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
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.
