유전영동(DEP)이란 비균질의 전기장과 그에 따라 입자 내부에 형성되는 극성힘에 의해 용매에 분산되어 있는 입자에 야기되는 운동을 의미하며, 세포, 바이러스, 나노입자 등의 트래핑, 입자분류, 셀분리 등과 같은 다양한 생물학적 응용에 이용되어 왔다. 지금까지 유전영동트랩에 대한 해석은 주기평균 ponderomotive force 에 기반한 정특성 해석이 주를 이루고 있으며, 동특성에 대해서는 많은 연구가 이루어져 있지 않다. 이는 지금까지 유전영동트랩이 적용된 입자들의 크기가 상대적으로 매우 크기 때문으로, 분석입자의 크기가 매우 작은 나노단위 분석에서는 적절하지 않다. 본 연구에서는, 다양한 시스템 파라미터들에 대한 트래핑의 동역학적 반응 및 그들의 트래핑 안정성에 대한 영향을 심도깊게 관찰하고자 한다. 특히, 입자의 전도율에 따른 입자의 동특성의 변화 또한 관찰하고자 한다.
유전영동(DEP)이란 비균질의 전기장과 그에 따라 입자 내부에 형성되는 극성힘에 의해 용매에 분산되어 있는 입자에 야기되는 운동을 의미하며, 세포, 바이러스, 나노입자 등의 트래핑, 입자분류, 셀분리 등과 같은 다양한 생물학적 응용에 이용되어 왔다. 지금까지 유전영동트랩에 대한 해석은 주기평균 ponderomotive force 에 기반한 정특성 해석이 주를 이루고 있으며, 동특성에 대해서는 많은 연구가 이루어져 있지 않다. 이는 지금까지 유전영동트랩이 적용된 입자들의 크기가 상대적으로 매우 크기 때문으로, 분석입자의 크기가 매우 작은 나노단위 분석에서는 적절하지 않다. 본 연구에서는, 다양한 시스템 파라미터들에 대한 트래핑의 동역학적 반응 및 그들의 트래핑 안정성에 대한 영향을 심도깊게 관찰하고자 한다. 특히, 입자의 전도율에 따른 입자의 동특성의 변화 또한 관찰하고자 한다.
Dielectrophoresis (DEP) is defined as the motion of suspended particles in solvent resulting from polarization forces induced by an inhomogeneous electric field. DEP has been utilized for various biological applications such as trapping, sorting, separation of cells, viruses, nanoparticles. However,...
Dielectrophoresis (DEP) is defined as the motion of suspended particles in solvent resulting from polarization forces induced by an inhomogeneous electric field. DEP has been utilized for various biological applications such as trapping, sorting, separation of cells, viruses, nanoparticles. However, the analysis of DEP trapping has mostly employed the period-averaged ponderomotive forces while the dynamic features of DEP trapping have not been attracted because the target object is relatively large. Such approach is not appropriate for the nanoscale analysis in which the size of object is considerably small. In this study, we thoroughly investigate the dynamic response of trapping to various system parameters and its influence on the trapping stability. The effects of particle conductivity on its motion are also focused.
Dielectrophoresis (DEP) is defined as the motion of suspended particles in solvent resulting from polarization forces induced by an inhomogeneous electric field. DEP has been utilized for various biological applications such as trapping, sorting, separation of cells, viruses, nanoparticles. However, the analysis of DEP trapping has mostly employed the period-averaged ponderomotive forces while the dynamic features of DEP trapping have not been attracted because the target object is relatively large. Such approach is not appropriate for the nanoscale analysis in which the size of object is considerably small. In this study, we thoroughly investigate the dynamic response of trapping to various system parameters and its influence on the trapping stability. The effects of particle conductivity on its motion are also focused.
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문제 정의
입자의 움직임을 야기하는 유전영동력은 가진주파수, 전기장의 공간적 분포, 매질의 유전특성, 그리고 트래핑하고자 하는 입자의 유전특성 등의 함수로 주어진다. 본 연구는 사중극자 유전영동 트랩의 안정성 및 동특성을 이론적으로 분석하고, 다양한 시스템 파라미터의 영향을 규명하는 것을 목적으로 한다.
본 연구에서는 사중극자 유전영동 트랩에 트래핑된 입자의 가진전기장, 가진주파수, 전압, 트랩 크기 등과 같은 시스템 파라미터의 변화에 대한 동적 반응에 대해 살펴보았다. 각 시스템 파라미터에 대해서 서로 다른 전기 전도율을 지닌 두 종류의 입자를 고려했다.
본 연구에서는 유체에 의한 댐핑과 입자의 랜덤 운동은 고려되지 않았다. 이후 연구에서는 유체저항과 랜덤운동을 모두 고려한 경우 트랩의 안정성과 동특성 분석을 수행하고자 한다.
가설 설정
하나는 반지름이 1 µm 인 구형 폴리스틸렌 입자(Particle A)고 다른 하나는 전기 전도율을 제외한 다른 특성들이 입자 A 와 같은 가상의 입자(Particle B)다. 입자 B 의 전기 전도율은 입자 A 의 30 %인 0.003 S/m 로 가정하였다. 가진 교류 전기장은 트랩크기(R0)가 4.
