CN117405757A - 流体中的带电粒子的控制装置以及带电粒子移动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流体中的带电粒子的控制装置以及带电粒子移动控制方法，其中，该流体中的带电粒子的控制装置包括：微流体通道；三个或以上电极；多个导体引线；以及两个或以上驱动电源，驱动电源产生周期性的电压或电流激励，驱动电源在一个输出周期内输出的电压激励或电流激励呈变化状态，每个驱动电源通过导体引线连接其中一个或多个电极；每一电极均持续轮换充电及放电，在微流体通道中形成一个幅度呈周期性变化的行波电场，行波电场在带电粒子上的作用力产生与带电粒子的质荷比相关并且方向垂直于流体流动方向的速度，每一电极的最大电荷容量均大于在一次充电过程或一次放电过程中电极上转移的总电荷量。
Description
技术领域
本发明涉及对电解质中的带电粒子的进行操作和控制，具体而言，涉及一种流体中的带电粒子的控制装置以及带电粒子移动控制方法。
背景技术
液体或者胶体中的带电粒子在电场作用下会受力移动，因此，通过在液体或者胶体电解质中引入电流形成电场，可以对流体或者流体中的带电粒子进行操作和控制。
目前在流体中引入电流的方式主要采用以石墨电极、合金电极或某些固体金属例如金、铂等为代表的导体电极。
在导体电极的工作过程中，电解质溶液中载流子为离子，而导体中载流子为电子，因此在电极-流体的界面上，由于载流子的电荷转移，存在不可避免的电化学反应。电化学的反应产生的气泡在电极工作过程中无法消除。例如，在典型的水溶液工作流体中，阴极的氢离子会获得电子产生氢气；阳极的氧离子失去电子，产生氧气。在微通道流体系统中，由于尺度效应，气泡将导致局部的流体压强骤变，导致阻塞或是对微流体的输运、监测和控制等带来各种不利影响，局部气泡是多种微流控芯片失效的重要原因。另外，电极电化学反应过程中产生的气泡聚集在电极周围导致电极导电能力降低的同时，也消耗额外的能量。在存在多种离子的电解质环境中，将会发生更为复杂电化学反应而影响工作环境的pH值。这些不可控因素，都严重制约导体电极的使用。
在美国专利US6890409中，通过采用将电极部分和微流道分离，避免了气泡进入微流体中。但是该方案由于使用了额外的通道，让电极产生的气泡与微流体通道分开，因此无法用在密闭的流体通道中。
专利WO2011102801A1中公开了一种基于pi共轭复合物的膺电容材料电极，其工作原理是利用共轭复合物可逆的氧化还原反应因此在固体与流体电解质的界面中消除了电极电化学反应，从根本上解决了气泡产生的问题。但是，赝电容材料存在氧化还原的极性，使用中往往需要预先对电极进行激活，按照具体的阴极/阳极设置，对电极进行氧化或者还原反应，等效为对该电化学电容进行充电，这在具体的使用时存在很大的不便。另外，充电后电极存在一定的放电电荷容量，当放电电荷超过电极容量后，将会发生电极电解反应，因此这样的方法无法支持长时间的连续应用或者需要较大电流的应用场景。
中国专利CN100455328C公开了一种利用波形发生器提供的脉冲电场对细胞壁进行电穿孔，通过利用多个平行电极之间的电场达到对细胞壁进行电穿孔的目的。通过利用电极之间的往复电流激励，产生交变电场，来尽量减小电极-电解反应。但是这种方案由于并没有能够避免在电极-电解质之间的载流子变换过程也即电解反应，具体的应用范围和方案的效果受到很大的限制。
