基于永磁磁镊的磁性微球运动控制系统研究

发布时间：2022-09-17 22:04

　　磁镊属于单分子操作技术的一种,与光镊、原子力显微镜（AFM）作为单分子领域的常用技术手段,在细胞与蛋白质、DNA等生物研究过程中起到了不可或缺的作用。磁镊对磁性微球施加磁场力,磁性微球的运动状态随之改变,通过分析受控磁性微球的运动、功率谱等信息解算待研究细胞或大分子的物理特性。为实现对各类型样品的测量,需要磁镊能够向磁性微球在一定范围内施加磁力,并且能够使磁性微球实现多方向运动。本文对磁镊技术的发展现状、理论与实现方法进行调研与论述,研究了双磁极对置型和四磁极独立型永磁远场磁镊系统,分别实现了对磁性微球的空间位置与运动轨迹的控制。本课题主要研究内容如下:（1）研究永磁远场磁镊的相关理论,建立基于永磁远场磁镊系统的微球运动控制理论模型。基于麦克斯韦方程组分析永磁体的空间磁场分布并建立永磁磁极的空间磁场分布模型,利用该模型改变磁极与磁性微球的相对位置来控制磁性微球所在位置的磁感应强度与梯度,从而对磁性微球施加不同大小与方向的力,实现对其位置与运动轨迹的控制。（2）依据所建立的永磁磁极的空间磁场分布模型,分别设计双磁极对置型和四磁极独立型永磁远场磁镊系统机械结构、控制单元以及磁性微球荧光成像... 

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 磁镊技术国内外研究现状及分析
        1.2.1 国外磁镊研究现状
        1.2.2 国内磁镊研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 永磁远场磁镊的理论模型与分析
    2.1 引言
    2.2 永磁远场磁镊原理
    2.3 永磁体空间磁场分析
        2.3.1 永磁体磁场的等效电流模型
        2.3.2 永磁体磁场的有限元分析
    2.4 磁镊空间磁场分布
        2.4.1 双磁极对置型磁镊
        2.4.2 四磁极独立型磁镊
    2.5 本章小结
第3章 磁性微球运动控制系统的设计与组建
    3.1 引言
    3.2 磁极机械系统设计与运动学分析
        3.2.1 对置型磁镊机械结构设计
        3.2.2 四磁极磁镊机械结构设计
        3.2.3 步进电机控制算法
    3.3 磁极运动控制系统设计
        3.3.1 对置型磁镊控制模块
        3.3.2 四磁极磁镊控制模块
    3.4 光学系统设计
        3.4.1 荧光纤维成像系统设计
        3.4.2 磁性荧光微球定位算法
    3.5 本章小结
第4章 磁性微球运动控制实验的系统设计与验证
    4.1 引言
    4.2 磁感应强度测试分析
    4.3 磁性荧光微球定位算法测试分析
    4.4 磁性微球控制实验
        4.4.1 磁镊运动角度标定
        4.4.2 磁性微球轨迹控制
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]磁镊结合DNA发夹的方法在RecA蛋白介导的同源重组机制研究中的潜在应用[J]. 张宇微,颜燕,农大官,徐春华,李明.  物理学报. 2016(21)
[2]麦克斯韦方程组的建立及其作用[J]. 刘觉平.  物理. 2015(12)
[3]阿司匹林与DNA相互作用的单分子研究[J]. 李博然,王艳伟,杨光参.  生物物理学报. 2013(04)
[4]用单分子技术研究抗癌药物顺铂对DNA结构的影响[J]. 侯锡苗,张兴华,魏孔吉,季超,窦硕星,王渭池,李明,王鹏业.  物理. 2010(02)
[5]用单分子磁镊研究顺铂导致的DNA凝聚[J]. 张兴华,肖彬,侯锡苗,徐春华,王鹏业,李明.  物理学报. 2009(06)

博士论文
[1]应用电磁线圈系统研究微米级颗粒的机器人辅助自动化操控[D]. 马玮城.中国科学技术大学 2017
[2]光镊的理论模型及纳米颗粒的操纵[D]. 周金华.中国科学技术大学 2010

硕士论文
[1]二维电磁镊装置的设计和仿真[D]. 李来利.中国科学技术大学 2015



本文编号：3680022