15、基于电场的微纳米颗粒操纵技术

基于电场的微纳米颗粒操纵技术

1. 基于电场的颗粒操纵方法概述

基于电场的方法在操纵液体中悬浮的颗粒方面得到了广泛的讨论，因为它们高效、易于实现且成本低廉。电场无需移动机械部件，就能对悬浮在流体中的颗粒施加力，从而实现精确操纵。利用精确控制的电场，电泳（EP）、电渗（EO）和介电泳（DEP）都可以作为驱动力来操纵小尺度颗粒。

1.1 不同电场力的特点

• 介电泳（DEP） ：DEP力与颗粒的极化率和电场平方的空间梯度成正比。颗粒根据极化率的正负，会被电场集中区域吸引或排斥。通过控制电场梯度和施加电场的频率，基于DEP的驱动可以用于操纵流体悬浮液中的颗粒。大多数现有的基于DEP的操纵工作主要集中在定位和分选球形微粒，如珠子和生物细胞。虽然利用DEP操纵高纵横比的纳米线和纳米管的情况较少，但也有相关文献报道。不过，大多数研究采用电极的开环控制，没有考虑使用可编程电极阵列的分布式反馈控制。
• 电泳（EP） ：在直流电场下，流体悬浮液中的颗粒会受到电泳力，而流体则会受到电渗力。EP力的大小与有效动电电位（也称为zeta电位）和电场强度成正比。即使是名义上电中性的颗粒，在某些溶剂或特定pH值下，在界面双电层的滑动平面处通常也具有非零的有效动电电位，因此使用EP力作为驱动源很方便。在微纳颗粒系统中，由设计的电极图案产生的EP力可以成为控制具有较大有效动电电位的颗粒的主要驱动源。基于EP的操纵简单，所需电场强度较小，更易于实现小尺度颗粒的长距离运动操纵。
• 电渗（EO） ：基于EO的流动驱动是另一种操纵小尺度颗粒的方法。在基