非牛顿生物流体诱导电荷电渗聚焦机理研究
批准号:
61904149
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
冯慧成
依托单位:
学科分类:
F0407.微纳机电器件与控制系统
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
细胞聚焦精度是微流式细胞仪实现精确检测的关键。利用外加电场在可极化平面上生成诱导电荷电渗(ICEO)双漩涡流,可将生物流体中的各类细胞精确聚焦于平面中央,实现高精度聚焦。然而,生物流体的非牛顿流变特性与聚离子效应会显著改变ICEO的流动特性,目前针对这一问题的研究有限。为此,本项目拟研究非牛顿生物流体的ICEO现象,并分析细胞的ICEO聚焦性能。采用幂律流体模型考察流体的非牛顿流变特性,通过考虑离子体积及扩散率的影响,改进泊松-能斯特-普朗克(PNP)方程组,为非牛顿生物流体建立完善的ICEO理论模型。通过理论与实验的双向验证,厘清流体的非牛顿流变特性与聚离子效应对ICEO流动特性与ICEO聚焦机理的作用规律,建立ICEO聚焦芯片的设计及优化准则,为高精度ICEO聚焦芯片的开发提供指导。
英文摘要
A precise cell focusing is the key to achieve an accurate detection of microflow cytometer. Induced-charge electroosmosis (ICEO) generated by the applied electric field forms double eddies on the polarizable plane, which can accurately focus the cells in biofluid to the center of the plane, i.e., achieve a precise focusing. The non-Newtonian rheological properties of and the polyions inside the biofluids change the flow characteristics of ICEO significantly. However, there are limited studies conducted on this issue. Therefore, this project intends to study the ICEO of non-Newtonian biofluids and investigate the ICEO focusing performance. To establish a comprehensive ICEO model of non-Newtonian biofluids, the power-law fluid model is adopted to investigate the non-Newtonian rheological properties of biofluids, and the Poisson-Nernst-Planck (PNP) equations are modified by considering the influences of ion volume and diffusivity. Through a detailed analysis of experimental data and theoretical modeling, the effects of non-Newtonian rheological properties and ion volume and diffusivity on the ICEO flow characteristics and ICEO focusing mechanism will be revealed. The design and optimization criteria of ICEO focusing will be established, which can provide guidance for the development of high-precision ICEO focusers.
诱导电荷电渗(ICEO)是实现高精度细胞聚焦的有效手段,可用于微流式细胞检测中,保障细胞检测的准确性。生物流体的非牛顿特性与聚离子效应会大大影响ICEO的流动特性。为此,本项目对非牛顿流体ICEO的流动特性与细胞聚焦机理进行了深入研究。设计搭建了非牛顿流体ICEO流动特性测试实验台,研究了其流动特性,并建立了非牛顿流体ICEO理论模型,揭示了非牛顿流体ICEO的流动机理。建立了非牛顿流体ICEO细胞聚焦芯片数值模型,分析了细胞聚焦机理,设计了聚焦芯片;搭建了细胞聚焦机理实验台,实验研究了非牛顿流体ICEO聚焦芯片的聚焦机理;理论、实验对比验证,分析优化了ICEO聚焦芯片。
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Enhancing signals of microfluidic impedance cytometry through optimization of microelectrode array
通过优化微电极阵列增强微流控阻抗细胞术的信号
DOI:10.1002/elps.202100351
发表时间:2022-03
期刊:Electrophoresis
影响因子:2.9
作者:Chenyang Zhou;Hailong Shen;Huicheng Feng;Zhibin Yan;Bowen Ji;Xichen Yuan;Ruirong Zhang;Honglong Chang
通讯作者:Honglong Chang
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cis.2020.102159
发表时间:2020
期刊:Advances in Colloid and Interface Science
影响因子:--
作者:Huicheng Feng;Honglong Chang;Xin Zhong;Teck Neng Wong
通讯作者:Teck Neng Wong
DOI:10.1063/5.0080295
发表时间:2022-01
期刊:Physics of Fluids
影响因子:4.6
作者:Lingqi Zhao;Xin Zhong;Huicheng Feng
通讯作者:Huicheng Feng
DOI:10.1016/j.colsurfa.2021.126604
发表时间:2021-04
期刊:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
影响因子:--
作者:Huicheng Feng;Lingqi Zhao;Xin Zhong;Xingfeng Lei;Teck Neng Wong
通讯作者:Teck Neng Wong
DOI:https://doi.org/10.1109/JSEN.2022.3211443
发表时间:2022
期刊:IEEE Sensors Journal
影响因子:--
作者:Hialong SHen;Ji Bowen;Feng Huicheng
通讯作者:Feng Huicheng
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