磁靶向是利用梯度磁场将磁性微米/纳米粒子定向输运到目标区域的一种磁操控技术，因其在宏观和微观尺度层面均具有重要的应用前景(如基因磁转染、磁靶向治疗、磁分离和磁捕获等)而备受国内外学者的广泛关注。目前，在现有的磁靶向理论、技术及应用研究中，磁场类型以静态磁场为主，在探究粒子的运动机制时主要考虑外加非均匀磁场所带来的梯度磁场力作用，忽略了粒子间的磁相互作用力及其对目标区域粒子最终分布形态的影响。然而，在诸多应用中，磁性粒子及其复合物在靶区的分布特征至关重要，如在磁基因转染中，磁性基因载体的分布特征直接决定了其与目标区域的细胞间的作用效率，进而影响后续的转染效率。为了探究粒子间磁相互作用力这一单一因素诱导的磁团聚行为及其对靶区粒子分布特性的影响，本研究结合仿真和实验，开展了磁性粒子的磁团聚行为及其对粒子沉降分布特性的影响研究，相关研究结果对于理解和改善磁靶向行为以及磁场系统设计具有一定的理论价值和实践意义。
　　在理论和仿真层面，建立了磁性粒子沉降系统的三维蒙特卡洛法和解析法仿真模型，为模拟静态和动态磁场下的粒子团聚和沉降特性提供了有效的仿真手段。同时，定义了目标区域粒子的平铺占比、平均距离和链长分布等参数，为定性描述粒子的最终分布形态提供了可能。在实验装置层面，提出并研制了一种基于轴线正交的新型双线圈磁场源系统，为产生实验所需的静态磁场、双轴交变磁场及阶跃磁场等提供了条件。基于上述研究条件，本文探究了传统静态磁场下粒子间磁相互作用力对其运动行为产生的影响，以及两类动态磁场对粒子在目标区域运动和分布的调控作用。仿真和实验研究结果表明，粒子间磁相互作用力对粒子的动力学行为以及最终在目标区域的分布特性产生了显著影响。其中，静态垂直磁场下，粒子因沿着垂直容器底部平面(目标区域)方向发生团聚现象而导致部分粒子难以沉降，进而造成粒子的平铺占比和不考虑磁相互作用力下情况相比明显偏小；静态水平磁场下，粒子因沿着水平方向发生团聚现象而造成沉降后分布不均。对于动态磁场，研究发现可以通过在沉降过程中施加双轴交变磁场来调整微容器底部粒子的最终分布形态参数，包括粒子平均覆盖率和分离间距等。然而，与具有垂直静态磁场的情况相比，粒子的分布均匀性变差。进一步研究发现，阶跃式动态磁场可以改善这一问题，其可提升粒子平铺占比的同时，确保粒子的分布保持均匀。