雙核液滴電場(chǎng)精準(zhǔn)融合：電壓放大器賦能微流控混合強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)名稱：雙核復(fù)合液滴融合實(shí)驗(yàn)

　　研究方向：微流控技術(shù)是近些年發(fā)展起來的新興技術(shù)，它將微納米通道集成到幾平方厘米的芯片上，并通過施加外加物理場(chǎng)，對(duì)通道中的流體及流體中分散的微納顆粒進(jìn)行控制和操縱。由于微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，如今人們借助于微機(jī)電系統(tǒng)加工技術(shù)已經(jīng)能夠制備出各種高集成、跨尺度和高可控性的微流控芯片，因此它被廣泛用于生物醫(yī)療、新型材料和前沿工程等多個(gè)領(lǐng)域。液滴微流控作為微流控技術(shù)的一個(gè)重要分支，在微流控芯片中通過控制互不相溶的兩相或者多相流體來制備和操縱獨(dú)立單分散的液滴單元，主要被用于生化分析、微納材料合成和精密微反應(yīng)器等前沿領(lǐng)域，例如單細(xì)胞檢測(cè)、生物大分子分析和納米顆粒制備等。

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯吭诠潭妼?dǎo)率下，電信號(hào)頻率增大液滴融合所需要的電壓情況。確定不同參數(shù)下液滴融合區(qū)域，在不同電導(dǎo)率下液滴的電壓和頻率融合區(qū)域，為實(shí)際應(yīng)用中的參數(shù)選擇提供了可靠的參考

　　測(cè)試設(shè)備：熒光顯微鏡、信號(hào)發(fā)生器、微量注射泵、ATA-2021高壓放大器、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、微流控芯片。

　　實(shí)驗(yàn)過程：信號(hào)發(fā)生器施加不同頻率的正弦信號(hào)以后，通過功率放大器放大到10~60V,隨機(jī)排布的液滴首先發(fā)生旋轉(zhuǎn)，液滴兩內(nèi)核的連心線與電場(chǎng)方向趨近平行。隨后液滴內(nèi)核發(fā)生融合，但是外殼在合適的電壓下依然保持完好。電壓過大，液滴的外殼也會(huì)破裂，導(dǎo)致液滴可控融合失敗。然而，液滴外殼破裂為內(nèi)核的可控釋放提供了方法。融合以后撤掉外加電信號(hào)，由于中間相相比內(nèi)相黏度較大，內(nèi)核在剛剛?cè)诤弦院蟪蕶E圓狀，隨后在表面張力的作用下恢復(fù)成球形。本實(shí)驗(yàn)中使用內(nèi)相和外相電導(dǎo)率均為8mS/m，電場(chǎng)頻率為10kHz~500kHz，幅值為40V。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液滴在電信號(hào)頻率10kHz至400kHz范圍內(nèi)可以發(fā)生融合，并且低壓閾值和高壓閾值的變化趨勢(shì)類似。在頻率小于140kHz時(shí)，低壓閾值和高壓閾值均隨著頻率的升高而升高，曲線斜率逐漸增大。當(dāng)頻率大于140Khz時(shí)，高壓閾值達(dá)到平臺(tái)期，不再隨頻率增大而升高，而低壓閾值繼續(xù)隨頻率的增大而增大，最后低壓與高壓閾值在頻率約為400kHz處相交。對(duì)于特定的電場(chǎng)頻率，液滴內(nèi)核融合存在一個(gè)特定的電壓范圍，。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示液滴融合的電壓范圍Uop先增大后減小，在頻率為100kHz時(shí)達(dá)到電壓范圍最大值22.5V。頻率100kHz是此實(shí)驗(yàn)條件下液滴融合的最佳頻率。

　　這種電壓隨頻率升高的現(xiàn)象可以由兩種效應(yīng)解釋。第一，液滴內(nèi)核表面的流動(dòng)由中間相的南北極向兩核之間流動(dòng)，從而阻礙液滴之間的融合，這種流動(dòng)隨著電信號(hào)頻率增大而增強(qiáng)，從而對(duì)融合起到抑制作用。第二，相同電壓下液滴內(nèi)核的變形隨著頻率增大而減小，因此為了達(dá)到相同的變形量，頻率增大時(shí)電壓也需要相應(yīng)的增大才能進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)內(nèi)核之間的薄膜變薄到一定的程度，使得液滴融合。

　　電壓放大器推薦：ATA-2021B高壓放大器

圖：ATA-2021B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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