中国专利CN1181337C中公开了一种利用介电泳和行波电场对液体中的微粒进行操控的方法和试剂盒。在该专利所公开的方案中，通过在微电极阵列上产生电场，利用粒子经过行波电场迁移的特性，来对液体中的微粒进行操控。其操控的微粒可以是细胞、细菌、病毒、生物分子或塑料微球、气泡等。介电泳是利用带电颗粒在不均匀电场中的受力来对微粒进行操控，避免了向液体中提供驱动电流的步骤，从而规避了电极-电解反应，但是由于电解质是导体，因此为了能对液体中的带电粒子进行有效的操控，需要在流体中产生极高的电场梯度，实际的使用中往往会限制该方案的应用，典型情况下，对亚微米尺度的微粒，介电泳很难进行有效的操控。
综上，现有技术存在以下不足之处：
(1)普通电极存在电极-电解反应，以及由此导致的一系列不利后果；在微流道系统的应用中受到极大的限制。例如高频行波驱动的普通电极，是一种临时的方案，使用场景受限，难以广泛应用。
(2)赝电容材料电极存在电容电荷限制，传统电泳方式和方法很难满足连续长期的应用需求。
(3)行波介电泳方式，由于需要在导电的电解质中产生高电场梯度，实际应用非常受限，效率极低，同时无法对纳米颗粒进行有效操控。
发明内容
本发明提供一种流体中的带电粒子的控制装置以及带电粒子移动控制方法，用以解决上述现有技术存在的至少一个问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种流体中的带电粒子的控制装置，其包括：
微流体通道，所述微流体通道具有一第一端口和一第二端口，供流体由所述第一端口朝向所述第二端口流动，所述流体中包含带电粒子；
三个或以上电极，每个电极均与所述流体接触并在电极与所述流体接触的界面上形成膺电容和/或双层电容，电极平行排布在所述微流体通道的同一侧或相对的两侧并且排布方向与所述流体的流动方向之间具有一倾斜角度；
多个导体引线；以及
两个或以上驱动电源，驱动电源产生周期性的电压或电流激励，驱动电源在一个输出周期内输出的电压激励或电流激励呈变化状态，每个驱动电源通过导体引线连接其中一个或多个电极；
每一电极均持续轮换充电及放电，在所述微流体通道中形成一个幅度呈周期性变化的行波电场，所述行波电场以预设的行波行进速度移动，所述行波电场在带电粒子上的作用力产生与带电粒子的质荷比相关并且方向垂直于流体流动方向的速度，每一电极的最大电荷容量均大于在一次充电过程或一次放电过程中电极上转移的总电荷量。
在本发明的一实施例中，所述流体包括缓冲液和非均质流体。
在本发明的一实施例中，所述第一端口具有一缓冲液入口和一非均质流体入口，所述缓冲液入口位于所述非均质流体入口的上方。
在本发明的一实施例中，所述第二端口具有一富集出口和一废液出口，所述富集出口位于所述废液出口的上方。
在本发明的一实施例中，所述微流体通道的特征长度介于100纳米～10毫米之间。
在本发明的一实施例中，所述带电粒子的特征长度介于0.1纳米～0.1毫米之间。
在本发明的一实施例中，在所述行波电场的一个或多个周期内，每一电极上的总输入电流与总输出电流相等，即每一电极上的净输入电流、净输出电流均为零；或
每一电极上的总输入电荷与总输出电荷恒小于该电极的电荷容量。
在本发明的一实施例中，所述驱动电源的周期、频率以及所输出的电压和/或电流波形均为可调节的，以及
所述行波电场的幅值、正负幅值比以及行波移动速度均为可调节的。
在本发明的一实施例中，所述带电粒子为抗体、蛋白质分子、微囊、囊泡、纳米药物、细胞或细胞组分。
本发明还提供了一种带电粒子移动控制方法，该方法应用于上述流体中的带电粒子的控制装置中，其包括：
a.将流体输入至所述微流体通道；
b.将导体引线分别与对应的驱动电源连接；
