【摘要】：磁鑷是單分子操作技術(shù)中實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子進(jìn)行操作的常用基本工具,單分子操作技術(shù)的發(fā)展對(duì)磁鑷提出了輸出磁力范圍大、控制穩(wěn)定且能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度控制等要求,但目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有磁鑷大多數(shù)為永磁式磁鑷或者無(wú)閉環(huán)反饋的電磁式磁鑷,存在輸出磁力自由度單一、難以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性微球運(yùn)動(dòng)軌跡的精確控制等問(wèn)題。本課題在對(duì)國(guó)內(nèi)外磁鑷技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,對(duì)電磁式四極磁鑷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,主要包括:對(duì)四極磁鑷中磁極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與磁場(chǎng)分析、建立四極磁鑷的電流-磁力模型、推導(dǎo)并簡(jiǎn)化磁力-電流反力模型,最終組建電磁式四極磁鑷系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性微球位置與運(yùn)動(dòng)軌跡的穩(wěn)定控制。相比于國(guó)內(nèi)目前現(xiàn)有磁鑷技術(shù),其優(yōu)點(diǎn)是可以在二維平面內(nèi)輸出任意方向的磁力,且可以實(shí)現(xiàn)磁性微球位置與運(yùn)動(dòng)軌跡的高精度閉環(huán)控制。課題主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,進(jìn)行四極磁鑷中磁極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)施加到磁極線圈的電流與磁性微球上產(chǎn)生的磁力之間的關(guān)系進(jìn)行研究,采用具有磁單極近似的集總參數(shù)模型來(lái)描述由磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng),基于該近似建立電流-磁力模型;推導(dǎo)四極磁鑷磁力-電流反力模型,并將該反力模型簡(jiǎn)化,消除磁力輸出過(guò)程中的非線性和位置依賴性導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜而難以實(shí)現(xiàn)快速磁力輸出的問(wèn)題。然后,組建四極磁鑷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),選用軟磁合金作為磁鑷磁極和磁軛材料,以減小磁滯效應(yīng)對(duì)磁鑷性能的影響;設(shè)計(jì)并制作磁極的電磁驅(qū)動(dòng)單元,完成核心控制板和壓控電流源的設(shè)計(jì)與調(diào)試,實(shí)現(xiàn)對(duì)四個(gè)磁極的驅(qū)動(dòng)與控制;組建熒光顯微成像系統(tǒng)并完成相關(guān)程序設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性熒光微球位置監(jiān)測(cè),采樣頻率達(dá)到200Hz,由此建立磁性微球位置閉環(huán)反饋單元。最后,對(duì)所組建的四極磁鑷系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性微球的穩(wěn)定俘獲、高精度位置與運(yùn)動(dòng)軌跡控制。對(duì)閉環(huán)反饋單元中磁性微球的定位分辨力進(jìn)行測(cè)試,其定位分辨力優(yōu)于40nm;使用P控制器,通過(guò)分析磁性微球的運(yùn)動(dòng)功率譜,對(duì)磁力增益、液體阻尼系數(shù)、以及控制系統(tǒng)時(shí)間延遲等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,得出磁鑷系統(tǒng)在工作區(qū)域中心處所輸出的磁力范圍為±79.2p N;進(jìn)一步使用PI控制器驗(yàn)證磁鑷的簡(jiǎn)化反力模型的準(zhǔn)確性;最后,對(duì)該磁鑷系統(tǒng)中磁性微球的位移分辨力和運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明,磁性微球位移分辨力可達(dá)到400nm,且可實(shí)現(xiàn)在二維平面內(nèi)進(jìn)行任意方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)圓形運(yùn)動(dòng)軌跡半徑為49.1μm時(shí),軌跡誤差為5.9μm,表明了該四極磁鑷系統(tǒng)對(duì)磁性微球具有良好運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH79
【圖文】：

熒光共振轉(zhuǎn)移技術(shù)結(jié)合探測(cè)端粒 G-quada Yapici 提出了在一種坡莫合金單極是制作磁極的理想材料，但是坡莫問(wèn)題 Murat 等人以金屬鎢作為磁極磁極的制作，探針實(shí)物圖如圖 1-2 所生大梯度的磁場(chǎng)，從而在磁極尖端米位移臺(tái)上即可實(shí)現(xiàn)磁性微球的移產(chǎn)生較大的磁力，以實(shí)現(xiàn)磁性微球

鑷與熒光共振轉(zhuǎn)移技術(shù)結(jié)合探測(cè)端粒 G-quadruplex t Kaya Yapici 提出了在一種坡莫合金單極電磁率，是制作磁極的理想材料，但是坡莫合金對(duì)該問(wèn)題 Murat 等人以金屬鎢作為磁極的芯完成磁極的制作，探針實(shí)物圖如圖 1-2 所示。以產(chǎn)生大梯度的磁場(chǎng)，從而在磁極尖端附近產(chǎn)度納米位移臺(tái)上即可實(shí)現(xiàn)磁性微球的移動(dòng)。微球產(chǎn)生較大的磁力，以實(shí)現(xiàn)磁性微球的抓取

【參考文獻(xiàn)】

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1 李來(lái)利;李靜;;用于垂直面內(nèi)電磁驅(qū)動(dòng)的裝置設(shè)計(jì)與仿真[J];機(jī)械與電子;2015年07期

2 李銀妹;龔雷;李迪;劉偉偉;鐘敏成;周金華;王自強(qiáng);姚q;;光鑷技術(shù)的研究現(xiàn)況[J];中國(guó)激光;2015年01期

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2 李淑萍;基于AFM的細(xì)胞力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2719352