专利名称：基于mems技术的抗磁粒子三维操纵装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及的是一种生命科学技术领域的专用设备，尤其涉及的是一种基于MEMS 技术的抗磁粒子三维操纵装置。
背景技术：
在抗磁悬浮领域，对抗磁粒子在非接触、无损伤条件下实施俘获、移动是实现抗磁 对象操纵的基础，而磁源的变化是实现抗磁粒子平移、转向等操纵的重要保证，其本质是对 空间磁场的形状和梯度进行调控，当前抗磁悬浮技术应用的一个重要领域为生命科学领 域，因此实现磁源驱动方式的微型化与便携化，对推广抗磁悬浮技术在生命科学领域的应 用有着重要的现实意义。现有的抗磁粒子微操纵通过接触式机械微钳、非接触式光钳等，接触式操纵易对 粒子造成污染和对粒子的活性产生影响，磁钳类操纵需要第三者即磁性微球，对于需要直 接操纵抗磁粒子的场合则不适用，基于磁阿基米德效应的抗磁微操纵可以实现非接触、无 损伤的抗磁粒子微操纵，该技术中磁源主要由永磁体、通电线圈或二者的组合构成，采用永 磁体产生磁场环境时，磁场不可变，只能采用机械结构驱动永磁体位置移动实现改变磁场 分布，不利于微型化和便携，而只采用通电线圈方式产生磁场环境时，磁场强度有限，限制 了抗磁技术的应用，怎样将两者组合应用而又实现微操纵系统的微型化和便携化成为人们 研究的热点。迄今为止，尚无相关的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于MEMS技术的抗磁粒子三 维操纵装置，将抗磁悬浮技术用于生物微操纵，利用大多数生物粒子自身的抗磁性，借助磁 阿基米德效应，在普通磁场环境下，便可实现非接触式生物活性粒子微操纵，且磁源驱动方 式采用电磁调控方式柔性驱动，采用MEMS (Micro electromechanical Systems，微型机电 系统)技术，实现方法简单、可靠，便于系统的微型化和便携化。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括顺磁性溶液、腔室、永磁体和芯 片，其中腔室内设有顺磁性溶液，永磁体粘附于芯片上，腔室放置于永磁体之上。所述的芯片包括基座、负载平台、线圈阵列和弹簧，其中基座上光刻设有线圈 阵列、负载平台和弹簧，弹簧的一端固定在基座上，另一端和负载平台相连，永磁体粘附于 负载平台之上。所述的顺磁性溶液和抗磁粒子兼容，抗磁粒子是顺磁性时，顺磁性溶液的磁化率 大于抗磁粒子的磁化率。所述的线圈阵列是若干个等距离排布的线圈，负载平台位于中间线圈的正上方。所述的腔室是PDMSTolydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)或玻璃材料，腔室 的内壁覆有牛血清蛋白。所述的线圈阵列上涂覆有PDMS材料。
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本发明是利用抗磁粒子的抗磁性和弱顺磁性，将其放入顺磁性溶液中，当它们置 于永磁体产生的磁场中时，抗磁粒子在竖直方向会受到重力、浮力和抗磁力，水平方向会受 到抗磁力和溶液对它的阻力，在合适的顺磁性溶液中，抗磁粒子在竖直方向和水平方向受 力都会达到平衡，从而实现稳定悬浮，之后不同时刻，给线圈阵列中的线圈通不同的电流 (所通电流需根据线圈尺寸及是否吸引永磁体而定)，会产生不同状态的磁场，线圈产生的 磁场与永磁体产生的磁场相互作用，吸引或排斥永磁体，进而驱动永磁体向某一位置移动， 永磁体产生的空间磁场位置会发生变化，原本处在永磁体产生的磁场环境下稳定悬浮的抗 磁粒子会随着磁场的变化而运动，从而实现抗磁粒子的微操纵。本发明相比现有技术具有以下优点本发明利用磁阿基米德效应，在普通磁场环 境下，便可实现非接触式抗磁粒子微操纵，采用电磁调控方式柔性驱动磁源，实现方法简 单、可靠，便于系统的微型化和便携化。
