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物理学 > 流体动力学

arXiv:2412.00130v1 (physics)
[提交于 2024年11月28日 (此版本) , 最新版本 2025年1月5日 (v2) ]

标题: 基于近零折射率材料的隐形水动力镊子

标题: Invisible Hydrodynamic Tweezers Based on Near-Zero Index Materials

Authors:Yuhong Zhou, Fubao Yang, Gaole Dai, Xuzhi Zhou, Peng Jin, Jiping Huang
摘要: 在流动液体环境中操控粒子,如细胞和组织,对生命科学的研究至关重要。 传统的无接触镊子,尽管广泛用于单细胞操控,但面临几个挑战。 这些包括对目标的潜在损害、限制于静态环境、复杂的激发设置以及对目标区域外的干扰。 为了解决这些问题,我们提出了一种“隐形流体力学镊子”,利用近零折射率流体力学超材料。 这种基于超材料的装置创建了一个等势阻力区,能够在不干扰外部流场且不造成目标损害的情况下,有效地固定流动流体中的粒子。 与传统的主动控制方法不同,我们的镊子通过调整流道被动地捕获和释放粒子,消除了对连续和稳定激发装置的需求,从而显著简化了设置复杂性。 此外,这些镊子可以模块化设计成不同尺寸,以灵活适应各种应用需求。 模拟和实验验证展示了这些镊子非干扰、稳定的捕获和精确移动能力。 该提出的技术在生物医学、微流控和环境监测等领域具有重要的应用潜力。
摘要: Manipulating particles, such as cells and tissues, in a flowing liquid environment is crucial for life science research. Traditional contactless tweezers, although widely used for single-cell manipulation, face several challenges. These include potential damage to the target, restriction to static environments, complex excitation setups, and interference outside the target area. To address these issues, we propose an ``invisible hydrodynamic tweezer'' utilizing near-zero index hydrodynamic metamaterials. This metamaterial-based device creates an equipotential resistance zone, effectively immobilizing particles in flowing fluids without disturbing the external flow field and without causing damage to the targets. Unlike traditional active control methods, our tweezer passively captures and releases particles by adjusting the flow channel, eliminating the need for continuous and stable excitation devices, thereby significantly simplifying the setup complexity. Furthermore, these tweezers can be modularly designed in different sizes to flexibly accommodate various application needs. Simulations and experimental validations demonstrated the non-interfering, stable trapping, and precise movement capabilities of these tweezers. This proposed technique holds significant potential for applications in biomedicine, microfluidics, and environmental monitoring.
主题: 流体动力学 (physics.flu-dyn) ; 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2412.00130 [physics.flu-dyn]
  (或者 arXiv:2412.00130v1 [physics.flu-dyn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.00130
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Yuhong Zhou [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 11 月 28 日 13:58:27 UTC (22,916 KB)
[v2] 星期日, 2025 年 1 月 5 日 12:20:03 UTC (22,916 KB)
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