旅波式介電泳幫浦的特性研究

Abstract

本論文以實驗方式研究輸送二相懸浮流之旅波式介電泳幫浦的特性。旅波式介電泳幫浦基本上是一矩形微流道，其壁上鋪上電極陣列。當陣列中相鄰電極被施以具一定相位差的交流訊號後，流道中會產生一旅波電場，對懸浮微粒產生一旅波介電泳力，驅策其移動，並進而帶動周遭流體。在適當的操作條件及幾何設計下，可達成輸送二相懸浮液的功能。文獻中已有用旅波介電泳作血液輸送。因血球等生物細胞其性質具一定的變異性，本文擬以性質穩定的聚苯乙烯(polystyrene)微粒作懸浮顆粒來進行研究，以了解旅波式介電泳幫浦的力學特性。本文對操作電壓、頻率、微粒濃度以及輔助電極設計等變因進行研究。當電壓增加會使得驅動幫浦的旅波式介電泳力增強，但由於首根電極的負介電泳力阻擋也增強，當電壓太大時會無法突破首根電極的阻擋而達到穩定流動，故實驗操作電壓範圍設為2~4V。就微粒濃度在3.8%時電壓2V的平均流速約為9.2μm/s，而電壓4V則約為20.5μm/s。頻率部分會影響介電泳力的性質，在特定範圍才可得到良好的介電泳性質來驅動流體，本文實驗操作範圍為 ，其結果發現當頻率在 時平均流速會達到峰值。幫浦主要是依靠微粒來拖動流體，故當微粒濃度增加平均流速也隨之提升，在固定電壓3V，頻率5MHZ下，濃度2.6%時平均流速為8.2μm/s，濃度3.8%時12.8μm/s， 5%時的15.3μm/s。為了降低首根電極阻擋的力，在首根電極前我們增加兩根輔助電極相位分別為90°及180°，電壓皆 ，頻率為 ，此輔助電極能夠使流動突破首根電極達到穩定流動的時間由約20分鐘所短至10分鐘以下，且由於阻力降低能夠使平均流速提升。