CN110176341A - 空间内磁颗粒调控聚集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空间内磁颗粒调控聚集方法，包括以下步骤：步骤一，设置磁控装置，该磁控装置包括至少两个线圈对，线圈对包括两组极化线圈组和两个推动线圈，极化线圈组包括单向极化区，同一对的两个单向极化区互有交叉，形成双向极化区；不同对的线圈对的双向极化区互有交叉，以形成磁调控区；步骤二，将分散的磁颗粒置于所述磁调控区；步骤三，单向极化；步骤四，单向推动，步骤五，重复步骤三和四使磁颗粒聚集。采用本发明的有益效果是，依次对各个方向上的极化线圈组和推动线圈通电，逐渐推动磁颗粒从相应的方向向磁调控区中心运动，高度可控地实现磁颗粒的聚集。

Description

空间内磁颗粒调控聚集方法
技术领域
本发明涉及磁性颗粒材料的控制领域，具体涉及一种空间内磁颗粒调控聚集方法。
背景技术
磁性颗粒尤其是纳米磁颗粒是近年来发展迅速且极具应用价值的新型材料，在现代科学的众多领域如生物医药、磁流体、催化作用、核磁共振成像、数据储存和环境保护等得到越来越广泛的应用。纳米磁颗粒一般由铁、钴、镍等金属及其氧化物组成，在医学领域中其通常为核壳结构，由磁性内核及包裹在磁性内核外的高分子聚合物/硅/羟基磷灰石壳层组成。最常见的核层由具有超顺磁或铁磁性质的Fe3O4或γ-Fe2O3制成，具有磁导向性，意味着磁场环境下磁颗粒具有靶向性。在外加磁场作用下磁颗粒可定向移动，方便定位和靶向目标区域。
磁颗粒携带药物后，在磁调控作用下，能很好的聚集于靶向位置，有助于当前一些重大疾病的治疗实现重大技术突破，如肿瘤治疗等。然而，现有技术条件下这些磁颗粒很难在磁场作用下聚集于身体深部位置，只能聚集于浅表组织。这样，药物通过血液循环在除目标部位之外的正常组织中扩散就会产生药物副作用，特别是药效剧烈的药物如抗癌药物，其对正常组织细胞也有杀伤作用。解决这一问题的关键在于如何控制药物准确的抵达病灶处，以及药物的准确释放。尽管现有靶向技术包括磁靶向技术已得到快速发展，但如何实现深度靶向仍面临重大技术挑战，并且也是国际研究热点，最近两年国际顶尖期刊均有关于磁调控技术的报道。尽管研究取得了一些进展，将磁调控技术应用于临床试验还面临技术挑战。人体生理条件下，磁颗粒的运动状态非常复杂，因此基础研究需要以简化的模型在体外条件下进行验证。首先要解决的问题是，如何在简化的体外环境下，发展高度可控的磁颗粒的磁调控装置和方法。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的目的之一在于提供一种空间内磁颗粒调控聚集方法。
技术方案如下：
一种空间内磁颗粒调控聚集方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，设置磁控装置，该磁控装置包括两对线圈对，一对所述线圈对包括两组极化线圈组，一组所述极化线圈组包括两个子线圈；
同一组的两个所述子线圈平行、正对设置，且导线绕向相同，同一组的两个所述子线圈之间形成单向极化区；
同一对的两个所述极化线圈组的子线圈的中心线重合；
同一对的两个所述极化线圈组的导线绕向相反，同一对的两个所述极化线圈组的单向极化区互有交叉，以形成双向极化区；
一对所述线圈对还包括两个推动线圈，两个所述推动线圈的中心线与同一对内的所述子线圈的中心线重合，形成调控中心线；
两个所述推动线圈分别位于对应的所述双向极化区的两侧，两个所述推动线圈的内端分别朝向对应的所述双向极化区，两个所述推动线圈分别与同一对的两组所述极化线圈组一一对应配合；
两对所述线圈对的双向极化区互有交叉，以形成磁调控区，两对所述线圈对的调控中心线垂直相交于所述磁调控区的中心；
将两对所述线圈对的调控中心线分别记为X轴和Y轴，将X轴方向上的两组所述极化线圈组分别记为X+向极化线圈组和X-向极化线圈组，将X轴方向上的两个所述推动线圈分别记为X+向推动线圈和X-向推动线圈；
