非磁性微粒的負磁泳分離規(guī)律研究.pdf

1、負磁泳（Negative Magnetophoresis）分離是以磁流體作為分選介質(zhì)，通過非均勻磁場所產(chǎn)生的磁浮力與磁流體粘性阻力的共同作用來分選不同粒徑的微粒的分離方法，它對于細胞、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，它的一個明顯優(yōu)勢在于無需對目標粒子進行免疫磁性標記和減少去除標記時所帶來的污染。本文根據(jù)負磁泳分選的機理，分析了磁流體分選非磁性顆粒的可行性，并通過數(shù)值模擬和實驗對其進行了詳細地研

2、究。
　　首先，根據(jù)電磁學理論、流體力學基礎等建立了磁流體分選非磁性微粒的動力學模型和微流控芯片物理模型。從非磁性顆粒的運動著手，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，考察不同時刻下不同流體空間的運動情況。
　　然后，在所建的物理模型的基礎上，運用有限元軟件進行了數(shù)值模擬，分析了微通道內(nèi)磁場的分布，及其磁場對磁流體流速和壓力分布的影響。對顆粒運動進行分析時，模擬了

3、有無磁場時的顆粒運動軌跡，同時得到了通道中心線上的磁浮力分布。粒子的分離是一個復雜的過程，顆粒在運動過程中受到多方面因素的影響，為了獲得更好的分離條件，對入口流速和磁場進行了分析。結果表明隨著流速的增大，顆粒在通道中的停留時間減少，分離效率降低；適當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；隨著磁場強度的增大，粒子的偏轉距離明顯增大，利于粒子的分離；永磁體數(shù)的增加對粒子的分離有一定增益效果，但這種增益會隨著永磁體數(shù)的增

4、加而逐漸衰退。通過對水動力的研究分析，發(fā)現(xiàn)采用多腔分離通道結構有利于增大不同粒子之間的偏轉差，并根據(jù)這一研究對通道結構進行了優(yōu)化設計。
　　最后，進行了磁流體制備和微流控芯片實驗系統(tǒng)設計。水基四氧化三鐵磁流體制備采用化學共沉淀法，對制得的磁性納米顆粒和磁流體進行了表征。實驗系統(tǒng)包括流體驅動系統(tǒng)、實驗測試芯片和顯微可視化系統(tǒng)，測試芯片是整個實驗的核心部件，因此對芯片的設計進行了詳細的描述，對入口流速對分離效率的影響進行了相關的實驗驗