微粒上端受到較強之庫倫力吸引,造成微粒往上方電場梯度較高的球型電極 移動,最後微粒泳動至球型電極端。
假如將外加電場正負極方向互換時,則微粒還是會往上方移動,如圖 2-6 所示,外加電場所誘發出的偶極距方向會相反。這時可以確認微粒上端的正 電荷群受上方帶負電之球型電極之庫倫吸引力較大,所以微粒仍往上方移動 吸附於球型電極上。由圖 2-5 與圖 2-6 現象可知,介電微粒在非均勻電場環境 中,受電場極化而產生介電泳力,且微粒皆往電場梯度較高的球型電極方向 泳動。
圖 2-5 說明,若電中性的介電微粒被極化的程度比外在流體介質極化程度還要 高,可使微粒受介電泳力的影響往球型電極的方向移動。反之則介電微粒的極化程 度低於外在流體介質,若微粒放置於水溶液中,水溶液被電場極化時所產生的電荷 高於介電微粒表面,此時介電微粒會與圖 2-5 中的極化方向相反,造成介電微粒往 下移動,離開電場梯度較高的地方,如圖 2-7 所示。所以當一極化性較低的介電微 粒置於極化性高的流體介質中,此時微粒表面正電荷全受球型電極強排斥力而離開 強電場區。
圖 2-4. 介電微粒受一對平行電極間之均勻電場極化,在微粒上下兩端誘發出 相等的電荷,所以微粒保持靜止狀態無泳動現象
圖 2-5. 電中性的介電微粒在非均勻電場的極化下,在微粒上端所誘發的電荷 受庫倫吸引力較大,使微粒往球型電極泳動
圖 2-6. 微粒置於非均勻電場中,當外加電場方向改變時,微粒所誘發出的偶 極矩方向會相反,這時微粒上端所極化出的正電荷群,受上方負極球型電極 的庫倫吸引力吸引較大所以微粒往球型電極泳動
圖 2-7.當一極化性低的微粒被放置於極化性較高的溶液介質環境中時,此時 介電泳力將微粒排斥離開強電場梯度區域,使微粒往弱電場梯度區域泳動
利用如圖 2-8 所示這種現象來操控微粒是相當有用的,如本研究透過 微機電製程技術設計出一對平行電極於微管道兩端,並在微流道檢測區設計 一對三角形微結構,形成一個微流道頸縮壓縮區域,在施加電場的狀態下,
在結構壓縮部分可得到高的電場梯度,因此在三角形微結構壓縮部分有強電 場的分佈,而結構的外圍則為較弱電場分佈,造成微粒受庫倫吸引力吸附集 中或排斥遠離效應;因不同介電特性之微粒所誘發的極化均不相同,在足夠 強大的非均勻電場環境下,會造成不同微粒泳動集中在不同強弱的電場區域 中。
圖 2-8. 不同的介電特性之微粒會造成正(左圖)或負(右圖)的介電泳現
象[11]