基于脉冲型介电电泳的颗粒分离与单颗粒捕捉研究

传统的连续型介电电泳（Dielectrophoresis, DEP）技术是在微流控芯片内进行微细颗粒分离和捕捉的有效手段之一，而时变力场则在宏观颗粒（巴西果效应）和纳米颗粒（Brownian Ratchet）的操纵中体现出极大的灵活性和可靠性。本申请将结合上述两种方法的特点，建立起针对微米尺度颗粒的时变力场方法，脉冲型DEP，并将这一技术应用于不同尺寸的颗粒混合物，以实现灵活可调的多路分离，并拓展利用DEP技术进行单颗粒捕捉的研究范围，发展针对非球形的单个颗粒、两个大小不同的微球以及两个相连的微球中的一个进行可靠捕捉的方法。研究将有助于完善现有的DEP理论框架，拓展微流控芯片的应用范围，也会对生物学、分析化学等领域的具体应用产生积极的影响。

本申请针对基于时变介电电泳（DEP）的颗粒分离与颗粒捕捉问题开展了深入研究。首先，计入了颗粒间相互作用力的影响，完善了现有的DEP时变力场作用下的单颗粒力学模型，建立了多场耦合的DEP颗粒操控力学模型。其次，以力学模型为基础，完成了脉冲型DEP力场作用下，颗粒的可调多路分离的理论与实验验证。随后，通过理论及数值模拟手段，建立起了针对不同颗粒类型的颗粒捕捉方法，即单个不规则颗粒、两个大小不一的颗粒以及颗粒-DNA-颗粒系统的捕捉，明确了主要参数的影响。接下来，通过实验开展了椭球形颗粒、两个大小不一的颗粒捕捉实验验证，对于颗粒-DNA-颗粒系统开展了单纯脉动流场作用下的实验研究。同时，还开展了几何形状规则而表面组成不对称的Janus微球的DEP操基础控研究。这些研究丰富了颗粒分离及不规则颗粒DEP操控的研究内容。共计发表论文10篇，其中SCI论文1篇，EI论文2篇，核心及其他论文5篇，会议论文2篇，申报发明专利1项，培养硕士研究生4人。