بخشی از مقاله
چکیده
در فناوری میکرو فلوئیدیک به حرکت ذرات در میدان الکتریکی غیر یکنواخت که ناشی از برهم کنش ذرات دوقطبی و گرادیان مکانی است، دی الکترو فورسیس - DEP - میگویند. DEP یک روش مناسب برای دستکاری ذرات در مقیاس میکرومتر است که با توجه به مقیاس مورد نظر برای کاهش اندازه ی سیستم مطلوب است. DEP در بسیاری از کاربردهای سیستم های میکروفلوئیدیک استفاده میشود. در این بررسی، تجزیه و تحلیل دقیقی از مدل سازی مبتنی بر DEP و دستکاری ذرات، و کاربردهای اخیر دستکاری ذرات در سیستم های میکروفلوئیدیک - عمده ی تحقیقات منتشر شده بین سال های 2007 تا - 2010 ، ارائه شده است.
-1 مقدمه
اساس میکروفلوئیدیک ها آزمایش بر روی یک تراشه - LOC - میباشد که میتواند برهم کنش فیزیکی و شیمیایی در زمینه علوم زیستی، هواشناسی، صنایع دفاعی، تحقیقات دارویی، فضانوردی و غیره را مدیریت کند. دستکاری ذرات در سیستم های LOC در بسیاری از کاربردهای بالینی مانند جداسازی، مرتب سازی، تصفیه و به دام انداختن سلولها، ویروسها ،پروتئینها، و نانو ذرات، بسیار مهم است .[1-99] برای دستکاری ذرات، در میکرو سیستم ها روش های مختلفی از جمله: انبرک نوری [1]، مگنت فورسیس [2]، ابزارهای صوتی و الکتریکی، توسعه یافته اند.
نیروهای الکتریکی از جمله فورسیس - EP - و دی الکترو فورسیس - DEP - روش مناسبی برای دستکاری ذرات در LOC ها به منظور کاهش اندازه ی سیستم هستند .[100] به حرکت ذرات باردار الکتریکی در میدان الکتریکی ضمن در نظر گرفتن برهم کنش نیروی بدنه بر روی ذرات بخاطر وجود بارهای سطحی آن ها فورسیس - EP - میگویند.EP معمولاً در جداسازی ها، مانند موئینگی الکترو فورسیس برای جداسازی DNA، پروتئین ها و غیره به خوبی استفاده می شود. به حرکت ذرات در یک میدان الکتریکی غیر یکنواخت، که ناشی از برهم کنش ذرات دوقطبی و گرادیان مکانی در میدان الکتریکی است، DEP میگویند.
DEP به دلیل طبیعت بدون برچسب آن، اثرات مطلوب مقیاس گذاری [100]، سادگی ابزار، توانایی در القای نیروهای مثبت و منفی ، جزو محبوب ترین روشها در دستکاری ذرات در میکروسیستم ها می باشد.DEP به اندازه و خواص ذرات و محیط تعلیق بستگی دارد.DEP برای ذرات نارسانا کاربرد دارد و توسط جریان مستقیم - DC - و یا اعمال جریان متناوب - AC - تولید می شود.[4-16] DC-DEP،[17-90] AC-DEP و [91-99] DC-BIASED AC- DEP برای دستکاری میکرو ذرات و نانو ذرات با موفقیت پیاده سازی شده است.
روش متداول برای کاربردهای DC-DEP اعمال یک میدان الکتریکی توسط الکترودهای غوطه ور در مخازن می باشد، و جریان نیز ناشی از این میدان الکتریکی است - به عنوان مثال . - EOF میدان الکتریکی یکنواخت، توسط طراحی ساختار شبکه ی میکرو کانال، مانند موانع عایق های الکتریکی تولید میشود، و آنرا دی الکترو فورسیس مبتنی بر عایق - IDEP - میگویند. داخل دستگاه هیچ الکترودی وجود ندارد. از اینرو این دستگاه، مقاوم در برابر مواد شیمیایی بی اثر بوده و از نظر ساخت بسیار ساده هستند.
از آنجایی که از الکترود خارجی استفاده میشود،DC-DEP به ولتاژ بالایی برای تولید نیروی دی الکترو فورسیس کافی که منجر به اثر حرارت مقاومتی جدی در داخل کانال شود، نیاز دارد. این افزایش حرارت ناشی از حرارت مقاومتی در داخل کانال موجب تشکیل حبابی میشود که عملکرد دستگاه را مختل میکند .[101] علاوه براین حتی افزایش اندک دما 7 4œC - بالاتر از دمای فیزیولوژیکی سلول - ممکن است منجر به مرگ و از بین رفتن سلول آزمایشی، داخل بدن پستاندار شود.
