다중예각 평면 교차전극을 이용한 입자 크기에 따른 측면방향 변위

Deterministic Lateral Displacement as a Function of Particle Size Using a Piecewise Curved Planar Interdigitated Electrode Array

본 논문에서는 유체흐름방향과 예각으로 놓여있는 평면 교차전극 위를 지나가는 입자의 크기에 따른 측면방향 변위에 대하여 소개한다. 아울러, 유체흐름방향과 평면 교차전극 사이의 각도에 따른 측면방향 변위의 변화를 보인다. 본 논문에서는 선전하(line charge) 모델을 이용하여 크기가 다른 세 종류의 형광 polystyrene(PS) 입자의 측면방향 변위를 이론적으로 예측하였다. 크기에 따른 입자의 측면방향 변위의 변화를 이용하여, 크기별로 입자를 연속적으로 분리할 수 있는 측면방향 유전영동 미세분리기를 개발하였다. 3, 5, 10 ${\mu}m$ PS 입자의 혼합물을 이용하여 분리한 실험결과로 부터 개발된 측면방향 유전영동 미세분리기는 3 ${\mu}m$ PS 입자를 99.86%, 5 ${\mu}m$를 98.82%, 10 ${\mu}m$를 99.69%의 높은 효율로 각각 분리할 수 있음을 확인하였다. 이로부터 제안된 측면방향 유전영동 미세분리기는 다종 혼합물로부터 다양한 크기의 입자들을 한 번에 분리하는 기술로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

This paper presents the lateral displacement of a particle passing over a planar interdigitated electrode array at an angle as a function of particle size. The lateral displacement was also measured as a function of the angle between the electrode and the direction of flow. A simplified line charge model was used for numerical estimation of the lateral displacement of fluorescent polystyrene (PS) beads with three different diameters. Using the lateral displacement as a function of particle size, we developed a lateral dielectrophoretic (DEP) microseparator, which enables the continuous discrimination of particles by size. The experiment using an admixture of 3-, 5-, and $10-{\mu}m$ PS beads showed that the lateral DEP microseparator could continuously separate out 99.86% of the $3-{\mu}m$ beads, 98.82% of the $5-{\mu}m$ beads, and 99.69% of the $10-{\mu}m$ beads. The lateral DEP microseparator is thus a practical device for the simultaneous separation of particles according to size from a heterogeneous admixture.