Numerical analysis of magnetic nanoparticle transport in microfluidic systems under the influence of permanent magnets

Cao Q.; Han X.; Li L.

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Numerical analysis of magnetic nanoparticle transport in microfluidic systems under the influence of permanent magnets

机译：永磁体影响下微流体系统中磁性纳米颗粒传输的数值分析

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A finite element technique was employed for analysing the transport behaviour of magnetic nanoparticles (MNPs) under the gradient magnetic field generated by rectangular permanent magnets with different configurations. To predict the exact particle dynamic behaviour, the governing non-linear differential equations, Navier-Stokes and convection-diffusion were coupled with the magnetic field equation. The MNP concentration distribution was calculated and taken as an evaluation parameter to show where MNPs are preferentially captured in a microchannel. Since the dynamic behaviour of MNPs in the flow was dependent on the competition between magnetic and fluidic forces, the effects of the flow velocity and magnetic field strength on the MNP concentration distribution were analysed. Meanwhile, the effects of magnetic design parameters for permanent magnets on the magnetic force and MNP concentration distribution were analysed. Results showed that the MNP concentration in the capture region increased with magnetic field strength and decreased with increasing flow velocity. And the shape and position of the high concentration regions were related to the applied inlet velocity, magnetic field strength, geometry of the magnets and the orientation of the remanent flux density. The simulations performed can be used as a tool for the design and optimization of millimetre-sized rectangular magnets for developing efficient lab-on-a-chip systems.

机译：有限元技术被用来分析磁性纳米粒子（MNPs）在矩形磁场的不同配置下产生的梯度磁场下的传输行为。为了预测精确的粒子动力学行为，将控制非线性微分方程，Navier-Stokes和对流扩散与磁场方程耦合。计算MNP浓度分布并将其作为评估参数，以显示在微通道中优先捕获MNP的位置。由于MNPs在流体中的动力学行为取决于电磁力和流体力之间的竞争，因此分析了流速和磁场强度对MNPs浓度分布的影响。同时，分析了永磁体的磁设计参数对磁力和MNP浓度分布的影响。结果表明，捕获区域中的MNP浓度随磁场强度而增加，而随流速增加而降低。高浓度区域的形状和位置与所施加的入口速度，磁场强度，磁体的几何形状和剩余磁通密度的方向有关。进行的仿真可用作设计和优化毫米大小的矩形磁体的工具，以开发高效的芯片实验室系统。

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《Journal of Physics, D. Applied Physics: A Europhysics Journal》 |2012年第46期|共12页
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Cao Q.; Han X.; Li L.;
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