基于负磁泳机制的微米与亚微米颗粒分离

发布时间：2021-04-25 18:40

　　微小生物颗粒如循环肿瘤细胞、外泌体等在癌症诊断和病理评估等方面中展现出巨大潜力。这些微小生物颗粒在样品中含量极少且尺寸高度分散,很难满足检测浓度要求,制约着基础医学研究和临床检测应用的发展。近年来逐渐发展成熟的微流控芯片技术为微小颗粒分离提供了机遇。由于无热产生、非接触、易操作等优点,基于负磁泳机制的颗粒操控受到了越来越多的关注,但现有研究普遍关注微米尺度颗粒,亚微米尺度颗粒的操控技术仍未成熟。基于此,本文旨在设计一种基于流体力学原理和负磁泳机制的微流控芯片,实现微米和亚微米颗粒分离,并结合数值仿真和实验验证,探究影响颗粒分离效率的因素和规律,主要包括:（1）根据磁流体流动控制方程和矩形永磁体的磁场分布特性等基础理论,设计基于鞘流和负磁泳机制的微流控芯片。（2）建立二维仿真模型,对磁场、流场和粒子轨迹进行准确计算,探究永磁体对数、磁体与通道距离、入口流速比、入口流速对分离效率的影响规律,并量化微通道中的颗粒受力、速度及迁移位置。调节相关参数,进一步实现微米与亚微米颗粒、亚微米与亚微米颗粒的有效分离。（3）进行微流控芯片实验,实现3μm颗粒与0.8μm颗粒的成功分离,验证颗粒分离的规律。... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展与现状
        1.2.1 基于微流控芯片的颗粒操控技术
        1.2.2 基于磁泳的颗粒操控技术
    1.3 本文研究内容
    1.4 本文组织结构
2 负磁泳的基础理论
    2.1 磁场与磁化
    2.2 铁磁流体
        2.2.1 铁磁流体磁化原理
        2.2.2 铁磁流体流动控制方程
    2.3 矩形永磁体的磁场分布
    2.4 抗磁性颗粒的力学分析
        2.4.1 负磁泳力
        2.4.2 曳力
        2.4.3 其他作用力
    2.5 颗粒运动方程
    2.6 本章小结
3 基于鞘流和负磁泳机制的二元抗磁颗粒分离
    3.1 芯片设计
    3.2 仿真模型搭建
        3.2.1 几何模型及网格划分
        3.2.2 磁场仿真
        3.2.3 流场仿真
        3.2.4 粒子追踪
        3.2.5 仿真模型验证
    3.3 仿真结果分析
        3.3.1 分离模式
        3.3.2 分离效率的影响规律
        3.3.3 颗粒运动分析
    3.4 粒径扩展
    3.5 本章小结
4 微流控芯片实验
    4.1 实验方法
        4.1.1 微流控芯片制作
        4.1.2 溶液制备
        4.1.3 磁场强度表征
        4.1.4 实验平台搭建
    4.2 实验结果
        4.2.1 仿真条件下的颗粒分离结果
        4.2.2 实验参数优化
        4.2.3 分离效率的定量表征
    4.3 讨论
        4.3.1 磁性纳米颗粒聚集现象的影响
        4.3.2 本文设计的进一步优化方案
    4.4 本章小结
总结
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]微流控芯片技术应用进展[J]. 孙薇,陆敏,李立,张咏适.  中国国境卫生检疫杂志. 2019(03)
[2]磁流体中非磁性颗粒负磁泳操纵的数值研究[J]. 郭望城,钱胜,王瑞金,朱泽飞.  科技通报. 2017(03)
[3]单细胞分析技术研究进展[J]. 刘佳,刘震.  色谱. 2016(12)
[4]循环肿瘤细胞的生物学特性及其意义[J]. 张凯莉,高小妹,钦伦秀.  复旦学报(医学版). 2016(01)
[5]外泌体的研究进展[J]. 卢婉,杨人强,王伶.  生命的化学. 2013(04)
[6]单细胞分析的研究[J]. 程介克,黄卫华,王宗礼.  色谱. 2007(01)

硕士论文
[1]纳米Fe3O4磁流体的制备及其在交变磁场中的发热性能研究[D]. 赵洪叶.北京化工大学 2007



本文编号：3159893