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Non-Stokes drag coefficient in single-particle electrophoresis:New insights on a classical problem

Chinese Physics B 2019年第8期28卷 201-211页

作者：廖麦嘉魏名佐徐士鑫歐陽新喬沈平 Department of Physics Hong Kong University of Science and TechnologyClear Water BayKowloonHong KongChina Department of Physics Lehigh UniversityBethlehemPAUSA Department of Bioengineering Lehigh UniversityBethlehemPAUSA Centre for Quantitative Analysis and Modelling (CQAM) The Fields InstituteTorontoOntario M5T 3J1Canada

We measured the intrinsic electrophoretic drag coefficient of a single charged particle by optically trapping the particle and applying an AC electric field,and found it to be markedly different from that of the Stokes drag.The drag coefficient,along with the measured electrical force,yield a mobility-zeta potential relation that agrees with the literature.By using the measured mobility as input,numerical calculations based on the Poisson-Nernst-Planck equations,coupled to the Navier-Stokes equation,reveal an intriguing microscopic electroosmotic flow near the particle surface,with a well-defined transition between an inner flow field and an outer flow field in the vicinity of electric double layer’s outer boundary.This distinctive interface delineates the surface that gives the correct drag coefficient and the effective electric charge.The consistency between experiments and theoretical predictions provides new insights into the classic electrophoresis problem,and can shed light on new applications of electrophoresis to investigate biological nanoparticles.

关键词： electrophoresis drag coefficient vortices belt charged colloidal particle

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