flowFET เป็น ส่วนประกอบ ไมโครฟลูอิดิก ที่ช่วยให้ สามารถปรับอัตราการไหลของของเหลว ในช่องไมโครฟ ลู อิดิกได้ด้วย ศักย์ไฟฟ้า ที่ใช้กับมัน ในลักษณะนี้ มันจึงทำงานเหมือนกับ ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบไมโครฟลูอิดิก^{[ 1 ]}ยกเว้นว่าใน flowFET การไหลของของเหลวจะเข้ามาแทนที่การไหลของกระแสไฟฟ้าอันที่จริง ชื่อของ flowFET มาจากธรรมเนียมการตั้งชื่อของ FET อิเล็กทรอนิกส์ (เช่นMOSFET , FINFETเป็นต้น)

โฟลว์เอฟที (FlowFET) อาศัยหลักการของการไหลแบบอิเล็กโทรออสโมติก (EOF) ในส่วนต่อประสาน ระหว่างของเหลวและของแข็งหลายๆ แบบ จะ เกิดชั้นไฟฟ้าคู่ขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างสองเฟสในกรณีของช่องไมโครฟลูอิดิก สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดชั้นของเหลวที่มีประจุอยู่บริเวณขอบของคอลัมน์ของเหลว ซึ่งล้อมรอบส่วนใหญ่ของของเหลว ชั้นไฟฟ้าคู่นี้มีความต่างศักย์ ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งเรียกว่าศักย์ซีตาเมื่อสนามไฟฟ้าที่มีทิศทางที่เหมาะสมถูกนำไปใช้กับชั้นไฟฟ้าคู่ที่ส่วนต่อประสานนี้ (เช่น ขนานกับช่องและอยู่ในระนาบของชั้นไฟฟ้าคู่) ไอออนของเหลวที่มีประจุจะได้รับแรงลอเรนซ์ขับเคลื่อน เนื่องจากชั้นนี้หุ้มคอลัมน์ของเหลว และเนื่องจากชั้นนี้เคลื่อนที่ คอลัมน์ของเหลวทั้งหมดจะเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วความเร็วของชั้นของเหลวจะ " แพร่ " เข้าไปในส่วนใหญ่ของช่องจากขอบไปยังศูนย์กลางเนื่องจากการเชื่อมโยงความหนืด^{[ 1 ]}ความเร็วเกี่ยวข้องกับความแรงของสนามไฟฟ้าขนาดของศักย์ซีตา ค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าและความหนืดของของเหลว: ^{[ 1 ]}${\displaystyle \nu _{EOF}}$${\displaystyle E}$${\displaystyle \zeta }$${\displaystyle \epsilon }$${\displaystyle \eta }$

${\displaystyle \nu _{EOF}={\epsilon \over \eta }\zeta E}$

ใน FlowFET ศักย์ซีตาที่อยู่ระหว่างผนังช่องและของเหลวสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการใช้สนามไฟฟ้าตั้งฉากกับผนังช่อง ซึ่งมีผลทำให้แรงขับเคลื่อนที่อะตอมของของเหลวเคลื่อนที่ในชั้นคู่เปลี่ยนแปลงไป การเปลี่ยนแปลงของศักย์ซีตานี้สามารถใช้ควบคุมทั้งขนาดและทิศทางของการไหลแบบอิเล็กโทรออสโมติกในไมโครแชนเนลได้^{[ 1 ]}

แรงดันควบคุมจำเป็นต้องอยู่ในช่วง 50 V เท่านั้นสำหรับช่องไมโครฟลูอิดิกทั่วไป^{[ 2 ]}เนื่องจากค่านี้สัมพันธ์กับความชัน 1.5 MV/cm อันเนื่องมาจากขนาดของช่อง^{[ 1 ]}

