微流控芯片中磁珠捕获的数值仿真

在微流控芯片中,利用磁场力操控技术实现磁珠的有效捕获在生物检测和生化分离等方面应用广泛,其在微尺度下的运动特性与磁场力和黏滞阻力的关系显得尤为重要。根据磁珠在微通道中的受力和运动方程,建立磁场和流场共同作用下磁珠的二维动力学数值模型,对三种磁场分布下磁珠的运动特性以及不同入口速度和磁场强度对磁珠捕获率的影响进行数值仿真。研究表明:磁体高宽比(h/w)越大,磁体内部的磁通密度越大且分布越均匀。当磁体高宽比从0.5增至6时,极性相同磁体的捕获率范围为26.7%~100%;极性相反和单磁体的磁珠捕获率最大值分别为63.3%和53.3%。双磁体的磁化方向对捕获率的影响为:h/w<2时,极性相反的磁珠捕获率较大;反之则小于极性相同的捕获率。通过仿真计算,入口流速介于1mm/s^2cm/s时,磁珠捕获率随流速的增加而减小。结果可用于实验指导流体流速进而优化磁珠使用量;并对微流控芯片的设计具有理论指导意义。