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1. 研究目的与意义（文献综述）
在过去的几十年里，人们对从细胞混合物中分离特定的细胞产生了相当大的关注，因为它在生物应用方面具有重要作用，包括诊断、细胞表征、生物分析，以及许多其他的临床应用[1]。水滴法、溶剂萃取法等传统的分离方法操作起来不仅费时费力，效率还比较低[2]。通过介电泳对微粒进行分离的方法易于操作，它不需要对微粒进行标记，不会损伤待分离微粒，并且它还可以与其他技术结合，使分离效率得到提高[3]。微流控芯片，充分利用了在微电子和微机电行业中微加工技术的发展，改变着药品发现，药物运输，临床诊断和遗传学的研究，也改变了生化武器检测和免疫学等领域的面貌[4]。介电泳技术与微流控技术相结合的分离方法，具有样品消耗少、操作简单、分离时间短等优点。随着介电泳理论的完善以及微流控芯片加工技术的发展，利用介电泳技术在芯片上开展细胞分离的研究已成为国内外的研究热点[5]-[10]。
介电泳首先是由 h.a.phol 在 1951 年提出的，是一种介电微粒在非均匀电场中受到力的作用的现象[11]-[12]。随着介电泳理论以及微加工技术的发展，基于介电泳技术的微流控芯片也有了巨大的发展。根据所施加的电场，可以将介电泳技术分为常规介电泳（conventional dep，c dep），行波介电泳（traveling wave dep，tw dep）、直流介电泳（dc dep）以及光诱导介电泳（optically-induced dielectrophoresis, odep）等。
国外学者对介电泳分离技术的研究现状：doh 等利用流体动力学与介电泳技术相结合实现了酵母菌细胞的连续分离[13]。khoshmanesh 等设计了一种曲线形电极，并通过在微流控芯片中植入金属微电极产生空间非均匀电场的方法实现了对粒子的操作。这种方法可以通过改变溶液的性质以及交流电场的频率以实现粒子的分离，且可以消除电泳以及电渗的影响，最终实现了聚苯乙烯小球的分离[14]。zhao 等设计了两组环形电极，构建了一个空间行波电场，并利用行波介电泳技术实现了液滴中粒子的富集与分离[15]-[16]。kang 等通过在微流芯片中设计绝缘块或绝缘障碍物建立非均匀电场的方法在 pdms 微流通道中设置三角形绝缘块。其优势在于不需制备复杂的金属微电极，简化了芯片的制备过程，减少了通道中气泡的产生。从而使得kang等人利用直流介电泳技术实现了白细胞和乳腺癌细胞的分离[17]。nuttawut 等制备了一种以银粉与pdms凝胶两种材料混合而成的复合电极，它可以很容易地与pdms微通道集成。此外，还增强了整个通道区域的dep效应[18]。tao等设计了一种简单的可对多粒径的微粒子混合物进行连续分离的具有针刺电极的微流控分离装置[19]。huang等通过利用光诱导介电泳技术中的光电导层的光电导效应在芯片中产生空间非均匀电场实现了循环肿瘤细胞的高纯度、无标记分选[20]-[21]。
2. 研究的基本内容与方案
2．1研究内容
本文主要完成介电泳微流控芯片中大分子连续分离过程的数学物理模型建立，实现对介电泳微流控芯片中大分子连续分离过程的 cfd 数值模拟，分析结构参数、控制电压及交变频率等对大分子连续分离的影响规律。
2．2研究目标
3. 研究计划与安排
（1）英文文献翻译，完成开题报告和文献综述；（第1周—第3周）
（2）介电泳微流控芯片中大分子连续分离的数学物理模型建立；（第4周—第5周）
（3）应用 comsol multiphysics 软件实现对介电泳微流控芯片中大分子连续分离过程的数值模拟，并分析结构参数、控制电压及交变频率等对大分子连续分离过程的影响规律；（第6周—第9周）
4. 参考文献（12篇以上）
[1] alazzam a, mathew b, alhammadi f. novel microfluidic device for the continuous separation of cancer cells using dielectrophoresis[j]. journal of separation science, 2017, 40(5): 1193-1200.
[2] wang y, wang j, wu x, et al. dielectrophoretic separation of microalgae cells in ballast water in a microfluidic chip[j]. electrophoresis, 2019, 40(6): 969-978.
[3] gossett d r, weaver w m, mach a j, et al. label-free cell separation and sortingin microfluidic systems[j]. analytical and bioanalytical chemistry, 2010, 397(8): 3249-3267.
