دی الکتروفورز

دی الکتروفورز (DEP) پدیده ای است که در آن یک نیرو در هنگام قرار گرفتن در یک میدان الکتریکی غیر یکنواخت روی ذره دی‌الکتریک اعمال می‌شود.[1][2][3][4][5][6] این نیرو نیازی به بار الکتریکی ذره ندارد. تمام ذرات در حضور میدانهای الکتریکی فعالیت دی الکتروفورز را نشان می‌دهند. اما، قدرت نیرو به شدت به خصوصیات الکتریکی ذرات، شکل و اندازه و همچنین به فرکانس میدان الکتریکی بستگی دارد. در نتیجه، میدان‌هایی با فرکانس خاص می‌توانند ذرات را با انتخاب‌پذیری عالی دستکاری کنند. به عنوان مثال، این امر باعث جدایی سلول‌ها یا جهت‌گیری و دستکاری نانوذرات[7] و نانوسیم‌ها شده‌است.[8] افزون بر این، یک مطالعه تغییر در نیروی DEP به عنوان تابعی از فرکانس می‌تواند خصوصیات الکتریکی (یا الکتروفیزیولوژیک در مورد سلول‌ها) ذرات را روشن کند.

زمینه و خصوصیات

اگرچه پدیده ای که امروزه آنرا دی الکتروفورز می‌نامیم، در اوایل قرن بیستم میلادی توصیف شد، اما در دهه ۵۰ میلادی مورد مطالعه جدی قرار گرفت و توسط هربرت پوول نامگذاری شد و آنرا درک کرد.[9][10] اخیراً، دی الکتریک به دلیل پتانسیل موجود در دستکاری ریز ذرات،[2][4][5][11] نانوذرات و سلول‌ها احیا شده‌است.

نیروی دی الکتروفورز

ساده‌ترین مدل نظری مدل‌های همگن است که توسط یک ماده دی الکتریک رسانا احاطه شده‌است.[12] برای یک کره شعاع همگن ${\displaystyle r}$ و تراکم پیچیده ${\displaystyle \varepsilon _{p}^{*}}$ در یک رسانا با تراکم پیچیده ${\displaystyle \varepsilon _{m}^{*}}$ نیروی DEP (به‌طور متوسط) است:[4]

${\displaystyle \langle F_{\mathrm {DEP} }\rangle =2\pi r^{3}\varepsilon _{m}{\textrm {Re}}\left\{{\frac {\varepsilon _{p}^{*}-\varepsilon _{m}^{*}}{\varepsilon _{p}^{*}+2\varepsilon _{m}^{*}}}\right\}\nabla \left|{\vec {E}}_{rms}\right|^{2}}$

برنامه‌های دی الکتریک

از دی الکتریک می‌توان برای دستکاری، حمل و نقل، جدا کردن و مرتب کردن انواع مختلف ذرات استفاده کرد. از آنجا که سلولهای بیولوژیکی دارای خواص دی الکتریک هستند،[13][14][15] دی الکتروفورز کاربردهای پزشکی زیادی دارد. ابزاری که سلولهای سرطانی را از سلولهای سالم جدا می‌کند ساخته شده‌است.[16] پلاکت‌ها با یک فلو سایتومتری فعال شده توسط DEP از خون کامل جدا شده می‌شوند.[17] دی الکتروفورز در زمینه‌هایی مانند تشخیص پزشکی، کشف دارو، سلول درمانی و تصفیه ذرات کاربرد دارد.

منابع

1. Pohl, H. A. (1978). Dielectrophoresis: The Behavior of Neutral Matter in Nonuniform Electric Fields. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-21657-9.
2. Morgan, Hywel; Green, Nicolas G. (2003). AC Electrokinetics: Colloids and Nanoparticles. Research Studies Press. ISBN 978-0-86380-255-3.
3. Hughes, M. P. (2002). Nanoelectromechanics in engineering and biology. CRC Press. ISBN 978-0-8493-1183-3.
4. Jones, T. B. (1995). Electromechanics of Particles. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-01910-1.
5. Kirby, B. J. (2010). Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-11903-0. Archived from the original on 28 April 2019. Retrieved 7 May 2020.
6. Chang, H.C.; Yao, L. (2009). Electrokinetically Driven Microfluidics and Nanofluidics.
7. Hughes, Michael Pycraft (2000). "AC electrokinetics: Applications for nanotechnology" (PDF). Nanotechnology. 11 (2): 124–132. Bibcode:2000Nanot..11..124P. doi:10.1088/0957-4484/11/2/314.
8. Constantinou, Marios; Rigas, Grigorios Panagiotis; Castro, Fernando A.; Stolojan, Vlad; Hoettges, Kai F.; Hughes, Michael P.; Adkins, Emily; Korgel, Brian A.; Shkunov, Maxim (2016-04-26). "Simultaneous Tunable Selection and Self-Assembly of Si Nanowires from Heterogeneous Feedstock" (PDF). ACS Nano. 10 (4): 4384–4394. doi:10.1021/acsnano.6b00005. ISSN 1936-0851. PMID 27002685.
9. Pohl, H. A. (1951). "The Motion and Precipitation of Suspensoids in Divergent Electric Fields". Journal of Applied Physics. 22 (7): 869–871. Bibcode:1951JAP....22..869P. doi:10.1063/1.1700065.
10. Pohl, H. A. (1958). "Some effects of nonuniform fields on dielectrics". Journal of Applied Physics. 29 (8): 1182–1188. Bibcode:1958JAP....29.1182P. doi:10.1063/1.1723398.
11. Tathireddy, P.; Choi, Y-H; Skliar, M (2008). "Particle AC electrokinetics in planar interdigitated microelectrode geometry". Journal of Electrostatics. 66 (11–12): 609–619. doi:10.1016/j.elstat.2008.09.002.
12. Irimajiri, Akihiko; Hanai, Tetsuya; Inouye, Akira (1979). "A dielectric theory of "multi-stratified shell" model with its application to a lymphoma cell". Journal of Theoretical Biology. 78 (2): 251–269. doi:10.1016/0022-5193(79)90268-6. PMID 573830.
13. Pethig R. Dielectric Properties of Biological Materials, 1979.
14. Choi, J.W. , Pu, A. and Psaltis, D. (2006). "Optical detection of asymmetric bacteria utilizing electro orientation" (PDF). Optics Express. 14 (21): 9780–9785. Bibcode:2006OExpr..14.9780C. doi:10.1364/OE.14.009780. PMID 19529369.
15. Mahabadi, Sina; Labeed, Fatima H.; Hughes, Michael P. (2015-07-01). "Effects of cell detachment methods on the dielectric properties of adherent and suspension cells". Electrophoresis. 36 (13): 1493–1498. doi:10.1002/elps.201500022. ISSN 1522-2683. PMID 25884244.
16. "Micro-fluidics cut cancer test from a day to an hour - IMEC Tech Forum". 7 October 2009.
17. Pommer, Matthew S. (2008). "Dielectrophoretic separation of platelets from diluted whole blood in microfluidic channels". Electrophoresis. 29 (6): 1213–1218. doi:10.1002/elps.200700607. PMID 18288670.

پیوند به بیرون

• انجمن الکتروفورز AES - مرکز یادگیری
• جداسازی سلول‌های بیولوژیکی با استفاده از دی الکتریک در دستگاه میکروسیالی
• دستگاه دیالکتروفورزیس Sandia ممکن است در آماده‌سازی نمونه متحول شود