磁免疫测量机电系统研究与设计

发布时间：2020-07-13 01:53

【摘要】：本文基于磁纳米粒子交流磁化响应强度关系,初步设计了一种磁免疫测量系统,以实现对具有不同水力学半径磁纳米粒子磁化强度的测量,达到生物免疫检定目的。本文从系统励磁磁体、励磁回路、测量回路与样品传动装置出发,对该测量系统机电部分进行仿真、设计和测试,并基于LabVIEW环境对系统实现整体控制。首先,本文阐述了磁免疫测量生物学意义及其国内外发展现状。结合磁纳米粒子的弛豫机制,阐述了基于磁弛豫理论的磁免疫测量系统实现原理,导出液相状态下磁纳米粒子磁化响应强度的交流表达式。其次,在励磁磁体部分,根据系统励磁需求,设计了带气隙的电磁铁来产生交变激励磁场。基于Ansys Maxwell仿真平台对不同气隙长度和形状的气隙电磁铁磁场分布进行仿真,并对设计参数下励磁装置的磁滞和涡流进行分析,结果表明该气隙电磁铁的设计具有合理性和可行性。在励磁回路部分,设计驱动电磁铁的外围电路,对滤波和功放电路部分进行仿真分析。为保证激励磁场的稳定产生,设计PID控制程序实现励磁回路电流的动态控制。设计三维移动平台,为稳定测量气隙电磁铁磁场分布提供良好的基础。在测量回路与样品传动装置部分,设计差分式TMR传感器测量测量结构,并引入补偿环以降低背景磁场对测量的影响。根据实验需求,使用步进电机设计两种形式的样品托载机构,实现对样品池的测量定位。最后,使用直线式样品传动机构对传感器最佳测量区域进行测量定位,测量结果表明,在磁场均匀区范围内,传感器具有对磁信号的最佳响应位置;根据该位置信息安装圆盘式样品传动机构,并对不同样品浓度响应信号进行测量,测量结果显示,在36Oe磁场强度条件下,平台具有2.09×10~(-4)Oe的磁响应分辨能力;使用10nm和630nm粒径的磁纳米粒子溶液在100Hz到10kHz频率范围内进行实验,结果表明粒径较大的粒子磁化响应强度衰减较快,该结果验证了磁免疫测量方法的可行性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH77
【图文】：

图 1-1 经典磁免疫分析测量方法经典磁免疫检测方法用超顺磁纳米粒子标记的免疫分析方法，因其背景噪声低、抗干扰性环境友好的特点备受科研工作人员青睐。经典的磁免疫测量方法可用。

经典磁免疫分析测量方法

图 1-3 尼尔弛豫（a）；布朗弛豫（b）在外加交变磁场的液相环境中，磁纳米粒子同时具有尼尔弛豫和布朗弛豫现以用有效弛豫时间eff 进行表示：11 1B NeffN BB N ++(由式( 1-2 )和式( 1-3 )知，磁性纳米颗粒的尼尔弛豫时间和布朗弛豫时间与关，且布朗弛豫主要受到颗粒水力学半径影响。磁纳米粒子粒径与弛豫时间图 1-4 进行表示：

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本文编号：2752784