O fluxo resultante da aplicação de uma tensão é um fluxo tampão. Ao contrário de um fluxo de perfil parabólico gerado a partir de uma diferença de pressão, o perfil de velocidade de um fluxo tampão é aproximadamente plano, com uma ligeira variação próxima à dupla camada elétrica. Isto oferece efeitos dispersivos muito menos prejudiciais e pode ser controlado sem válvulas, oferecendo um método de alto desempenho para separação de fluidos, embora muitos fatores complexos dificultem esse controle. Devido às dificuldades de medição e controle do fluxo nos canais microfluídicos, principalmente a alteração do padrão de fluxo, a maioria das análises é realizada utilizando métodos numéricos e simulação.[6]​.

O fluxo eletroosmótico através de microcanais pode ser modelado de acordo com a equação de Navier-Stokes, com a força motriz derivada do campo elétrico e do diferencial de pressão. Assim, é governado pela equação de continuidade.

e impulso.

Onde é o vetor velocidade, é a densidade do fluido, é a derivada do material, é a viscosidade do fluido, é a densidade da carga elétrica, é o campo elétrico aplicado, é o campo elétrico devido ao potencial zeta nas paredes e é a pressão do fluido.

A equação de Laplace pode descrever o campo elétrico externo:

enquanto o potencial dentro da dupla camada elétrica é governado por:.

Onde está a constante dielétrica da solução eletrolítica e é a permissividade do vácuo. Esta equação pode ser ainda mais simplificada usando a teoria de Debye-Hückel.

Onde está o comprimento de Debye, usado para descrever a espessura característica da dupla camada elétrica. As equações para o campo potencial dentro da camada dupla podem ser combinadas como.

O transporte de íons no espaço pode ser modelado pela equação de Nernst-Planck:[7]​.

Onde está a concentração de íons, é o potencial do vetor magnético, é a difusividade de massa das espécies químicas, é a valência das espécies iônicas, é a carga elementar, é a constante de Boltzmann e é a temperatura termodinâmica.

Contenido

El flujo electroosmótico se utiliza habitualmente en dispositivos microfluídicos[8]​[9]​ en el análisis y procesamiento de suelos[10]​ y en el análisis químico,[11]​ todos los cuales implican sistemas con superficies altamente cargadas, a menudo de óxidos. Un ejemplo es la electroforesis capilar,[9]​[11]​ en la que se utilizan campos eléctricos para separar sustancias químicas en función de su movilidad electroforética aplicando un campo eléctrico a un capilar estrecho, normalmente de sílice. En las separaciones electroforéticas, el flujo electroosmótico afecta al tiempo de elución de los analitos.

El flujo electroosmótico se acciona en un FlowFET para controlar electrónicamente el flujo de fluido a través de una unión.

Se prevé que los dispositivos microfluídicos que utilizan el flujo electroosmótico tengan aplicaciones en la investigación médica. Una vez que se comprenda e implemente mejor el control de este flujo, la capacidad de separar fluidos a nivel atómico será un componente vital para los descargadores de fármacos.[12]​ Mezclar fluidos a microescala es actualmente problemático. Se cree que el control eléctrico de los fluidos será el método de mezcla de los fluidos pequeños.[12]​.

Un uso controvertido de los sistemas electroosmóticos es el control de la humedad por capilaridad en los muros de los edificios.[13]​ Aunque hay pocas pruebas que sugieran que estos sistemas puedan ser útiles para mover las sales de los muros, se afirma que son especialmente eficaces en estructuras con muros muy gruesos. Sin embargo, algunos afirman que esos sistemas carecen de base científica y citan varios ejemplos de su fracaso.[14]​.

La electroósmosis también puede utilizarse para el autobombeo de poros impulsado por reacciones químicas en lugar de campos eléctricos. Este enfoque, utilizando H2O2, ha sido demostrado[15]​ y modelado con las ecuaciones de Nernst-Planck-Stokes.[7]​.

