弧形阵列微电极对高电导率流体混合效率的影响

作     者：孟冀豫 戴士杰 李姗姗 于成壮 魏春阳 李军委 Meng Jiyu;Dai Shijie;Li Shanshan;Yu Chengzhuang;Wei Chunyang;Li Junwei

作者机构：河北工业大学机械工程学院天津300401 河北工业大学河北省智能传感与人机融合重点实验室天津300401 河北工业大学电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学廊坊分校计算机电子系廊坊006500 

出 版 物：《天津大学学报》 (Journal of Tianjin University)

年 卷 期：2021年第54卷第1期

页      面：42-50页

核心收录：

学科分类：0202[经济学-应用经济学] 02[经济学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目 中国博士后科学基金 天津市特支青年拔尖人才计划资助项目 河北省重点研发计划资助项目 

主　　题：交流电热 混合 微电极 温升 微流控芯片 

摘      要：微流体交流电热效应混合是缩短药物筛选时间的有效手段之一.混合机制通常由微电极诱导流体内部产生温度梯度,从而形成涡流用于整个样品区域内的流体搅拌.但生物流体电导率偏高,交流电热的温升容易影响药物活性.因此,设计并封装一款环形微流体混合芯片,在不损失混合效率的前提下抑制流体的温升,揭示该芯片的混合性能,数值模拟与实验对微通道内两相流体的动态混合过程进行定量分析,并对模型几何参数、物理参数等条件进行优化研究.首先,利用Comsol仿真软件进行电场、温度场、流场以及稀物质传输场的强耦合仿真计算,以混合效率为目标函数,同时以温升上限作为约束条件,优化电压幅值以及微电极阵列的尺寸和分布.仿真结果表明,在给定电压下弧形微电极阵列的分布模式以及尺寸大小是影响混合效率的主要因素,电极对称/非对称分布诱导不同形式的非匀强电场空间分布,电极尺寸直接影响电场对流体的作用力范围.综合温升研究,仿真最优混合效率可达98.67％.然后,以优化的电极尺寸参数加工氧化烟锡微电极阵列,软光刻加工聚二甲基硅氧烷微通道.将上述带有特定微通道图案的PDMS与微电极玻璃基底封装后形成最终的微混合实验芯片.最后,使用电导率为0.2 S/m的蓝色染料溶液和去离子水缓冲液(经0.9％NaCl溶液调节电导率值)进行混合实验,微混合器混合效率可达93.16％.