ATA-7000系列高壓放大器在介電實(shí)驗(yàn)中的典型應(yīng)用

介電材料介紹：

介電材料一般指電介質(zhì)。電介質(zhì)是能夠被電極化的絕緣體。電介質(zhì)的帶電粒子是被原子、分子的內(nèi)力或分子間的力緊密束縛著，因此這些粒子的電荷為束縛電荷。在外電場作用下，這些電荷也只能在微觀范圍內(nèi)移動(dòng)，產(chǎn)生極化。在靜電場中，電介質(zhì)內(nèi)部可以存在電場，這是電介質(zhì)與導(dǎo)體的基本區(qū)別。

介電泳介紹：

介電泳，也稱雙向電泳，是介電常數(shù)較低的物體在非勻強(qiáng)電場中受力的現(xiàn)象。

介電材料在國內(nèi)作為新型材料，驅(qū)動(dòng)技術(shù)不夠成熟，所以需要的驅(qū)動(dòng)電壓很高，但是驅(qū)動(dòng)頻率往往在50Hz以下，ATA-7000系列高壓放大器，最大輸出電壓為2kvpp-10kvpp，為此類應(yīng)用提供了較高的電壓。

ATA-7000高壓放大器介紹：

ATA-7000系列是一款理想的可放大交、直流信號的高壓放大器。單端輸出10kVp-p（±5kVp）高壓，可以驅(qū)動(dòng)高壓型負(fù)載。

圖：ATA-7000高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

一、高壓放大器在介電泳分選的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱：基于高壓放大器的介電泳分選

研究方向：滴液分選

測試原理：

在非均勻電場中，介電體表面感生出的正負(fù)電荷處于不同場強(qiáng)的位置上在它受到的合力大于一定值時(shí)就會(huì)被拉向強(qiáng)電場方向。

圖：基于介電泳的液滴分選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于介電泳的液滴分選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如上圖所示，黃色流道1、2、3是油相流道，藍(lán)色流道4、5、6是水相流道。FEP管道和流阻依然使用流動(dòng)聚焦法產(chǎn)生液滴，液滴產(chǎn)生后會(huì)流向流阻較小的流道出口2。當(dāng)在正極上施加高壓方波脈沖時(shí)，液滴在介電泳力的作用下會(huì)被拉到流阻較大的流道出口1。

利用介電泳力進(jìn)行分選，芯片出口處不加任何流阻，僅利用芯片上的流道長度差來形成流阻的差異。先需要生成只向出口2流動(dòng)的液滴，然后固定油相和水相的氣壓值這樣就使液滴的直徑一致，再施加方波電壓。先保持電壓幅值不變，改變頻率，看是否可以把液滴拉到流道1。之后每改變一個(gè)電壓值，就調(diào)節(jié)多種頻率，看介電泳力是否起作用。

圖：對于不同的電壓值，液滴分選率隨頻率的變化。

由于芯片上生成的液滴均一性比較好，因此液滴在同樣的介電泳力作用下應(yīng)該被全部分選過來。首先考察液滴的分選率(拉到流道1的液滴數(shù)與總液滴數(shù)的比值)。當(dāng)油相氣壓為150mbar水相氣壓為45mbar時(shí)，不加電壓時(shí)液滴的直徑約為63.7um，液滴生成速率約2.333個(gè)每秒。在分別施加500V、800V、1000V、1500V等電壓幅值時(shí)分選率隨電壓頻率的變化如上圖所示，可以看出在頻率特別低的時(shí)候均無法拉動(dòng)液滴。

圖：ATA-7030高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

ATA-7030高壓放大器在本實(shí)驗(yàn)中的作用：提供一個(gè)可控電壓源，加到微流控芯片上，分析不同電壓下芯片對滴液的分選率。

二、高壓放大器基于介電泳的微流控液滴分選與融合應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)中搭建熒光檢測系統(tǒng)，將微流控芯片與光學(xué)系統(tǒng)耦合，通過ATA-7050高壓放大器將10Vpp的信號放大，對微液滴施加介電泳力，使得液滴發(fā)生偏轉(zhuǎn)/電聚合，從而完成微液滴高通量分選與融合。

圖：ATA-7050高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

放大器在該實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮的效能：1、提供高壓高頻交流電，施加微液滴介電泳力，使液滴發(fā)生偏轉(zhuǎn)；2、施加高壓高頻交流電，使得微液滴發(fā)生膜融合實(shí)現(xiàn)電聚合。

ATA-7000系列高壓放大器操作面板液晶顯示，設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)動(dòng)態(tài)顯示，交互界面一目了然，簡潔易懂。電壓增益數(shù)控0~2000倍可調(diào)，結(jié)合液晶面板增益的顯示，能夠快速調(diào)整至需要的電壓值，是進(jìn)行高壓驅(qū)動(dòng)測試的良好選擇。

審核編輯黃宇