在電熱耦合場下之微流體與粒子操控

陳昱良

doi:10.6342/NTU201703643

山西大学，您好！

感谢采购，人社期刊库｜人社论文库，期间：2025/01/01~2025/12/31

感谢试用，科学期刊库｜科学论文库，期间：2024/10/20~2025/01/20

浏览高级检索

关闭
检索检索高级检索出版物检索
浏览期刊主题浏览核心期刊浏览期刊拼音浏览

关闭

查询符号(半角)	查询符号意义说明
空格	表示为「AND」两个查询词之交集
双引号 ( " " )	片语以双引号标示开始及结束，而且只寻找出现顺序相同的字词，例： " image process "
?	表示一个字母切截，输入两个?表两个字母，依此类推，例：输入「Appl?」，查得结果应为appl e , appl y … ( 常用于英文字查询 )
*	表示不限字母切截，由0~n. 例：输入「appl*」，查得结果应为appl e , appl es , appl y , appl ied , appl ication … ( 常用于英文字查询 )
AND、OR、NOT	布尔逻辑组合关键字，用来扩大或缩小查询范围的技巧。 (1) AND ：缩小查询范围 (2) OR ：扩大查询范围(3) NOT：排除不相关的范围

DOI 是数位物件识别码（ D igital O bject I dentifier ）的简称，
为物件在网路上的唯一识别码，可用于永久连结并引用目标物件。

使用DOI作为永久连结

每个DOI号前面加上「 http://dx.doi.org/ 」便成为永久网址。
如以DOI号为 10.5297/ser.1201.002 的文献为例，此文献的永久连结便是： http://dx.doi.org/ 10.5297/ser.1201.002 。
日后不论出版单位如何更动此文献位置，永久连结所指向的位置皆会即时更新，不再错失重要的研究。

引用含有DOI的文献

有DOI的文献在引用时皆应同时引用DOI。若使用APA、Chicago以外未规范DOI的引用格式，可引用DOI永久连结。

DOI可强化引用精确性、增强学术圈连结，并给予使用者跨平台的良好使用经验，目前在全世界已有超过五千万个对象申请DOI。如想对DOI的使用与概念有进一步了解，请参考（）。

书目管理工具

相关连结

问题回报

全文下载

在电热耦合场下之微流体与粒子操控

Manipulation of Fluids and Particles under an Electrothermal Field

陈昱良 , 博士　　导师：江宏仁　　

英文 DOI： 10.6342/NTU201703643

非对称粒子；电动力学；电旋转；介电泳；粒子操控；电热流；热泳； Janus particle ； electrokinetics ； electrorotation ； dielectrophoresis ； particle manipulation ； electrothermal flow ； thermophoresis

0 个人觉得这篇文章赞

摘要 │ 参考文献 (113) │ 国际计量

摘要〈TOP〉

近年来，流体与粒子之电、热操控技术已广泛运用在实验室晶片的应用上。过去的许多研究中指出可以利用热梯度在流体与粒子周围产生局部介电性质之非均质性并且藉由此非均值性进一步地利用外加电场驱动流体与粒子。相较於在单一物理场下的流体与粒子操控技术，在电热耦合场下的流体与粒子操控展现了较广大的流场与较快的运动速度。基於这些优点与特性，我们计划利用电热耦合场来操控流体、粒子甚至是驱动单一非对称粒子。在本篇论文中，我们提出一种新的旋转电热流体操控技术，透过粒子不同的介电泳反应以及向加热中心流动的电热流体，可以快速地分离以及搜集不同的粒子。由於不同粒子之介电泳反应的差异，可能会被吸附在电极边缘(正介电泳)或是被排斥远离电极电极边缘(负介电泳)，而负介电泳反应的粒子会进一步地被电热流所搜集，达到粒子分类与搜集的目的。此热电耦合技术可以在盐水溶液以及在高频率域范围操作，因此可克服在低频时所发生的电渗流现象，改善在微流体晶片中操控的精确性。此技术的应用范围广泛，例如生医检测之讯号加强、光晶体的制造以及生化微感测器的应用等。

为了要进一步地利用电热耦合场来驱动单一非对称粒子，我们必须了解非对称粒子在电场下的极化特性。在本篇论文中，我们利用电旋转技术来量测金属/二氧化矽之非对称粒子的极化特性。根据不同的电场频率与金属溅镀层的厚度，非对称粒子的电旋转方向会有所不同。在非对称粒子、全金属球壳粒子与均值介电粒子的比较中，半边镀金属之非对称粒子的几何特性造成屏蔽效应的下降进而增加粒子的极化，因此提高非对称粒子的特徵频率。我们提出在非对称粒子中存在一与溅镀厚度相关之长度尺度，其会影响非对称粒子在电场下的极化进而造成特徵频率的改变。

