Electrokinetics in Microfluidics -  Dongqing Li

Electrokinetics in Microfluidics (eBook)

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2004 | 1. Auflage
652 Seiten
Elsevier Science (Verlag)
978-0-08-053074-1 (ISBN)
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A lab-on-a-chip device is a microscale laboratory on a credit-card sized glass or plastic chip with a network of microchannels, electrodes, sensors and electronic circuits.

These labs on a chip can duplicate the specialized functions as performed by their room-sized counterparts, such as clinical diagnoses, PCR and electrophoretic separation. The advantages of these labs on a chip include significant reduction in the amounts of samples and reagents, very short reaction and analysis time, high throughput and portability.

Generally, a lab-on-a-chip device must perform a number of microfluidic functions: pumping, mixing, thermal cycling/incubating, dispensing, and separating. Precise manipulation of these microfluidic processes is key to the operation and performance of labs on a chip.

The objective of this book is to provide a fundamental understanding of the interfacial electrokinetic phenomena in several key microfluidic processes, and to show how these phenomena can be utilised to control the microfluidic processes. For this purpose, this book emphasises the theoretical modelling and the numerical simulation of these electrokinetic phenomena in microfluidics. However, experimental studies of the electrokinetic microfluidic processes are also highlighted in sufficient detail.

* THE first book which systematically reviews electrokinetic microfluidics processes for lab-on-a chip applications
* Covers modelling and numerical simulation of the electrokinetic microfluidics processes
* Providing information on experimental studies and details of experimental techniques, which are essential for those who are new to this field


A lab-on-a-chip device is a microscale laboratory on a credit-card sized glass or plastic chip with a network of microchannels, electrodes, sensors and electronic circuits. These labs on a chip can duplicate the specialized functions as performed by their room-sized counterparts, such as clinical diagnoses, PCR and electrophoretic separation. The advantages of these labs on a chip include significant reduction in the amounts of samples and reagents, very short reaction and analysis time, high throughput and portability. Generally, a lab-on-a-chip device must perform a number of microfluidic functions: pumping, mixing, thermal cycling/incubating, dispensing, and separating. Precise manipulation of these microfluidic processes is key to the operation and performance of labs on a chip. The objective of this book is to provide a fundamental understanding of the interfacial electrokinetic phenomena in several key microfluidic processes, and to show how these phenomena can be utilised to control the microfluidic processes. For this purpose, this book emphasises the theoretical modelling and the numerical simulation of these electrokinetic phenomena in microfluidics. However, experimental studies of the electrokinetic microfluidic processes are also highlighted in sufficient detail. The first book which systematically reviews electrokinetic microfluidics processes for lab-on-a chip applications Covers modelling and numerical simulation of the electrokinetic microfluidics processes Providing information on experimental studies and details of experimental techniques, which are essential for those who are new to this field

Front Cover 1
Electrokinetics in Microfluidics: Interface Science and Technology, Volume 2 4
Copyright Page 5
Table of Contents 8
Preface 6
Chapter 1. Lab-on-a-chip, microfluidics and interfacial electrokinetics 10
References 14
Chapter 2. Basics of electrical double layer 16
2.1 Introduction to electrical double layer (EDL) 17
2.2 Basic electrokinetic phenomena in microfluidics 37
References 38
Chapter 3. Electro-viscous effects on pressure-driven liquid flow in microchannels 39
3.1 Pressure-driven electrokinetic flow in slit microchannels 41
3.2 Pressure-driven electrokinetic flows in rectangular microchannels 53
3.3 Measured electro-viscous effects 72
3.4 New understanding of electro-viscous effects 83
References 100
Chapter 4. Electroosmotic flows in microchannels 101
4.1 Electroosmotic flow in a slit microchannel 103
4.2 Elecroosmotic flow in a cylindrical microchannel 107
4.3 Electroosmotic flow in rectangular microchannels 113
4.4 Transient electroosmotic flow in cylindrical microchannels 128
4.5 Ac electroosmotic flows in a rectangular microchannel 140
4.6 Electroosmotic flow with one solution displacing another solution 160
4.7 Analysis of the displacing process between two electrolyte solutions 176
4.8 Joule heating and thermal end effects on electroosmotic flow 193
References 211
Chapter 5. Effects of surface heterogeneity on electrokinetic flow 213
5.1 Pressure-driven flow in microchannels with stream-wise heterogeneous strips 215
5.2 Pressure-driven flow in microchannels with heterogeneous patches 224
5.3 Electroosmotic flow in microchannels with continuous variation of zeta potential 247
5.4 Electroosmotic flow in microchannels with heterogeneous patches 260
5.5 Solution mixing in t-shaped microchannels with heterogeneous patches 277
5.6 Heterogeneous surface charge enhanced micro-mixer 297
5.7 Analysis of electrokinetic flow in microchannel networks 307
References 327
Chapter 6. Effects of surface roughness on electrokinetic flow 330
6.1 Electroosmotic transport in a slit microchannel with 3d rough elements 332
6.2 Effects of 3d heterogeneous rough elements 353
References 362
Chapter 7. Experimental studies of electroosmotic flow 363
7.1 Measurement of average electroosmotic velocity by a current method 365
7.2 Measurement of average electroosmotic velocity by a slope method 378
7.3 Microfluidic visualization by a laser-induced dye method 385
7.4 Velocity profiles of electroosmotic flow in microchannels 399
7.5 Comparison of the current method and the visualization technique 412
7.6 Flow visualization by a micro-bubble lensing induced photobleaching method 420
7.7 Joule heating and heat transfer in chips with t-shaped microchannels 436
7.8 Joule heating effects on electroosmotic flow 455
References 469
Chapter 8. Electrokinetic sample dispensing in crossing microchannels 472
8.1 Analysis of electrokinetic sample dispensing in crossing microchannels 475
8.2 Experimental studies of on-chip microfluidic dispensing 493
8.3 Dispensing using dynamic loading 505
8.4 Effects of spatial gradients of electrical conductivity 519
8.5 Controlled on-chip sample injection, pumping, stacking with liquid conductivity differences 535
References 550
Chapter 9. Electrophoretic motion of particles in microchannels 551
9.1 Single spherical particle with gravity effects 555
9.2 Single cylindrical particle wothout gravity effects 572
9.3 Spherical particle in a t-shaped microchannel 588
9.4 Two particles in a rectangular microchannel 608
References 625
Chapter 10. Microfluidic methods for measuring zeta potential 626
10.1 Streaming potential method 627
10.2 Electroosmotic flow method 636
References 649
Subject index 650

Erscheint lt. Verlag 20.8.2004
Sprache englisch
Themenwelt Sachbuch/Ratgeber
Naturwissenschaften Biologie
Naturwissenschaften Chemie Analytische Chemie
Naturwissenschaften Chemie Technische Chemie
Naturwissenschaften Physik / Astronomie Strömungsmechanik
Technik Bauwesen
Technik Maschinenbau
ISBN-10 0-08-053074-5 / 0080530745
ISBN-13 978-0-08-053074-1 / 9780080530741
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