电压放大器在液滴微流控中的应用

实验名称：液滴微流控实验

研究方向：液滴微流控

实验内容：本实验使用信号发生器产生正弦信号，通过ATA-2161高压放大器进行放大，将放大后的高压信号施加到微流控芯片的电极上，利用产生的非均匀电场对流经该区域的液滴进行充电，并通过调节信号的频率和幅值来控制液滴的带电量，从而实现对带电液滴的精确操控。

测试设备：信号发生器、示波器、ATA-2161高压放大器、微流控芯片等。

实验过程：

图：实验装置示意图

实验过程首先进行实验准备工作，包括检查并连接信号发生器、ATA-2161高压放大器和微流控芯片，准备连续相和分散相流体，调试注射泵并连接微流控管路，同时仔细检查所有电气连接的绝缘性和安全性。进入系统调试阶段，启动信号发生器并设置初始正弦信号参数，开启ATA-2161放大器并设置适当的增益值，用示波器监测放大器输出端的信号波形，检查放大后信号的稳定性和失真情况。随后开始液滴生成与充电实验，启动注射泵并调节连续相和分散相的流速比，观察并调整液滴生成的频率和大小，开启高压信号对流经电极区域的液滴进行充电，通过显微镜观察液滴在电场中的运动行为。在系统稳定后进行参数测试，逐步改变信号频率并在每个频率下调节电压幅值，记录不同参数组合下液滴的运动轨迹，同时拍摄液滴运动的高速摄像记录。

实验结果：

图：液滴微流控实验结果

为验证电压放大器在液滴分选中的应用潜力，在对称电场环境（±300V）下，通过调控充电电压（原始信号为±0.5V，经过电压放大器后电压为±50V）和充电时间（T+c和T-c）实现液滴带电控制，将液滴微观电荷属性转化为宏观可观测运动轨迹，实现了对带电状态间接表征，如图4.41所示。实验中，未使用电压放大器时，液滴没有出现偏转；在使用电压放大器的情况下，液滴被充电的液滴可进行稳定偏转。T-c保持为一个液滴生成周期（TD），而T+c从TD逐步增加至7×TD。结果显示:未充电时（Vc=0V）液滴沿直线运动；随T+c增加，正电荷液滴（红色）数量相应增加，负电荷液滴（绿色）数量保持不变。每个周期中正电荷液滴数量与T+c/n×TD比值精确对应（如T+c=3×TD时，每周期产生3个正电荷液滴，1个负电荷液滴），且模式高度重复。这种精确的液滴计数与充电时间匹配证明了使用ATA-2161高压放大器的系统具有可控、可重复的充电能力，为基于电荷的液滴分选技术奠定基础。

功率放大器推荐：ATA-2161高压放大器

图：ATA-2161高压放大器指标参数

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