제안 방법
본 논문의 구성은 다음과 같다. 2 절에서는 유전 영동에 대한 기초이론과 사중극자 트랩에서의 유전영동 이론에 대해서 설명하고, 3 절에서 가진전기장의 주파수, 전압, 그리고 트랩의 크기 같은 다양한 시스템 변수의 의한 시스템 동특성 변화에 대해 살펴보았다. 그리고, 4 절에서 결론에 대한 고찰을 제시하였다.
본 연구에서는 사중극자 유전영동 트랩에 트래핑된 입자의 가진전기장, 가진주파수, 전압, 트랩 크기 등과 같은 시스템 파라미터의 변화에 대한 동적 반응에 대해 살펴보았다. 각 시스템 파라미터에 대해서 서로 다른 전기 전도율을 지닌 두 종류의 입자를 고려했다. 본 연구에서 발견한 바를 요약하면 다음과 같다.
이론/모형
0 MHz 이며, 이는 임계주파수 위의 주파수이다. 본 연구에서 입자의 궤적은 MATLAB 의 4 차 Runge-Kutta 방식을 이용한 운동방정식(식 6)의 풀이에 의해 얻어진다.
성능/효과
(1) 가진주파수가 임계주파수보다 큰 경우(음의 유전영동), 입자는 조화 운동을 하며 트랩의 안정성을 달성한다.
(2) 가진주파수가 임계주파수보다 작은 경우(양의 유전영동), 입자 운동은 발산하며 안정한 입자의 트래핑을 달성하지 못한다.
(4) 임계주파수 근처의 가진주파수를 가진 안정 트랩은 micromotion 은 나타나지 않으며 오직 secular motion 만이 나타난다. 주파수의 증가에 따라 반응주파수 또한 증가한다.
(5) 가진주파수가 충분히 높을 때, 시스템은 주파수의 변화에 둔감해진다.
(6) 트랩 크기가 증가함에 따라 반응주파수는 감소하지만, 가진전압이 증가함에 따라 반응주파수는 증가한다.
(7) 위상 plot 은 저전도성 입자에 있어 주파수, 전압, 트랩크기 등과 같은 시스템 파라미터에 보다 민감하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유전영동트랩를 해석하기 위한 연구는 주로 어떤 것인가?
유전영동(DEP)이란 비균질의 전기장과 그에 따라 입자 내부에 형성되는 극성힘에 의해 용매에 분산되어 있는 입자에 야기되는 운동을 의미하며, 세포, 바이러스, 나노입자 등의 트래핑, 입자분류, 셀분리 등과 같은 다양한 생물학적 응용에 이용되어 왔다. 지금까지 유전영동트랩에 대한 해석은 주기평균 ponderomotive force 에 기반한 정특성 해석이 주를 이루고 있으며, 동특성에 대해서는 많은 연구가 이루어져 있지 않다. 이는 지금까지 유전영동트랩이 적용된 입자들의 크기가 상대적으로 매우 크기 때문으로, 분석입자의 크기가 매우 작은 나노단위 분석에서는 적절하지 않다.
유전영동(DEP)이란?
유전영동(DEP)이란 비균질의 전기장과 그에 따라 입자 내부에 형성되는 극성힘에 의해 용매에 분산되어 있는 입자에 야기되는 운동을 의미하며, 세포, 바이러스, 나노입자 등의 트래핑, 입자분류, 셀분리 등과 같은 다양한 생물학적 응용에 이용되어 왔다. 지금까지 유전영동트랩에 대한 해석은 주기평균 ponderomotive force 에 기반한 정특성 해석이 주를 이루고 있으며, 동특성에 대해서는 많은 연구가 이루어져 있지 않다.
유전영동 해석의 하나인 동특성의 분석이 필요한 까닭은?
현재 유전영동을 이용한 입자들의 운동제어, 세포포집, 박테리아의 선택적 분리등과 같은 생의학적인 응용에 많은 연구가 이루어지고 있지만, (2) 유전영동 해석의 경우에는 주기평균된 ponderomotive force 를 이용하는 등 동특성을 분석하는 것에는 소홀해 왔다. 현재까지의 연구는 백혈병세포(6.25 µm), 이스트(4.8 µm), 대장균(1 µm), 바이러스(0.25 µm) 등 생명공학에서 나타날 수 있는 생체입자들의 크기를 고려하여 주로 크기가 큰 입자(0.1-10 µm)들에 대해 집중해 왔으므로, (13) 그 효과가 그다지 중요하지 않았지만, 나노단위 입자 등 미래의 초소형분석기술에 적용하기 위해서는 동특성의 이해가 반드시 요구된다. 입자의 움직임을 야기하는 유전영동력은 가진주파수, 전기장의 공간적 분포, 매질의 유전특성, 그리고 트래핑하고자 하는 입자의 유전특성 등의 함수로 주어진다.
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