ATA-7000系列高压放大器在介电实验中的典型应用

ATA-7000系列高压放大器在介电实验中的典型应用

介电材料介绍：

介电材料一般指电介质。电介质是能够被电极化的绝缘体。电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间的力紧密束缚着，因此这些粒子的电荷为束缚电荷。在外电场作用下，这些电荷也只能在微观范围内移动，产生极化。在静电场中，电介质内部可以存在电场，这是电介质与导体的基本区别。

介电泳介绍：

介电泳，也称双向电泳，是介电常数较低的物体在非匀强电场中受力的现象。

介电材料在国内作为新型材料，驱动技术不够成熟，所以需要的驱动电压很高，但是驱动频率往往在50Hz以下，ATA-7000系列高压放大器，最大输出电压为2kvpp-10kvpp，为此类应用提供了较高的电压。

ATA-7000高压放大器介绍：

ATA-7000系列是一款理想的可放大交、直流信号的高压放大器。单端输出10kVp-p（±5kVp）高压，可以驱动高压型负载。

图：ATA-7000高压放大器指标参数

一、高压放大器在介电泳分选的应用

实验名称：基于高压放大器的介电泳分选

研究方向：滴液分选

测试原理：

在非均匀电场中，介电体表面感生出的正负电荷处于不同场强的位置上在它受到的合力大于一定值时就会被拉向强电场方向。

图：基于介电泳的液滴分选系统结构

基于介电泳的液滴分选系统结构如上图所示，黄色流道1、2、3是油相流道，蓝色流道4、5、6是水相流道。FEP管道和流阻依然使用流动聚焦法产生液滴，液滴产生后会流向流阻较小的流道出口2。当在正极上施加高压方波脉冲时，液滴在介电泳力的作用下会被拉到流阻较大的流道出口1。

利用介电泳力进行分选，芯片出口处不加任何流阻，仅利用芯片上的流道长度差来形成流阻的差异。先需要生成只向出口2流动的液滴，然后固定油相和水相的气压值这样就使液滴的直径一致，再施加方波电压。先保持电压幅值不变，改变频率，看是否可以把液滴拉到流道1。之后每改变一个电压值，就调节多种频率，看介电泳力是否起作用。

图：对于不同的电压值，液滴分选率随频率的变化。

由于芯片上生成的液滴均一性比较好，因此液滴在同样的介电泳力作用下应该被全部分选过来。首先考察液滴的分选率(拉到流道1的液滴数与总液滴数的比值)。当油相气压为150mbar水相气压为45mbar时，不加电压时液滴的直径约为63.7um，液滴生成速率约2.333个每秒。在分别施加500V、800V、1000V、1500V等电压幅值时分选率随电压频率的变化如上图所示，可以看出在频率特别低的时候均无法拉动液滴。

图：ATA-7030高压放大器指标参数

ATA-7030高压放大器在本实验中的作用：提供一个可控电压源，加到微流控芯片上，分析不同电压下芯片对滴液的分选率。

二、高压放大器基于介电泳的微流控液滴分选与融合应用

实验中搭建荧光检测系统，将微流控芯片与光学系统耦合，通过ATA-7050高压放大器将10Vpp的信号放大，对微液滴施加介电泳力，使得液滴发生偏转/电聚合，从而完成微液滴高通量分选与融合。

图：ATA-7050高压放大器指标参数

放大器在该实验中发挥的效能：1、提供高压高频交流电，施加微液滴介电泳力，使液滴发生偏转；2、施加高压高频交流电，使得微液滴发生膜融合实现电聚合。

ATA-7000系列高压放大器操作面板液晶显示，设备状态及参数动态显示，交互界面一目了然，简洁易懂。电压增益数控0~2000倍可调，结合液晶面板增益的显示，能够快速调整至需要的电压值，是进行高压驱动测试的良好选择。

审核编辑黄宇