應力所羅英傑博士與李雨教授之介電泳研究榮登電泳期刊《Electrophoresis》封面

Measurement of the real part of the Clausius–Mossotti factor of dielectrophoresis for Brownian particles

Ying-Jie Lo and U Lei
Electrophoresis 2020, 41, 137–147. DOI: 10.1002/elps.201900345

介電泳是指電解液中介電質粒子受電場作用下的泳動現象。藉施加非均勻電場，使粒子產生極化成偶極粒子，而可予粒子施力(稱為介電泳力)，進而對粒子進行各種操控及鑒定，而使介電泳在生醫應用上具有甚高的應用價值。為避免水解，在實際應用上，常採用交流電來操作介電泳；其中介電泳力與一稱為柯莫氏因子的綜合複數參數的實部(Kr)成正比關係。Kr在介電泳中的角色，與彈性力學中的楊氏係數和流體力學中的黏度相近；要計算介電泳力，首要知道Kr。Kr除與粒子及週遭液體的介電性質(介電常數及導電率)有關外，尚與電場的頻率有關。對於生物粒子，其組成複雜、且其介電性質常屬未知，所以Kr一般並不能藉其定義算出、而須透過實驗量取。然而量測Kr的文獻並不多見，對於在10微米大小尺度量級的一般細胞，我們可按牛頓第二定律，設計適當的實驗方法及微流裝置來對Kr進行量測，如作者研究團隊數年前所提出的方法(Applied Physics Letters, 104, 083701, 2014)即為其中有效的例子。但如果粒子落在次微米乃至奈米等級的範圍(如蛋白質、病毒等粒子)，布朗運動效應主導了粒子運動的力學行為，而須由統計力學來建立量測理論的依據。因此作者採用了斯莫洛科斯基方程式，來描述粒子在一保守力場下作布朗運動的位移機率密度函數，並以其結果建構量測的方法及相關實驗裝置。作者在一玻璃基板上建置了四片雙曲線形平面電極，並在其上以聚二甲基矽氧烷鑄造微流道；透過對相鄰電極施加交流電，可在電極間上方區域對粒子產生一如彈簧力形態的介電泳力，粒子在該保守介電泳力作用下作約束狀態下的布朗運動，作者量測出粒子的位移機率密度函數，並進而求得Kr。作者以一直徑為1微米的聚苯乙烯粒子進行實驗，並以粒子表面的電導傳統理論加以驗證。透過外加一光鑷，作者所提出的方法亦可延伸去量測粒子的永久電偶極矩和總極化率。詳細內容請參考所刊登論文或聯絡李雨教授(leiu@iam.ntu.edu.tw)

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/elps.201900345
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/elps.202070007