磁性仿生纤毛阵列实现微流体的动态调控

杨朴凡，张执南

（上海交通大学 机械与动力工程学院，上海200240） 

摘要：本研究提出了一种基于仿生磁性纤毛阵列的微流体动态调控方法；通过理论建模与实验验证相结合，实现了磁场驱动下微流体运动的精确空间调控与局部化操纵。采用微尺度增材制造技术制备了高精度微柱阵列模具，并以聚二甲基硅氧烷（PDMS）和Ecoflex为柔性基底材料，系统研究了磁性微柱结构的动态力学响应特性。研究重点考察了基底材料本征特性、磁性掺杂浓度及功能添加剂对纤毛阵列动态性能的影响机制。实验数据表明：基底材料的力学特性参数，特别是弹性模量，是决定系统动态偏转响应的关键控制因素。对比分析显示，Ecoflex基底的动态性能显著优于PDMS体系，而氧化石墨烯的引入可有效增强磁性微柱的功能特性。在微流体泵送应用研究中，基于无量纲系数构建了泵送效能评价体系，并优化了磁性材料与功能添加剂的复合配比方案。本研究通过实验与理论分析的协同验证，为微流体系统的优化设计提供了新思路；在精准医疗和个性化治疗等领域展现出重要的应用前景。

关键词：磁性纤毛阵列，微流体操控，仿生纤毛  

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Cite this article

Yang, P., Zhang, Z. Magnetic Biomimetic Cilia Arrays Enable Dynamic Control of Microfluids. J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sci.) (2025). https://doi.org/10.1007/s12204-025-2876-7