微通道磁泳分离系统中微粒的运动特性及分离效率研究-中国生物医学.PDF

３４ 卷 １ 期 中　 国　 生　 物　 医　 学　 工　 程　 学　 报 Ｖｏｌ. ３４　 Ｎｏ. １ ２０１５年２月 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｅｂｒｕａｒｙ　 ２０１５ 微通道磁泳分离系统中微粒的运动特性及分离效率研究 １ ２ ２ ２ ∗ 韦卫中　 曹全梁 　 冯　 洋 　 韩小涛 １(华中科技大学同济医学院附属武汉市妇女儿童医疗保健中心ꎬ武汉　 ４３００１６) ２ (华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心(筹)ꎬ武汉　 ４３００７４) 摘　 要:通过磁场力诱导微/ 纳米微粒定向移动实现分离的磁泳分离技术在生化分离及检测等领域得到了广泛关 注ꎬ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ꎮ 基于磁泳分离系统中磁性微粒的受力 和运动方程ꎬ建立梯度磁场和流场共同作用下磁性微粒的二维动力学数值模型ꎬ对不同流速条件和管道结构下微 管道内单/ 双磁性微粒的动力学特性和分离行为进行数值研究ꎮ 研究表明:Ｔ 型管道内不同流层的宽度可由入口 流速比来调控ꎬ当流速比从１增加至６ 时ꎬ磁性微粒所在的流层宽度从１００ μｍ减小为５３ μｍꎬ大大降低不同微粒间 的初始间距ꎬ可有效提高微粒群间的分离识别度ꎻ当不同粒子群间完全分离后ꎬ在微管道出口处引入扩张通道ꎬ可 将微粒群间的分离间距从５４ μｍ提高至２６８ μｍꎮ 在此基础上ꎬ实现粒径２和３ μｍ磁性微粒的有效分离ꎮ 研究 结果对于提高磁泳分离效率和优化微流控系统具有理论指导意义ꎮ 关键词:磁泳分离ꎻ微流控ꎻ分离效率ꎻ磁性微粒 中图分类号　 Ｒ３１８　 　 文献标志码　 Ａ　 　 文章编号０２５８￣８０２１(２０１５)０１￣００１７￣０７ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｇｎｅｔｏｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ １ ２ ２ ２∗ Ｗｅｉ Ｗｅｉｚｈｏｎｇ 　 Ｃａｏ Ｑｕａｎｌｉａｎｇ 　 Ｆｅｎｇ Ｙａｎｇ 　 Ｈａｎ Ｘｉａｏｔａｏ １ (ＷｕｈａｎＭｅｄｉｃａｌ Ｃａｒｅ Ｃｅｎｔｅｒｆｏｒ Ｗｏｍｅｎ ａｎｄ ＣｈｉｌｄｒｅｎＡｆｆｉｌｉａｔｅｄ ｔｏ ＴｏｎｇｊｉＭｅｄｉｃａｌ ＣｏｌｌｅｇｅꎬＨｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｈａｎ４３００１６ꎬＣｈｉｎａ) ２ (Ｗｕｈａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｉｇｈ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ ＣｅｎｔｅｒꎬＨｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｈａｎ４３００７４ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｍａｇｎｅｔｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｏｒｃｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ/ ｎａｎｏ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｅｐａｒａｔｉｎｇｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｗｉｄｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎ. Ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍｉｃｒｏ