导线阵列产生的微电磁力操纵磁粒子研究

论文摘要

当磁粒子包裹相应的外层物质时,可以与细胞产生选择性黏附,该特性可用于细胞分离、分选、药物运输等。在硅片上制作导线阵列,通过对相应导线阵列的通断电控制,可以操纵微磁粒子运动,也就控制了与其相联的细胞运动。细胞运动到指定位置,借助工具对细胞进行操作,研究细胞特性。本论文研究工作的主要内容如下:1.全面地概述了国内外细胞操纵方法的发展状况与工作原理。2.从理论上对基于导线阵列产生的微电磁力操纵磁粒子方案进行可行性分析,并使用有限元分析软件ANSYS作导线阵列相关的电磁场分布情况模拟分析、在有培养液情况下的温度场分布情况模拟分析,以及用计算软件Matlab对磁粒子在局部磁场作用下所受到的电磁力、磁粒子运动时受到培养液粘滞力进行计算仿真。3.设计了导线阵列的结构尺寸和工艺流程,并制作了光刻掩膜版。完成了导线阵列的各种工艺的研究,其中关键的工艺是PECVD和磁控溅射。在PECVD氮化硅过程中采用了新工艺,使PECVD温度只需100℃,防止了胶的碳化。4.完成了外围电路的设计,对器件进行了测试,验证了基于导线阵列产生的微电磁力操纵磁粒子方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 细胞操纵的研究意义
• 1.2 细胞操纵方法
• 1.2.1 微磁力操纵
• 1.2.2 光操纵
• 1.2.3 机械操纵
• 1.2.4 电泳操纵
• 1.2.5 细胞操纵研究的发展方向
• 1.3 选题依据与论文内容
• 第2章 导线阵列设计与理论计算
• 2.1 引言
• 2.2 磁粒子
• 2.2.1 磁粒子的特性
• 2.2.2 磁粒子的表面修饰
• 2.3 导线阵列设计
• 2.4 电磁场仿真
• 2.4.1 电磁场理论计算
• 2.4.2 电磁操纵力理论计算
• 2.5 温度场分析理论
• 2.6 小结
• 第3章 导线阵列模拟分析
• 3.1 引言
• 3.2 分析基本假设
• 3.3 ANSYS的电磁场分析流程
• 3.4 电磁场分析
• 3.4.1 前处理
• 3.4.2 求解
• 3.4.3 后处理
• 3.5 Matlab电磁力模拟
• 3.6 温度场分析
• 3.6.1 前处理
• 3.6.2 求解
• 3.6.3 后处理
• 3.7 小结
• 第4章 双层微导线阵列的制作工艺
• 4.1 引言
• 4.2 制作工艺流程
• 4.3 详细工艺步骤
• 4.3.1 清洗
• 4.3.1.1 硅片的清洗
• 4.3.1.2 掩膜版的清洗
• 4.3.1.3 其它实验器件的清洗
• 4.3.2 PECVD
• 4.3.3 光刻
• 4.3.4 磁控溅射
• 4.3.5 剥离
• 4.4 工艺中的问题及解决方法
• 4.5 制作完成的导线阵列
• 4.6 小结
• 第5章 微导线阵列外围电路设计
• 5.1 引言
• 5.2 参数测量
• 5.2.1 膜厚测量
• 5.2.2 导线通断
• 5.3 导线阵列电阻
• 5.4 超声焊
• 5.5 微导线阵列模型
• 5.6 PCI1204
• 5.6.1 开关量部分
• 5.6.2 工作原理
• 5.6.3 开关量输入输出使用与操作
• 5.5.4 函数调用说明
• 5.6.5 电流流向推理图表
• 5.6.6 PCI1024开关量输出操作界面
• 5.6.7 微电磁力操纵磁粒子实验系统
• 5.7 电路原理图
• 5.8 单片机实验平台
• 5.8.1 单片机实验电路仿真
• 5.8.2 实验操作平台
• 5.9 实验结果及分析
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文