磁性数字微流体学中精确磁性流体水珠操控的新型磁致动策略：位置控制与应用

液体水珠的精确操控在实验室-on-a-chip 系统、药物递送和生物技术等多个应用领域具有重要潜力，但一直是研究人员面临的挑战。以磁性流体为核心的磁性流体水珠（Ferrofluid marble, FM）能够通过磁场实现便捷操控。尽管 FM 在精准定位和操控方面具有巨大潜力，但迄今为止尚未在磁性数字微流体学中实现精确控制。本研究首次提出一种新型磁致动方法，采用配对的 Helmholtz 线圈和永磁体。研究阐述了控制 FM 位置的控制方程，并指出存在三种不同的磁力调整策略。随后进行实验验证，展示了所提方法的有效性。提出了用于操控 FM 的不同磁力构型，并在能耗和不同频率下的跟踪能力方面进行比较。研究展示了精确 FM 位置控制的多个应用，包括可控的往复定位、两个 FM 同时位置控制、利用 FM 实现非磁性液体水珠的运输，以及从 FM 的液体核心中提取样本的方法。