介电泳操控纳米材料及其在微纳传感器中的应用的综述报告.docx

介电泳操控纳米材料及其在微纳传感器中的应用的综述报告

导言：

介电泳技术是一种将纳米材料沉积在电极表面的现代微纳加工技术，其应用领域非常广泛。介电泳技术可以通过改变外界电场，从而对纳米颗粒进行精准操控，例如集成到微流控系统中用于微纳生物学和光电学等领域的研究。本文将就介电泳技术操控纳米材料的范畴以及其在微纳传感器中的应用进行综述。

一、介电泳技术操控纳米材料

1.介电泳概述

介电泳是一种将不同尺寸、形状和材料的微纳颗粒输运至电极表面或沉积的技术。微纳颗粒在交流电场中会产生电动势、电荷定向及介电质效应，进而在电场作用下运动。

在介电泳技术中，微纳颗粒在液相中受到电场的影响，因电荷分布不均或受到介质效应而运动。当电场与介电常数不均匀的介质作用时，微纳颗粒会受到介电力的作用，从而在电极表面沉积。介电泳可以用于分散、聚集和定向组装纳米颗粒。

2.介电泳操控机理

介电泳操控的实现需要了解纳米颗粒和电流之间的相互作用，现有的介电泳操控机制可以大致归纳为以下五个方面：

(1)电极表面的电活性;

(2)流体介质中微观电原子的极化作用;

(3)电荷化学性;

(4)电流作用下的流体机械效应；

(5)悬浮液中微观固体颗粒和分子之间的相互作用。

3.介电泳技术操控纳米材料的方法

介电泳技术的操控效果受到多种因素的影响，如介质的介电常数、电极间距、电场频率、悬浮液稀度等因素。目前，介电泳可以分为以下几种方式操控纳米材料：

(1)不加电场的广义介电泳技术

不加电场的广义介电泳技术主要用于分散纳米颗粒，也可用于纳米颗粒的定向排布。实现的方法一般是利用液晶或凝胶等存在介电各向异性的物质，通过中性化电聚集特定方向的纳米颗粒。

(2)均匀电场刺激激发的介电泳

均匀电场激发的介电泳技术又可称为传统介电泳技术，该技术用于沉积、聚集和组装纳米颗粒。该技术的实现方法是将纳米颗粒与悬浮液一起注入到电极之间的空间中，通以适当的电压电位，使纳米颗粒沉积并聚集在电极的某个位置。

(3)失控介电泳

失控介电泳技术是一种利用电极电势的空间分布，在不同情况下产生不同形式电场的介电泳技术。该技术可用于微纳装置的组装和微通道高通量的定向输送，也可用于纳米颗粒在极微空间中受限的集成以及微尺度的结构干扰。

二、介电泳技术在微纳传感器中的应用

微纳传感器是一种能够测量与检测微小物质性质或环境参数的器件，其具有不同尺寸和工作特性的传感器在微纳传感器中广泛应用。做为微纳传感器中的一项重要技术，介电泳技术也得到了广泛应用。

1.基于介电泳技术的微纳光学和电学传感器

基于介电泳技术的微纳光学和电学传感器包括基于表面等离子体共振的传感器、基于聚焦离子束制造纳米颗粒和纳米线的传感器以及基于各向异性介电泳和高选择性化学结构的传感器。各向异性的介电泳技术可以产生静电场，并通过外界电场的调节得到一定的淘汰和聚焦作用，产生高选择性和灵敏度的传感器。

2.基于介电泳技术的微流控传感器

介电泳技术也被应用于微流控传感器的研究和制造中。基于介电泳技术的微流控传感器可以用于蛋白质、DNA序列以及菌细胞等生物分析，并可用于病毒、单核细胞和血细胞等细胞分析。介电泳技术还可用于制造高速液滴的微流控器件，并通过所生成液滴的特定功能，实现微流控传感器对核酸、蛋白质等的检测和分析。

结论：

介电泳技术是一种快速、简单并且可扩展的精确操控微纳颗粒的技术，可以实现微纳颗粒的精确分散、聚集和定向组装。介电泳技术已经在微纳生物学、微纳光电学、微流控器件等领域得到了广泛的应用。随着介电泳技术的不断发展，相信它将在更广泛的应用领域中得到更多的应用。