将Y轴方向上的两组所述极化线圈组分别记为Y+向极化线圈组和Y-向极化线圈组，将Y轴方向上的两个所述推动线圈分别记为Y+向推动线圈和Y-向推动线圈；
将一组所述极化线圈组和对应的所述推动线圈记为一个单向极化-推动组；
步骤二，将分散的磁颗粒置于所述磁调控区；
步骤三，单向极化，
对任一组所述极化线圈组通电，持续时间为Tj，以在所述磁调控区内形成均匀磁场，所述磁颗粒的两极朝向在所述均匀磁场的作用下自适应转动而取向，之后断电，完成单向极化；
步骤四，单向推动，
对同一个所述单向极化-推动组内的所述推动线圈通电，持续时间为Tt，以在所述磁调控区内形成推动磁场，并控制该通电的推动线圈的磁极方向，使其推动所述磁颗粒与之远离，之后断电；
步骤五，中心聚集，
重复步骤三和步骤四，依次使X+向、Y+向、X-向、Y-向的所述单向极化-推动组工作，形成一个调控周期；
重复以上调控周期直至所述磁颗粒聚集在所述磁调控区的中心。
采用以上设计，将磁性颗粒放入磁调控区内，依照设定的规则为磁控装置的各个线圈供电，向某个极化线圈组通电从而对磁性颗粒进行极化，然后与之配合的推动线圈通电，该推动线圈在磁调控区内的磁场方向与极化线圈组的磁场方向一致，推动线圈对磁性颗粒的排斥力推动极化的磁性颗粒向磁调控区的中心平面聚集，这样依次对各个线圈对内的两组极化线圈组通电，逐渐推动磁性颗粒从相应的方向向着磁调控区的中心聚集，该方法可以高度可控地实现磁性颗粒的聚集。
作为优选技术方案，上述步骤三和步骤四的间隔时间为△T，△T＞0。
采用以上设计，其优点在于极化线圈和推动线圈的磁场会相互影响，先对磁颗粒进行极化，间隔一段时间再对推动线圈通电，可以减少电感阻抗的影响。
作为优选技术方案，上述步骤三中，先向所述极化线圈组施加高极化电压Ujh，持续时间为Tj1，然后降为低极化电压Uj，持续时间为Tj2；
其中Ujh＞Uj，Tj1+Tj2＝Tj；
所述步骤四中，先向所述推动线圈施加高推动电压Uth，持续时间为Tt1，然后降为低推动电压Ut，持续时间为Tt2；
其中Uth＞Ut，Tt1+Tt2＝Tt。
采用以上设计，其优点在于先高压后低压的方式对线圈通电，有利于克服电感阻抗，使得线圈的磁场快速上升至设计值。
作为优选技术方案，同一组的两个所述子线圈由同一根极化导线同向绕制而成，该极化导线的中间段垂直于对应的两个所述子线圈，该极化导线中间段的两端分别连接有绕线圈数相同的所述子线圈；
同一组的两个所述子线圈与相同对内另一组的两个所述子线圈相互包裹；
同一对的两个所述极化线圈组的单向极化区重叠，从而使所述双向极化区和单向极化区重合。
采用以上设计，其优点在于同一对的两个极化线圈组的单向极化区完全重叠，从而使得二者之间的极化作用区域最大化，且相应的两个推动线圈对该区域内的磁颗粒的推动作用力是对称的，有利于磁颗粒向该双向极化区的中心面聚集。
作为优选技术方案，上述子线圈为正方形线圈，其边长为L；
同一组的两个所述子线圈之间的距离为D；
D＝L/2；
所述推动线圈(120)为螺线管，其半径为r，所述推动线圈(120)的内侧内端面到所述磁调控区(130)中心的距离为d，
采用以上设计，其优点在于：一方面，两个线圈环之间的距离保证单向极化区内的磁场近似于均匀磁场，使得分散在磁调控区域内的各个磁性颗粒受到的极化磁场的作用一致；另一方面，根据通电螺线管的磁场分布特点可知，在满足上述距离参数的条件下，通电螺线管在磁调控区域中心处的磁场强度趋于零，因而可以避免在推动磁性颗粒运动过程中磁性颗粒沿着一个方向越过磁调控区域中心，并避免磁调控区域中心另一侧的磁颗粒受到推动力而向磁调控区边缘移动，各个方向依次推动磁性颗粒，使得所有磁性颗粒可以高度聚集在磁调控区域中心处。
有益效果：采用本发明的有益效果是，依次对各个线圈对内的极化线圈组和推动线圈通电，通电过程连续变化，在空间内形成规律变化的旋转极化磁场和旋转推动磁场，逐渐推动磁性颗粒从相应的方向向着磁调控区的中心聚集，该方法可以高度可控地实现磁性颗粒的聚集。
