一种新的介电电泳电极的设计方法_王骏 (1)

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1、第３８卷第１１期华中科技大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１１２０１０年１１月Ｊ．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖ．ｏｆＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｎｏｖ．２０１０一种新的介电电泳电极的设计方法王骏陈建军廖红华于军（华中科技大学电子科学与技术系，湖北武汉４３００７４）摘要：利用电场势函数可以设计电极形状的原理，通过介电力场的势函数对电极进行设计，针对无源场中的拉普拉斯方程进行推导，提出了无源场中关于介电力矢量的控制方程，通过该方程的特解分析了无源场上等势面分布与介电力之间的参数关系．该方法可以快速设计具有解析解

2、介电力场的电极形状．最后，用该方法设计了一个电极形状，通过有限元模拟计算证实可以达到设计要求．关键词：生物芯片；介电电泳；电极；设计；控制方程中图分类号：Ｑ６８３；ＴＰ２１２．３文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－４５１２（２０１０）１１－０００５－０３ＡｎｅｗｄｅｓｉｇｎｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅＷａｎｇＪｕｎＣｈｅｎＪｉａｎｊｕｎＬｉａｏＨｏｎｇｈｕａＹｕＪｕｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈ

3、ｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｈａｐｅｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｃａｎｂｅｄｅｓｉｇｎｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃｆｏｒｃｅｆｉｅｌｄ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｃａｎｂｅｄｅｓｉｇｎｅｄｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｄｅｒｉ－ｖａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＬａｐｌａｃｅｅｑｕａｔｉｏｎ，ａｎｅｗｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃｆｏｒｃｅｉｓｐｒｅｓｅ

4、ｎｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｌａ－ｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅ′ｓｓｈａｐｅａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃｆｏｒｃｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｑｕｉｃｋｌｙｄｅｓｉｇｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅ′ｓｓｈａｐｅｗｈｉｃｈｗａｓａｎａｌｙｔｉｃａｌｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃｆｏｒｃｅｆｉｅｌｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｐａｉｒｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｃｏ

5、ｎ－ｆｉｒｍｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｃｈｉｐｓ；ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；ｄｅｓｉｇｎ；ｃｏｎｔｒｏｌｅｑｕａｔｉｏｎ随着微流控芯片分析系统的不断发展，如何形状都是采用计算模拟方法来尽量精确地描述电［７～１０］更有效地操控液流中悬浮的生物粒子越来越引起场分布．然而该方法却无法准确获得电信［１］关注，其中能够产生稳定的捕获场的介电力现号、电极间距等参数的调整对介电力场影响的直象已经应用于悬浮液中微粒的分离、富集和定位接对应关系．因此设计出的介电

6、力场效果往往需等操控．近年来，国内外已有许多基于介电电泳技要通过模拟或实验论证后再进行调整，直至满足术的芯片的研究结果，利用这些芯片实现了从各设计需求．种微米、亚微米甚至纳米级微粒的控制，如细胞、本文对无源场的麦克斯韦方程进行了推导，［２，３］细菌、ＤＮＡ、碳纳米管等．得出了无源场中介电力的控制方程．根据该控制目前，用于常规介电电泳的电极形状主要有方程可以获得多个电场函数的解束．将求得的电［４］［５］［６］多项式函数形、正弦函数形以及城堡形等．势场中的几个等势面设计成电极，就可以得到能因为非均匀电场的分布将极大地影响微粒受到的产生特定介电力的电场

7、．该方法设计出的电极可介电力大小和方向，所以除了某些可以知道其精以在某个特定的位置产生指定大小和方向的介电确的介电力场的多项式函数形电极外，其他电极力．同时，对解束中的参数进行相应的调整，还可收稿日期：２０１０－０４－２０．作者简介：王骏（１９７７－），男，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｏ－ｍａｒｋ＠２６３．ｎｅｔ．基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目（２００２ＡＡ２Ｚ２０１１）．·６·华中科技大学学报（自然科学版）第３８卷以实现在指定的芯片尺寸中利用指定的电压来产Ｅｘ＝槡Ａｓｉｎｔ；Ｅｙ＝槡Ａｃｏｓｔ．（５）生指定的介电力．文中还利用该方

8、法设计了电极联立式（４）和式（５），可求得函数ｔ的偏导形图形，并对其电场和介电力场进行了相应的分析，式为：并将分析结果与有限元模拟的结果