第2期机械设计与制造2012年2月MachineryDesign&Manufacture45文章编号：1001—3997(2012)02-0045-03电磁MEMS磁珠操控微线圈三维磁场数值计算与模拟：l：李建鹏刘治华管文浩(郑州大学机械工程学院，郑州45O001)Three—dimensionaImagneticfieldnumericalcalculationandsimulationformicro-coiIusedformagneticbeadsmanipulationofelectromagneticMEMSLIJian-peng，LIUZhi-hua，GUANWen-hao(SchoolofMechanicalEngineering，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450001，China)【摘要】磁珠具有偶联容量高、比表面积大、易于操控等特点，基于磁珠技术的电磁MEMS可实现磁珠液滴非接触式操控，其微线圈三维磁场分析是磁珠操控优化设计的基础。对静态液体磁珠操控进行了理论分析，确定了影响磁珠操控的主要因素，并应用毕奥一萨伐尔定律和积分方程法，对关键部件微线圈的三维微磁场分布特性进行了分析。运用成熟的商业有限元分析工具Ansys建模分析微线圈三维静态磁场，所得结果与数值计算方法进行了比较，表明所用方法对于磁珠微系统三维恒定磁场的分析是可行的。关键词：微线圈；磁珠操控；三维磁场；数值计算；仿真【Abstract】Withthe．Weaturesofhighcoupledcapacity,largespeccsurfaceareaaswell傩easycontrol，non-contactedcontrolofmagneticbeaddropletsisrealizedbasedonMEMSofmagneticbeadtechnology，whichanalysisforthree-dimensionalmagneticfieldofthemicroplanarcoilisthecoreof0一mumcontrollingdesign．Themanipulatingtheoryofmagneticbeadsinstaticliquidisanalyzedtoidentifythemainfactorswhichaffectthemagneticbeadsmanipulationandanalyzethemagneticdistributionc(一acterofmicroplanarcoilbyapplyingbiot-savartlawandintegralequationmethod(IEM)．WhileusingthesophisticatedbusinessfiniteelementanalysistoolAnsysthethreedimensionalstaticmagneticfieldofmi-croplanarcoilisanalyzed，whichresultsarecomparedwithnumericalcalculationandprovethatthemethodusedinanalyzingthree—dimensionalstationarymagneticfieldformagneticbeadsmicrosystemsisfeasible．Keywords：Microplanarcoil；Magneticbeadmanipulation；Three-dimensionalmagneticfield；Numericalcalculation；Simulation中图分类号：THl6文献标识码：A1引言控制多个磁珠实现微纳尺度下液体输送与混合提供了可能。国内目前只有中国科学院与上海某大学等少数学校针对非接触式磁电磁相关MEMS技术具有能耗低、非接触式操控、灵敏度高珠液体操控进行相应研究，主要是对微线圈三维磁场定性分析，等优点，在生物医学工程中也逐渐得到了越来越广泛的应用。在生物医学工程中，磁珠可作为生物反应的固相支持物。磁珠ul具有对微线圈三维磁场定量分析还没有。基本载流导线单元(如长直导线和环绕线圈)的磁力线发比表面积大、偶联容量高、操控方便等优势，近年来得到了广泛的应用。许多研究者在非接触式磁珠液体操控方面进行了大量探散，磁感应强度及其梯度均不高。实际选用的是各种密集的平面索，积累了相当多的研究资料。国外一些科研人员利用MEMS导线，如图1所示。对如图l(a)、图l(b)图l(c)所示的开放式导微加工技术，得到集成的磁珠生物检测微系统，通过控制平面线线构型l引，可以通过形成