خازن‌های مدارهای جنبش مغناطیسی مبتنی بر طرح ti به منظور ذخیره‌سازی ذرات و سلول‌ها در یک میدان مغناطیسی سه‌بعدی

یکی از اهداف مهم در حوزه آزمایشگاه بر روی تراشه، انتقال ریزذرات میکرومتری و سلول‌ها بر روی تراشه‌های ریزسیالی است. استفاده از نیروهای مغناطیسی با امکان کنترل از راه دور حرکت ذرات، از مناسب‌ترین روشها در این زمینه است. به تازگی، با الهام از مدارهای الکترونیکی و به منظور انتقال کنترل شده ذرات بر روی تراشه در یک میدان مغناطیسی سه‌بعدی، مدارهای جنبش مغناطیسی معرفی شده‌اند که مبتنی بر فیلم نازک مغناطیسی با طرح ti هستند. اما تا به امروز در این مدارها از خازن به منظور ذخیره‌سازی ذرات منتقل شده استفاده نشده است. در این پژوهش، خازن‌های مدارهای جنبش مغناطیسی مبتنی بر طرح ti پیشنهاد شده و مشخصه‌یابی می‌شود. عملکرد خازن معرفی شده برای ذخیره‌سازی ذرات با قطرهای مختلف در میدان‌های مغناطیسی دوار با فرکانس‌های مختلف بررسی می‌شود. در این راستا، از روش‌های اجزاء محدود برای شبیه‌سازی توزیع انرژی پتانسیل مغناطیسی حاصل از فیلم نازک مغناطیسی استفاده می‌شود. همچنین، حرکت ذرات در محیط سیال، با در نظر گرفتن نیروی پسا با روش شبه تحلیلی و تحلیل تصادفی مطالعه شده و اعتبار نتایج با آزمایش‌های تجربی تایید می‌گردد. در فرکانس کاری0/1 هرتز راندمان ذخیره‌سازی ذره معادل 98 درصد به‌دست آمد. با قرار گرفتن این عنصر مداری در مدارهای جنبش مغناطیسی، تراشه مورد نظر تکمیل شده و کاربردهای مهمی در سیستمهای آزمایشگاه بر روی تراشه، زیست شناسی تک سلولی، و غربال‌گری دارویی خواهد داشت.

ti magnetophoretic capacitors for storing particles and cells in a tri-axial magnetic field

one of the main goals in the field of lab-on-a-chip is the manipulation of microparticles and cells on microfluidic chips. methods based on magnetic forces, with remote controllability over particle movement, are considered one of the most appealing techniques toward this goal. recently, inspired by electronic circuits and to transport particles in a controlled fashion in a tri-axial magnetic field, magnetophoretic circuits based on ti-shaped magnetic thin films are introduced. however, to date, capacitors are not used in order to store transported particles in these circuits. here, ti magnetophoretic capacitors are introduced and characterized. the capability of the capacitor for storing particles of different sizes at various rotating magnetic field frequencies is studied. towards this goal, finite element methods are used to simulate the magnetic potential energy distribution created by the magnetic thin films. also, the trajectory of the magnetic particles, considering the drag forces, based on semi-analytical analysis and statistical methods, is investigated. the simulation results are validated experimentally. at the operating frequency of 0.1 hz loading efficiency of 98% was achieved. adding this circuit element to the magnetophoretic circuits results in a complete chip, with important applications in lab-on-a-chip systems, single-cell biology, and drug screening.