【摘要】：微流控芯片技術(shù)由于具有微型化和集成化的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域。免疫磁珠分離技術(shù)具有利用磁珠與靶物質(zhì)結(jié)合,再通過磁場使靶物質(zhì)與生物樣本分離,達(dá)到篩選靶物質(zhì)的目的,因而在細(xì)胞分選領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文把微流控技術(shù)和磁泳分離技術(shù)相結(jié)合,利用微流道內(nèi)集成導(dǎo)磁體所形成的磁場力,提出一種分散式導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)的微流控磁泳分離芯片,對其磁場和流場進(jìn)行仿真分析和試驗(yàn)研究,在吸附效率不變的情況下提高流體的速度,從而提高整個(gè)微流控分析系統(tǒng)的效率。根據(jù)靜磁學(xué)理論、流體力學(xué)理論以及牛頓運(yùn)動(dòng)第二定律推導(dǎo)了磁珠在微流道中的運(yùn)動(dòng)方程,建立了單個(gè)磁珠的運(yùn)動(dòng)速度隨磁場和流場變化的數(shù)學(xué)模型。通過數(shù)值模擬對比,分析了磁珠在微流道中的運(yùn)動(dòng)軌跡,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。仿真對比單個(gè)永磁鐵與集成導(dǎo)磁體附近區(qū)域的磁場強(qiáng)度梯度和磁場力。對導(dǎo)磁體的不同結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)進(jìn)行二維數(shù)值模擬,分析了磁珠在微流道中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,優(yōu)化了提高磁場梯度以及磁珠吸附效率的尺寸參數(shù)。通過三維數(shù)值模擬,分析比較了導(dǎo)磁體分布為條形以及點(diǎn)陣形情況下,吸附容腔內(nèi)的磁場力、磁場梯度以及磁珠的動(dòng)力學(xué)特性,并對有利于提高磁場梯度和磁珠吸附的點(diǎn)陣導(dǎo)磁體間距進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文提出了在凹槽中填充導(dǎo)磁粉末的導(dǎo)磁體層制作方法。針對不同結(jié)構(gòu)和不同尺寸參數(shù)的導(dǎo)磁體開展芯片的磁珠吸附實(shí)驗(yàn),包括不同尺寸的條型導(dǎo)磁體以及點(diǎn)陣導(dǎo)磁體,并利用圖像處理方法對容腔內(nèi)磁珠吸附程度進(jìn)行分析。結(jié)果與數(shù)值模擬相比較,發(fā)現(xiàn)兩者變化規(guī)律一致,驗(yàn)證了數(shù)值模擬的正確性。通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)方法研究了流場結(jié)構(gòu)變化對芯片內(nèi)磁珠吸附特性的影響,分析有利于磁珠吸附的流道結(jié)構(gòu)并提出采用變異系數(shù)來衡量被吸附磁珠在容腔中分布的均勻性,從而分析了流場速度變化引起容腔內(nèi)磁珠分布均勻性變化的規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R318;TN492

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本文編號：2614272