接下来，电热耦合场进一步地被用来驱动单一非对称粒子。对一个在自热泳情况下的非对称粒子施加一交流电场，并量测其运动速度的改变。发现在同时施加电场与热梯度的情况下，粒子的运动速度远大於单一物理场所驱动的速度。基於此实验结果，我们提出运动速度的增加来自於外加电场所产生的感应介达电位加强了粒子的自热泳效应。

根据实验结果，相较於在单一场下的操控技术，在电热耦合场下之流体与粒子操控技术更加有效率。基於此概念，若是使用一个物理场改变流体或是粒子之物理特性，并且利用另一个物理场来驱动可能有助於操控或增强流体或粒子的运动。此种热电耦合的操控技术在微流体晶片应用中提供了一个可以动态加强或是控制流体与粒子运动的方法。

并列摘要〈TOP〉

Electrically and thermally based manipulations of fluids or particles has been a technological trend used in lab-on-a-chip applications in last decades. In particular, several studies report that it could generate local inhomogeneities of electric propertiy on fluids and particles by a thermal gradient and further drive the fluids and particles by an electric field acting these inhomogeneities, such as electrothermal flow. Compared with the manipualtion of fluids and particles under a single physical field, the manipulation under an electrothermal field reveals a wide range flow pattern and fast velocity. Based on these features, we plan to apply an electrothermal coupled field to manipulate fluids, particles and even a single asymmetric particle. In this thesis, we demonstrate a functional rotating electrothermal technique for rapidly concentrating and sorting a large number of particles on the microchip by the combination of particle dielectrophoresis (DEP) and inward rotating electrothermal (RET) flows. Different kinds of particles can be attracted (positive DEP) to or repelled (negative DEP) from the electrode edges, and then the n-DEP responsive particles are further concentrated at the heated region by RET flows. This multi-field technique can be operated in salt solutions and at higher frequency without external flow pressure. It can avoid the electrokinetic phenomena at low frequency to improve manipulation accuracy for lab-on-chip applications.

To further apply the electrothermal field to drive a single asysmmetric particle (Janus particle), the characters of polarization of particles under an electric field must be understood in advance. In this thesis, the polarization of metal-coated Janus particles is characterized by electrorotation (EROT) measurements. The rotational direction of Janus particles following or countering the direction of the rotating electric field are observed depending on the field frequency and thickness of metallic coating. The comparison of Janus, metallic, and dielectric particles reveals that the hemispherical coating reduces the screening effect and promotes polarization, thereby exhibiting a higher characteristic frequency. We propose that there is a special length scale introduced by metallic coating in the polarization of Janus particle.

Subsequently, the electrothermal field is used to drive a singlemetal-coated Janus particle. By applying an AC electric field on self-thermophoretic Janus particles in a defocused laser beam, the velocity becomes faster than that of usual self-thermophoretic Janus particles. We propose that the enhancement of self-thermophoresis could be explained by the induced zeta potential resulting from applying an AC electric field.

Based on the experimental results, the manipulation technique under an electrothermal field is more effective than the technique under a single physical field. It would be useful if the properties of fluids and particles can be dynamically tuned by one field and driven by the other field. The functional manipulation technique under an electrothermal field may give a new way to power and control the motion of particles and fluids in a microchip.

参考文献 ( 113 ) 〈TOP〉

1 Hu, Jie, Wang, ShuQi, Wang, Lin, Li, Fei, Pingguan-Murphy, Belinda, Lu, Tian Jian & Xu, Feng. Advances in paper-based point-of-care diagnostics. Biosensors and Bioelectronics. 54 585-597 (2014).
连结：
2 Lei, Kin Fong. Microfluidic Systems for Diagnostic Applications A Review. Journal of laboratory automation. 17 (5), 330-347 (2012).
连结：
3 Ehrmeyer, Sharon S & Laessig, Ronald H. Point-of-care testing, medical error, and patient safety: a 2007 assessment. Clinical Chemical Laboratory Medicine. 45 (6), 766-773 (2007).
连结：
4 Bissonnette, L & Bergeron, MG. Diagnosing infections––current and anticipated technologies for point‐of‐care diagnostics and home‐based testing. Clinical Microbiology and Infection. 16 (8), 1044-1053 (2010).
连结：
5 Sun, Jiashu, Xianyu, Yunlei & Jiang, Xingyu. Point-of-care biochemical assays using gold nanoparticle-implemented microfluidics. Chemical Society Reviews. 43 (17), 6239-6253 (2014).
连结：

国际计量

〈TOP〉

E-mail ：

文章公开取用时，将寄通知信至您填写的信箱地址

E-mail ：

使用DOI作为永久连结

引用含有DOI的文献

DOI可强化引用精确性、增强学术圈连结，并给予使用者跨平台的良好使用经验，目前在全世界已有超过五千万个对象申请DOI。 如想对DOI的使用与概念有进一步了解，请参考 （ ） 。

DOI可强化引用精确性、增强学术圈连结，并给予使用者跨平台的良好使用经验，目前在全世界已有超过五千万个对象申请DOI。如想对DOI的使用与概念有进一步了解，请参考（）。