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粒子運(yùn)動(dòng)與磁場(chǎng)定位移動(dòng)

Category: STEM國(guó)際競(jìng)賽 Date: 2020年3月22日下午6:46

磁場(chǎng)，物理概念，是指?jìng)鬟f實(shí)物間磁力作用的場(chǎng)。磁場(chǎng)是一種看不見(jiàn)、摸不著的特殊物質(zhì)。磁場(chǎng)不是由原子或分子組成的，但磁場(chǎng)是客觀存在的。磁場(chǎng)具有波粒的輻射特性。磁體周圍存在磁場(chǎng)，磁體間的相互作用就是以磁場(chǎng)作為媒介的，所以兩磁體不用在物理層面接觸就能發(fā)生作用。電流、運(yùn)動(dòng)電荷、磁體或變化電場(chǎng)周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來(lái)源于電流，電流是電荷的運(yùn)動(dòng)，因而概括地說(shuō)，磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷或電場(chǎng)的變化而產(chǎn)生的。今天小編要介紹的科研項(xiàng)目與磁場(chǎng)有關(guān)系。課題題目就是加州理工科研課題：“芯片上的實(shí)驗(yàn)室”：磁場(chǎng)誘導(dǎo)微粒定向移動(dòng)。

課題簡(jiǎn)介

磁場(chǎng)誘導(dǎo)微粒定向移動(dòng)技術(shù)是近十年發(fā)展起來(lái)的一種高效高通量生物分離分析技術(shù)。該技術(shù)利用磁場(chǎng)的梯度對(duì)微粒產(chǎn)生的力誘導(dǎo)微粒進(jìn)行定向移動(dòng)，可在細(xì)胞生物學(xué)、生物技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程以及臨床醫(yī)學(xué)研究中用于細(xì)胞的分選、RNA 和DNA 的分離、制備、純化等，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的市場(chǎng)潛力和發(fā)展前景。

該項(xiàng)目中，我們將探索多物理場(chǎng)作用下粒子的運(yùn)動(dòng)并具體設(shè)計(jì)一種基于微流體的磁場(chǎng)誘導(dǎo)微粒定向移動(dòng)器件，研究其速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、磁場(chǎng)和粒子的軌跡并評(píng)價(jià)其粒子分離的性能指標(biāo)。

科研方法

計(jì)算機(jī)仿真模擬

計(jì)算機(jī)仿真模擬是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件建立抽象模型、模擬真實(shí)條件并進(jìn)行分析的技術(shù)。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相比，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)通過(guò)數(shù)學(xué)建模，解放了普通實(shí)驗(yàn)對(duì)于器材的苛刻要求，具有可多次進(jìn)行、反復(fù)試錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)黑箱化了復(fù)雜的理論推導(dǎo)與數(shù)據(jù)計(jì)算，能夠以直觀的方式呈現(xiàn)研究的成果，對(duì)于初次涉獵科學(xué)研究的高中生而言，也更為簡(jiǎn)單易學(xué)、容易上手。

例如：在設(shè)計(jì)外太空的衛(wèi)星軌道時(shí)，受制于客觀條件，科研工作者無(wú)法在地球上重現(xiàn)外太空的環(huán)境，因此，只能借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，對(duì)外太空的情況和衛(wèi)星的軌道進(jìn)行模擬、反復(fù)實(shí)驗(yàn)，并基于模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，完成科學(xué)的軌道設(shè)計(jì)。