非磁性微粒的負(fù)磁泳分離規(guī)律研究.pdf

1、負(fù)磁泳（Negative Magnetophoresis）分離是以磁流體作為分選介質(zhì)，通過(guò)非均勻磁場(chǎng)所產(chǎn)生的磁浮力與磁流體粘性阻力的共同作用來(lái)分選不同粒徑的微粒的分離方法，它對(duì)于細(xì)胞、蛋白質(zhì)和DNA等生物粒子的分離與提純方面具有巨大的發(fā)展前景。與磁珠分離相比，它的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需對(duì)目標(biāo)粒子進(jìn)行免疫磁性標(biāo)記和減少去除標(biāo)記時(shí)所帶來(lái)的污染。本文根據(jù)負(fù)磁泳分選的機(jī)理，分析了磁流體分選非磁性顆粒的可行性，并通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)地研

2、究。
　　首先，根據(jù)電磁學(xué)理論、流體力學(xué)基礎(chǔ)等建立了磁流體分選非磁性微粒的動(dòng)力學(xué)模型和微流控芯片物理模型。從非磁性顆粒的運(yùn)動(dòng)著手，采用拉格朗日方法，將磁流體視為連續(xù)相，非磁性固體微粒視為離散相，綜合考慮微粒所受的磁浮力和流體曳力，考察不同時(shí)刻下不同流體空間的運(yùn)動(dòng)情況。
　　然后，在所建的物理模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用有限元軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了微通道內(nèi)磁場(chǎng)的分布，及其磁場(chǎng)對(duì)磁流體流速和壓力分布的影響。對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析時(shí)，模擬了

3、有無(wú)磁場(chǎng)時(shí)的顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)得到了通道中心線上的磁浮力分布。粒子的分離是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，顆粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到多方面因素的影響，為了獲得更好的分離條件，對(duì)入口流速和磁場(chǎng)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明隨著流速的增大，顆粒在通道中的停留時(shí)間減少，分離效率降低；適當(dāng)增大流速比能減小粒子的初始分散性，提高分離分辨率和分離效率；隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，粒子的偏轉(zhuǎn)距離明顯增大，利于粒子的分離；永磁體數(shù)的增加對(duì)粒子的分離有一定增益效果，但這種增益會(huì)隨著永磁體數(shù)的增

4、加而逐漸衰退。通過(guò)對(duì)水動(dòng)力的研究分析，發(fā)現(xiàn)采用多腔分離通道結(jié)構(gòu)有利于增大不同粒子之間的偏轉(zhuǎn)差，并根據(jù)這一研究對(duì)通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　最后，進(jìn)行了磁流體制備和微流控芯片實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。水基四氧化三鐵磁流體制備采用化學(xué)共沉淀法，對(duì)制得的磁性納米顆粒和磁流體進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括流體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)測(cè)試芯片和顯微可視化系統(tǒng)，測(cè)試芯片是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的核心部件，因此對(duì)芯片的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，對(duì)入口流速對(duì)分離效率的影響進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)