剪切流中磁性纳米凝胶的行为

磁性纳米凝胶（MNG）——由聚合物基质及其中嵌入的磁性纳米颗粒（MNPs）构成的软胶体——是有前景的磁可控药物载体。为开发此潜力，需清晰理解纳米凝胶磁特性与其在流体动力学流动中行为的关系。考虑到 MNG 的尺寸及其纳米流体力学中涉及的典型时间与速度尺度，实验表征该系统具挑战性。本工作中，我们结合分子动力学（MD）模拟与格子玻尔兹曼（LB）方案，旨在描述剪切速率对 MNG 形状、磁结构及运动的影响。我们发现，在剪切流中 MNG 质心趋于位于通道中心，并保持距两壁距离运动。MNG 单体除平动外还参与另两类运动：绕质心转动及相对于质心的振荡。这导致整个 MNG 的同步翻滚与摆动，并伴随其体积振荡。MNG 为高度可压缩且对载液可渗透的对象，其行为不同于经典 Taylor 型模型的预测。我们表明体积振荡与转动频率相同，且为剪切速率的增函数。我们发现 MNG 内磁相互作用越强，该复杂振荡运动频率越高，而振幅越低。最后，我们显示体积振荡导致 MNG 磁能的周期性变化。