حل تحليلي فرآيند پخش عرضي در جريان‌هاي تركيبي الكترواسموتيك و پوازي سيالات نيوتني در ميكروميكسرهاي مستطيلي تحت شمول لايه دوگانه الكتريكي

Analytical study of cross stream diffusion for combined electroosmotic and Poiseuille flows in rectangular microchannels: inclusion of EDL effect

در سنجش و تحليل‌ پزشكي در زمينه ‌سيستم‌‌هاي ميكرو جرياني، انتشار و پخش ذرات تحت جريان‌‌هاي آرام نقش اساسي در تحليل سيالات بيولوژيكي ايفا كرده و به‌عنوان عامل اصلي در آماده‌سازي نمونه به‌شمار مي‌رود. با توجه به رشد تكنيك‌‌هاي ساخت آزمايشگا‌ه‌هاي روي تراشه، امكان توليد ميكروكانال‌هاي مستطيلي با نسبت هندسه‌ معين و با ابعاد ميكرون و زيرميكروني فراهم گشته كه در نتيجه آن سبب بزرگنمايي اثر پديده‌هاي انتقال به‌وسيله‌ الكتروسينتيك بر توزيع و پخش محلول در اين تجهيزات خواهد شد. از آن‌جايي كه در مطالعات اخير اين‌گونه اثرات مورد چشم‌پوشي قرار گرفته؛ بنابراين در اين تحقيق براساس روش تحليلي، اثر پارامتر دباي- هاكل در ناحيه‌ لايه دوگانه‌ الكتريكي بر پديده‌ پخش عرضي مورد بررسي قرار خواهد گرفت. نوع جريان مساله به‌صورت تلفيق نيروي الكترواسموتيك همراه با گراديان فشار در‌نظر گرفته شده و نتايج بررسي در سه سناريوي جريان با گراديان فشار مساعد، صفر و مخالف مورد مطالعه قرار مي‌گيرند. نتايج تحقيق بيانگر افزايش عرض ناحيه‌ پخشي در پروفيل‌‌هاي پروانه‌اي و دوكي شكل كانتورهاي غلظت با افزايش طول دباي است. همچنين نتايج حاصل از آناليز مقياسي براساس معيار شدت اختلاط نيز نشان‌دهنده‌ كاهش اين كميت در اثر افزايش عدد پكله‌ براساس سرعت هلمهولتز- اسملوكوفسكي و پارامتر بي‌بعد دباي- هاكل مي‌باشد. توان متوسط محوري معيار اخير نيز رفتاري كاهشي نسبت به افزايش ضخامت لايه دوگانه‌ي الكتريكي خواهد داشت.

Dissemination of an analyte under the laminar flows plays a major role in measuring and assessment of biological fluids such as sample preparation in the context of microfluidic systems. Due to the development of manufacturing technology in the Lab-on-a-chip devices, the production of rectangular microchannels with finite aspect ratios and micron and submicron sizes has been provided by which the effect of electrokinetic phenomena on concentration distribution will be magnified in these systems. Since the recent researches in this field have overlooked such effects, the present work will be conducted analytically to study the effect of electric double layer on cross stream diffusion of the analyte in the combined electroosmotic and pressure driven flows. Three flow scenarios, the favorable, adverse and zero pressure gradients are analyzed. The results demonstrate that the width of the diffusion region near the top and bottom walls of the microchannel becomes broader with the increase in the Debye length. Also, the results of the scaling analysis reveal the decrease in mixing intensity with increasing the Péclet number based onHelmholtz-Smoluchowski velocity and dimensionless Debye–Hückel parameter. As well, the average scaling exponent of this criterion is a descending function with respect to the thickness of the electric double layer.