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基于超声导波的粘性流体中粒子分离初步研究

压电与声光 2014年第2期36卷 178-181页

作者：顾建祖王侃骆英徐晨光江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013

悬浮物中的微粒在超声驻波场作用下受到声辐射力作用后会向声场节点处聚集。将该原理应用于机油中杂质颗粒的分离,对微粒进行受力分析,建立粒子受力运动分析模型和运动方程,并进行了粒子运动分析。通过实验观察了在特定驻波场的作用下... 详细信息

悬浮物中的微粒在超声驻波场作用下受到声辐射力作用后会向声场节点处聚集。将该原理应用于机油中杂质颗粒的分离,对微粒进行受力分析,建立粒子受力运动分析模型和运动方程,并进行了粒子运动分析。通过实验观察了在特定驻波场的作用下粒子向波节点积聚的现象,实验结果与理论分析吻合,证明了应用超声波的方法从机油等粘性流体中分离杂质的可行性。

关键词：超声导波粒子分离机油声辐射力粘性流体

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集成阵列叉指电极介电泳芯片粒子分离

微纳电子技术 2016年第7期53卷 461-466页

作者：方明樊磊曾一笑谭秋林孙东中北大学电子测试技术重点实验室太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

制备了用于粒子分离的集成阵列叉指电极介电泳微流控芯片,该芯片由以玻璃为基底的氧化铟锡(ITO)电极以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流通道构成。采用该芯片测定了聚苯乙烯微球在电导率为1μS/cm的悬浮溶液中在不同频率下的介电泳响应。聚... 详细信息

制备了用于粒子分离的集成阵列叉指电极介电泳微流控芯片,该芯片由以玻璃为基底的氧化铟锡(ITO)电极以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流通道构成。采用该芯片测定了聚苯乙烯微球在电导率为1μS/cm的悬浮溶液中在不同频率下的介电泳响应。聚苯乙烯微球产生正负介电泳响应的临界频率为20 kHz。当交流电压和频率分别为8Vp-p(峰峰值)和2 MHz时获得最优的粒子分离条件,在此条件下对聚苯乙烯微球和酵母菌细胞进行分离实验。实验结果表明,酵母菌细胞受到正介电泳力的作用,被富集到电极的边缘,而聚苯乙烯微球受到负介电泳力的作用被排斥而远离电极,其分离效率能够达到90%。

关键词：阵列叉指电极介电泳(DEP) 微流控芯片粒子分离临界频率

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基于介电电泳的粒子分离微流控芯片的研究

仪表技术与传感器 2017年第2期 5-8,14页

作者：曾一笑樊磊吴菲谭秋林孙东中北大学电子测试技术重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

文中制备了一种用于粒子分离的介电电泳微流控芯片,利用粒子介电性质不同实现粒子批量、高效分离。采用MEMS工艺,由光刻有电极的ITO玻璃基底和PDMS微通道制备而成。在此基础上,测定了当缓冲溶液的电导率为1μS/cm、交流信号电压为10 V... 详细信息

文中制备了一种用于粒子分离的介电电泳微流控芯片,利用粒子介电性质不同实现粒子批量、高效分离。采用MEMS工艺,由光刻有电极的ITO玻璃基底和PDMS微通道制备而成。在此基础上,测定了当缓冲溶液的电导率为1μS/cm、交流信号电压为10 V时聚苯乙烯小球和酵母菌的正负介电泳响应,确定了两种微粒的分离条件:酵母菌细胞在1~50 k Hz时表现负介电泳响应,50 k Hz^5 MHz时表现正介电泳响应,50 k Hz为交叉频率;聚苯乙烯小球在1 k Hz^5 MHz始终表现负介电泳响应。选取10 V、5 MHz交流电压信号作为分离条件,对直径均为5μm的聚苯乙烯小球和酵母菌进行了分离,分离效率达到92.4%。

关键词：介电电泳粒子分离微流控芯片介电性质交叉频率

确定性横向迁移装置中圆形粒子分离特性的IB-LBM数值模拟

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确定性横向迁移装置中圆形粒子分离特性的IB-LBM数值模拟

作者：韦建辉中国科学技术大学

学位级别：硕士

粒子分离是很多生物医学过程的重要步骤,近年来确定性横向迁移(DLD)装置因其结构简单并能提供连续分离颗粒流而受到广泛关注。为了加深对分离过程中流场与粒子相互作用的认识以及为DLD设计提供实用可靠的参考,本文使用浸入边界-格子玻... 详细信息

