フィールドエフェクトポンプ：ソースゲートドレイン電界を備えた仮想マイクロチャネルに沿った液体誘電体泳動

液体誘電体泳動（LDEP）を調査して、外部ポンプやデッドボリュームの問題のない平行プレート間の電界を排出する液体から液体を駆動するフィールド効果ポンプ（FEP）を実装します。適切なゲート電界は、壁のない仮想マイクロチャネルを確立して、電界強度（ΔE2DS）の平方の差によって制御される調整可能な流量（Q）で液体を供給源から排水に伝達します。フィールド効果トランジスタ（FET）と類似して、FEPはΔE2GDおよびΔE2DSに応じて「線形」、「遷移」、または「飽和」領域で動作できます。十分なΔE2GDと小さなΔE2DSを使用すると、QはΔE2DSに線形比例し、主に長さ（L）、幅（w）、および高さ（h）によって決定されたフロー抵抗Rに逆比例した線形領域で動作しました（h）安定した完全に占領された仮想マイクロチャネルの。ΔE2GDが不十分で、中程度から大きなΔE2DSで、仮想マイクロチャネルの狭窄、先細り、さらにはピンチオフされ、rが増加し、動作が遷移または飽和領域に変化しました。2つのストリームを規制するフィールドエフェクトストリームの合併は、共有ゲートと排水電極を備えた2つのFEPに基づいて構築されました。FEPの汎用性は、全血および粒子溶液に関する予備研究で実証されました。

We investigate liquid dielectrophoresis (LDEP) to implement field-effect pumps (FEPs) that drive liquids from source, via gate, toward drain electric fields between parallel plates without external pumps or the problem of dead volume. The appropriate gate electric field establishes a wall-less virtual microchannel to transfer the liquid from source to drain with an adjustable flow rate (Q) controlled by the difference of the square of the electric field strength (ΔE2DS). Analogous to field-effect transistors (FETs), the FEPs can operate in a "linear", "transition" or "saturation" region depending on ΔE2GD and ΔE2DS. With a sufficient ΔE2GD and a small ΔE2DS, the FEPs operated in the linear region where Q was linearly proportional to ΔE2DS and inversely proportional to the flow resistance R that was mainly determined by the length (L), width (W) and height (H) of a stable and fully-occupied virtual microchannel. With an insufficient ΔE2GD and a moderate to large ΔE2DS, narrowing, tapering and even pinch-off of virtual microchannels were observed, which increased R and changed the operation into the transition or saturation region. A field-effect stream merger regulating two streams was built based on two FEPs with shared gate and drain electrodes. The versatility of FEPs was demonstrated with preliminary studies on whole blood and particle solutions.