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AC Electrokinetic Phenomena Generated by Microelectrode Structures

The field of AC electrokinetics is rapidly growing due to its ability to perform dynamic fluid and particle manipulation on the micro- and nano-scale, ...

AC electrokinetics is rapidly becoming a foundational tool for lab-on-a-chip systems due to its versatility and the simplicity of the components capable of generating them. Predicting the behavior of fluids and particles under non-uniform AC electric fields is important for the design of next generation devices. Though there are several important phenomena that contribute to the overall behavior of particles and fluids, current predictive techniques consider special conditions where only a single phenomenon may be considered. We report a 2D numerical simulation, using COMSOL Multiphysics, which incorporates the three major AC electrokinetic phenomena (dielectrophoresis, AC electroosmosis and electrothermal effect) and is valid for a wide range of operational conditions. Corroboration has been performed using experimental conditions that mimic those of the simulation and shows good qualitative agreement. Furthermore, a broad range of experiments has been performed using four of the most widely reported devices under varying conditions in order to show their behavior as it relates to the simulation. The large number of experimental conditions reported, together with the comprehensive numerical simulation, will help provide guidelines for scientists and engineers interested in incorporating AC electrokinetics into their lab-on-a-chip systems.

Comprehensive analysis of particle motion under non-uniform AC electric fields in a microchannel.

AC Electrokinetics wird eine grundlegende Werkzeug f&uuml;r Lab-on-a-Chip-Systeme aufgrund seiner Vielseitigkeit und die Einfachheit der Komponenten erzeugen sie zunehmend. Vorhersage des Verhaltens von Fl&uuml;ssigkeiten und Teilchen unter ungleichm&auml;&szlig;ige AC elektrische Felder ist wichtig f&uuml;r das Design der Ger&auml;te der n&auml;chsten Generation. Zwar es mehrere wichtige Erscheinungen, die zu das allgemeine Verhalten von Partikeln und Fl&uuml;ssigkeiten beitragen gibt, betrachten aktuelle pr&auml;diktive Techniken Sonderkonditionen, wo nur ein einzelnes Ph&auml;nomen betrachtet werden k&ouml;nnen. Wir berichten eine 2D numerische Simulation mit COMSOL Multiphysics, die umfasst die drei gro&szlig;en AC elektrokinetische Ph&auml;nomene (Dielektrophorese, AC Electroosmosis und elektrothermische Wirkung) und ist g&uuml;ltig f&uuml;r ein breites Spektrum von Betriebsbedingungen. Best&auml;tigung mit experimentelle Bedingungen, die denen der Simulation nachahmen durchgef&uuml;hrt wurde und zeigt guten qualitativen &Uuml;bereinstimmung. Dar&uuml;ber hinaus wurde eine Vielzahl von Experimenten mit vier von den am h&auml;ufigsten gemeldeten Ger&auml;ten unter unterschiedlichen Bedingungen um ihr Verhalten zu zeigen, wie sie sich auf die Simulation durchgef&uuml;hrt. Die gro&szlig;e Zahl der Versuchsbedingungen berichtet, zusammen mit der umfassenden numerischen Simulation hilft Leitlinien f&uuml;r Wissenschaftler und Ingenieure die AC Electrokinetics in ihre Lab-on-a-Chip-Systeme interessiert sind.

Jonghyun Oh

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