磁珠法生物提取芯片的磁流耦合磁珠吸附特性研究

发布时间：2020-04-05 00:28

【摘要】：微流控芯片技术由于具有微型化和集成化的优点被广泛应用于生物医学、化学反应等领域。免疫磁珠分离技术具有利用磁珠与靶物质结合,再通过磁场使靶物质与生物样本分离,达到筛选靶物质的目的,因而在细胞分选领域得到广泛应用。本文把微流控技术和磁泳分离技术相结合,利用微流道内集成导磁体所形成的磁场力,提出一种分散式导磁体结构的微流控磁泳分离芯片,对其磁场和流场进行仿真分析和试验研究,在吸附效率不变的情况下提高流体的速度,从而提高整个微流控分析系统的效率。根据静磁学理论、流体力学理论以及牛顿运动第二定律推导了磁珠在微流道中的运动方程,建立了单个磁珠的运动速度随磁场和流场变化的数学模型。通过数值模拟对比,分析了磁珠在微流道中的运动轨迹,验证了数学模型的正确性。仿真对比单个永磁铁与集成导磁体附近区域的磁场强度梯度和磁场力。对导磁体的不同结构尺寸参数进行二维数值模拟,分析了磁珠在微流道中的运动规律,优化了提高磁场梯度以及磁珠吸附效率的尺寸参数。通过三维数值模拟,分析比较了导磁体分布为条形以及点阵形情况下,吸附容腔内的磁场力、磁场梯度以及磁珠的动力学特性,并对有利于提高磁场梯度和磁珠吸附的点阵导磁体间距进行了优化设计。本文提出了在凹槽中填充导磁粉末的导磁体层制作方法。针对不同结构和不同尺寸参数的导磁体开展芯片的磁珠吸附实验,包括不同尺寸的条型导磁体以及点阵导磁体,并利用图像处理方法对容腔内磁珠吸附程度进行分析。结果与数值模拟相比较,发现两者变化规律一致,验证了数值模拟的正确性。通过数值模拟和实验方法研究了流场结构变化对芯片内磁珠吸附特性的影响,分析有利于磁珠吸附的流道结构并提出采用变异系数来衡量被吸附磁珠在容腔中分布的均匀性,从而分析了流场速度变化引起容腔内磁珠分布均匀性变化的规律。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318;TN492

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本文编号：2614272