微流控芯片中磁珠吸附机制研究

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本文系统地分析了微流控芯片中的磁珠吸附理论,通过模拟仿真的方法,得到了磁珠在永磁体吸附下的运动轨迹,并结合试验,验证了磁珠在外界因素影响下的运动趋势。首先,根据磁珠在磁场及流场的耦合作用下的受力分析,并结合理论力学、流体力学、以及电磁学等理论,得到了磁珠所受的磁场力以及流体拖曳力,建立了磁珠的运动方程,并利用模拟仿真软件COMSOL开展了数值计算研究,并对永磁体产生的磁场以及流体的流场分别建立了理论模型,得出磁场强度、磁场磁标量势、以及流场流速分量等对磁珠粒子运动方程有关的参数,并在此基础上,得到了磁珠在耦合场下的模拟运动轨迹。结合运动方程中影响磁珠运动的因素,分别对流体流速、流体粘度、磁珠半径、磁珠磁化系数、以及永磁体的剩余磁化强度、永磁体与微流道间距等做了分析,并通过改变这些参数,得到了磁珠吸附效果的趋势图,并获得了当磁珠进入设定吸附区域数值最大时,这些参数的相应数值。在理论研究的基础上,制作了镶嵌式永磁体微流控芯片,永磁体可以与微流控芯片分离,而不至于损伤芯片,提高了芯片利用率。初步开展了流速影响磁珠吸附效果的观测试验,利用MATLAB软件对得到了图像进行了处理,总结出不同流量作用下,磁珠的吸附趋势。并与仿真中流速对磁珠吸附趋势进行了对比,验证了二者对磁珠影响趋势的一致性。
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