粒子分离是很多生物医学过程的重要步骤,近年来确定性横向迁移(DLD)装置因其结构简单并能提供连续分离颗粒流而受到广泛关注。为了加深对分离过程中流场与粒子相互作用的认识以及为DLD设计提供实用可靠的参考,本文使用浸入边界-格子玻尔兹曼法、结合构建的变形圆形粒子弹簧模型对球形粒子在DLD阵列中的分离特性进行了流固耦合数值模拟研究。创新结果为两方面：1、本文通过对圆形粒子的数值实验模拟测算,得到了圆柱型、方型、I型、六边型、八边型等DLD阵列的临界分离尺寸,发现所有圆形之外的微柱形状都能获得更小的临界分离尺寸,其中方型和I型阵列的临界分离尺寸最小,六边型和八边型装置临界尺寸介于方型和圆柱型之间。根据数值实验的临界尺寸结果,本文进一步引入微柱形状影响因子,修正了Davis关于临界分离尺寸的经验公式,发现副流道宽度比对降低阵列的临界尺寸有着重要作用,为非圆柱型DLD装置的设计提供了有益的理论依据与参考。2、通过分析粘度与刚度等物理性状参数,发现变形圆形粒子在相同结构的圆柱型DLD阵列中,当粒子弯曲刚度Kb或者内外粘度比λ较小时,与临界分离尺寸相近的4μm变形圆形粒子有效尺寸变大,会从之字型运动模式变成侧向偏移运动模式;而大于临界尺寸的6μm粒子有效尺寸则更大,更易走侧向偏移运动。因此,粘度和刚度等粒子物理性状参数可以在一定程度上改变圆形粒子的临界尺寸以及运动模式,但这个影响程度有限,决定分离特性的主要因素还是圆形粒子尺寸、DLD阵列通道宽度以及偏移率。结合粒子长径统计数据和毛细数的定义,本文发现,对于圆形粒子,毛细数越小,粒子变形能力越差,粒子的有效尺寸就越小,越容易走之字形运动模式。此结论不仅加深了我们对DLD分离机制的理解,同时为设计DLD分离装置提供了理论依据。

关键词：确定性横向迁移装置粒子分离浸入边界-格子玻尔兹曼法微柱形状临界分离尺寸毛细数

锯齿形微通道结构参数对布朗粒子分离的影响研究

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科技通报 2020年第1期36卷 16-20,37页

作者：蔡玳菁余宛真韩鹏华南师范大学物理与电信工程学院广州510006

微通道粒子分离技术通过设计特殊的微通道结构对布朗粒子构成特定的熵势阱,同时施加一定的外力影响,从而实现粒子分离。本文研究了恒定外力和熵势的共同作用下,锯齿型微通道结构参数对微通道中不同粒径大小的粒子分离特性的影响。分析... 详细信息

微通道粒子分离技术通过设计特殊的微通道结构对布朗粒子构成特定的熵势阱,同时施加一定的外力影响,从而实现粒子分离。本文研究了恒定外力和熵势的共同作用下,锯齿型微通道结构参数对微通道中不同粒径大小的粒子分离特性的影响。分析了不同粒径粒子的速度差,两种粒径大小不同粒子大小以及改变左壁斜率大小的情况下,对粒子的分离效果的影响,并得出相应的最优分离方案。这些研究结果有利于促进微通道粒子分离技术的进一步发展。

关键词：粒子分离锯齿形微通道布朗运动

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基于光诱导介电泳技术的粒子分离研究

烟台大学学报（自然科学与工程版） 2021年第2期34卷 199-203页

作者：孙路静杨文广褚洪汇烟台大学机电汽车工程学院山东烟台264005

首先介绍了光诱导技术和介电泳技术的基础理论,并以此分析了光诱导介电泳的工作原理;其次,利用COMSOL Multiphysics软件建立仿真模型,对3种不同尺寸的圆环光斑产生的电场和介电泳力进行仿真,以验证光诱导介电泳技术分离粒子的可行性,同... 详细信息

首先介绍了光诱导技术和介电泳技术的基础理论,并以此分析了光诱导介电泳的工作原理;其次,利用COMSOL Multiphysics软件建立仿真模型,对3种不同尺寸的圆环光斑产生的电场和介电泳力进行仿真,以验证光诱导介电泳技术分离粒子的可行性,同时为实验提供参考数据;最后,进行实验操作,验证利用光诱导介电泳技术分离粒子的正确性,并通过光诱导介电泳技术实现对粒子的高效无损的分离操作。

关键词：光诱导介电泳微纳操纵粒子分离

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粒子连续分离介电泳微流控芯片的研究

粒子连续分离介电泳微流控芯片的研究

作者：方明中北大学

学位级别：硕士

介电电泳技术利用交流电场对粒子的极化实现对粒子的分离、富集等操作,常规介电电泳对粒子的分离之后的收集过程较为复杂,且消耗时间长。本文以介电电泳和微流芯片中的流体流动为基础,对粒子在介电电泳芯片芯片的受力进行分析,设计了集... 详细信息

