Несмотря на его обычное использование в пассивных микрофлюидных системах, методы активного магнитного срабатывания были разработаны ограниченно, в основном из-за ограничений обычных электромагнитных источников. EPM сочетают в себе коммутационную способность электромагнитов с силой постоянных магнитов в компактном корпусе. В этой работе исследователи из Стэнфорда разработали, изготовили и интегрировали EPM с микрожидкостными чипами PDMS. Использование быстрой активации EPM (
EPM представляют собой магнитную сборку, состоящую из двух постоянных магнитов (один жесткий – очень трудно размагничивать, один мягкий – легко размагничивать), двух ферромагнитных полюсов и катушки.
Чтобы активировать EPM, большой 50 μс, 7 Через катушку проходит импульс тока, вызывающий магнитное поле, достаточно сильное, чтобы изменить намагниченность мягкого магнита. Повторяя этот процесс с положительными и отрицательными импульсами тока, мягкий магнит может быть намагничен с равной или противоположной намагниченностью, как у жесткого магнита, таким образом, включая EPM или OFF, соответственно. Используя тонкий (350 μm) ферромагнитные полюса, локализованные области срабатывания могут быть достигнуты в микрофлюидных каналах. «Учитывая их небольшие, прочные и переключаемые свойства, EPM могут использоваться для активного магнитного срабатывания в микрофлюидных системах, метод с множеством потенциальных применений, но в настоящее время ограничен существующими электромагнитными источниками», – говорит Хосе I. Падовани, ведущий автор этой статьи.
«Основное преимущество миниатюрных EPM перед обычными электромагнитами заключается в том, что им не требуется статическая мощность для поддержания состояния ВКЛ, что устраняет опасения по поводу джоулева нагрева жидкости и чрезмерной мощности системы», – говорит проф. Роджер Т. Хау, доктор философии.D., Электротехнический факультет Стэнфордского университета. «Кроме того, эти собранные вручную миниатюрные EPM имеют гораздо более высокие скорости переключения и более высокие градиенты поля, чем это возможно при использовании плоских электромагнитов с микрокатушкой. Кроме того, внешние электромагниты способны генерировать большую напряженность магнитного поля, чем это возможно для плоских микрокатушек, но их большой размер приводит к гораздо меньшим градиентам магнитного поля, а их большая индуктивность приводит к более медленному времени переключения."
Срабатывание ЭПМ было продемонстрировано на каплях воды в диапазоне от 20 до 85 μм в диаметре. Магнитофоретическая сила для этих капель составляла от 5 до 70 нН, поскольку сила масштабируется с объемом капли.
Скорость перемещения до 300 μм / с были записаны и использованы для сортировки капель в Y-образном сортировочном узле. Эти эксперименты проводились с использованием максимального тока активации EPM. Один из аспектов работы EPM, который делает их действительно полезными, заключается в том, что, используя более низкие токи активации, можно получить более слабые магнитные поля.
Магнитное поле измерялось 600 μм от полюса с помощью гауссметра на расстоянии до 23.4 мТл, что соответствует магнитному полю около 300 мТл на краю полюса.
Команда из Стэнфорда в настоящее время разрабатывает новые приложения для срабатывания EPM в ферромикрофлюидных системах, а также оптимизирует конструкцию EPM.
Одна из областей текущих исследований – манипуляции с отдельными клетками и их анализ с использованием капельной микрофлюидики. «Активация магнитного поля – идеальный механизм для манипуляции живыми клетками, учитывая, что магнитные поля не оказывают заметного вредного физиологического воздействия на клетки или суспензию среды», – говорит проф. Стефани С. Джеффри, М.D., из Медицинской школы Стэнфордского университета и соавтор статьи.