Analysis of microelectrode arrays for dielectrophoresis using the finite element method

Abstract

Dielectrophoresis (DEP) force dependence on microelectrode array size parameters is presented in this work. Using finite element method numerical calculations for golden interdigitated electrodes have been performed and DEP force at nanometer heights dependence plots were made. Using theoretical modelling microelectrode width, spacing and thickness has been altered and gradient of electric field dependence plots have been analyzed. It was showed that electrode spacing reduction is the most effective way to achieve higher DEP forces. Also the influence of one size parameter on the gradient of electric field when the other two size parameters are being altered has been studied. It was determined that reduction of width below 10 μm when the spacing of the electrodes is less than 5 μm doesn’t have any impact on the gradient of electric field.

Baigtinių elementų metodu nagrinėjama dielektroforezės jėgos priklausomybė nuo mikroelektrodų dydžio parametrų. Darbe gautos dielektroforezės jėgos priklausomybės nuo mikroelektrodų pločio, tarpo ir aukščio. Sudaryti atitinkami priklausomybių grafikai ir atlikta jų analizė. Nagrinėjamos elektrodų struktūros, kurių ilgis ir tarpas tarp elektrodų keičiamas nuo 5 iki 20 mikrometrų, elektrodų masyvo aukštis keičiamas nuo 100 iki 200 nanometrų. Parodyta, kad mikroelektrodų tarpo keitimas yra efektyviausias būdas elektrinio lauko gradientui didinti. Taip pat išnagrinėta kiekvieno dydžio parametro įtaka dielektroforezės jėgai, kai kiti du dydžio parametrai yra keičiami. Gautos atitinkamos priklausomybės ir padarytos išvados. Parodyta, kad elektrodų aukščio ir tarpo keitimas turi įtakos pločio keitimo efektyvumui. Taikant baigtinių elementų metodą, parodyta, kad, esant mažesniam negu penkių mikrometrų elektrodų tarpui, didesnis nei 10 mikrometrų pločio mažinimas neturi įtakos dielektroforezės jėgai.