c.控制每一驱动电源产生周期性的电压激励或者电流激励，在所述微流体通道中形成一个幅度呈周期性变化的行波电场，所述行波电场以预设的行波行进速度移动，所述行波电场在带电粒子上的作用力产生与带电粒子的质荷比相关并且方向垂直于所述流动方向的速度，每一电极的最大电荷容量均大于在一次充电过程或一次放电过程中电极上转移的总电荷量。
本发明提供的流体中的带电粒子的控制装置以及带电粒子移动控制方法具有以下优点：
1.与传统电极相比
(1)解决了电极处发生电解反应的问题，根本杜绝气泡产生
(2)解决了电极长时间工作后钝化的问题
2.与其他现有的新型电极相比，解决了电荷容量限制的问题
(1)长时间稳定工作
(2)提供很高的电流驱动力
(3)便于小型化，在微米和纳米尺度提供足够的驱动力
3.与现有的电泳方式相比
(1)便于微型化
(2)精确控制电解质中带电粒子的正反向移动
(3)精准控制从纳米到微米尺度的带电粒子
4.与介电泳方式相比
(1)高效率
(2)驱动电压低，操控带电粒子的速度快
(3)可以驱动微米和纳米级带电粒子
(4)相较于介电泳局部电场梯度的扭曲极大影响带电粒子移动控制精度，本发明可以精确的控制带电粒子移动
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为本发明一实施例的流体中的带电粒子的控制装置的示意图；
图1b为图1a的A-A方向剖视图；
图2为本发明一实施例的驱动电源输出的电压的示意图；
图3为本发明一实施例的电极上的输出电流的示意图；
图4为本发明一实施例的静电力分解示意图；
图5a为本发明另一实施例的流体中的带电粒子的控制装置的示意图；
图5b为图5a的A-A方向剖视图；
图6为本发明另一实施例的驱动电源输出的电压的示意图；
图7为本发明一实施例中分离待处理样品的示意图；
图8为本发明一实施例中富集待处理样品的示意图。
附图标记说明：1-微流体通道；11-第一端口；12-第二端口；13-带电粒子；2-电极；3-驱动电源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的流体中的带电粒子的控制装置以及带电粒子移动控制方法，通过使用多个双层电容和/或膺电容电极在带电粒子所处流体中引入行波电场，实现对带电粒子的操作和控制。通过使用两个或多个电极进行充放电的轮换形成往复电流，保证每个电极在固定周期中的输出电荷小于其电荷容量，从而避免了电极-电解质界面的电化学反应。由于行波电场对于不同质荷比的电荷的影响不同，通过精确控制行波电场的幅度和行波速度，可以精确的对带电粒子进行操作和控制。
图1a为本发明一实施例的流体中的带电粒子的控制装置的示意图，图1b为图1a的A-A方向剖视图，图2为本发明一实施例的驱动电源输出的电压的示意图，图3为本发明一实施例的电极上的电流的示意图，图4为本发明一实施例的静电力分解示意图。如图1a-图4所示，本发明提供了一种流体中的带电粒子的控制装置，其包括：
微流体通道1，微流体通道1具有一第一端口11和一第二端口12，供流体由第一端口11朝向第二端口12流动，流体中包含带电粒子13，本实施例中的流体包括缓冲液和非均质流体，带电粒子可能是固体、气体或者液体，带电粒子例如为抗体、蛋白质分子、微囊、囊泡、纳米药物、细胞或细胞组分，所带的电荷可以为正电荷或者负电荷，本实施例中的流体以流速V0由第一端口11朝向第二端口12流动；
三个或以上电极2，每个电极2均与流体接触并在电极2与流体接触的界面上形成膺电容和/或双层电容，电极2平行排布在微流体通道1的同一侧或相对的两侧并且排布方向与流体的流动方向之间具有一倾斜角度，该倾斜角度的含义为电极2不与流体的流动方向平行，也不与流体的流动方向垂直，而是介于“平行”和“垂直”时间，如图4所示，倾斜角度记为θ；