图1是本发明的结构示意图；图2是腔室的局部示意图；图3是永磁体的局部示意图；图4是芯片的局部示意图；图5为单个线圈的示意图；其中a为三维图，b为正视图；图6是抗磁粒子的受力分析图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1和图2所示，本实施例包括抗磁粒子1、顺磁性溶液2、腔室3、永磁体4和 芯片5，其中抗磁粒子1设于顺磁性溶液2内，腔室3内设有顺磁性溶液2，永磁体4粘附 于芯片5上，腔室3放置于永磁体4之上。如图4所示，芯片5包括基座6、负载平台7、线圈阵列8和弹簧9，其中基座6 上光刻设有线圈阵列8、负载平台7和弹簧9，弹簧9的一端固定在基座6上，另一端和负载 平台7相连，永磁体4粘附于负载平台7之上。如图3所示，永磁体4的排列是由4个相同参数的NdFeB永磁体组合，这四个永磁 体的磁化方向沿轴向且相邻磁极方向相反。本实施例中，线圈阵列8是9个等距离排布的线圈组成，负载平台7位于中间线圈 的正上方。所述的顺磁性溶液2和抗磁粒子1兼容，如要抗磁粒子1是顺磁性，顺磁性溶液2 的磁化率大于抗磁粒子1的磁化率。本实施例选用GdCl3水溶液或MnCl2水溶液作为顺磁性溶液2。所述的弹簧9共有4个，弹簧9的一端和负载平台7的相连，另一端和芯片5相连。
所述的腔室3是PDMS或玻璃制成，腔室3的内壁覆有牛血清蛋白。
如图5所示，线圈阵列8中的线圈都为螺旋形式，线圈电极无法从同一平面引出， 所以需采用MEMS多层掩膜技术，将线圈的内电极从线圈的底下一层引出。线圈阵列8上涂 覆设有PDMS材料。如图6所示，线圈阵列8不通电，负载平台7位于芯片5中央，抗磁粒子1位于顺 磁性溶液2中，在永磁体4产生的恒定磁场环境下，抗磁粒子1在重力、浮力、抗磁力、溶液 对其的阻力等力的合力下，抗磁粒子1受力会达到平衡，从而稳定悬浮，这时满足方程<formula>formula see original document page 5</formula>
其中p工、x工分别是抗磁粒子1的密度和磁化率，P 2、x 2分别是顺磁性溶液2的 密度和磁化率，g是重力加速度，B是磁感应强度，z是竖直方向的位移，P ^是真空磁导率， 其值为 y 0 = 4 31 X 10_7H/m。此时，给线圈阵列8中的不同线圈，在不同时刻通不同的电流(所通电流需根据线 圈尺寸及是否吸引永磁体4而定)，通电流的线圈产生磁场，这个磁场与永磁体4产生的磁 场会相互作用，吸引或排斥永磁体4，永磁体4的位置发生移动，永磁体4的磁场位置跟随 移动，抗磁粒子1的受力会发生变化，发生一定的移动，运动到下一个平衡位置处，对线圈 阵列8中的电流给予控制，抗磁粒子1就会运动到指定的位置，实现对抗磁粒子1的三维操 纵。
权利要求
一种基于MEMS技术的抗磁粒子三维操纵装置，其特征在于，包括顺磁性溶液、腔室、永磁体和芯片，所述的芯片包括基座、负载平台、线圈阵列和弹簧，其中基座上光刻设有线圈阵列、负载平台和弹簧，弹簧的一端固定在基座上，另一端和负载平台相连，永磁体粘附于负载平台之上，腔室内设有顺磁性溶液，腔室放置于永磁体之上。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的抗磁粒子三维操纵装置，其特征是，所述的 顺磁性溶液和抗磁粒子兼容。
3.根据权利要求1或2所述的基于MEMS技术的抗磁粒子三维操纵装置，其特征是，所 述的顺磁性溶液是用GdCl3水溶液或MnCl2水溶液。
4.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的抗磁粒子三维操纵装置，其特征是，所述的 线圈阵列是若干个等距离排布的线圈，负载平台位于中间线圈的正上方。
5.根据权利要求1或4所述的基于MEMS技术的抗磁粒子三维操纵装置，其特征是，所 述的线圈阵列上涂覆有PDMS材料。
6.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的抗磁粒子三维操纵装置，其特征是，所述的 腔室是PDMS或玻璃。
7.根据权利要求1或6所述的基于MEMS技术的抗磁粒子三维操纵装置，其特征是，所 述的腔室的内壁覆有牛血清蛋白。
全文摘要
一种生命科学技术领域的基于MEMS技术的抗磁粒子三维操纵装置，包括顺磁性溶液、腔室、永磁体和芯片，所述的芯片包括基座、负载平台、线圈阵列和弹簧，基座上光刻设有线圈阵列、负载平台和弹簧，弹簧的一端固定在基座上，另一端和负载平台相连，永磁体粘附于负载平台之上，腔室内设有顺磁性溶液，腔室放置于永磁体之上。本发明磁源驱动采用柔性电磁驱动方式，结构简单，采用MEMS工艺，可制成低成本、便携式的片上系统。
文档编号B81C1/00GK101830427SQ20101014887
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月17日 优先权日2010年4月17日
发明者刘武, 张卫平, 李世鹏, 胡牧风, 陈文元 申请人:上海交通大学