【摘要】：磁鑷是單分子操作技術(shù)中實現(xiàn)對生物分子進行操作的常用基本工具,單分子操作技術(shù)的發(fā)展對磁鑷提出了輸出磁力范圍大、控制穩(wěn)定且能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度控制等要求,但目前國內(nèi)現(xiàn)有磁鑷大多數(shù)為永磁式磁鑷或者無閉環(huán)反饋的電磁式磁鑷,存在輸出磁力自由度單一、難以實現(xiàn)對磁性微球運動軌跡的精確控制等問題。本課題在對國內(nèi)外磁鑷技術(shù)進行分析的基礎(chǔ)上,對電磁式四極磁鑷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進行研究,主要包括:對四極磁鑷中磁極的結(jié)構(gòu)設(shè)計與磁場分析、建立四極磁鑷的電流-磁力模型、推導(dǎo)并簡化磁力-電流反力模型,最終組建電磁式四極磁鑷系統(tǒng),實現(xiàn)對磁性微球位置與運動軌跡的穩(wěn)定控制。相比于國內(nèi)目前現(xiàn)有磁鑷技術(shù),其優(yōu)點是可以在二維平面內(nèi)輸出任意方向的磁力,且可以實現(xiàn)磁性微球位置與運動軌跡的高精度閉環(huán)控制。課題主要研究內(nèi)容如下:首先,進行四極磁鑷中磁極的結(jié)構(gòu)設(shè)計,對施加到磁極線圈的電流與磁性微球上產(chǎn)生的磁力之間的關(guān)系進行研究,采用具有磁單極近似的集總參數(shù)模型來描述由磁極產(chǎn)生的磁場,基于該近似建立電流-磁力模型;推導(dǎo)四極磁鑷磁力-電流反力模型,并將該反力模型簡化,消除磁力輸出過程中的非線性和位置依賴性導(dǎo)致計算復(fù)雜而難以實現(xiàn)快速磁力輸出的問題。然后,組建四極磁鑷實驗系統(tǒng),選用軟磁合金作為磁鑷磁極和磁軛材料,以減小磁滯效應(yīng)對磁鑷性能的影響;設(shè)計并制作磁極的電磁驅(qū)動單元,完成核心控制板和壓控電流源的設(shè)計與調(diào)試,實現(xiàn)對四個磁極的驅(qū)動與控制;組建熒光顯微成像系統(tǒng)并完成相關(guān)程序設(shè)計,實現(xiàn)對磁性熒光微球位置監(jiān)測,采樣頻率達到200Hz,由此建立磁性微球位置閉環(huán)反饋單元。最后,對所組建的四極磁鑷系統(tǒng)進行實驗測試,實現(xiàn)對磁性微球的穩(wěn)定俘獲、高精度位置與運動軌跡控制。對閉環(huán)反饋單元中磁性微球的定位分辨力進行測試,其定位分辨力優(yōu)于40nm;使用P控制器,通過分析磁性微球的運動功率譜,對磁力增益、液體阻尼系數(shù)、以及控制系統(tǒng)時間延遲等參數(shù)進行計算,得出磁鑷系統(tǒng)在工作區(qū)域中心處所輸出的磁力范圍為±79.2p N;進一步使用PI控制器驗證磁鑷的簡化反力模型的準確性;最后,對該磁鑷系統(tǒng)中磁性微球的位移分辨力和運動軌跡控制能力進行測試,結(jié)果表明,磁性微球位移分辨力可達到400nm,且可實現(xiàn)在二維平面內(nèi)進行任意方向運動。當(dāng)圓形運動軌跡半徑為49.1μm時,軌跡誤差為5.9μm,表明了該四極磁鑷系統(tǒng)對磁性微球具有良好運動軌跡控制能力。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH79
【圖文】：

熒光共振轉(zhuǎn)移技術(shù)結(jié)合探測端粒 G-quada Yapici 提出了在一種坡莫合金單極是制作磁極的理想材料，但是坡莫問題 Murat 等人以金屬鎢作為磁極磁極的制作，探針實物圖如圖 1-2 所生大梯度的磁場，從而在磁極尖端米位移臺上即可實現(xiàn)磁性微球的移產(chǎn)生較大的磁力，以實現(xiàn)磁性微球

鑷與熒光共振轉(zhuǎn)移技術(shù)結(jié)合探測端粒 G-quadruplex t Kaya Yapici 提出了在一種坡莫合金單極電磁率，是制作磁極的理想材料，但是坡莫合金對該問題 Murat 等人以金屬鎢作為磁極的芯完成磁極的制作，探針實物圖如圖 1-2 所示。以產(chǎn)生大梯度的磁場，從而在磁極尖端附近產(chǎn)度納米位移臺上即可實現(xiàn)磁性微球的移動。微球產(chǎn)生較大的磁力，以實現(xiàn)磁性微球的抓取

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 李來利;李靜;;用于垂直面內(nèi)電磁驅(qū)動的裝置設(shè)計與仿真[J];機械與電子;2015年07期

2 李銀妹;龔雷;李迪;劉偉偉;鐘敏成;周金華;王自強;姚q;;光鑷技術(shù)的研究現(xiàn)況[J];中國激光;2015年01期

3 戴雅馨;;淺析PID參數(shù)整定方法[J];純堿工業(yè);2009年06期

4 姚建銓,安源,趙海泉;光鑷技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J];光電子·激光;2004年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李來利;二維電磁鑷裝置的設(shè)計和仿真[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 李淑萍;基于AFM的細胞力學(xué)特性實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

本文編號：2719352