基于磁流體力學(xué)的微流控研究.pdf

1、為了提升傳統(tǒng)磁流體力學(xué)微泵在微流體系統(tǒng)中的表現(xiàn)，通過集成平面電磁鐵實現(xiàn)磁流體力學(xué)微泵的微型化。對構(gòu)建的新型磁流體力學(xué)微泵進(jìn)行仿真模擬，獲得優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用微加工方法實現(xiàn)磁流體力學(xué)微泵的制作，并將磁流體力學(xué)微泵與阻抗傳感器進(jìn)行集成，實現(xiàn)了對無機(jī)溶液和生物樣品的抽吸和實時阻抗測試功能，結(jié)果表明制作的磁流體力學(xué)微泵能夠應(yīng)用于生物檢測領(lǐng)域。通過對建立的磁流體力學(xué)微泵進(jìn)行COMSOL軟件仿真模擬，耦合多個物理場，包括電磁模塊、熱力學(xué)模塊和層流

2、模塊，研究磁流體力學(xué)微泵的基本原理。本文研究了在平面電磁鐵磁流體力學(xué)微泵中，流速、磁通密度在不同深寬比微通道中的分布;不同線圈材料和磁軛材料對磁流體力學(xué)微泵抽吸性能的影響;研究了焦耳熱、電滲效應(yīng)和壁面滑移條件對磁流體力學(xué)微泵的影響。結(jié)果表明深寬比為1∶1的微通道具有較優(yōu)表現(xiàn)，能夠達(dá)到0.94mL/min的流速。在壁面滑移長度為10μm的條件下，流速能夠達(dá)到16.3mm/s。隨著滑移長度從10μm增至90μm，流體的平均溫度從36.0℃降

3、至30.2℃。
　　利用有限元分析研究不同的電磁線圈形狀和磁軛材料對電磁鐵性能的影響，采用微加工方法制作實際的平面型電磁鐵，并且通過磁性顆粒進(jìn)行表征，研究制作的平面電磁鐵對磁性顆粒的控制能力。結(jié)果表明蜿蜒型的線圈結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生大的磁場梯度，方形和圓形的線圈結(jié)構(gòu)均能產(chǎn)生較均勻的磁場。具有較高磁導(dǎo)率的磁軛材料能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場，但是為了產(chǎn)生Z軸方向的磁場，需要求磁軛材料具有垂直磁化能力。本文采用CoFeB合金作為磁軛材料，通過與常用的鎳

4、材料的對比，結(jié)果表明CoFeB合金作為磁軛材料具有較強(qiáng)的垂直磁化性能，能夠有效地進(jìn)行磁性顆粒的控制。將制作的電磁鐵和電極集成，成功制作磁流體力學(xué)微泵，并進(jìn)行聚苯乙烯微球的抽吸，結(jié)果表明制作的磁流體力學(xué)微泵能夠有效抽吸樣品溶液。通過與其它各類傳感元件的集成，研發(fā)的磁流體力學(xué)微泵還能夠?qū)崿F(xiàn)更加靈活的控制和更廣泛的應(yīng)用，如具有應(yīng)用于藥物緩釋系統(tǒng)、生化分析和環(huán)境檢測等領(lǐng)域的潛力。
　　本文研究了阻抗傳感器與新型的磁流體力學(xué)微泵的集成，采用