本发明中的电极可以仅设置在微流体通道1的其中一侧，即另一侧不设置任何电极，本实施例即如此设置。在其他实施例中，还可以同时在微流体通道1的两侧均设置电极，两侧均设置电极的情况可以在本实施例的基础上进行扩充，其原理与本实施例相同，在此不予赘述。
本发明中的每个电极2均与流体接触并在电极2与流体接触的界面上形成膺电容和/或双层电容，从根本上解决微流体系统中所存在的导体电极带来的气泡问题。
多个导体引线(图中未示出)；以及
两个或以上驱动电源3，驱动电源3产生周期性的电压或电流激励，驱动电源3在一个输出周期内输出的电压激励或电流激励呈变化状态，每个驱动电源3通过导体引线连接其中一个或多个电极，本发明中的驱动电源的周期、频率以及所输出的电压和/或电流波形均为可调节的；
每一电极2均持续轮换充电及放电，在微流体通道1形成一个幅度呈周期性变化的行波电场，行波电场以预设的行波行进速度移动，行波电场在带电粒子上的作用力产生与带电粒子的质荷比相关并且方向垂直于流体流动方向速度，每一电极的最大电荷容量均大于在一次充电过程或一次放电过程中电极上转移的总电荷量。
本实施例中，微流体通道的特征长度介于100纳米～10毫米之间，带电粒子的特征长度介于0.1纳米～0.1毫米之间。
本实施例中，在行波电场的一个或多个周期内，每一电极上的总输入电流与总输出电流相等，即每一电极上的净输入电流、净输出电流均为零；或
每一电极上的总输入电荷与总输出电荷恒小于该电极的电荷容量。
本实施例中，行波电场的幅值、正负幅值比以及行波移动速度均为可调节的。
本实施例中，图1a所示的驱动电源3为两个，输出的电压如图2分别为V1和V2，对于电极而言，连接V1的电极可以视为一组，连接V2的电极可以视为另一组。图1所示的实施例中有2组电极，在其他实施例中还可以设置更多组电极。如图2所示，在不同的时间，V1和V2的电压差正负正好相反，因此在电极之间形成了不同时间上正反周期变化的电场。
图3为本发明一实施例的电极上的电流的示意图，图3可以视为图1a中最左侧的电极上的电流，电流是从电压高的电极流向电压低的电极，此处的电压高/低是相对而言，当电极的电压为高时，电极工作在阳极模式，其中的电流为正，即电流是从电极流出并流向相邻的、相对电压更低的电极，当与V1连接的电极上的电压为0时，电流也为0，电极上既无电流流入，也无电流流出，当与V1连接的电极上的电压为低时，电极工作在阴极模式，其中的电流为负，即电流流入电极。由此可见，电极上随时间变化的电压导致电极进行往复的充电、放电过程，充放电过程来回轮换，形成往复电流。
图3所示的电极上输出电流I在时间上的平均值为零，并且本发明中的每一电极上的电流均满足在时间上的平均值为零，也就是说，电极只需要能充分提供半个周期电流的电荷容量，因此，本发明使用的电极只需要极小的电极电荷容量即就能够满足正常工作需求。
如图1a所示，本实施例中的驱动电源为两个，两个驱动电源输出的电压如图2所示，基于图2中的电压变化方式，电极之间产生大小相等、方向相反的交替变化的电场Ep、En，如图4所示，电场大小为：Ep＝(V2-V1)/(d*cos(θ))，En＝(V1-V2)/(d*cos(θ))。
Ep、En对带电粒子产生作用力，会使得带电粒子产生相对于流体的运动，另外，带电粒子还随着流体的流速V0运动。通过改变电极上的电压，对电场的强度、方向、持续时间等进行控制，从而可以控制流体中的带电粒子的运动速度、方向和空间位置分布，以及可以通过对带电粒子运动控制，对带电粒子进行精密的筛选和区分。
