微流控系统大数量密集生物颗粒相互干涉的介电泳特性新算法和实验研究
批准号:
11572139
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
陈波
依托单位:
学科分类:
A0908.多场多介质耦合与流动控制
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴健康、陈瀚、刘乐、谢川川、张峰
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中文摘要
微流控系统的介电泳技术对生物颗粒操控是当前生物,医学,化学,流体,电学等领域的交叉前沿课题之一。大数量密集颗粒群在电场中介电干涉行为与单颗粒完全不同,至今没有很好解决。本课题拟采用理论,数值分析和 PIV 模型实验开展密集介电泳颗粒相互干涉现象研究,研发一种简单实用的密集颗粒群介电力(介电力矩)新算法和颗粒运动实验观测。研究内容:.(1)大数量随机分布密集颗粒群的介电力(介电力矩)创新算法(迭代偶极矩法)研究,包括 二维(三维),直流(交流),均匀(非均匀)电场;.(2)研究在电场介电力和流体力联合作用,大数量密集颗粒群的运动(包括颗粒干涉),颗粒融合(成链,成簇,成团)规律特性研究,包括颗粒大小,数量,颗粒和流体的介电系数,电导率,电场频率,颗粒分布位置等综合因素对颗粒群介电泳特性的影响;.(3)大数量密集介电泳颗粒在电场中相互干涉运动的实验观测。
英文摘要
Bio-particle manipulation of dielectrophoresis in microfluidics is one of frontier research fields of multi-physics interaction associated with biology, chemistry, fluids and electricity. The interaction behavior of dense particle group under combinative action of fluid force and electrical force is one of the most crusal technologies in this field. This research project will study general behavior of electrophoretic particle interaction by theoretic study, numerical analysis and PIV model experiments, develop a simple and parctical algorithm for dielectrophoretic forces of dense particles. This project includs :.(1) innovation algorithm (iterative dipole moment method) for dielectrophoretic forces of a large number of randomly distributed dense particles(2D(3D), direct current(DC), alternating current (AC), uniform(non-uniform) electric field)..(2) General electrokinetic behavior of particle interaction under combinative action of fluid force and electrical force in microfluids, including qualitative and quantitative effects of various design and working parameters ( particle size, distribution of particles, property parameters of particle and buffer solution ) on particle interaction behavior..(3) Experimental study of general behavior of electrophoretic particle interaction subjected to electrical and fluidic forces in microfluids.
微流控系统的介电泳技术对生物颗粒操控是当前生物,医学,化学,流体,电学等领域的交叉前沿课题之一。大数量密集颗粒群在电场中介电干涉行为与单颗粒完全不同,至今没有很好解决。麦克斯应力张量法(MST)是理论上最严格的颗粒介电力算法,但是计算量巨大,且数值误差和不确定性难以控制,目前只能用于计算二维电场中少数几个颗粒的相互作用。迭代偶极矩法(IDM)是当前模拟大数量密集颗粒介电泳相互作用的最新算法,无需复杂的数值计算,应用简单且具有较高的精度。利用迭代偶极矩法(IDM),本项目对密集介电泳颗粒的相互干涉现象进行了研究。研究结果表明:同类颗粒总是形成平行于电场的颗粒链,异类颗粒总是形成垂直于电场的颗粒链,颗粒链为正负介电泳颗粒交替排列结构。多颗粒成链形态与颗粒的初始位置分布,电学属性(介电系数,电导率),以及电场频率有关。颗粒初始位置的微小扰动会大大改变最终的颗粒链形态。通过调控电场频率可以让颗粒在正负介电泳之间转换,在不同的频率下,随机分布的大数量密集颗粒能够形成多个长短不一的颗粒链。本项目提出了一种大数量密集颗粒在流体中缓慢运动时的流体阻力迭代修正法。通过对局部流场进行迭代修正,得到了包含颗粒之间相互影响的流体阻力,可用于大数量密集颗粒相互作用时的流体阻力计算。本项目还结合电场调控电渗流微涡旋和介电泳技术,设计了一种可连续性分离颗粒的芯片装置。在微涡旋和介电力的共同作用下成功地实现了不同尺寸的负介电泳颗粒的连续分离。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
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专利列表
Particle interactions in three-dimensional electrical field simulated by iterative dipole moment method
迭代偶极矩法模拟三维电场中粒子相互作用
DOI:10.1142/s0217984916501566
发表时间:2016-06
期刊:Modern Physics Letters B
影响因子:1.9
作者:Liu Le;Xie Chuanchuan;Chen Bo;Wu Jiankang
通讯作者:Wu Jiankang
A new method for particle manipulation by combination of dielectrophoresis and field-modulated electroosmotic vortex
介电泳与场调制电渗涡流相结合的粒子操纵新方法
DOI:10.1007/s10483-018-2303-9
发表时间:2018-03
期刊:Applied Mathematics and Mechanics (English Edition )
影响因子:--
作者:Xie Chuanchuan;Chen Bo;Yan Bing;Wu Jiankang
通讯作者:Wu Jiankang
DOI:10.1142/SO217984916501566
发表时间:2016
期刊:Modern Physics Letters B
影响因子:--
作者:Liu Le;Xie Chuanchuan;Chen Bo;Wu Jiankang
通讯作者:Wu Jiankang
Iterative dipole moment method for the interaction of multiple dielectrophoretic particles in an AC electrical field
交流电场中多个介电泳粒子相互作用的迭代偶极矩法
DOI:10.1016/j.euromechflu.2016.03.003
发表时间:2016-07-01
期刊:EUROPEAN JOURNAL OF MECHANICS B-FLUIDS
影响因子:2.6
作者:Xie, Chuanchuan;Chen, Bo;Wu, Jiankang
通讯作者:Wu, Jiankang
Three-Dimensional Interaction of a Large Number of Dense DEP Particles on a Plane Perpendicular to an AC Electrical Field
垂直于交流电场的平面上大量致密 DEP 粒子的三维相互作用
DOI:10.3390/mi8010026
发表时间:2017-01-20
期刊:Micromachines
影响因子:3.4
作者:Xie C;Chen B;Wu J
通讯作者:Wu J
环面拓扑上的自对偶码和切除结构
- 批准号:11401233
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:陈波
- 依托单位:
3维单凸多面体的Buchstaber不变量
- 批准号:11126099
- 项目类别:数学天元基金项目
- 资助金额:3.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:陈波
- 依托单位:
一种多功能高流量/电压比的电渗流芯片机理研究和模型实验
- 批准号:50805059
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:陈波
- 依托单位:
国内基金
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