Эта модель помогает анализировать силы, которые двигают капли жидкости по частично заполненным электродам, и оптимизировать конструкцию чипов.

Исследование опубликовано в журнале Cyborg and Bionic Systems.

В основе модели — метод конечных элементов, который рассчитывает распределение напряжения в чипе, а затем определяет силу, действующую на каплю, по принципу виртуальной работы.

Цифровые микрофлюидные чипы (DMC) перспективны для биохимических анализов, потому что точно управляют движением капель. Сила, которая двигает каплю, — ключевой параметр для оптимизации чипа. Но рассчитать ее для частично заполненных электродов сложно.

Мы создали универсальную модель, которая решает эту проблему, — говорит Яньфэн Чжао, исследователь из Пекинского технологического института.

Как это работает:

• Сначала модель рассчитывает распределение напряжения в чипе.
• Затем определяет силу, действующую на каплю, с учетом свойств диэлектрика, проводимости жидкости и расстояния между электродами.

Эксперименты подтвердили точность расчетов: ускорение капель совпало с предсказанным. Модель уже используют в биохимических тестах и микроскопии.

Наша модель позволяет анализировать даже сложные конструкции чипов и открывает новые возможности для их разработки, — добавляет Чжао.

Эта работа решает практическую проблему: как точно управлять каплями в микрофлюидных чипах, где часть электродов не полностью покрыта жидкостью. Раньше расчет сил был неточным, что усложняло проектирование.

Теперь можно:

• Оптимизировать геометрию чипа под конкретные задачи (например, быстрые анализы или смешивание реагентов).
• Уменьшить энергопотребление, подобрав оптимальные параметры диэлектрика.
• Ускорять разработку чипов для медицины (диагностика) и химии (микролаборатории).

Модель особенно полезна для устройств с нестандартной архитектурой, где классические методы не работают.

Ранее ученые успешно ускорили идентификацию молекул с помощью лазера.