附图说明
图1为实施例一的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为线圈对的结构示意图；
图4为实施例二的结构示意图；
图5为采用实施例三或四的方法在平面内调控磁颗粒聚集的过程，图中展示了一个通电周期内磁颗粒的运动；
图6为实施例五中对一个极化-推动线圈组进行一次通电的通电参数；
图7通过视频截图方式展示实施例五中磁颗粒聚集过程；
图8为通过改变控制参数，操控聚集后的磁颗粒在磁调控区内移动的照片。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1～3所示，一种磁控装置该磁控装置包括至少两对线圈对100，一对所述线圈对100包括两组极化线圈组，一组所述极化线圈组包括两个子线圈；
同一组的两个所述子线圈平行、正对设置，且导线绕向相同；同一组的两个所述子线圈之间形成单向极化区；
同一对的两个所述极化线圈组的子线圈之间相互平行，同一对的两个所述极化线圈组的导线绕向相反，同一对的两个所述极化线圈组的单向极化区互有交叉，以形成双向极化区；
一对所述线圈对100还包括两个推动线圈120，所述推动线圈120的中心线与同一对内的所述子线圈的中心线平行，两个所述推动线圈120的中心线位于同一直线上，两个所述推动线圈120分别位于对应所述双向极化区的两侧，两个所述推动线圈120的内端分别朝向对应的所述双向极化区，两个所述推动线圈(120)分别与同一对的两组所述极化线圈组一一对应配合；
不同对的所述线圈对100的子线圈之间互有夹角；
不同对的所述线圈对100的双向极化区互有交叉，以形成磁调控区130。
同一对的两个所述极化线圈组的子线圈的中心线重合。
为使同一组的两个所述子线圈之间的极化区的极化磁场为均匀磁场，从而使该区域内的磁颗粒受到的磁场力一致，同一组的两个所述子线圈由同一根极化导线同向绕制而成，该极化导线的中间段垂直于对应的两个所述子线圈，该极化导线中间段的两端分别连接有绕线圈数相同的所述子线圈。
同一组的两个所述子线圈与相同对内另一组的两个所述子线圈相互包裹，也即同一对的两个所述极化线圈组的子线圈分别缠绕到一起。这样，同一对的两个所述极化线圈组的单向极化区重叠，从而使所述双向极化区和单向极化区重合。
所述推动线圈120的中心线与同一对内的所述子线圈的中心线重合，形成调控中心线，所有所述推动线圈120的中心线相交于所述磁调控区130的中心。
为方便所述磁控装置的各个线圈的安装，还设置有绕线模壳，所有所述子线圈分别绕制于所述绕线模壳上，所述推动线圈120固定于所述绕线模壳上。具体地，所述绕线模壳为外形呈正多面体形的壳体，平行于该绕线模壳的一对相对面绕设有同一对的两个所述极化线圈组，在这两个相对面中的上分别固定设置有所述推动线圈120。绕线模壳可使用高分子材料制造，以不干扰内部磁场为准。
所述子线圈为正方形线圈，其边长为L，同一组的两个所述子线圈之间的距离为D，D＝L/2。
这样，一个极化线圈组通电后，其两个子线圈之间的磁场分布近似是均匀的。所述推动线圈120为螺线管，其半径为r，所述推动线圈120的内侧端面到所述对应的双向极化区中心的距离为d，d与r的关系为
一对所述线圈对100的两组极化线圈组绕向相反，施加同样的电压后，二者在双向极化区的磁场方向相反，用于对磁颗粒进行极化，相应的两个所述推动线圈120分别与两组极化线圈组配合，用于推动磁颗粒运动。
为表述方便，将一组所述极化线圈组和对应的所述推动线圈120记为一个方向的单向极化-推动组。具体地，本实施例展示的是一种平面磁控装置。所述线圈对100有两对，两对所述线圈对100的中心线相垂直。内部设有立方体状的绕线模壳，极化线圈组均绕设在该绕线模壳上，推动线圈120穿设在相应的绕线模壳的面上。为表述方便，两组所述线圈对100的中心线分别记为x轴和y轴，则x轴和y轴上分别设有两个推动方向相反的极化-推动线圈组。将四个推动方向的极化线圈组依次记为X+向极化线圈组、X-向极化线圈组、Y+向极化线圈组和Y-向极化线圈组，四个推动方向的推动线圈依次记为X+向推动线圈、X-向推动线圈、Y+向推动线圈和Y-向推动线圈。X+向极化线圈组和X+向推动线圈组成X+向极化-推动组，其余依此类推，分别为X-向极化-推动组、Y+向极化-推动组和Y-向极化-推动组。
