張文明教授課題組在Materials Horizons上發(fā)表基于磁阿基米德效應(yīng)的非標(biāo)記操控原理、方法及應(yīng)用綜述文章
發(fā)布時(shí)間：2019-04-18   閱讀：850

近日，我院振動(dòng)、沖擊、噪聲研究所張文明教授課題組在Materials Horizons（影響因子IF：13.183）上發(fā)表題為基于磁阿基米德效應(yīng)的非標(biāo)記操控原理、方法及應(yīng)用（Label-free Manipulation via Magneto-Archimedes Effect: Fundamentals, Methodology and Applications）的綜述文章。該文第一作者是博士二年級(jí)研究生高秋華，通訊作者是張文明教授。

 

非標(biāo)記操控方法在材料科學(xué)、生命科學(xué)與醫(yī)療等領(lǐng)域有著獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，吸引了科學(xué)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，非標(biāo)記磁操控技術(shù)因其成本低、操作靈活等優(yōu)勢(shì)成為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。與鐵磁材料在磁場(chǎng)作用下受到吸引力的直觀感受相反，抗磁材料在磁場(chǎng)作用下受到排斥力作用。自然界中多數(shù)被認(rèn)為沒(méi)有磁性的物質(zhì)多數(shù)為抗磁材料，由于通常其磁化率較小（通常在10-6）而被忽略。基于磁阿基米德原理的非標(biāo)記磁操控技術(shù)通過(guò)引入順磁性介質(zhì)，增大被操控對(duì)象與周圍介質(zhì)磁化率的差異性，從而放大抗磁力的作用效果，“推動(dòng)”被操控對(duì)象運(yùn)動(dòng)到局部磁場(chǎng)最弱的區(qū)域。相比于傳統(tǒng)標(biāo)記磁操控方法，基于磁阿基米德原理的非標(biāo)記磁操控技術(shù)在可操控性、材料普適性及經(jīng)濟(jì)性等方面都有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還消除了標(biāo)記物對(duì)細(xì)胞等生物材料的潛在危害，通過(guò)設(shè)計(jì)構(gòu)造和控制局部磁場(chǎng)梯度，使得操控技術(shù)更加靈活高效，可實(shí)現(xiàn)被操控對(duì)象的聚集與分離、定向與組裝等功能化技術(shù)。

 

圖1. 磁阿基米德原理

 

文章系統(tǒng)評(píng)述和總結(jié)了近年來(lái)基于磁阿基米德原理非標(biāo)記操控方法的機(jī)理、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用，并針對(duì)不同尺度下的操控機(jī)理和應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的闡述與分類，包括基于磁懸浮操控的材料密度表征、自組裝、微重力環(huán)境模擬，以及基于微流體操控的顆粒捕獲、聚集、分離及自組裝技術(shù)，對(duì)于無(wú)接觸非標(biāo)記磁操控技術(shù)的深入討論將更高效地、靈活地實(shí)現(xiàn)非磁性材料的調(diào)控，具有重要的科學(xué)意義。

 

圖2. 基于磁阿基米德原理的非標(biāo)記磁操控方法與技術(shù)

 

課題組近年來(lái)在抗磁懸浮機(jī)理、檢測(cè)及其應(yīng)用方面進(jìn)行了廣泛研究，相繼在IEEE Trans. Mag.、Appl. Phys. Lett.、Sensor Actuat. B-Chem.等期刊上發(fā)表了相關(guān)研究論文。

 

該研究成果得到上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新計(jì)劃和上海市青年優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

 

論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1039/C8MH01616J

供稿：振動(dòng)、沖擊、噪聲研究所  
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