如图4所示，微流体通道1中的带电粒子q，在电场Ep/En中受到的静电力作用，会产生一个与电场强度和带电粒子荷质比成正比的迁移速度Vq+/Vq-。平行的电极与流体速度V0之间存在一个偏转角度θ。在电场Ep(视电场Ep的方向为正方向)中，迁移速度Vq+可以分解为平行于流体速度V0的分速度(即平行于x方向的Vx+)方向和垂直于流体速度V0方向的分速度(即平行于y方向的Vy+)。在与电场Ep方向相反的电场En中，对应的分速度分别为Vx-和Vy-。
假设流体匀速运动，流速V0恒定。在Eq作用的时间区间内，带电粒子相对于电极的运动速度是V0+Vx+，因此在垂直于流体速度V0方向上迁移的距离为Vy+*(d/(V0+Vx+))，其中(d/(V0+Vx+))为带电粒子沿x方向运动经过间距为d的平行电极之间的时间。而在En作用的时间区间内，带电粒子相对于电极的运动速度为V0-Vx-，因此在垂直于流体速度V0方向上距离为Vy-*(d/(V0-Vx-))。假设Vx+和Vx-大小相等，方向相反，那么经过一对正反电场Ep和En作用之后，具有不同Vq(Vq+/Vq-)的带电粒子，虽然Vy+/Vy-大小相等方向相反，但是带电粒子作用时间不同，所以存在垂直于流体速度V0方向上的运动，在该方向的运动速度由电场Ep/En的强度大小、带电粒子的荷质比、液体粘滞系数、电极偏转角度θ以及流速V0、电极距离d等参数决定。
不同荷质比的带电粒子经过了成对的电场区域后，即会产生可控的垂直于流体速度V0方向上的运动。运动幅度与Ep/En的先后作用顺序无关，因此可以按需要周期性调换Ep/En的顺序，也即周期的调换V1/V2的电压，这样电极上只需要向流体中提供往复的驱动电流即可。在电场幅度不变条件下，也可以通过缩短调换周期，可以减少对电极的电荷容量的要求，典型周期设定为不小于V0/(2*d)即可。
通过调整V1/V2的电压幅度，由此调整Ep/En的大小以及具体的电场波形，可以对电解质中具备不同电荷质量比的带电粒子进行精确操控。
图5a为本发明另一实施例的流体中的带电粒子的控制装置的示意图，图5b为图5a的A-A方向剖视图，图6为本发明另一实施例的驱动电源输出的电压的示意图，图5a-图6为本发明另一实施例，在此说明与上一实施例的不同之处。
相较于上一实施例，本实施例最大的不同在于：
(1)上一实施例电极为两组，本实施例电极为4组；
(2)上一实施例中驱动电源输出的电压为图2，本实施例驱动单元输出的电压为图6。
基于本实施例中的驱动电源输出的电压波形，本实施例在电极之间同样形成了时间上正反周期变化的电场，电场的大小变化规律、带电粒子在电场中受到静电力作用而产生迁移速度等的原理均与上一实施例有着相同的规律，本领域技术人员可根据上一实施例的计算方式而得知，在此不予赘述。
本发明的主要用途主要体现在以下两点：
(1)分离待处理样品，对流体中具备不同特性的带电粒子进行分离和/或提纯，如图7所示为本发明一实施例中分离待处理样品的示意图；
(2)富集待处理样品，对流体中具备特定特性的带电粒子进行富集，如图8所示为本发明一实施例中富集待处理样品的示意图。