该磁控装置可用于xy平面内分散的磁性颗粒的调控聚集。
以x轴方向为例，对所述线圈对100详细说明：
如图3所示，x轴向的所述线圈对100包括正向极化线圈组A和反向极化线圈组B；
所述正向极化线圈组A包括两个子线圈，分别为子线圈A1和子线圈A2；所述子线圈A1和子线圈A2平行、正对设置，且导线绕向相同，所述子线圈A1和子线圈A2之间形成单向极化区A；
所述反向极化线圈组B包括两个子线圈，分别为子线圈B1和子线圈B2；所述子线圈B1和子线圈B2平行、正对设置，且导线绕向相同；所述子线圈B1和子线圈B2之间形成单向极化区B；
所述子线圈A1、子线圈A2、子线圈B1和子线圈B2的绕线圈数相同，所述子线圈A1、子线圈A2、子线圈B1、子线圈B2的中心线重合；
所述正向极化线圈组A的两个子线圈和所述反向极化线圈组B的两个子线圈之间相互平行，所述正向极化线圈组A和所述反向极化线圈组B的导线绕向相反；
所述子线圈A1、子线圈A2由同一根极化导线A同向绕制而成，该极化导线A的中间段垂直于所述子线圈A1和子线圈A2，该极化导线A中间段的两端分别连接有所述子线圈A1和子线圈A2；
所述子线圈B1、子线圈B2由同一根极化导线B同向绕制而成，该极化导线B的中间段垂直于所述子线圈B1和子线圈B2，该极化导线B中间段的两端分别连接有所述子线圈B1和子线圈B2；
所述极化导线A和极化导线B均为漆包线；
所述子线圈A1和子线圈B1包裹为一体形成第一个环状线束110，所述子线圈A2和子线圈B2包裹为一体形成另一个环状线束110；
所述单向极化区A和单向极化区B重合，形成双向极化区；
x轴向的所述线圈对100还包括两个推动线圈120，分别为X+向推动线圈和X-向推动线圈，其中X+向推动线圈与第一个环状线束110位于双向极化区同侧，X-向推动线圈与第二个环状线束110位于双向极化区另一侧。
实施例二
与实施例一的不同之处在于，图4展示的是一种三维磁控装置。所述线圈对100有三组，三组线圈对100围成立方体形的所述磁调控区130，三组所述线圈对100的中心线正交于所述磁调控区130的中心。内部设有正方体形的中空绕线模壳，极化线圈组均绕设在该绕线模壳上，推动线圈120穿设在相应的绕线模壳的面上。
为表述方便，三组所述线圈对100的中心线分别记为x轴、y轴和z轴，则x轴、y轴和z轴上分别设有两个推动方向相反的单向极化-推动组。将六个推动方向的极化线圈组依次记为X+向极化线圈组、X-向极化线圈组、Y+向极化线圈组、Y-向极化线圈组、Z+向极化线圈组和Z-向极化线圈组，六个推动方向的推动线圈依次记为X+向推动线圈、X-向推动线圈、Y+向推动线圈、Y-向推动线圈、Z+向推动线圈和Z-向推动线圈。组合后，依次组成X+向极化-推动组、X-向极化-推动组、Y+向极化-推动组、Y-向极化-推动组、Z+向极化-推动组、Z-向极化-推动组。
实施例三
一种磁颗粒的调控聚集方法，其过程为，
步骤一，按照实施例一或二设置好磁控装置；
步骤二，将分散的磁颗粒放入磁控装置的的磁调控区130内；
步骤三，单向极化，
对任一组所述极化线圈组通电，持续时间为Tj，以在所述磁调控区130内形成均匀磁场，所述磁颗粒的两极朝向在所述均匀磁场的作用下自适应转动而取向，之后断电，完成单向极化；
步骤四，单向推动，
对同一个所述单向极化-推动组内的所述推动线圈120通电，持续时间为Tt，以在所述磁调控区130内形成推动磁场，并控制该通电的推动线圈120的磁极方向，使其推动所述磁颗粒与之远离，之后断电；
步骤五，中心聚集，