روش متداول برای کاربردهای AC-DEP، مجموعه ای از الکترودهای فلزی - به عنوان الکترود داخلی - است که داخل شبکه میکرو کانال تعبیه شده است. اکثر اوقات، این الکترودهای داخلی مسطح - دو بعدی - هستند - به عنوان نمونه ارتفاع این الکترودها در حدود 100نانومتر است - ، و با دستگاه های پیچیده ساخته می شوند،زمان بر بوده و تکنیک های پر هزینه ی ساخت، مانند رسوب دهی شیمیایی و پرتوی تبخیر الکترونی، در سیستم هایی با عملکرد اقتصادی کم تر، منجر به افزایش مقیاس سیستم میشود.
علاوه بر این، هنگام کار با بیوذرات، رسوب الکترودها منجر به اختلال در بهره برداری از دستگاه می شود .[10] با وجود اشکالات فراوان،-AC DEP به دلیل کارایی در ولتاژهای پایین و مانع حرارت مقاومتی شدن، سودمند است. علاوه بر این،ت جهیزات ساده ی ولتاژ پایین، که برای تولید میدان الکتریکی مورد نیاز است، سیستم های AC-DEP را با مدارهای مجتمع سازگار میسازد و برای دستگاه هایی با باطری دستی، مناسب است. در این بررسی، بینشی دقیق از اجزای DEP برای کاربردهای AC-DEP و DC-DEP و همچنین مدل سازی مبتنی بردستکاری ذرات DEP برای AC-DEP و DC-DEP ارائه شده است. کاربردهای اخیر دستکاری ذرات در سیسستم های میکروفلوئیدیک در ادامه مطرح شده که در جهت تحقیقات آتی پیرامون دستکاری ذرات در سیستم های میکروفلوئیدیک میباشد.
-2 دی الکتروفورسیس
DEP حرکت ذرات در میدان الکتریکی غیر یکنواخت با توجه به فعل و انفعالات ذرات قطبیده با گرادیان فضایی درون میدان الکتریکی میباشدذرات. دوقطبی عمدتاً، دو ریشه دارند. اولین ریشه، دو قطبی دائمی است که ناشی از جهت گیری اتم ها و پدیده ای ذاتی است. دومین دوقطبی، ناشی از جهت گیری مجدد ذرات باردار سطحی، در حضور میدان الکتریکی خارجی است. بحث پیرامون جزییات دوقطبی به تعریف مفهوم قطبش نیاز دارد. قطبش را میتوان با میزان توانایی فلزات در تولید بارهای سطحی، توصیف کرد - قطبش سطحی - به طور کلی، قطبش میزان توانایی فلزات در پاسخ دهی به میدان الکتریکی است که سه مکانیزم اساسی قطبش الکترونیکی، قطبش اتمی و جهت گیری قطبش را دارا میباشد - - . قطبش سطحی مکانیزم اضافه ایست که از تجمع بارهای سطحی در دو دی-الکتریک متفاوت حاصل میشود.
بحث ما درباره ی قطبش، پیرامون الکترودهای سطحی است که منشا اصلی آن، دوقطبی شدن ذرات هنگام استفاده از محدوده فرکانسی 100مگا هرتز تا 10 کیلو هرتز است. [102,103] زمانیکه ذره ای معلق در محلول الکترولیتی در میدان الکتریکی قرار گرفته باشد، باردرون ذره و محیط بسته به قطبش ذرات و محیط در سطح آن ها دوباره توزیع خواهد شد. اگر قطبش ذرات بیشتر از محیط باشد، بار بیشتری کنار ذرات انباشته خواهد شد.
اگر قطبش محیط بیشتر از ذره باشد، بار بیشتری نزدیک محیط انباشته می شود. این توزیع غیر یکنواخت بار به معنی تفاوت در چگالی بار دو طرف ذره است که با اعمال میدان الکتریکی منجر به دوقطبی شدن سراسر ذره خواهد شد. هنگامیکه سیستم ذره-محیط در میدان الکتریکی قرار بگیرد، در انتها ذرات نیروهای مختلفی را احساس خواهند کرد - همانطور که در شکل - 1 - مربوط به ذرات کروی مشاهده میکنید - . تفاوت در مقدار نیرو در دو طرف انتهایی، در هردو جهت بسته به قطبش ذره و محیط، نیروی خالصی را تولید می کند.
