 MHz頻率內(nèi)，Re fCM<0，說(shuō)明本文所用模型中的PS微球始終受到負(fù)介電泳力的作用。從理論分析來(lái)看，本文模型中的微球并不會(huì)在電力線集中位置定位，而是通過(guò)負(fù)介電泳力定位于芯片電場(chǎng)強(qiáng)度較弱的位置。介電泳芯片定位微球?qū)嶒?yàn)的材料參數(shù)列于表1[20-21]。

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



本文編號(hào)：2934764