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(guò)集成平面電磁鐵實(shí)現(xiàn)磁流體力學(xué)微泵的微型化。對(duì)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(jì)。采用微加工方法實(shí)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(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)機(jī)溶液和生物樣品的抽吸和實(shí)時(shí)阻抗測(cè)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(cè)領(lǐng)域。通過(guò)對(duì)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(gè)物理場(chǎng)，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(xiàn)圈材料和磁軛材料對(duì)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(duì)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(zhǎng)度為10μm的條件下，流速能夠達(dá)到16.3mm/s。隨著滑移長(zhǎng)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(xiàn)圈形狀和磁軛材料對(duì)電磁鐵性能的影響，采用微加工方法制作實(shí)際的平面型電磁鐵，并且通過(guò)磁性顆粒進(jìn)行表征，研究制作的平面電磁鐵對(duì)磁性顆粒的控制能力。結(jié)果表明蜿蜒型的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生大的磁場(chǎng)梯度，方形和圓形的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)均能產(chǎn)生較均勻的磁場(chǎng)。具有較高磁導(dǎo)率的磁軛材料能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，但是為了產(chǎn)生Z軸方向的磁場(chǎng)，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(guò)與常用的鎳

4、材料的對(duì)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(guò)與其它各類(lèi)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(cè)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