介电电泳技术利用交流电场对粒子的极化实现对粒子的分离、富集等操作,常规介电电泳对粒子的分离之后的收集过程较为复杂,且消耗时间长。本文以介电电泳和微流芯片中的流体流动为基础,对粒子在介电电泳芯片芯片的受力进行分析,设计了集成倾斜阵列叉指电极的介电泳微流控芯片,以实现细胞的连续分离,为快速制备细胞样品奠定基础。本文主要研究内容包括以下方面:首先对介电电泳粒子分离的理论进行研究,由球形粒子的偶极矩推导出粒子所受介电泳力的表达式,总结粒子所受介电泳力大小的影响因素。采用同心球壳模型对聚苯乙烯微球,NB4细胞以及酵母菌细胞三种不同类型粒子频率响应特性,研究粒子所受介电泳力类型与交流信号频率、溶液电导率之间的关系。分析粒子在介电泳芯片中的受力,对粒子的运动情况进行分析。其次,根据粒子在介电泳芯片中的受力,设计粒子连续介电泳芯片的结构,在芯片中布置倾斜阵列叉指电极,将介电泳力与流体水动力相结合实现对粒子的操作,建立芯片的数学模型,利用Comsol Multiphysis软件对芯片内部电场、介电泳力进行仿真分析,优化介电泳芯片的电极和微流通道的参数。根据介电泳芯片的功能,选择微电极和微流通道的材料,利用光刻工艺在ITO玻璃上加工出微电极结构,模塑法制作出PDMS微流通道,最后键合成完整的介电泳芯片。最后,利用制备的介电泳芯片在介电泳实验平台上进行粒子分离实验研究。以聚苯乙烯微球和酵母菌细胞为实验对象,优化交流信号的大小及频率,并对二者进行介电泳分离实验。分析注射泵速率对粒子轨迹的影响,优化流体的流速。采用倾斜阵列叉指电极对NB4和酵母菌细胞进行分离,酵母菌细胞受到正介电泳力和流体水动力的作用而发生偏转,沿电极倾斜方向运动,NB4细胞受到的介电泳力较小,未发生偏转,沿通道流出,二者实现了分离,验证了本文所设计的介电泳芯片对粒子实现连续分离的可行性。

关键词：介电电泳流体水动力微流控芯片粒子分离 Comsol

混合手征活性粒子在时间延迟反馈下的扩散和分离

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物理学报 2020年第22期69卷 293-303页

作者：廖晶晶蔺福军江西理工大学理学院赣州341000 江西理工大学应用科学学院赣州341000 华南师范大学物理与电信工程学院广州510006

在二维空间内,考虑周期性边界条件,提出了一种用时间延迟反馈分离混合手征活性粒子的新方法.当系统引入时间延迟反馈时,手征活性粒子动力学特征发生明显改变.通过调节外加时间延迟反馈的强度和反馈时间可以控制逆时针旋转(counterclockw... 详细信息

在二维空间内,考虑周期性边界条件,提出了一种用时间延迟反馈分离混合手征活性粒子的新方法.当系统引入时间延迟反馈时,手征活性粒子动力学特征发生明显改变.通过调节外加时间延迟反馈的强度和反馈时间可以控制逆时针旋转(counterclockwise, CCW)粒子扩散受到顺时针旋转(clockwise, CW)粒子扩散的影响程度.当时间延迟反馈强度和反馈时间较大且系统参数取最优值时, CCW粒子加快旋转角速度,扩散完全由粒子相互作用决定,而CW粒子的扩散由自身参数和粒子相互作用共同决定,在此情况下, CCW粒子容易聚集形成团簇,而CW粒子加快扩散,混合手征活性粒子实现分离.

关键词：活性粒子扩散时间延迟反馈粒子分离

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转轮分离器风量和转速对叶片流道涡的影响

清华大学学报（自然科学版） 2020年第6期60卷 493-499页

作者：冯乐乐吴玉新张海张扬岳光溪清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

研究转轮分离器相邻叶片间的流场对理解其气固分离行为非常重要。为此,该文利用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)测量了不同转速、风量下转轮分离器叶片流道间的流场,然后利用坐标变换算法分析了相对切向速度和径向速度随... 详细信息

研究转轮分离器相邻叶片间的流场对理解其气固分离行为非常重要。为此,该文利用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)测量了不同转速、风量下转轮分离器叶片流道间的流场,然后利用坐标变换算法分析了相对切向速度和径向速度随转速的变化,并定量分析了叶片流道间旋涡的位置和涡量随转速、风量的变化。实验结果表明:在实验范围内,随着转速提高,旋涡先往转轮外部移动,再往转轮内部移动;随着转速提高,旋涡涡量先增大后减小;随着风量提高,旋涡位置变化不明显,而旋涡涡量不断增大;随着转速提高,总分离效率先升高后降低,切割粒径先减小后增大。这种非单调趋势可以用叶片间旋涡位置的变化和流道入口处相对切向速度的变化来解释。基于坐标变换的转轮机械流场分析可以避免拍摄时相机定位的误差,也便于分析气体相对于转动叶轮的运动。

关键词：粒子分离粒子图像测速(PIV) 算法颗粒流旋涡