CN209866339U - 一种基于介电泳力驱动的纳米颗粒分类装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于纳流控芯片领域，具体公开了一种基于介电泳力驱动的纳米颗粒分类装置。所述的颗粒分类装置包括十字形通道，上出口通道、下出口通道。在上出口通道上边界处与下出口通道下边界处嵌有电极。发明所采用的分类方法是：不同表面电荷极性的待分类颗粒从十字形通道左端入口处直线流入，在流动过程中受到介电泳力的驱动，使表面带有不同极性电荷的颗粒运动轨迹发生变化。表面带正电荷的颗粒向下出口通道运动，表面带负电荷的颗粒向上出口通道运动，表面不带电荷的颗粒运动轨迹不发生变化。本实用新型的优势在于：所述分类装置仅需施加外加电场便可实现工作；总体装置结构简单，结构成型方便，成本低；分类效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于介电泳力驱动的纳米颗粒分类装置，其分类方法通过介电泳力驱动使运动轨迹为直线的颗粒在十字形通道中发生变化，表面带正电荷的颗粒向下出口通道移动，表面带负电荷的颗粒向上出口通道移动，表面无电荷的颗粒不受介电泳力的作用，沿十字形通道直线移动。
背景技术
纳流控芯片是一种在纳米尺寸空间中对流体进行控制为主要特征的科学技术，具有体积小，耗材少，对纳米颗粒运动进行精确控制是纳流控芯片的研究热点之一。在纳米尺度下进行实验时收集到的颗粒往往是各类型颗粒，为了方便下一道程序的检测有必要对颗粒进行分类。本装置可以对不同表面极性带电电荷的颗粒进行分类。
介电泳力在生物与化学合成颗粒中的分离、组装、聚焦和在纳流体通道中特性描述方面的应用具有极大潜力。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于介电泳力驱动的纳米颗粒分类装置，用于对不同表面电荷极性的颗粒进行分类，为下一道检测工序提供前期分类。
本发明的技术方案是：1.一种基于介电泳力驱动的纳米颗粒分类装置，具体包括上出口通道（2），十字形通道（3）和下出口通道（4）；上出口通道（2）包括正电极（1）；下出口通道（4）包括负电极（5）;分类装置为中心对称结构，整体宽H为85nm；上出口通道（2）与十字形通道（3）、下出口通道（4）均由PDMS材料加工制成；十字形通道（3）宽H3为10nm、长W3为60nm，在十字形通道（3）中间处上下分别连接有上出口通道（2）和下出口通道（4），在其连接处长W1为10nm，并且在十字形通道（3）与上下出口通道连接处均有一个半径为4nm的倒直角；上出口通道（2）为矩形结构，宽H1为32.5nm，长W为50nm，并且在上出口通道上边界处有正电极（1）；下出口通道（4）为矩形结构，宽H2为27.5nm，长度与出口通道（2）长度W相同，在入口通道下边界处有负电极（5）。分类装置中流体为不可压缩牛顿流体，其密度为1000kg/m3，动力粘度为0.001Pa·s；相对介电常数为7×10-10F/m；不同表面极性电荷的颗粒从十字形通道左边入口处流入，在流动过程中受到非均匀电场产生的介电泳力作用使不同表面极性颗粒运动轨迹发生变化，使表面带正电荷的颗粒向下出口通道移动，表面带负电荷的颗粒向上出口通道移动，表面无电荷的颗粒不受介电泳力的作用，沿十字形通道直线运动。
本发明的收益在于：相对于其他颗粒分类装置，本发明实现颗粒分类的方法为介电泳力驱动技术，能够让不同表面电荷极性的纳米颗粒运动到指定出口通道，同时该方法对颗粒无损。本发明工作全过程仅施加电压，此外不需要其他形式能量输入。
附图说明
图1是所述颗粒分类装置整体结构示意二维图。图中1.正电极，2.上出口通道，3.十字形通道，4.下出口通道，5.负电极。
图2是所述颗粒分类装置整体结构几何参数二维图。H.整个颗粒分类装置宽度为85nm，H1.颗粒分类装置上出口通道宽度为32.5nm，H2.颗粒分类装置下出口通道宽度为25nm，H3.颗粒十字形通道宽度为10nm，W.颗粒分类装置总长度为50nm，W1.颗粒分类装置十字形通道上下接口长度为10nm，W2.颗粒分类装置上下出口通道入口处长度为18nm，C1.颗粒分类装置中上下出口通道与十字形通道连接处倒直角半径为4nm。