重复步骤三和步骤四，依次使X+向、Y+向、X-向、Y-向的所述单向极化-推动组工作，形成一个调控周期；
重复以上调控周期直至所述磁颗粒聚集在所述磁调控区130的中心。
具体来说，实施例一中的磁控装置的通电过程为：先对X+向极化线圈组和X+向推动线圈先后通电；然后对Y+向极化线圈组和Y+向推动线圈先后通电；再对X-向极化线圈组和X-向推动线圈先后通电；最后对Y-向极化线圈组和Y-向推动线圈先后通电，完成一个通电周期。逆着该顺序通电也是可行的。
图5展示了在平面内调控磁颗粒聚集的过程，图中展示的是一个通电周期内磁颗粒的运动状态。初始状态下磁颗粒的分布状态如图5中a所示，开始运行后，首先X+向极化-推动组通电工作，并推动靠近X+向推动线圈的磁调控区域130内的磁颗粒向中部移动，持续一段时间后，该区域内的磁性颗粒明显向中部聚集，然后X+向极化-推动组断电，此时磁颗粒分布状态如图5中b所示，靠近X+向推动线圈的磁调控区域130内的磁颗粒向y轴方向运动；随即Y+向极化-推动组通电工作，并推动靠近Y+向推动线圈的磁调控区域130内的磁颗粒向中部移动和聚集，持续一段时间后，该区域内的磁性颗粒明显向x轴聚集，然后Y+向极化-推动组断电，此时磁颗粒分布状态如图5中c所示，靠近Y+向推动线圈区域内的磁颗粒聚集在x轴处；随即X-向极化-推动组通电工作，推动靠近X-向推动线圈的磁调控区域130内的磁颗粒向中部移动和聚集，持续一段时间后，该区域内的磁性颗粒明显聚集在中部，然后X-向极化-推动组断电，此时磁颗粒分布状态如图5中d所示，靠近X-向推动线圈的区域内的磁颗粒向y轴处聚集；随即Y-向极化-推动组通电工作，并推动靠近Y-向推动线圈的区域内的磁颗粒向中部移动和聚集，持续一段时间后，该区域内的磁性颗粒明显聚集在中部，然后Y-向极化-推动组断电，此时磁颗粒分布状态如图5中e所示，磁颗粒明显向磁调控区的中心聚集。如此反复进行多次后，磁颗粒可全部聚集在磁调控区域130的中心处。
实施例二中的磁控装置的通电过程的一个例子为：第一步对X+向极化线圈组和X+向推动线圈先后通电；第二步对Y+向极化线圈组和Y+向推动线圈先后通电；第三步Z+向极化线圈组和Z+向推动线圈先后通电；第四步对X-向极化线圈组和X-向推动线圈先后通电；第五步对Y-向极化线圈组和Y-向推动线圈先后通电；第六步对Z-向极化线圈组和Z-向推动线圈先后通电，完成一个通电周期。本领域普通技术人员应该认识到，改变各个方向的单向极化-推动组的通电先后顺序，并在一个通电周期内依次完成所有方向的通电，也是可行的。
实施例四
与实施例三的不同之处在于，每个所述单向极化-推动组的通电规则为，先向该单向极化-推动组的极化线圈组施加电压为Ujh，持续时间为Tj1，然后将电压降为Uj，持续时间为Tj2，且Tj1+Tj2＝Tj；
间隔时间后△T，向同一个所述单向极化-推动组的推动线圈120施加电压Uth，持续时间为Tt1，然后将电压降为Ut，持续时间为Tt2，且Tt1+Tt2＝Tt。
其中，Ujh＝500-550V，Uj＝120-160V；Uth＝780-850V，Ut＝100-150V；
Tj1＝5μs，Tj1＝600μs；Tt1＝40μs，Tt2＝60μs。
这样做的原因在于，由于线圈存在电感阻抗效应，刚通电时，其磁场强度是一个逐渐增大然后趋于稳定的过程。首先向线圈施加高电压，使得线圈的磁场强度更快地增加到设计值，然后再施加较低的维持电压。相较于施加恒定的维持电压的做法，本方法能够提高磁控装置的响应性，使得磁性颗粒的运动更为可控。
实施例五
根据实施例四中的方法，验证本发明的有效性。以实施例一的磁控装置为例。
将10毫克20～200nm的Fe3O4磁颗粒分散在20ml液体中，然后将其放入直径为50mm的玻璃瓶中，将玻璃瓶放入磁场调控区中心位置。设置控制参数如图6所示，每个单向极化-推动组的通电电压和时间为：
