1. 研究目的与意义（文献综述）

磁泳是指粘性介质中的磁性颗粒在外加磁场作用下的运动，通过磁场力诱导磁性微粒定向移动实现分离的技术称为磁泳分离技术，利用磁场力诱导磁微/纳米微粒定向移动实现精细分离的磁泳分离技术是近年来发展起来的一种重要的生物分离手段^[1-3]。然而，当非磁性或者抗磁性材料颗粒在粘性液体中受外磁场的作用时，也会产生与磁场梯度相反的磁浮力，推动非磁性微粒朝着远离磁场源的方向运动，这种现象通常被称为负磁泳(negative magnetophoresis)^[4]，这种磁浮力（即负磁泳力）的大小与磁场的梯度大小、粘性流体和颗粒的磁化强度差以及微粒的粒径大小相关^[5]。因此，这种方法可以根据颗粒尺寸在磁流体中实现非磁性微粒分离^[6-8]。负磁泳技术在颗粒分离中最大的优势在于无需对目标颗粒进行修饰，它根据颗粒粒径的差异进行分离，因此，它在细胞分离中具有很大的应用价值。

1.2 研究目的及意义

负磁泳技术为实现非磁性粒子的无标记连续分离提供了重要的手段，在细胞分选、dna提纯等生化分离及检测领域具有重要的应用前景^[9]，为实现在物理特性差异较小条件下非磁性微粒间的有效分离。其优势在于磁场力具有很强的可控性和灵活性，且分离效率不受通道表面电荷、溶液ph值和离子强度等影响^[10]。负磁泳细胞分选，作为一种微流控方式的细胞分选方法，除一般微流控方式的优势外，还具备高通量、高效率及高可靠性的优点，而且能够推广到其他生物试样的分选中，应用范围非常广阔^[11]。

磁泳细胞分选可分为离散和连续两种方式。ramadan,q等人提出离散方式通常需要捕获、清洗、洗脱三个步骤。英国赫尔大学的pamme等在做分离实验时，所采用的的两种磁性粒子的等效半径比超过2.5，以扩大粒子间受到的磁作用力差，另一方面也可以采用类似箍缩流的方法来降低位置差^[12]。但无论如何，磁珠积聚阻碍了微通道中的流体流动，将导致捕获效率的降低。于是，连续方式应运而生。han, x等人^[13]证实该方法能够克服离散方式的缺点并简化系统操作，引起了越来越多的关注。kang和park等^[14]使用带微通道的芯片增强顺磁粒子分离的磁场强度以及场梯度。在负磁泳细胞分选中，liang l和zhang c等人^[15]发现磁场驱动非磁性微粒朝着远离磁源的方向移动，微通道内颗粒越靠近磁源位置磁力越大，磁力最大值发生在永磁体相邻两直角附近，所以越靠近磁源的颗粒偏转也越大。

2. 研究的基本内容与方案

通过非均匀磁场诱导磁流体中非磁性颗粒定向移动实现分离的负磁泳技术，其在微流控系统中的应用及微尺度下的分离特性成为目前研究的热点，可与非带电粒子在非均匀外加电场作用下产生的介电电泳运动相类比。在本研究中需掌握非磁性粒子在磁流体中的磁化和受力特性，掌握微管道中非磁性粒子的连续式负磁泳分离行为的分析方法。

2.2 研究目标

通过阅读各类文献，了解负磁泳分离相关专业知识的发展历史、现状及趋势，以及该领域内技术发展历史中的重大突破的背景和影响，掌握非磁性粒子在磁流体中的磁化和受力情况，掌握微尺度下的非磁性粒子的负磁泳技术；掌握软件设计的方法，设计微管道中非磁性粒子的连续式负磁泳的分离模型，掌握有限元软件中有关磁场、流场及粒子跟踪模块的应用，使用comsol软件对不同流速条件和管道结构下微管道内非磁性粒子进行动力学分析。达到培养动手能力能力、分析能力及学习能力的目的。

3. 研究计划与安排

4 ~ 5周：了解有限元法的基本求解理论，学习软件comsol中磁场、流场及粒子跟踪等模块的使用；翻译英文资料。

6 ~ 7周：建立微管道中非磁性粒子的连续式负磁泳的分离模型，并且进行模型验证。

8 ~ 9周：基于有限元模型系统探究不同管道结构和流体参数条件下微粒的动力学行为和分离特征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] magnetic separation of particles and cells in ferrofluid flow through astraight microchannel using two offset magnets[j] . jian zeng,yanxiangdeng,pallavi vedantam,tzuen-rong tzeng,xiangchun xuan. journal ofmagnetism and magnetic materials . 2013

[2] magnetic separation, manipulation and assembly of solid phase in fluids[j] . g.friedman,b. yellen. current opinion in colloid amp; interface science .2005 (3)

[3] 车津晶,万谦宏.基于磁泳的生物分离分析技术[j].化学进展,2006(z1):344-348.