【摘要】：液體彈珠(Liquid marbles)是由少許的微米或納米疏水顆粒包裹的液滴,可以將其看做軟固體。液體彈珠具有不潤濕性,為一種不黏連體系,與固體壁面的接觸角接近180°,具有很小的移動阻力。這種不潤濕性的產(chǎn)生無需改變其接觸基底的親疏水特性。表面顆粒層的存在阻礙了液滴與基底直接接觸,顆粒與固體壁面或液面之間存在空氣墊,因此液體彈珠能靜置于固體表面或漂浮于液面之上,并且在移動的過程中不會發(fā)生泄漏。液體彈珠具有儲存微量液體的功能,類似于微小容器,相關文獻中已經(jīng)報道了液體彈珠的幾種應用,比如作為水污染和氣體檢驗器、微型反應器等。但是最近科研人員發(fā)現(xiàn)了液體彈珠在生物醫(yī)學上的應用前景,它可以用作微生物或細胞培養(yǎng)、血型檢驗、藥物篩選以及哺乳動物細胞的低溫保存等。磁場、電場、重力場、紫外線和紅外線的輻射均可誘導液體彈珠自身運動,施加這些外力場可以實現(xiàn)對液體彈珠的操控。由于磁場無需與液體彈珠直接接觸,也無需加熱影響性能等優(yōu)點,即可實現(xiàn)非接觸式磁操控,從而可以進行微量液體的定向輸送。鑒于液體彈珠的特性,本文提出了利用磁液彈珠作為藥物載體,并利用磁場對其進行操控,實現(xiàn)對藥物的輸送。本文對面向藥物輸送的磁液彈珠特性進行了研究。通過電磁場理論推導磁液彈珠在磁場下受到的磁體積力計算公式,磁液彈珠的磁體積力與體積、磁化強度和磁場梯度成正比。建立液體彈珠的靜態(tài)模型,分析討論液體彈珠不潤濕性產(chǎn)生的原因。表面張力的存在使得液體彈珠的內(nèi)外壓力差與重力相平衡,使液體彈珠能夠靜置在固體或液體表面,分析液體彈珠半徑、接觸半徑以及高度等形狀相關參數(shù)之間的關系,通過扁平球形模型計算靜態(tài)液體彈珠的接觸角和表面張力。同時制備了不同工質(zhì)不同體積的液體彈珠并使用微距相機拍攝其在固體壁面上的形態(tài),最后測量其形狀、接觸角和表面張力等相關參數(shù)。磁液彈珠受磁場的操控在固體和液體表面上運動,實現(xiàn)對藥物的輸送。本文分別建立了固體壁面上和液體表面上的磁液彈珠的動力模型。討論磁液彈珠在固體壁面上滾動機理,分析黏性耗散存在對磁液彈珠的速度的影響。得出磁場強度、磁性液體的磁化系數(shù)、磁液彈珠表面張力與速度成正比關系。通過實驗測量了平面上的不同體積的磁液彈珠在不同強度和梯度磁場下的運動速度,通過測量滯后接觸角和接觸半徑,得到其相關系數(shù),分析在運動過程中形狀的變化。使用高斯計對不同磁場的實際值進行了測量,并通過COMSOL進行了磁場的數(shù)值模擬,將實際測量值與理論值進行了分析對比。嘗試了磁液彈珠“爬坡”操控實驗,測量了在不同永磁鐵下的爬坡速度,并分析了爬坡時磁液彈珠受到的磁體積力與重力之間的關系。從力學角度出發(fā),分析液體液體彈珠浮動機理,液體彈珠的重力與浮力和表面張力相平衡并求解液面對液體彈珠的阻力公式,測量了漂浮在液面上的磁液彈珠在不同大小磁場下的速度。本文通過實驗驗證了利用磁場可以對固體平面上、斜面上以及漂浮在液面上的磁液彈珠進行非接觸式磁操控,實現(xiàn)藥物的定向輸送,為今后使用磁液彈珠作為載體定向輸送藥物提供了相應的理論和實驗基礎。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O441.6
【圖文】：

圖 1-1 磁性液體微觀物理結(jié)構(gòu)通過電化學反應，磁性液體被第一次制備出來，并且多世紀，科學家們制備出了一些具有磁性能的膠體，界面活性劑選擇不當?shù)仍�，磁性膠體極不穩(wěn)定，故上個世紀 60 年代，磁性液體成功研制后，人們才對磁討和研究。磁性液體的特殊性質(zhì)，使得它的研究覆蓋學科。隨著對磁性液體研究的深入，它逐漸被應用到軍工、冶金、航空、儀表等領域。目前，磁性液體因廣泛應用于磁性密封。磁性密封系統(tǒng)由永磁鐵、磁極和合磁場可以使磁性液體在環(huán)形磁極和旋轉(zhuǎn)軸之間的間，同時磁性液體還可以起到潤滑的作用。磁性液體密封需預緊力、低溫密封等優(yōu)點，因此它在動密封方面取[1]

于生物以及醫(yī)學臨床成為可能。Widder 等提出磁性藥用于腫瘤的治療。該療法使用磁性流體作為抗癌藥物磁性液體、抗癌藥物，通過改變磁場強度，磁性藥物域，在該區(qū)域聚集后再進行釋放，由此可以提高病灶藥物成分對正常組織和細胞的毒副作用。磁性藥物靶[18]通過調(diào)節(jié)微通道底部的電極電流大小生成交變磁場性流體中分離非磁性微球和活細胞的平臺。在磁斥力動，最后聚集在兩電極之間或者沿著通道長度方向滾時實現(xiàn)了對紅細胞、鐮狀細胞以及大腸桿菌細胞精確mme 等[19]利用顆粒直徑不同則磁化率也不同的這一特離。隨后，Pamme 等[20]實現(xiàn)了將磁性微粒標記的老鼠的分離。

控液滴是一個有前景的發(fā)展方向。同時，磁場還具有其他物理場不具備磁性液滴的磁體積力大小不受溫度、表面電荷、離子強度和 PH 值的影響，磁場還可以實現(xiàn)對磁性液滴的非接觸式操控，這在很大程度上避免了接觸對液滴造成的污染。磁性物質(zhì)在磁體積力的作用下會向磁場梯度密運動，這一性質(zhì)意味著通過改變磁場強度和磁場方向可以精準的控制磁運動速度以及軌跡。磁場不僅可以對磁性物質(zhì)產(chǎn)生作用，由于磁力的存以對磁性液體中的非磁性物質(zhì)進行操控，這是一種理想的非接觸式操控流控技術的發(fā)展，尺寸越來越小的磁體的加工成為可能，這使得磁場控微流控技術、芯片實驗室及生物醫(yī)學工程方面展現(xiàn)出廣闊的研究前景。Pipper 與 Zhang 等人[25]制作了如圖 1-3 所示的微磁性液滴操控裝置，該永磁鐵產(chǎn)生的磁場操控磁性液滴，實現(xiàn)了快速的聚合酶鏈式反應。首先場實現(xiàn)對液滴內(nèi)部的目標物的提取和洗滌，隨后在 H1~H4 這四個不同域內(nèi)循環(huán)運動，直到完成聚合酶鏈式反應。他們還用該平臺實現(xiàn)病毒檢裂解、RNA 的提取和純化。

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 閆超;李梅;路慶華;;液體彈珠及其研究進展[J];化學進展;2011年04期

2 滕榮厚;淺談磁性液體[J];粉末冶金工業(yè);2001年05期

相關碩士學位論文 前1條

1 劉菁晗;磁場下氣泡及磁液彈珠運動特性研究[D];昆明理工大學;2017年

本文編號：2787805