磁镊是通过施加外部梯度磁场来操控场中的可磁化微粒，进而操纵与之相连的生物样品。与其他显微操控技术如原子力显微镜、玻璃微针、光镊等相比，磁镊拥有很好的测量和操纵能力、装置较简单以及无机械接触、无光损伤等优势，已经成功的应用到了许多生物领域。此外，典型的生物材料对磁场不敏感，磁力仅作用于导磁性微粒，不会发生不必要的捕获。这些特点使得磁镊在生物学领域中具有很高的应用价值，基于此本文主要做了如下研究:　　首先，概述了磁镊系统的基本组成结构、工作过程、操控特点以及理论原理并在此基础上重点介绍了磁镊系统核心部分磁路，给出了两种磁场产生方案，并分析了各自特点，选定以电磁磁路为核心的磁镊装置设计。　　其次，设计了一个四极子电磁镊系统，能够在垂直平面内的对磁性微粒施加任意的2D方向上磁力，用于操控及测量生物样品的实验研究。基于Solidworks的三维建模和电磁铁的基础对电磁驱动系统装置进行了结构设计并介绍了其选材加工。基于大电流功率放大器OPA548设计了四路压控恒流源用于驱动四个线圈。分别分析了系统的磁场、磁路和磁力，基于磁单极子近似和矢量叠加原理建立了描述系统产生的磁场和磁球所受磁力的理论模型，并进一步对该分析力模型进行了简化推导。　　最后，以电磁场有限元分析为基础，采用ANSYS软件定量对四极子电磁驱动系统工作区域内的三维静态电磁场进行了数值分析。基于ANSYS仿真计算:分析了系统磁阻与磁场强度的关系，并对系统结构进行了优化，减小了线圈产热问题，提高了系统性能，演示了梯度磁场的产生以及控制。并在已有力学模型基础上，采用ANSYS仿真计算对驱动电流与磁球受力平衡位置的关系进行了修正，以准确描述我们设计的装置。仿真结果证明，控制施加的标准化线圈电流该系统装置能够在XZ平面内产生2D方向的磁力，且能够在工作中心附近区域内线性的移动磁阱平衡点，将磁球稳定到所期望的位置。