微纳米颗粒的磁场驱动控制平台设计

实验名称：功率放大器在磁性微纳米颗粒微流体操控研究中的应用

实验内容：设计一套精准的磁场操控平台，并制备两种不同类型磁性颗粒；研究了均匀型磁性颗粒在磁场下的成链的机理，给出成链模型，通过实验研究了不同因素对成链的影响。探索了一种新的流场显示方法，利用磁性纳米链对微尺度下气泡溃灭时的流场进行显示;还通过气泡驱动-磁场导航的方式，对非均匀型磁性颗粒进行精准操控，实现了微尺度下微纳米磁性颗粒的定向导航运动，并对微尺度下操控磁性颗粒在颗粒加载方面的应用进行了初步实验研究。

磁场平台控制系统

实验设备：高速相机-倒置显微镜系统、均匀型微米Fe3O4磁性颗粒，两台信号发生器及其自带的软件、三维亥姆霍兹线圈、三台ATA-309放大器等。

实验过程：设计了微纳米颗粒的磁场驱动控制平台，通过电生磁的方式，由信号源输出不同的电压及频率，经功率放大器进行信号放大，由亥姆霍兹线圈产生均匀磁场，高速CCD-倒置荧光显微镜系统观察记录磁性颗粒的运动行为。同时介绍了数据处理方法，包括磁性颗粒的运动轨迹及速度分析，及磁性颗粒形成磁链后的磁链数计算等。

选用的功率放大器作用是将电信号放大，传递到线圈产生磁场，主要有以下特点:(1）可以将信号最大放大至30倍，支持单通道输出;(2）可以方便控制信号的输入或切断，并保存上次设置的参数，输入参数方便;(3）具有散热及自我保护系统，保证实验安全。

实验结果：

（1）频率对磁链的影响；

同一时刻内不同频率成链情况

不同频率下数密度随时间的变化

（2）电压对于磁链的影响

同一时间下颗粒在不同电压下的成链情况

各电压下颗粒随时间变化的成链情况

其他条件相同时，随着频率的增大，外部磁场方向的改变会变快，系统的稳定性下降，使得成链速度变慢，相对更不易成链;随着电压的增大，磁感应密度会变大,颗粒与颗粒间作用力会变强,磁链更容易形成;另外,随着颗粒浓度的增加，磁链的长度也会边长，由于颗粒间距离的变小，磁性颗粒更容易吸引到一起。

实验中用到的ATA-309功率放大器参数指标：

最大输出电压90Vp-p（±45Vp），最大输出电流 18Ap，带宽（-3dB）高达DC~30KHz，最大输出功率810Wp，压摆率≥6V/μs。

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审核编辑：汤梓红