Моделирование суперконцентрации аналита в микроустройстве с использованием ионоселективной микрочастицы под действием внешнего электрического поля

Автор: Максим Сергеевич Алексеев

Соавторы: Ганченко Г. С., Шелистов В. С., Демехин Е. А.

Организация: Лаборатория электро- и гидродинамики микро- и наномасштабов, Финансовый университет при Правительстве РФ

Одной из важных практических задач микрофлюидики является проектирование лабораторий на чипах для проведения медицинских анализов [1]. При создании подобных микроустройств практически всегда стоит проблема предварительного концентрирования аналита в буферном растворе [2].

В докладе будут представлены результаты численного моделирования микроустройства позволяющего осуществлять концентрирование аналита из раствора бинарного электролита за счет внешнего электрического поля. Работа устройства основана на использовании ионоселективной микрочастицы (рис. слева). Концентрирование аналита происходит за счёт асимметрии в коэффициентах диффузии и зарядовых числам между макромолекулами аналита и иона солей буферного раствора. Данное устройство также может работать как микромиксер [3], а также для концентрирования ионов солей [4], что было продемонстрировано экспериментально [5].

В результате численного моделирования были обнаружены два типа концентрирования аналита: концентрирование внутри вихря Духина-Мищук (рис. справа (a)) и суперконцентрирование в области концентрационной струи (рис. справа (a)). Каждый их этих механизмов возникает в зависимости от отношения произведений зарядового числа и коэффициента диффузия аналита и ионов соли.

Работа выполнена при поддержке грантом РНФ № 22-79-10085.

1.Kumar S. [и др.]. Quantifying PON1 on HDL with nanoparticle-gated electrokinetic membrane sensor for accurate cardiovascular risk assessment // Nature Communications. 2023. № 1 (14). C. 557.

2. McCarthy K. P. [и др.]. An integrated ion-exchange membrane-based microfluidic device for irreversible dissociation and quantification of miRNA from ribonucleoproteins // Lab on a Chip. 2022. № 2 (23). C. 285–294.

3.  Shiffbauer J., Ganchenko G., Nikitin N., Alekseev M., Demekhin E. Novel electroosmotic micromixer configuration based on ion-selective microsphere // Electrophoresis, 2021. V. 42, P.2511-2518.

4.Ganchenko G. S., Alekseev M. S., Demekhin E. A. Gravitation effect on concentration of ions near ion-selective microparticle // Microfluidics and Nanofluidics. 2023. № 5 (27). C. 32.

5. Ganchenko G. S. [и др.]. Electrokinetic and Electroconvective Effects in Ternary Electrolyte Near Ion-Selective Microsphere // Membranes. 2023. № 5 (13).