Устойчивость концентрационного следа за ионоселективной микрогранулой при электрофорезе второго рода

Автор: Георгий Сергеевич Ганченко

Соавторы: Е.А. Франц, В.С. Шелистов, В.А. Попов, Г.С. Ганченко

Организация: Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации

Устойчивость концентрационного следа за ионоселективной микрогранулой при электрофорезе второго рода

Одной из фундаментальных проблем при проектировании лабораторий на чипе для медицинской диагностики является проблема малых концентраций аналита в микропробах. Большинство биологических пептидов и макромолекул имеют очень низкую концентрацию в пробах, поэтому для их детектирования необходимо предварительное локальное концентрирование. В экспериментальной работе [1] наблюдался эффект суперконцентрации, когда на полюсе ионоселективной микросферы наблюдалось увеличение концентрации пептидов. 

Наши теоретические работы [2,3] по исследованию электрофореза ионоселективной микросферы качественно подтвердили этот результат и показали, что за микрогранулой при достаточно большой напряженности внешнего электрического поля образуется зона повышенной концентрации соли. С учётом движения микрогранулы, за ней образуется концентрационный след, распространение которого имеет автомодельный характер.

Концентрационный след за частицей, несмотря на электронейтральность, вызывает остаточный заряд, так как порождает неоднородность электрической проводимости электролита. В результате при достаточно большой напряженности поля концентрационный след может терять устойчивость вблизи микрогранулы, где градиент концентрации наибольший. Возникающие неоднородности переносятся вдоль по потоку. В упрощенной постановке получено стационарное автомодельное решение и проведен линейный анализ его устойчивости. 

Качественно такой механизм неустойчивости похож на электрокинетическую неустойчивость, вызванную градиентом концентрации [4].

1. Wang S.-C. и др. Dynamic superconcentration at critical-point double-layer gates of conducting nanoporous granules due to asymmetric tangential fluxes. // Biomicrofluidics. 2008. Т. 2. № 1. С. 14102.

2. Frants E.A., Ganchenko G.S., Shelistov V.S., Amiroudine S., Demekhin E.A. Nonequilibrium electrophoresis of an ion- selective microgranule for weak and moderate external electric fields // Physics of Fluids. 2018. Vol. 30, No 2. P. 022001.

3. Ganchenko G., Frants E., Shelistov V., Nikitin N., Amiroudine S., Demekhin E. Extreme nonequilibrium electrophoresis of an ion-selective microgranule // Phys. Rev. Fluids, 2019. Vol. 4, No 4. P. 043703.

 

4.Chen C.-H. и др. Convective and absolute electrokinetic instability with conductivity gradients // J. Fluid Mech. 2005. Т. 524. С. 263–303.