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Microfluidic Research of Electroosmotic Mixing with Periodical Secondary DC Voltage

  • 발행기관 서강대학교 대학원
  • 지도교수 정시영
  • 발행년도 2008
  • 학위수여년월 2008. 2
  • 학위명 석사
  • 학과 및 전공 바이오융합기술학 협동과정
  • 식별자(기타) 000000107498
  • 본문언어 영어

목차

Electroosmotic flow (EOF) in microchannels induced by electric fields could purvey attractive implements to control fluid motions in microfluidic devices such as Lab-on-a-chips. Most of the electroosmotic flows in micro and nanoscale are laminar and the mixing on them occurs very slowly. In this paper, a new method is suggested to enhance the mixing in electroosmotic microchannels. In our experiments on electroosmotic microchannels made of PDMS/glass and having the hydraulic diameter of 120μm, intriguing phenomena was observed when a periodical DC voltage was applied to a secondary anode located between a primary anode and a cathode. More specifically, an inverse flow was produced in the center area of cross section in the channels and the mixing of the fluid was greatly enhanced, especially between the secondary anode and the primary cathode. The reverse flow in the center area of cross section occurred due to the combination of the increased flow velocity near the wall and repulsive force which precludes the cations on double layer between the primary and secondary anodes from flowing to the same direction as the primary electroosmotic flow. Experiments were carried out to verify the working principle by visualizing the flow in the channel. Two of cases such as 200V-200V and 500V-500V on the both anodes showed a strong mixing due to oscillating flow. The evaluation of mixing quality using the change of colors indicated that a stronger mixing was obtained with higher voltages.

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전기장에 의한 전기삼투압형 마이크로 채널은 Lab-on-a-chip과 같은 초소형 기기에서 중요한 역할을 맡고 있는 미소유체의 유동을 제어함으로써 그러한 차세대 의료 기기들을 구현하는데 필수적인 부분이다. 그런데 마이크로 혹은 나노스케일에서의 미소유체 유동 대부분의 특성은 완전한 측류의 성격을 띠고, 이는 그 유체들의 혼합을 매우 더디게 만든다. 그렇기에 이 연구에서는 전기삼투압형 마이크로 채널 내 유동의 원활한 혼합을 위한 새로운 방식이 제안되었다. PDMS와 유리의 결합으로 제작된 전기삼투압형 마이크로 채널에서 1차 전극들로 형성된 전기장 사이에 2차 양극 전압이 주기적으로 가해지면 흥미로운 현상이 관찰되는데, 이는 2차 양극과 1차 음극 사이에, 특히 그 유동 진행 단면의 중앙 부분에서 발생되는 역류이다. 이 역류는 1차 양극과 2차 양극 사이 더블 레이어에서의 양이온들이 서로 대립되어 그 영역의 유동이 정지되는 것은 물론 실제 유동이 발생하는 영역이 1차 양극과 1차 음극 사이에서 2차 양극과 1차 음극으로 가까워짐에 따른 증대된 전기장으로 인함이다. 이러한 2차 양극에 전기를 가해 역류를 주기적으로 발생시켰을 경우, 그 유동의 중앙 부분에서의 유동이 전진과 후퇴를 반복하게 되어 서로 다른 두개 유동의 혼합이 크게 향상되는 것이다. 이에 관한 실험은 그 역류 발생에 관한 이론을 증명하기 위함으로 가시화를 함으로써 확인을 하였으며, 또한 1차 양극과 2차 양극에 각각 200V와 200V, 혹은 500V와 500V를 가하였다. 그 200V-200V와 500V-500V가 가해진 실험들은 각각 그 혼합 정도를 보여주었으며, 더 높은 전압을 사용한 500V씩을 가한 실험이 더 좋은 혼합 결과를 보여주었다.

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