胡 晟, 吴怀京, 吕晓永,2

(1. 东北大学秦皇岛分校 控制工程学院, 河北 秦皇岛 066004; 2. 东北大学秦皇岛分校 河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室, 河北 秦皇岛 066004)

介电泳作为一种微纳粒子的操控技术已经广泛应用于微流控芯片的细胞分选、蛋白质富集、染色体输运和基因检测等领域[1-2].近年,介电泳力成功汇集大量胶体颗粒或生物个体,使它们形成的微组织器官具有了特定生化和生理功能[3-5].在微粒受介电泳力的驱动过程中,由显微成像可以经常发现粒子链状结构的产生和演化[6].当粒子远离较强场强区域的金属电极,粒子会扭曲电场形成非均匀电场,进而诱导周围粒子彼此吸引形成珍珠链结构.因此,次级电泳力是电场作用下粒子成链的根本原因.

国内外已有大量学者针对粒子成链和运动特征进行了理论建模和分析.Ai等[7-8]提出了粒子-流场-电场的多物理场模型,采用任意拉格朗日-欧拉算法对电场(介电泳力)和流场(微流动力)进行求解,结果显示粒子相互作用力与电场强度和粒子大小成正比,当粒子间的方向矢量与电矢量平行,粒子的相互吸引力最大.Hossan等[9]使用混合浸入边界法求解电解液中的电场和流场分布:模型无需对粒子边界或球体进行闭合积分(麦克斯韦应变张量法),也能实现相同或不同粒子的时域模拟.Kang[10]采用有限体积法实现交流电场中麦克斯韦应力张量与平均时间介电泳力的计算.锐界面法涉及交……