Electrocinética de carga inducida - Induced-charge electrokinetics
La electrocinética de carga inducida en física es el flujo de fluido impulsado eléctricamente y el movimiento de partículas en un electrolito líquido . Considere una partícula de metal (que tiene carga neutra pero es conductora de electricidad) en contacto con una solución acuosa en una cámara / canal. Si se aplican diferentes voltajes al final de esta cámara / canal, se generará un campo eléctrico en esta cámara / canal. Este campo eléctrico aplicado pasa a través de esta partícula de metal y hace que las cargas libres dentro de la partícula migren debajo de la piel de la partícula. Como resultado de esta migración, las cargas negativas se mueven hacia el lado que está cerca del voltaje positivo (o más alto) mientras que las cargas positivas se mueven hacia el lado opuesto de la partícula. Estas cargas debajo de la piel de la partícula conductora atraen los contraiones de la solución acuosa; así, la doble capa eléctrica (EDL) se forma alrededor de la partícula. El signo de EDL en la superficie de la partícula conductora cambia de positivo a negativo y la distribución de las cargas varía a lo largo de la geometría de la partícula. Debido a estas variaciones, la EDL no es uniforme y tiene diferentes signos. Por tanto, el potencial zeta inducido alrededor de la partícula y, en consecuencia, la velocidad de deslizamiento en la superficie de la partícula varían en función del campo eléctrico local. Las diferencias en la magnitud y dirección de la velocidad de deslizamiento en la superficie de la partícula conductora afectan el patrón de flujo alrededor de esta partícula y provocan microvórtices. Yasaman Daghighi y Dongqing Li, por primera vez, ilustraron experimentalmente estos vórtices inducidos alrededor de una esfera de acero al carbono de 1,2 mm de diámetro bajo el campo eléctrico externo de corriente continua (CC) de 40 V / cm. Chenhui Peng y col. también mostró experimentalmente los patrones de flujo electro-osmótico alrededor de una esfera de Au cuando está involucrada la corriente alterna (CA) (E = 10mV / μm, f = 1 kHz). La electrocinética aquí se refiere a una rama de la ciencia relacionada con el movimiento y la reacción de las partículas cargadas al campo eléctrico aplicado y sus efectos en su entorno. A veces también se lo denomina fenómeno electrocinético no lineal.
Historia
Levich es uno de los pioneros en el campo electrocinético de carga inducida. Calculó el perfil de deslizamiento perturbado alrededor de una partícula conductora en contacto con el electrolito. También predijo teóricamente que los vórtices se inducen alrededor de esta partícula una vez que se aplica el campo eléctrico.
Vórtices inducidos alrededor de una partícula conductora
El tamaño y la fuerza de los vórtices inducidos alrededor de una partícula conductora tienen relación directa con el campo eléctrico aplicado y también con el tamaño de la superficie conducida. Este fenómeno está probado experimental y numéricamente por varios estudios. Los vórtices crecen a medida que aumenta el campo eléctrico externo y generan un "sumidero" en el centro de cada vórtice mientras el fluido circula más rápido. Está demostrado que al aumentar el tamaño de la superficie conductora se forman vórtices inducidos más grandes hasta el punto que la geometría no limita este crecimiento.
Aplicaciones
Los vórtices inducidos tienen muchas aplicaciones en varios aspectos de la microfluídica electrocinética . Hay muchos micro-mezcladores que se diseñan y fabrican basándose en la existencia de sus vórtices inducidos en los dispositivos de microfluidos . Dichos micromezcladores que se utilizan para aplicaciones bioquímicas, medicinales y biológicas no tienen partes mecánicas y solo usan superficies conductoras para generar vórtices inducidos para mezclar las diferentes corrientes de fluidos.
Este fenómeno incluso se utiliza para atrapar las partículas micrónicas y submicrónicas que flotan en flujo dentro de un microcanal. Este método se puede utilizar para manipular, detectar, manipular y concentrar células y virus en el campo biomédico; o, para el ensamblaje de partículas coloidales.
Además, los vórtices inducidos alrededor de las superficies conductoras en un sistema de microfluidos se pueden utilizar como microválvula, microaccionador, micro motor y microregulador para controlar la dirección y la manipulación.