Fe3O4纳米颗粒是一种超顺磁性物质,具有高比表面积、表面易修饰,良好生物相容性、低毒性等特点,在生物、物理等多领域都有广泛应用,尤其在生物医学领域获得越来越多关注。Fe3O4纳米颗粒在生物医学领域的应用主要包括:作为磁场药物靶向的磁性载体;物质磁分离中的磁响应粒子;磁共振成像中的造影剂等。这些应用中大多利用磁场对Fe3O4纳米颗粒的磁化力作用,例如:在磁场药物靶向中,主要利用磁场控制体内携带药物的Fe3O4纳米颗粒,使其聚集约束在体内病灶部位进行靶向治疗,减少药物对正常组织和细胞等的伤害;在物质磁分离中利用磁场将携带目标物质的Fe3O4纳米颗粒捕获,从而将目标物质从混合物中分离。可见磁场在Fe3O4纳米颗粒的应用中占据了举足轻重的作用,而在磁场的两大类型:永磁场和电磁场中,永磁场相比电磁场具有经济、安全、方便等优点,所以选用永磁体作为Fe3O4纳米颗粒应用中的工作磁体是一个很好的选择。然而,由于磁场环境具有发散的特点,磁场强度从磁体向外部空间逐级衰减,目前永磁体对Fe3O4纳米颗粒的聚集约束还存在效率低、聚集效果差、靶向精度低等缺点,因此,研究永磁场分布特点,探寻永磁场对Fe3O4纳米颗粒的作用规律,设计能对Fe3O4纳米颗粒进行高效聚集和约束的磁场具有非常重要的意义。本文首先研究了普通永磁体的磁场分布规律。使用ANSYS有限元软件模拟了不同形状和尺寸的永磁体产生的磁场环境,包括单块或多块圆柱、空心圆柱体、长方体磁体等,从磁场分布云图的形状上直观地比较了不同形状和尺寸磁体产生磁场之间的差异。实验发现:在一块磁体中,磁场强度最大的区域在磁体的边缘;磁体的形状和大小对磁场分布影响很大,如在圆柱形磁体中随着径高比减小,磁体表面的磁场强度增强;磁体之间不同的排布方式对磁场分布也有很大影响,通过合理的磁体排布方式,将获得较高的磁场分布。在了解永磁体磁场分布特点的基础上,本文对Fe3O4纳米颗粒聚集约束磁场进行了系统分类,将其分为了一维聚集与约束磁场、二维聚集与约束磁场、三维聚集与约束磁场三种类型,并例举了多种能在不同维度上对Fe3O4纳米颗粒进行聚集约束的磁体结构,包括能实现一维聚集与约束的沿轴线方向或沿垂直于轴向方向磁化的空心圆柱永磁体、特殊排列的三个永磁体、Halbach阵列,能实现二维聚集与约束的单块永磁体、不同排列的两块永磁体,以及实现三维聚集与约束的理论猜想。为了提高磁场对Fe3O4纳米颗粒的聚集约束效果,本文提出了使用时变磁场实现Fe3O4纳米颗粒高效聚集约束的方法,并设计和加工了实验装置,该装置主要由一对N极与S极正对的永磁体组成,两个磁体围绕磁体之间的轴旋转,所选用的轴垂直于磁体的轴线,装有Fe3O4纳米颗粒悬浮溶液的容器固定在旋转轴位置上,当磁体不旋转时,可以看到颗粒聚集在容器的两端靠近磁体的位置,而当旋转磁体后,可以看到颗粒迅速聚集成一团。实验结果表明在该时变磁场下实现了静场下无法实现的Fe3O4纳米颗粒聚集,且聚集速度和效果优于静场下（包括单块磁体以及N-S静磁场）的颗粒聚集。本文还探索了实现Fe3O4纳米颗粒三维聚集与约束的方法,在多种磁场环境下进行了三维聚集约束尝试（包括时变N-S永磁体装置内、时变单块永磁体装置内、与磁性物质结合等）,并设计了沙漏形磁场环境。通过增加溶液黏度的方法,在部分磁场环境下实现了颗粒的短暂三维悬浮。实验结果表明磁场下实现三维聚集约束存在挑战,实现精准靶向的有效方法是将磁场与其它技术结合。