微芯片中磁性液滴的生成与操控综述
发布时间：2021-07-07 22:59
磁性液滴以其微尺度、多相流属性和非接触式操控特性,近年来因在生物细胞分离、靶向药物治疗等方面的成功应用受到来自科学界和企业界学者们的广泛关注,如何操控磁性液滴精确运动到设定位置是主要难点。本工作从磁性液滴的生成方式、运动基本机理及操控方法三个方面,对目前存在的主流磁性液滴生成与操控的方法进行了整理。目前对于磁性液滴的操控方法可分为三类,第一类是永磁铁-机械式操控方法:该方法将永磁铁放置在一个机械移动平台上,通过移动平台改变永磁铁与微芯片的距离进而改变磁场,最终实现操控液滴的目的;第二类是电磁铁-电气式操控方法:以高速照相机拍摄液滴运动的位置误差为检测信号,将检测信号传递给控制器,最终通过改变电磁铁的磁场强度实现对液滴的操控;第三类是永磁铁/电磁铁-电气式混合控制方法:通过将两者的优缺点进行互补,最终达到更优控制。总结了目前存在方法的缺陷和难点,指出了磁性液滴在未来发展中的一些可行的研究方法和研究方向。要点:（1）综述了磁性液滴的应用和合成,总结了磁性液滴处理的主要方法的优缺点。（2）综述了磁液滴形成的方法,包括磁动力法、多相流法和电动力法。（3）总结了磁性液滴在磁场中的力学分析,给出了...
【文章来源】：过程工程学报. 2020,20(10)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
磁性液滴受力示意图Fig.7Schematicdiagramofmagneticdropletforce
第10期龙超等：微芯片中磁性液滴的生成与操控综述1143制精度较好，但计算量较大，需计算出实验平台中无数分块所在位置的电磁铁铁芯所需的电流及电压，且此方法只适用于单个液滴的控制，不能同时控制多个液滴。12π03/200222dd()4π(cos)(sin)()()cos,()sin,cossinNIavBrxayazlvzlvzlvaxy(20)其中，真空磁导率0=410-7H/m，N为线圈匝数，I代表流过铁芯的电流，线圈半径为a，l为线圈长度，(x,y,z)代表液滴的空间位置，令q(acos,asin,0)，为环上一个点的位置向量，为q和x轴之间的角度，dv=du，其中u=(n/N)l，n(0,N1)。图15对子系统的带宽进行补偿的非线性控制器的结构[14]Fig.15Structureofanonlinearcontrollerwithcompensationforthebandwidthofthesubsystem[14](a)(b)(c)(d)FdropFwellVdropVwell=00<Vwell<VcritVdrop=VwellFnet=Fdrag+FwellVwell>VcritFdrag(Vcrit)>max(Vwell)VwellVwell图16(a)速度为Vwell=0的一维势井U(x)中具有速度为Vdrop的液滴示意图；(b)液滴落在井底部；(c)液滴随势井的相对位置移动；(d)液滴落后于势井[42]Fig.16(a)SchematicdiagramofadropletwithvelocityVdropina1DpotentialwellU(x)withvelocityVwell=0;(b)dropletsettlesatthecentreofthepotentialwell;(c)dropletmoveswiththewellatarelativeposition;(d)dropletfallsbehindthepotentialwell[42]由于在低雷诺数的流体中，电磁铁操控磁性液滴是异步的(即通电时间与磁场产生时间不同时发
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲控制系统理论进展综述[J]. 李晓迪,吕晓晓,曹进德. 山东师范大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]Y聚焦型微通道内磁流体液滴的生成与调控[J]. 马蕊,付涛涛,张沁丹,刘偲,朱春英,马友光. 化工学报. 2018(02)
[3]电场作用下微液滴变形和破裂的数值研究[J]. 崔于桐,王宁宁,刘海湖. 工程热物理学报. 2017(07)
[4]Fe3O4磁性纳米粒子及其生物医学应用研究进展[J]. 高余良,朱光明,马拖拖. 化工进展. 2017(03)
[5]十字交叉微通道内微液滴生成过程的数值模拟[J]. 王维萌,马一萍,陈斌. 化工学报. 2015(05)
博士论文
[1]铁基磁性功能纳米材料的制备、表征及性能研究[D]. 杜庆波.中国矿业大学 2018
本文编号：3270524
【文章来源】：过程工程学报. 2020,20(10)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
磁性液滴受力示意图Fig.7Schematicdiagramofmagneticdropletforce
第10期龙超等：微芯片中磁性液滴的生成与操控综述1143制精度较好，但计算量较大，需计算出实验平台中无数分块所在位置的电磁铁铁芯所需的电流及电压，且此方法只适用于单个液滴的控制，不能同时控制多个液滴。12π03/200222dd()4π(cos)(sin)()()cos,()sin,cossinNIavBrxayazlvzlvzlvaxy(20)其中，真空磁导率0=410-7H/m，N为线圈匝数，I代表流过铁芯的电流，线圈半径为a，l为线圈长度，(x,y,z)代表液滴的空间位置，令q(acos,asin,0)，为环上一个点的位置向量，为q和x轴之间的角度，dv=du，其中u=(n/N)l，n(0,N1)。图15对子系统的带宽进行补偿的非线性控制器的结构[14]Fig.15Structureofanonlinearcontrollerwithcompensationforthebandwidthofthesubsystem[14](a)(b)(c)(d)FdropFwellVdropVwell=00<Vwell<VcritVdrop=VwellFnet=Fdrag+FwellVwell>VcritFdrag(Vcrit)>max(Vwell)VwellVwell图16(a)速度为Vwell=0的一维势井U(x)中具有速度为Vdrop的液滴示意图；(b)液滴落在井底部；(c)液滴随势井的相对位置移动；(d)液滴落后于势井[42]Fig.16(a)SchematicdiagramofadropletwithvelocityVdropina1DpotentialwellU(x)withvelocityVwell=0;(b)dropletsettlesatthecentreofthepotentialwell;(c)dropletmoveswiththewellatarelativeposition;(d)dropletfallsbehindthepotentialwell[42]由于在低雷诺数的流体中，电磁铁操控磁性液滴是异步的(即通电时间与磁场产生时间不同时发
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲控制系统理论进展综述[J]. 李晓迪,吕晓晓,曹进德. 山东师范大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]Y聚焦型微通道内磁流体液滴的生成与调控[J]. 马蕊,付涛涛,张沁丹,刘偲,朱春英,马友光. 化工学报. 2018(02)
[3]电场作用下微液滴变形和破裂的数值研究[J]. 崔于桐,王宁宁,刘海湖. 工程热物理学报. 2017(07)
[4]Fe3O4磁性纳米粒子及其生物医学应用研究进展[J]. 高余良,朱光明,马拖拖. 化工进展. 2017(03)
[5]十字交叉微通道内微液滴生成过程的数值模拟[J]. 王维萌,马一萍,陈斌. 化工学报. 2015(05)
博士论文
[1]铁基磁性功能纳米材料的制备、表征及性能研究[D]. 杜庆波.中国矿业大学 2018
本文编号：3270524
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