ความแปรผันของมิติ FlowFET (เช่น ความหนาของชั้นฉนวนระหว่างผนังช่องและอิเล็กโทรดเกต) อันเนื่องมาจากกระบวนการผลิตอาจทำให้การควบคุมศักย์ซีตาไม่แม่นยำ ซึ่งอาจรุนแรงขึ้นในกรณีที่มีการปนเปื้อนของผนัง ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางไฟฟ้าของพื้นผิวผนังช่องที่อยู่ติดกับอิเล็กโทรดเกต สิ่งนี้จะส่งผลต่อลักษณะการไหลเฉพาะที่ ซึ่งอาจมีความสำคัญเป็นพิเศษในระบบการสังเคราะห์ทางเคมี ที่มี สัดส่วนสัมพันธ์โดยตรงกับอัตราการขนส่งของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา^{[ 2 ]}

มีการกำหนดข้อจำกัดเกี่ยวกับของเหลวที่สามารถควบคุมได้ใน FlowFET เนื่องจากอาศัย EOF จึงสามารถใช้ได้ เฉพาะของเหลวที่สร้าง EOF ตอบสนองต่อ สนามไฟฟ้า ที่ใช้เท่านั้น ^{[ 2 ]}

ในขณะที่แรงดันควบคุมจำเป็นต้องมีค่าประมาณ 50V เท่านั้น^{[ 2 ]}แรงดันที่ทำให้เกิด EOF ตามแกนของช่องจะมีค่ามากกว่า คือประมาณ 300V ^{[ 3 ]}จากการทดลองพบว่าอาจเกิดการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า ที่จุดสัมผัสของอิเล็ก โทร ด การแยกน้ำด้วยไฟฟ้านี้สามารถเปลี่ยนแปลงค่า pHในช่องและส่งผลเสียต่อเซลล์ชีวภาพและโมเลกุลชีวภาพในขณะที่ฟองก๊าซมีแนวโน้มที่จะ "อุดตัน" ระบบไมโครฟลูอิดิก^{[ 4 ]}

ในทางเปรียบเทียบเพิ่มเติมกับ ระบบ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์เวลาในการสลับสถานะของ flowFET จะแปรผกผันกับขนาดของมัน การลดขนาดของ flowFET จะส่งผลให้เวลาที่การไหลจะปรับสมดุลไปสู่ปริมาณการไหลใหม่หลังจากมีการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าที่ใช้ลดลง อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าความถี่ของ flowFET นั้นช้ากว่า electronic FET หลายลำดับความ magnitud

FlowFET มีศักยภาพในการใช้งานในการจัดการไมโครฟลูอิดิกแบบขนานจำนวนมาก^{[ 1 ]} ตัวอย่างเช่นใน ไมโคร อาร์เรย์DNA ^{[ 2 ]}

หากไม่ใช้ FlowFET จำเป็นต้องควบคุมอัตรา EOF โดยการเปลี่ยนขนาดของสนามที่สร้าง EOF (เช่น สนามที่ขนานกับแกนของช่อง) ในขณะที่ยังคงรักษาศักย์ซีตาไว้ไม่เปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม ในการจัดเรียงนี้ การควบคุม EOF พร้อมกันในช่องที่เชื่อมต่อกันนั้นทำได้ยาก^{[ 1 ]}

FlowFET เป็นวิธีการควบคุมการไหลของไมโครฟลูอิดิกโดยไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนเคลื่อนที่^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}ซึ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับวิธีการแก้ปัญหาอื่นๆ รวมถึงปั๊มแบบเพริสตัลติกที่ขับเคลื่อนด้วยลมเช่นที่นำเสนอโดย Wu et al. ^{[ 5 ]}ชิ้นส่วนเคลื่อนที่น้อยลงทำให้มีโอกาสน้อยลงที่จะเกิดการชำรุดทางกลของอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิก ซึ่งอาจมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากอาร์เรย์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ฟลูอิดิก (MEF) ขนาดใหญ่ในอนาคตจะมีขนาดและความซับซ้อนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

การใช้การไหลแบบควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์สองทิศทางมีตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการดำเนินการทำความสะอาดอนุภาคและฟองอากาศ^{[ 2 ]}

• ฟลูอิดิกส์
• ไมโครฟลูอิดิกส์
• อิเล็กโทรออสโมซิส
• ห้องทดลองบนชิป