图3 是所述颗粒分类装置中表面负表面电荷颗粒流过时的工作过程图。图中圆形表示待分类表面负电荷颗粒，通过观察颗粒的位置，表征出表面负电荷颗粒在颗粒分类装置中的移动过程。
图4是所述颗粒分类装置中表面无电荷颗粒流过时的工作过程图。图中圆形表示待分类表面无电荷颗粒，通过观察颗粒的位置，表征出表面无电荷颗粒在颗粒分类装置中的移动过程。
图5 是所述颗粒分类装置表面正电荷颗粒极性工作过程图。图中圆形表示待分类表面正电荷颗粒，通过观察颗粒的位置，表征出表面正电荷颗粒颗粒在颗粒分类装置的工作过程。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明，但本发明的具体实施方式不限于此。
一种基于介电泳力驱动下的纳米颗粒排序装置，通过利用SiC膜和聚焦离子束纳米雕刻工艺制备出直径小于20nm、长度小于100nm的单一纳米芯片。制作过程包括以下四个步骤：首先将SiC膜以薄膜的形式沉积在Si晶圆片上，然后用UV光刻法确定纳米芯片内部结构；对SiC膜内的纳米芯片内部结构进行聚焦离子束纳米刻蚀和打通；形成最终的排序装置芯片。
具体的，如图1所示，一种基于介电泳力驱动下的纳米颗粒分类装置，包括上出口通道，十字形通道和下出口通道。上部是上出口通道，中间部分是十字形通道，下部是下出口通道；在上出口通道上边界处嵌有5V电压的电极，下出口通道下边界处嵌有0V电压的电极。
具体的，如图2所示，一种基于介电泳力驱动下的纳米颗粒分类装置，总宽H为85nm、总长W为50nm；上出口通道宽H1为32.5nm、长度与分类装置总长度一致；下出口通道宽H2为27.5nm、长度与分类装置总长一致；十字形通道总长W3为60nm，宽H3为10nm；在上下出口通道与十字形通道连接处倒直角半径为4nm。
具体的，如图3所示，颗粒分类装置中表面负电荷颗粒流过时的工作过程图。表面负电荷颗粒从十字形通道入口端直线进入，在流动过程中受到不均匀电场产生的介电泳作用时颗粒移动轨迹发生偏转，表面负电荷的颗粒向上出口通道移动。
具体的，如图4所示，颗粒分类装置中表面正电荷颗粒流过时的工作过程图。表面正电荷颗粒从十字形通道入口端直线进入，在流动过程中受到不均匀电场产生的介电泳作用时颗粒移动轨迹发生偏转，表面正电荷的颗粒向下出口通道移动。
具体的，如图5所示，颗粒分类装置中表面无电荷颗粒流过时的工作过程图。表面无电荷颗粒从十字形通道入口端直线进入，在流动过程中因表面不带电荷不受介电泳作用，颗粒移动轨迹没有发生偏转，表面无电荷的颗粒向下出口通道移动。
上述并不能对本发明进行全面限定，其他任何未背离本发明技术方案做的改变或等效置换方式，都在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于介电泳力驱动的纳米颗粒分类装置，具体包括上出口通道（2），十字形通道（3）和下出口通道（4）；上出口通道（2）包括正电极（1）；下出口通道（4）包括负电极（5）;其特征在于，分类装置为中心对称结构，整体宽H为85nm；上出口通道（2）与十字形通道（3）、下出口通道（4）均由PDMS材料加工制成；
十字形通道（3）宽H3为10nm、长W3为60nm，在十字形通道（3）中间处上下分别连接有上出口通道（2）和下出口通道（4），在其连接处长W1为10nm，并且在十字形通道（3）与上下出口通道连接处均有一个半径为4nm的倒直角；
上出口通道（2）为矩形结构，宽H1为32.5nm，长W为50nm，并且在上出口通道上边界处有正电极（1）；
下出口通道（4）为矩形结构，宽H2为27.5nm，长度与上出口通道（2）长度W相同，在入口通道下边界处有负电极（5）。
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