Física

Nas células a combustível, a eletroosmose faz com que os prótons se movam através de uma membrana de troca de prótons (PEM) para arrastar moléculas de água de um lado (ânodo) para o outro (cátodo).

Biologia das plantas vasculares

Na biologia das plantas vasculares, a eletroosmose também é utilizada como explicação alternativa ou complementar para o movimento de líquidos polares através do floema, o que difere da teoria de coesão-tensão fornecida na hipótese do fluxo de massa e outras, como o fluxo citoplasmático. As células companheiras estão envolvidas na retirada "cíclica" de íons (K+) dos tubos da peneira, e sua secreção é paralela à sua posição de retirada entre as placas. placas cribriformes, o que resulta na polarização dos elementos das placas cribriformes juntamente com a diferença de pressão potencial, e resulta nas moléculas polares de água e outros solutos presentes movendo-se para cima através do floema.[16]​.

Em 2003, graduados da Universidade de São Petersburgo aplicaram corrente elétrica direta a segmentos de 10 mm de mesocótilos de mudas de milho próximos a brotos de tília com um ano de idade; As soluções eletrolíticas presentes nos tecidos moveram-se em direção ao cátodo que estava no lugar, sugerindo que a eletroosmose poderia desempenhar um papel no transporte de soluções através dos tecidos condutores das plantas.[17]​.

Manter um campo elétrico em um eletrólito requer que ocorram reações faradaicas no ânodo e no cátodo. Isto é normalmente a eletrólise da água, que gera peróxido de hidrogênio, íons hidrogênio (ácido) e hidróxido (base), bem como bolhas de oxigênio e gás hidrogênio. O peróxido de hidrogênio e/ou as alterações de pH geradas podem afetar negativamente células biológicas e biomoléculas como proteínas, enquanto bolhas de gás tendem a "obstruir" sistemas microfluídicos. Esses problemas podem ser amenizados com o uso de materiais de eletrodo alternativos, como polímeros conjugados, que podem sofrer reações faradaicas, reduzindo drasticamente a eletrólise.[18]​.

O fluxo resultante da aplicação de uma tensão é um fluxo tampão. Ao contrário de um fluxo de perfil parabólico gerado a partir de uma diferença de pressão, o perfil de velocidade de um fluxo tampão é aproximadamente plano, com uma ligeira variação próxima à dupla camada elétrica. Isto oferece efeitos dispersivos muito menos prejudiciais e pode ser controlado sem válvulas, oferecendo um método de alto desempenho para separação de fluidos, embora muitos fatores complexos dificultem esse controle. Devido às dificuldades de medição e controle do fluxo nos canais microfluídicos, principalmente a alteração do padrão de fluxo, a maioria das análises é realizada utilizando métodos numéricos e simulação.[6]​.

O fluxo eletroosmótico através de microcanais pode ser modelado de acordo com a equação de Navier-Stokes, com a força motriz derivada do campo elétrico e do diferencial de pressão. Assim, é governado pela equação de continuidade.

e impulso.

Onde é o vetor velocidade, é a densidade do fluido, é a derivada do material, é a viscosidade do fluido, é a densidade da carga elétrica, é o campo elétrico aplicado, é o campo elétrico devido ao potencial zeta nas paredes e é a pressão do fluido.

A equação de Laplace pode descrever o campo elétrico externo:

enquanto o potencial dentro da dupla camada elétrica é governado por:.

Onde está a constante dielétrica da solução eletrolítica e é a permissividade do vácuo. Esta equação pode ser ainda mais simplificada usando a teoria de Debye-Hückel.

Onde está o comprimento de Debye, usado para descrever a espessura característica da dupla camada elétrica. As equações para o campo potencial dentro da camada dupla podem ser combinadas como.

O transporte de íons no espaço pode ser modelado pela equação de Nernst-Planck:[7]​.

Onde está a concentração de íons, é o potencial do vetor magnético, é a difusividade de massa das espécies químicas, é a valência das espécies iônicas, é a carga elementar, é a constante de Boltzmann e é a temperatura termodinâmica.

