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物理学 > 流体动力学

arXiv:2412.00130v2 (physics)
[提交于 2024年11月28日 (v1) ,最后修订 2025年1月5日 (此版本, 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, Jinrong Liu, Gaole Dai, Zixin Li, 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)对于生命科学研究至关重要。尽管传统的非接触式镊子广泛用于单细胞操作,但仍面临一些挑战,包括可能对目标造成损伤、局限于静态环境、激励设置复杂以及目标区域外的干扰等问题。 为了解决这些问题,我们提出了一种利用近零折射率水动力超材料的“隐形水动力镊子”。这种基于超材料的装置创建了一个等势电阻区,能够在流动流体中有效地固定粒子,而不会扰乱外部流场,也不会对目标造成损害。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,无需连续且稳定的激励设备,从而大大简化了设置复杂性。此外,这些镊子可以模块化设计为不同的尺寸,以灵活满足各种应用需求。 模拟和实验验证表明,这些镊子具有非干扰、稳定捕捉和精确移动的能力。该技术在生物医学、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:2412.00130v2 [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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