دی‌الکتروفورز

دی‌الکتروفورز (DEP) پدیده‌ای است که در آن یک نیرو در هنگام قرار گرفتن در یک میدان الکتریکی غیر یکنواخت روی ذره دی‌الکتریک اعمال می‌شود.^[۱]^[۲]^[۳]^[۴]^[۵]^[۶] این نیرو نیازی به بار الکتریکی ذره ندارد. تمام ذرات در حضور میدان‌های الکتریکی فعالیت دی‌الکتروفورز 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^[۷] و نانوسیم‌ها شده‌است.^[۸] 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.

جمع‌آوری سلول‌های سرطانی در یک مدل میکرو فلورایس سه‌بعدی.

زمینه و خصوصیات ویرایش

اگرچه پدیده‌ای که امروزه آن را دی‌الکتروفورز می‌نامیم، در اوایل قرن بیستم میلادی توصیف شد، اما در دههٔ ۱۹۶۰ میلادی مورد مطالعهٔ جدی قرار گرفت و توسط هربرت پوول نامگذاری شد و آن را درک کرد.^[۹]^[۱۰] اخیراً، دی‌الکتریک به دلیل پتانسیل موجود در دستکاری ریزذرات،^[۲]^[۴]^[۵]^[۱۱] نانوذرات و سلول‌ها احیا شده‌است.

نیروی دی‌الکتروفورز ویرایش

ساده‌ترین مدل نظری مدل‌های همگن است که توسط یک مادهٔ دی‌الکتریک رسانا احاطه شده‌است.^[۱۲] برای یک کره، شعاع همگن $r$ و تراکم پیچیده $\varepsilon _{p}^{*}$ در یک رسانا با تراکم پیچیده $\varepsilon _{m}^{*}$ نیروی DEP (به‌طور متوسط) است:^[۴]

\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}

کاربردها ویرایش

از دی‌الکتریک می‌توان برای دستکاری، حمل و نقل، جدا کردن و مرتب کردن انواع مختلف ذرات استفاده کرد. از آنجا که سلول‌های جانداران دارای خواص دی‌الکتریک هستند،^[۱۳]^[۱۴]^[۱۵] دی‌الکتروفورز کاربردهای پزشکی زیادی دارد. ابزاری که سلول‌های سرطانی را از سلول‌های سالم جدا می‌کند ساخته شده‌است.^[۱۶] پلاکت‌ها با یک فلو سایتومتری فعال شده توسط دی‌الکتروفورز از خون کامل جدا شده می‌شوند.^[۱۷] دی‌الکتروفورز در زمینه‌هایی مانند تشخیص پزشکی، کشف دارو، سلول‌درمانی و تصفیهٔ ذرات کاربرد دارد.

منابع ویرایش

↑ Pohl, H. A. (1978). Dielectrophoresis: The Behavior of Neutral Matter in Nonuniform Electric Fields. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-21657-9.
↑ ^۲٫۰ ^۲٫۱ Morgan, Hywel; Green, Nicolas G. (2003). AC Electrokinetics: Colloids and Nanoparticles. Research Studies Press. ISBN 978-0-86380-255-3.
↑ Hughes, M. P. (2002). Nanoelectromechanics in engineering and biology. CRC Press. ISBN 978-0-8493-1183-3.
↑ ^۴٫۰ ^۴٫۱ ^۴٫۲ Jones, T. B. (1995). Electromechanics of Particles. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-01910-1.
↑ ^۵٫۰ ^۵٫۱ 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.
↑ Chang, H.C.; Yao, L. (2009). Electrokinetically Driven Microfluidics and Nanofluidics.
↑ 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.
↑ 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.
↑ 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.
↑ 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.
↑ Tathireddy, Prashant; Choi, Yunn-Hong; Skliar, Mikhail (2008-11-01). "Particle AC electrokinetics in planar interdigitated microelectrode geometry". Journal of Electrostatics. 66 (11): 609–619. doi:10.1016/j.elstat.2008.09.002. ISSN 0304-3886.
↑ Irimajiri, A.; Hanai, T.; Inouye, A. (1979-05-21). "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. ISSN 0022-5193. PMID 573830.
↑ Pethig R. Dielectric Properties of Biological Materials, 1979.
↑ 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.{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
↑ Mahabadi, Sina; Labeed, Fatima H.; Hughes, Michael P. (Summer 2015). "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.
↑ "Micro-fluidics cut cancer test from a day to an hour - IMEC Tech Forum". 7 October 2009.
↑ Pommer, Matthew S.; Zhang, Yanting; Keerthi, Nawarathna; Chen, Dong; Thomson, James A.; Meinhart, Carl D.; Soh, Hyongsok T. (Winter 2008). "Dielectrophoretic separation of platelets from diluted whole blood in microfluidic channels". Electrophoresis. 29 (6): 1213–1218. doi:10.1002/elps.200700607. ISSN 0173-0835. PMID 18288670.

پیوند به بیرون ویرایش

[Pohl-1] Pohl, H. A. (1978). Dielectrophoresis: The Behavior of Neutral Matter in Nonuniform Electric Fields. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-21657-9.

[Morgan-2] ۲٫۰ ^۲٫۱ Morgan, Hywel; Green, Nicolas G. (2003). AC Electrokinetics: Colloids and Nanoparticles. Research Studies Press. ISBN 978-0-86380-255-3.

[Hughes-3] Hughes, M. P. (2002). Nanoelectromechanics in engineering and biology. CRC Press. ISBN 978-0-8493-1183-3.

[Jones-4] ۴٫۰ ^۴٫۱ ^۴٫۲ Jones, T. B. (1995). Electromechanics of Particles. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-01910-1.

[Kirby-5] ۵٫۰ ^۵٫۱ 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.

[Chang-6] Chang, H.C.; Yao, L. (2009). Electrokinetically Driven Microfluidics and Nanofluidics.

[Hughes2-7] 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, Prashant; Choi, Yunn-Hong; Skliar, Mikhail (2008-11-01). "Particle AC electrokinetics in planar interdigitated microelectrode geometry". Journal of Electrostatics. 66 (11): 609–619. doi:10.1016/j.elstat.2008.09.002. ISSN 0304-3886.

[12] Irimajiri, A.; Hanai, T.; Inouye, A. (1979-05-21). "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. ISSN 0022-5193. PMID 573830.

[Pethig_R_1979-13] Pethig R. Dielectric Properties of Biological Materials, 1979.

[Choi,_J.W._,_Pu,_A._and_Psaltis,_D._2006_9780–9785-14] 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.{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)

[15] Mahabadi, Sina; Labeed, Fatima H.; Hughes, Michael P. (Summer 2015). "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.

[Usage_article-16] "Micro-fluidics cut cancer test from a day to an hour - IMEC Tech Forum". 7 October 2009.

[17] Pommer, Matthew S.; Zhang, Yanting; Keerthi, Nawarathna; Chen, Dong; Thomson, James A.; Meinhart, Carl D.; Soh, Hyongsok T. (Winter 2008). "Dielectrophoretic separation of platelets from diluted whole blood in microfluidic channels". Electrophoresis. 29 (6): 1213–1218. doi:10.1002/elps.200700607. ISSN 0173-0835. PMID 18288670.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

[۱۰]

[۱۱]

[۱۲]

[۱۳]

[۱۴]

[۱۵]

[۱۶]

[۱۷]