Electrodos virtuales inducidos por luz para la electro-coalescencia de gotas microfluídicas

Resumen La electro-coalescencia es el fenómeno de fusión entre un par o más gotas microfluídicas que están inmersas en un medio inmiscible bajo un campo eléctrico. Esta técnica se utiliza con frecuencia para fusionar gotas confinadas en emulsiones microfluídicas estabilizadas por surfactantes utilizando campos eléctricos locales. A pesar de la necesidad de electrodos miniaturizados, este método ha demostrado ser muy exitoso en aplicaciones de microfluídica y lab-on-a-chip. Los electrodos miniaturizados limitan severamente la flexibilidad espacial y temporal del potencial eléctrico, dificultando así la operación en tiempo real y flexible y llevando a altos costos de producción. El presente estudio aborda este problema con un potencial de campo eléctrico reconfigurable mediante electrodos virtuales funcionales impulsados por luz. Estos electrodos se inducen por luz en un cristal fotovoltaico ferromagnético no centrosimétrico colocado debajo de un canal de gotas microfluídicas. El efecto fotovoltaico en el cristal es responsable de las distribuciones de carga espacial que actúan como electrodos virtuales, cuyo campo evanescente es protegido por cargas libres en los dos líquidos dentro del canal. Se desarrolla un modelo numérico para describir la evolución del campo eléctrico evanescente que causa la electro-coalescencia. Basado en esta predicción, ocurren dos procesos de coalescencia en dos escalas de tiempo diferentes y con diferentes números de gotas involucradas. La modulación controlada del tiempo de exposición permite la rápida coalescencia a demanda de pares de gotas o la ruptura de toda la emulsión.