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http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/55919
標題: | 軟球粒子在凝膠系統中的電動力學現象 Gel-electrophoresis of Charged Soft Spheres |
作者: | Yi-Hsuan Chou 周翊軒 |
指導教授: | 李克強(Eric Lee) |
關鍵字: | 軟球粒子,凝膠電泳,多孔介質,極化效應,膠體懸浮液, soft nanoparticles,gel electrophoresis,porous medium,double layer polarization,suspension, |
出版年 : | 2014 |
學位: | 碩士 |
摘要: | 本研究探討軟球粒子在凝膠溶液中之電動力學現象。我們採取球座標描述此物理系統;並以Chebyshev多項式為基底之假性光譜法及牛頓-拉福森疊代(Newton-Raphson iteration scheme)等數值方法求解相互耦合之電動力學方程組。
自然界中如蛋白質或DNA,其粒子表面通常帶有流體可穿透之多孔介質層,以往的硬球模型由於視整個粒子為一個流體不可穿透之球體,將忽略掉流體與反離子於粒子多孔層內部的影響,本論文使用軟球粒子模型,描述帶多孔層之粒子於溶液中的電動力學現象,將能夠更貼近於實際粒子表現。 存在於非勻相高分子凝膠的電泳相當常見,凝膠電泳為一相當普遍之針對特定蛋白質或DNA進行有效取樣並分離的技術。然而以往的電泳理論研究,皆著重於勻相電解質溶液系統探討,主要原因在於高分子凝膠中的電泳分析相較於電解質溶液系統複雜。本研究採取『均勻介質模型』描述非勻相的高分子凝膠系統:以Brinkman方程式描述非勻相多孔系統中的流動行為。 如上所言,於凝膠中的多孔介質以及粒子表面的多孔層皆會影響電泳動度的表現,為本論文中的核心所在。 我們針對軟球粒子在凝膠中之系統,討論其對密集度,電雙層厚度、固定電荷密度的影響,同時將重點擺在多孔介質的影響,即軟球層摩擦係數、凝膠摩擦係數的影響,並且剖析兩者對於電泳動度的影響之輕重,以及探討常用凝膠電泳分離蛋白質所對應的凝膠摩擦係數。整體而言,隨著凝膠摩擦係數越大,粒子泳動的速度就會越慢,軟球層摩擦係數亦有此現象,其與電雙層厚度的大小亦會影響流體阻力大小而降低電泳動度,這些現象皆於第四章詳細闡述。我們的數值結果與相關實驗文獻有著非常良好的吻合,期望能夠給與實驗學者在實驗設計上進行參考。 A mathematical model for electrophoresis of polyelectrolyte coated nanoparticles (soft spheres) in polyelectrolyte hydrogel is investigated in this thesis. In practice, nano-particle surface are mostly not smooth and impenetrable, but often have ion-penetrable porous layer. Thus comparing to the conventional hard sphere model, soft sphere model may be a better choice in describing bio-particles and polyelectrolytes. Brinkman model is adopted to simulate the fluid flowing through the porous layer over the particle surface and the hydrogel with porous structure. A pseudo-spectral method based on Chebyshev polynomials is used to solve the resulting general electrokinetic equations. The present work indicate that the deformation of ion clouds due to the convection flow within the soft particles is a crucial factor in determining its motion, which is referred to as the polarization or retardation effect here, emerging as an induced electric field opposite to the applied electric field is generated. Local extrema are observed in the mobility profiles with varying double layer thickness around, where |
URI: | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/55919 |
全文授權: | 有償授權 |
顯示於系所單位: | 化學工程學系 |
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