向极化线圈组施加电压为Ujh＝540V，持续时间为Tj1＝5μs，然后将电压降为Uj＝150V，持续时间为Tj2＝600μs，间隔时间△T＝605μs，向同组的所述推动线圈120施加电压Uth＝-800V，持续时间为Tt1＝40μs，然后将电压降为Ut＝-120V，持续时间为Tt2＝60μs。
本实验中，推动线圈电流达120A，根据上述方法对平面内磁纳米颗粒进行聚集。利用视频记录推动过程中玻璃瓶内的磁颗粒的分布情况，根据时间选取截图，由图7可见，随着时间增加，分散分布在平面内的磁纳米颗粒不断向中心区域汇聚，当仪器工作180s时，磁纳米颗粒明显聚集在中心区域。
实施例六
磁性颗粒在液体中运动时，距离某个推动线圈越远，受到的推动力越小，此外，还受到液体的阻力以及与瓶底的摩擦力。因此，通过设定通电电压以控制线圈电流大小，从而获得适当的磁场强度，可以使磁性颗粒缓慢地、可控地、逐步地聚集。进一步地，还可通过改变电压值和通电时间，使聚集的磁颗粒团沿一定路线移动，如图8所示，图中圆圈内为磁颗粒团。
本实验通过合理控制电源系统以获得适当的磁场，实现磁纳米颗粒在磁排斥力的作用下不断向前运动，通过平面内四个方向的推动，不断将磁纳米颗粒聚集在磁调控区域中心。通过改变通电参数，还可以使聚集后的磁纳米颗粒团沿特定路线移动或推动到目标位置。应该注意到的是，当设置三组以上的多对线圈对时，按照上述类似规则依次对各个方向的单向极化-推动组通电，通电过程连续变化，形成空间内旋转变化的多向磁场，从各个方向对磁颗粒进行推动，可实现对磁颗粒更为精细的调控。可以预见，线圈对数量越多，对磁颗粒的运动控制就越精细。此种聚集磁颗粒的方法和装置可应用于生物医学领域实验室研究，如深部肿瘤细胞的靶向去除，为更复杂、更接近生物体组织环境下的载药磁颗粒的靶向治疗提供基础。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种空间内磁颗粒调控聚集方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，设置磁控装置，该磁控装置包括两对线圈对(100)，一对所述线圈对(100)包括两组极化线圈组，一组所述极化线圈组包括两个子线圈；
同一组的两个所述子线圈平行、正对设置，且导线绕向相同，同一组的两个所述子线圈之间形成单向极化区；
同一对的两个所述极化线圈组的子线圈的中心线重合；
同一对的两个所述极化线圈组的导线绕向相反，同一对的两个所述极化线圈组的单向极化区互有交叉，以形成双向极化区；
一对所述线圈对(100)还包括两个推动线圈(120)，两个所述推动线圈(120)的中心线与同一对内的所述子线圈的中心线重合，形成调控中心线；
两个所述推动线圈(120)分别位于对应的所述双向极化区的两侧，两个所述推动线圈(120)的内端分别朝向对应的所述双向极化区，两个所述推动线圈(120)分别与同一对的两组所述极化线圈组一一对应配合；
两对所述线圈对(100)的双向极化区互有交叉，以形成磁调控区(130)，两对所述线圈对(100)的调控中心线垂直相交于所述磁调控区(130)的中心；
将两对所述线圈对(100)的调控中心线分别记为X轴和Y轴，将X轴方向上的两组所述极化线圈组分别记为X+向极化线圈组和X-向极化线圈组，将X轴方向上的两个所述推动线圈(120)分别记为X+向推动线圈和X-向推动线圈；
将Y轴方向上的两组所述极化线圈组分别记为Y+向极化线圈组和Y-向极化线圈组，将Y轴方向上的两个所述推动线圈(120)分别记为Y+向推动线圈和Y-向推动线圈；
将一组所述极化线圈组和对应的所述推动线圈(120)记为一个单向极化-推动组；
步骤二，将分散的磁颗粒置于所述磁调控区(130)；
步骤三，单向极化，
对任一组所述极化线圈组通电，持续时间为Tj，以在所述磁调控区(130)内形成均匀磁场，所述磁颗粒的两极朝向在所述均匀磁场的作用下自适应转动而取向，之后断电，完成单向极化；
步骤四，单向推动，
对同一个所述单向极化-推动组内的所述推动线圈(120)通电，持续时间为Tt，以在所述磁调控区(130)内形成推动磁场，并控制该通电的推动线圈(120)的磁极方向，使其推动所述磁颗粒与之远离，之后断电；
