Mesoscopic models for electrohydrodynamic interactions of polyelectrolytes
Mesoscopic models for electrohydrodynamic interactions of polyelectrolytes
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聚电解质电流体动力学相互作用的介观模型
DOI：
10.1017/jfm.2021.11
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发表时间：
2021
影响因子：
3.7
通讯作者：
Butler, Jason E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kopelevich, Dmitry I.;He, Shujun;Montes, Ryan J.;Butler, Jason E.
建立了聚电解质在同时电场和压力驱动流场中的两种平均场模型，并进行了比较。该模型预测迁移垂直于反平行或平行的领域，其中的迁移是由电流体动力学相互作用计算使用一个短期或长期的近似。平均场模型的输入确定从布朗动力学模拟在一个简单的剪切流。这两种模型定性地再现了DNA聚焦的实验观察，如以前的出版物中所报道的。具体地，观察到剪切场和电场的组合导致在横向于流动和电场方向的方向上的湍流运动，这又导致湍流集中在微流体通道的中心。此外，这两个模型预测，有一个最佳的电场强度，导致在沟道的中心的最窄的分布轮廓的电介质。分析表明，这是由于分散诱导的电流体动力学相互作用。然而，定量模型预测和实验数据之间的分歧表明，在模型开发的进一步进展是必要的。
Two mean-field models for polyelectrolytes in simultaneous electric field and pressure-driven flow field were developed and compared. The models predict migration perpendicular to the anti-parallel or parallel fields, where the migration is caused by electrohydrodynamic interactions calculated using either a short- or long-range approximation. Inputs for the mean-field models were determined from Brownian dynamics simulations in a simple shear flow. Both models qualitatively reproduce experimental observations of DNA focusing as reported in previous publications. Specifically, it is observed that combination of the shear and electric fields leads to polyelectrolyte motion in the direction transverse to the flow and electric field direction, which in turn leads to concentration of the polyelectrolyte in the centre of a microfluidic channel. Furthermore, both models predict that there is an optimal strength of electric field that leads to the narrowest distribution profile of the polyelectrolyte in the centre of the channel. The analysis suggests that this is due to dispersion induced by the electrohydrodynamic interactions. However, quantitative disagreement between the model predictions and the experimental data indicates that further progress in the model development is needed.
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