自然界中的大多数物质都具有弱反磁性,当反磁性物质处在磁场中时,会受到磁场给它的抗磁力。当在空间中某一点处,物质所受抗磁力与重力平衡时,物质可以稳定悬浮。本项目利用大多数生物体自身的反磁特性,结合MEMS技术,利用磁阿基米德效应,以独特的“反磁势阱钳”实现生物粒子芯片内的俘获和操纵。本文首先对当前生物微操纵技术的研究现状做了介绍,对比了不同微操纵技术的实现原理及优缺点。然后详细介绍了抗磁悬浮技术的分类、原理及实现方法,结合基于磁阿基米德效应的抗磁悬浮技术及MEMS技术,提出了一种新型的抗磁微操纵技术,并对该微操纵技术的实现原理及相应芯片的实现工艺作了详细介绍。抗磁悬浮技术中,抗磁力的分析是该技术的难点,在第三章中,对抗磁悬浮系统进行了电磁场分析,运用电磁场理论推导了抗磁悬浮系统中电磁场矢量、电磁场力及电磁力矩的求解方程,为抗磁力的求解提供理论依据。为更好实现微纳尺度的粒子微操纵研究,在第四章中,首先在宏观尺寸下,进行了黄豆、绿豆等不同种子的悬浮及分离研究。研究了顺磁性GdCl3溶液的配比、永磁铁的构造结构,并用Maxwell 3D(Ansoft公司)软件仿真了种子悬浮时,永磁体组合结构的磁场分布,并模拟仿真了种子在不同位置处,抗磁力的受力情况。根据磁源位置变动和磁源位置不动两种磁源调控方式,设计了三个微米级粒子的微操纵实验:一个是基于永磁体磁化芯片内Ni进而捕获粒子实验;一个是基于移动平台移动永磁体改变芯片内磁场分布,进而实现粒子微操纵;最后一个实验是通过MEMS工艺,在芯片内制作线圈阵列,在不同时刻给不同线圈通直流电,通过电磁感应原理,改变芯片内磁场分布,进而实现粒子微操纵。第五章和第六章分别介绍了这三个微操纵实验的实现方案、芯片构造及工艺步骤,并用Maxwell 3D软件仿真了各个实验中的磁场分布情况。通过实验证明,基于MEMS的抗磁微操纵技术完全可以实现生物粒子的捕获、分离等微操纵,且具有自己独特的优势,有望成为一种新型的微操纵技术。