微流控捏缩流分级装置中控制分离的机制

本文对微流控捏缩流分级中基于尺寸的颗粒分离机制进行了计算研究。我们在 Stokes regime 下研究了颗粒尺寸对颗粒通过捏缩间隙（即通道孔径的收缩处）行为的影响。该收缩孔径由平面壁和球形障碍物构成，模拟了捏缩流分级装置中的捏缩段。模拟结果表明，沿轨迹运动的颗粒与障碍物表面之间的最近接近距离随颗粒尺寸的增加而减小。随后，我们利用最近接近距离研究了短程排斥非流体动力学相互作用（例如固 - 固接触）的影响。我们将最小颗粒 - 障碍物间距等于非流体动力学相互作用范围的轨迹定义为临界轨迹。结果进一步表明，临界轨迹的初始偏移（定义为临界偏移）随颗粒尺寸的增加而增大。我们将临界偏移随颗粒尺寸的变化解释为捏缩流分级中基于尺寸的微流控分离的基础。我们还比较了不同驱动场对颗粒轨迹的影响；模拟了静止流体中恒定力驱动颗粒的情况，以及压差驱动流中自由悬浮颗粒的情况。我们观察到，在相同初始偏移下，恒定力驱动的颗粒比流中悬浮的颗粒更接近障碍物。另一方面，临界偏移的增量（作为颗粒尺寸的函数）在压差驱动情况下大于力驱动情况。因此，使用捏缩流分级的压差驱动颗粒分离将被证明比其力驱动对应物更有效。