دیود مگنتوفورتیک مثلثی برای انتقال یک طرفه تک ذرات در تراشه های میکروفلویدیک

استفاده از مدارهای مگنتوفورتیک، متشکل از فیلمهای لایه نازک، روشی مدرن به منظور انتقال دقیق و کنترل شده تک ذرات و سلولها در سیستمهای میکروفلویدیک است. مدارهای مگنتوفورتیک از مدارهای الکترونیکی الهام گرفته شده اند و شامل المانهای مداری مانند رسانا، خازن، و ترانزیستور می باشند. استفاده از این المانهای مداری امکان انتقال دقیق تعداد زیادی تک ذره بر روی تراشه را فراهم می سازد. اما تا بحال دیودهای مدارهای مگنتوفورتیک مدرن عملگر در میدان مغناطیسی سه بعدی بررسی نشده اند. در این پژوهش ما با استفاده از روش اجزاء محدود، طرح پیشنهادی دیود را شبیه سازی نموده و هندسه مناسب آن را یافته ایم. دیود مگنتوفورتیک انتقال یک طرفه ذرات و سلول های مغناطیسی را در یک محیط میکروسیال با اعمال یک میدان مغناطیسی گردان خارجی فراهم می کند. در طراحی این دیود، یک مسیر نامتقارن برای هدایت یک طرفه ذرات معرفی شده است. همچنین، برای کاهش جاذبه چالشزای مابین ذرات مغناطیسی، یک میدان مغناطیسی بایاس عمودی نیز به سیستم اعمال شده است. با مطالعه توزیع انرژی بر روی تراشه، مسیر حرکت ذرات مغناطیسی را پیش بینی نموده ایم و دستاوردها را را با نتایج آزمایشهای عملی انجام شده در کارهای قبلی تایید کرده ایم. پس از اعتبارسنجی نتایج، اثر پارامترهای مختلف، مانند اندازه ذرات، فاصله بین اجزا مسیر، و شدت میدان مغناطیسی اعمالی را بر عملکرد قطعه بررسی نمودیم. از این پس این قطعه می تواند در طراحی مدارهای مگنتوفورتیک مورد استفاده قرار گرفته و انتقال دقیقتر ذرات بر روی تراشه را امکانپذیر نماید. مدارهای حاصل کاربردهای مهمی در حوزه های بایو، پزشکی، و آزمایشگاه بر روی تراشه دارند.

chevron magnetophoretic diodes for unidirectional transport of single particles in microfluidic chips

magnetophoretic circuits, made of magnetic thin films, are modern methods for the controlled transport of microparticles and cells in the microfluidic systems. the magnetophoretic circuits, inspired from the electronic circuits, are composed of circuit elements, such as conductors, capacitors, and transistors. employing these circuit elements allows precise transportation of numerous single particles. however, to date diodes for the modern magnetophoretic circuits operating in a tri-axial field are not studied. here, we use finite element methods to simulate the proposed diode design and find its appropriate geometry. this diode unidirectionally transports particles and cells in a microfluidic environment in an external rotating magnetic field. to achieve this unidirectional transport, an asymmetric magnetic path is designed. also, to lower the particle-particle attractive forces, a vertical bias field is introduced. by studying the energy distribution on the chips, we predict the magnetic particle trajectories and verify these results by the experimental results from the previous works. after validation of our results, we study the impact of various parameters, including the particle size, the distance between the magnetic track segments, and the magnetic field intensity on the device operation. the introduced diode can be integrated into magnetophoretic circuits and more precise particle transport is achieved. the resulting circuits have fundamental applications in the fields of biology, medicine, and lab on a chip.