步骤五，中心聚集，
重复步骤三和步骤四，依次使X+向、Y+向、X-向、Y-向的所述单向极化-推动组工作，形成一个调控周期；
重复以上调控周期直至所述磁颗粒聚集在所述磁调控区(130)的中心。
2.根据权利要求1所述的空间内磁颗粒调控聚集方法，其特征在于：所述步骤三和步骤四的间隔时间为△T，△T＞0。
3.根据权利要求1所述的空间内磁颗粒调控聚集方法，其特征在于：
所述步骤三中，先向所述极化线圈组施加高极化电压Ujh，持续时间为Tj1，然后降为低极化电压Uj，持续时间为Tj2；
其中Ujh＞Uj，Tj1+Tj2＝Tj；
所述步骤四中，先向所述推动线圈(120)施加高推动电压Uth，持续时间为Tt1，然后降为低推动电压Ut，持续时间为Tt2；
其中Uth＞Ut，Tt1+Tt2＝Tt。
4.根据权利要求1或2所述的空间内磁颗粒调控聚集方法，其特征在于：同一组的两个所述子线圈由同一根极化导线同向绕制而成，该极化导线的中间段垂直于对应的两个所述子线圈，该极化导线中间段的两端分别连接有绕线圈数相同的所述子线圈；
同一组的两个所述子线圈与相同对内另一组的两个所述子线圈相互包裹；
同一对的两个所述极化线圈组的单向极化区重叠，从而使所述双向极化区和单向极化区重合。
5.根据权利要求3所述的空间内磁颗粒调控聚集方法，其特征在于：所述子线圈为正方形线圈，其边长为L；
同一组的两个所述子线圈之间的距离为D；
D＝L/2；
所述推动线圈(120)为螺线管，其半径为r，所述推动线圈(120)的内侧端面到所述对应的双向极化区中心的距离为d
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20170069415A1 (en) * 2014-03-13 2017-03-09 Forschungszentrum Juelich Gmbh Superconducting magnetic field stabilizer
CN107320723A (zh) * 2017-08-08 2017-11-07 重庆科技学院 基于三维磁场的磁性纳米粒子聚集方法
CN107491097A (zh) * 2017-08-11 2017-12-19 重庆科技学院 基于三维磁场的磁性颗粒调控装置
CN107946018A (zh) * 2017-12-29 2018-04-20 中国科学院电工研究所 一种聚焦磁场调控装置
CN108198677A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 中国科学院电工研究所 一种用于纳米颗粒的聚焦磁场调控系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170069415A1 (en) * 2014-03-13 2017-03-09 Forschungszentrum Juelich Gmbh Superconducting magnetic field stabilizer
CN107320723A (zh) * 2017-08-08 2017-11-07 重庆科技学院 基于三维磁场的磁性纳米粒子聚集方法
CN107491097A (zh) * 2017-08-11 2017-12-19 重庆科技学院 基于三维磁场的磁性颗粒调控装置
CN107946018A (zh) * 2017-12-29 2018-04-20 中国科学院电工研究所 一种聚焦磁场调控装置
CN108198677A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 中国科学院电工研究所 一种用于纳米颗粒的聚焦磁场调控系统

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