图7是一种分离待处理样品的装置，在第一端口11同时加入缓冲液和待分离样品。分布在待分离样品中的带电粒子在多个电极所产生的行波电场控制下运动。具备不同荷质比等特性的带电粒子在该行波电场中具有不同的运动速度。因此，输入的待分离样品中不同特性的带电粒子流经行波电场区域后，会因其荷质比不同而分别在垂直于流体流动方向上集中分布在不同的位置。在一种特定的设置下，可以看到具有大荷质比的带电粒子分布于第二端口的上方，具备小荷质比的带电粒子则集中分布在微流体通道的下方。具备不同质荷比大小的带电粒子从上往下排列，这样就实现了对不同荷质比特性的带电粒子的分离。在第二端口12(带电粒子的输出端)，也可以在不同垂直位置设置多个收集口，来收集不同类型的带电粒子。
图8是一种对流体中的带电粒子进行富集的装置，在第一端口11输入待处理样品。包含有带电粒子的待处理样品在通过微流体通道时，通过在空间和时间上施加轮换驱动电流的、多个成对出现的电极所产生的行波电场时，具备不同荷质比特性的带电粒子在垂直方向的移动速度不同。上述带电粒子可包括微米/纳米颗粒，包括抗体、各种蛋白质分子、微囊、细胞等。图8中待处理样品中不同荷质比的带电粒子经过装置中的行波电场区域时，所受到的驱动力不同，迁移距离也不同。较大荷质比的带电粒子因为垂直方向的位移更大，因此会集中分布在富集出口处。因此在富集出口可以获得分布浓度较高的大荷质比的带电粒子，从而实现了对待处理样品中特定带电粒子的富集。例如，当待处理样品中含有较低浓度的特定带电粒子时，则可以通过图8的装置对该特定带电粒子进行控制，使得富集出口处的该特定带电粒子的浓度提高，并将使得该特定带电粒子由上方的富集出口输出。
需要说明的是，图7和图8所示的装置可以单独使用，也可以多个串联使用。
例如，在图7所示的分离装置中，设定为分离装置(第一级分离装置)的第二端口12最下端到最上端分别集中分布荷质比为k10和荷质比为k1的带电粒子；然后从第二端口12的中间位置输出荷质比为k4～k5的流体后，将其再次通过一个同样的分离装置(第二级分离装置)，该第二级分离装置中的行波电场幅度和速度的配置能够满足“第二端口12的最下端到最上端均匀分布有荷质比为k3～k6的带电粒子”的需求，这样可以在局部位置得到荷质比在k4.4～k4.5范围的带电粒子，并以此类推，后端再级联多个同样的分离装置，一级一级进行分离。
例如，在图8所示的富集装置(第一级富集装置)中，通过设定特定的行波电场强度，可以从富集出口获得荷质比大于k1的带电粒子；然后将图8所示富集装置的废液出口连接一个相同的装置(第二级富集装置)进行下一步的富集，第二级富集装置的电场强度和行波电场速度的配置应当能够满足“从第一级富集装置的废液出口输出的废液中进一步分离出荷质比大于k2的带电粒子”的需求，并以此类推，后端再级联多个同样的富集装置，一级一级进行富集。
本发明还提供了一种带电粒子移动控制方法，该方法应用于上述流体中的带电粒子的控制装置中，其包括：
a.将流体输入至微流体通道；
b.将导体引线分别与对应的驱动电源连接；
c.控制每一驱动电源产生周期性的电压激励或者电流激励，在微流体通道中形成一个幅度呈周期性变化的行波电场，行波电场以预设的行波行进速度移动，行波电场在带电粒子上的作用力产生与带电粒子的质荷比相关并且方向垂直于流动方向的速度，每一电极的最大电荷容量均大于在一次充电过程或一次放电过程中电极上转移的总电荷量。
本发明提供的流体中的带电粒子的控制装置以及带电粒子移动控制方法具有以下优点：
1.与传统电极相比
(1)解决了电极处发生电解反应的问题，根本杜绝气泡产生
(2)解决了电极长时间工作后钝化的问题
2.与其他现有的新型电极相比，解决了电荷容量限制的问题
(1)长时间稳定工作
(2)提供很高的电流驱动力
(3)便于小型化，在微米和纳米尺度提供足够的驱动力
3.与现有的电泳方式相比
(1)便于微型化
(2)精确控制电解质中带电粒子的正反向移动
(3)精准控制从纳米到微米尺度的带电粒子