Contenido

El flujo electroosmótico se utiliza habitualmente en dispositivos microfluídicos[8]​[9]​ en el análisis y procesamiento de suelos[10]​ y en el análisis químico,[11]​ todos los cuales implican sistemas con superficies altamente cargadas, a menudo de óxidos. Un ejemplo es la electroforesis capilar,[9]​[11]​ en la que se utilizan campos eléctricos para separar sustancias químicas en función de su movilidad electroforética aplicando un campo eléctrico a un capilar estrecho, normalmente de sílice. En las separaciones electroforéticas, el flujo electroosmótico afecta al tiempo de elución de los analitos.

El flujo electroosmótico se acciona en un FlowFET para controlar electrónicamente el flujo de fluido a través de una unión.

Se prevé que los dispositivos microfluídicos que utilizan el flujo electroosmótico tengan aplicaciones en la investigación médica. Una vez que se comprenda e implemente mejor el control de este flujo, la capacidad de separar fluidos a nivel atómico será un componente vital para los descargadores de fármacos.[12]​ Mezclar fluidos a microescala es actualmente problemático. Se cree que el control eléctrico de los fluidos será el método de mezcla de los fluidos pequeños.[12]​.

Un uso controvertido de los sistemas electroosmóticos es el control de la humedad por capilaridad en los muros de los edificios.[13]​ Aunque hay pocas pruebas que sugieran que estos sistemas puedan ser útiles para mover las sales de los muros, se afirma que son especialmente eficaces en estructuras con muros muy gruesos. Sin embargo, algunos afirman que esos sistemas carecen de base científica y citan varios ejemplos de su fracaso.[14]​.

La electroósmosis también puede utilizarse para el autobombeo de poros impulsado por reacciones químicas en lugar de campos eléctricos. Este enfoque, utilizando H2O2, ha sido demostrado[15]​ y modelado con las ecuaciones de Nernst-Planck-Stokes.[7]​.

Física

Nas células a combustível, a eletroosmose faz com que os prótons se movam através de uma membrana de troca de prótons (PEM) para arrastar moléculas de água de um lado (ânodo) para o outro (cátodo).

Biologia das plantas vasculares

Na biologia das plantas vasculares, a eletroosmose também é utilizada como explicação alternativa ou complementar para o movimento de líquidos polares através do floema, o que difere da teoria de coesão-tensão fornecida na hipótese do fluxo de massa e outras, como o fluxo citoplasmático. As células companheiras estão envolvidas na retirada "cíclica" de íons (K+) dos tubos da peneira, e sua secreção é paralela à sua posição de retirada entre as placas. placas cribriformes, o que resulta na polarização dos elementos das placas cribriformes juntamente com a diferença de pressão potencial, e resulta nas moléculas polares de água e outros solutos presentes movendo-se para cima através do floema.[16]​.

Em 2003, graduados da Universidade de São Petersburgo aplicaram corrente elétrica direta a segmentos de 10 mm de mesocótilos de mudas de milho próximos a brotos de tília com um ano de idade; As soluções eletrolíticas presentes nos tecidos moveram-se em direção ao cátodo que estava no lugar, sugerindo que a eletroosmose poderia desempenhar um papel no transporte de soluções através dos tecidos condutores das plantas.[17]​.

Manter um campo elétrico em um eletrólito requer que ocorram reações faradaicas no ânodo e no cátodo. Isto é normalmente a eletrólise da água, que gera peróxido de hidrogênio, íons hidrogênio (ácido) e hidróxido (base), bem como bolhas de oxigênio e gás hidrogênio. O peróxido de hidrogênio e/ou as alterações de pH geradas podem afetar negativamente células biológicas e biomoléculas como proteínas, enquanto bolhas de gás tendem a "obstruir" sistemas microfluídicos. Esses problemas podem ser amenizados com o uso de materiais de eletrodo alternativos, como polímeros conjugados, que podem sofrer reações faradaicas, reduzindo drasticamente a eletrólise.[18]​.