二維電磁鑷裝置的設(shè)計和仿真.pdf

1、磁鑷是通過施加外部梯度磁場來操控場中的可磁化微粒，進而操縱與之相連的生物樣品。與其他顯微操控技術(shù)如原子力顯微鏡、玻璃微針、光鑷等相比，磁鑷擁有很好的測量和操縱能力、裝置較簡單以及無機械接觸、無光損傷等優(yōu)勢，已經(jīng)成功的應(yīng)用到了許多生物領(lǐng)域。此外，典型的生物材料對磁場不敏感，磁力僅作用于導(dǎo)磁性微粒，不會發(fā)生不必要的捕獲。這些特點使得磁鑷在生物學(xué)領(lǐng)域中具有很高的應(yīng)用價值，基于此本文主要做了如下研究:
　　首先，概述了磁鑷系統(tǒng)的基本組成結(jié)

2、構(gòu)、工作過程、操控特點以及理論原理并在此基礎(chǔ)上重點介紹了磁鑷系統(tǒng)核心部分磁路，給出了兩種磁場產(chǎn)生方案，并分析了各自特點，選定以電磁磁路為核心的磁鑷裝置設(shè)計。
　　其次，設(shè)計了一個四極子電磁鑷系統(tǒng)，能夠在垂直平面內(nèi)的對磁性微粒施加任意的2D方向上磁力，用于操控及測量生物樣品的實驗研究。基于Solidworks的三維建模和電磁鐵的基礎(chǔ)對電磁驅(qū)動系統(tǒng)裝置進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計并介紹了其選材加工。基于大電流功率放大器OPA548設(shè)計了四路壓控恒流

3、源用于驅(qū)動四個線圈。分別分析了系統(tǒng)的磁場、磁路和磁力，基于磁單極子近似和矢量疊加原理建立了描述系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場和磁球所受磁力的理論模型，并進一步對該分析力模型進行了簡化推導(dǎo)。
　　最后，以電磁場有限元分析為基礎(chǔ)，采用ANSYS軟件定量對四極子電磁驅(qū)動系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)的三維靜態(tài)電磁場進行了數(shù)值分析?；贏NSYS仿真計算:分析了系統(tǒng)磁阻與磁場強度的關(guān)系，并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，減小了線圈產(chǎn)熱問題，提高了系統(tǒng)性能，演示了梯度磁場的產(chǎn)生以及