4.与介电泳方式相比
(1)高效率
(2)驱动电压低，操控带电粒子的速度快
(3)可以驱动微米和纳米级带电粒子
(4)相较于介电泳局部电场梯度的扭曲极大影响带电粒子移动控制精度，本发明可以精确的控制带电粒子移动
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种流体中的带电粒子的控制装置，其特征在于，包括：
微流体通道，所述微流体通道具有一第一端口和一第二端口，供流体由所述第一端口朝向所述第二端口流动，所述流体中包含带电粒子；
三个或以上电极，每个电极均与所述流体接触并在电极与所述流体接触的界面上形成膺电容和/或双层电容，电极平行排布在所述微流体通道的同一侧或相对的两侧并且排布方向与所述流体的流动方向之间具有一倾斜角度；
多个导体引线；以及
两个或以上驱动电源，驱动电源产生周期性的电压或电流激励，驱动电源在一个输出周期内输出的电压激励或电流激励呈变化状态，每个驱动电源通过导体引线连接其中一个或多个电极；
每一电极均持续轮换充电及放电，在所述微流体通道中形成一个幅度呈周期性变化的行波电场，所述行波电场以预设的行波行进速度移动，所述行波电场在带电粒子上的作用力产生与带电粒子的质荷比相关并且方向垂直于流体流动方向的速度，每一电极的最大电荷容量均大于在一次充电过程或一次放电过程中电极上转移的总电荷量。
2.根据权利要求1所述的流体中的带电粒子的控制装置，其特征在于，所述流体包括缓冲液和非均质流体。
3.根据权利要求2所述的流体中的带电粒子的控制装置，其特征在于，所述第一端口具有一缓冲液入口和一非均质流体入口，所述缓冲液入口位于所述非均质流体入口的上方。
4.根据权利要求2所述的流体中的带电粒子的控制装置，其特征在于，所述第二端口具有一富集出口和一废液出口，所述富集出口位于所述废液出口的上方。
5.根据权利要求1所述的流体中的带电粒子的控制装置，其特征在于，所述微流体通道的特征长度介于100纳米～10毫米之间。
6.根据权利要求1所述的流体中的带电粒子的控制装置，其特征在于，所述带电粒子的特征长度介于0.1纳米～0.1毫米之间。
7.根据权利要求1所述的流体中的带电粒子的控制装置，其特征在于，在所述行波电场的一个或多个周期内，每一电极上的总输入电流与总输出电流相等，即每一电极上的净输入电流、净输出电流均为零；或
每一电极上的总输入电荷与总输出电荷恒小于该电极的电荷容量。
8.根据权利要求1所述的流体中的带电粒子的控制装置，其特征在于，所述驱动电源的周期、频率以及所输出的电压和/或电流波形均为可调节的，以及
所述行波电场的幅值、正负幅值比以及行波移动速度均为可调节的。
9.根据权利要求1所述的流体中的带电粒子的控制装置，其特征在于，所述带电粒子为抗体、蛋白质分子、微囊、囊泡、纳米药物、细胞或细胞组分。
10.一种带电粒子移动控制方法，该方法应用于权利要求1-9任一项所述的流体中的带电粒子的控制装置中，其特征在于，包括：
a.将流体输入至所述微流体通道；
b.将导体引线分别与对应的驱动电源连接；
c.控制每一驱动电源产生周期性的电压激励或者电流激励，在所述微流体通道中形成一个幅度呈周期性变化的行波电场，所述行波电场以预设的行波行进速度移动，所述行波电场在带电粒子上的作用力产生与带电粒子的质荷比相关并且方向垂直于所述流动方向的速度，每一电极的最大电荷容量均大于在一次充电过程或一次放电过程中电极上转移的总电荷量。
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