Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford, Stanford, California, ha demostrado la actuación magnética de las gotas de agua microfluídicas utilizando EPM en miniatura y ferrofluidos a base de aceite. Las gotas de agua, inmersas en una fase continua de ferrofluido de aceite, experimentan una fuerza magneto-fosfórica repulsiva en presencia deun campo magnético no homogéneo. Los EPM, capaces de generar fuertes campos magnéticos y gradientes, se utilizan por primera vez en aplicaciones microfluídicas. La actuación magnética es un enfoque atractivo para la manipulación microfluídica, dado que los campos magnéticos fuertes pueden aplicarse en materiales biológicos o fluidos conImpacto fisiológico insignificante.
A pesar de su uso común en sistemas microfluídicos pasivos, ha habido un desarrollo limitado de métodos de actuación magnética activa, principalmente debido a las limitaciones de las fuentes electromagnéticas convencionales. Los EPM combinan la capacidad de conmutación de electroimanes con la fuerza de imanes permanentes en un paquete compacto.En este trabajo, los investigadores de Stanford diseñaron, fabricaron e integraron EPM con chips microfluídicos PDMS. Mediante la activación rápida de EPM <100 μs, se lograron fuerzas de hasta 70 nN y velocidades de desplazamiento de hasta 300 μm / s en gotas de agua de 70 μm de diámetro.
los EPM son un conjunto magnético que consta de dos imanes permanentes uno duro, muy difícil de desmagnetizar, uno blando, fácil de desmagnetizar, dos polos ferromagnéticos y una bobina. Para activar el EPM, un gran 50 μs, 7Se envía un pulso de corriente a través de la bobina, lo que induce un campo magnético lo suficientemente fuerte como para revertir la magnetización del imán blando. Al repetir este proceso con pulsos de corriente positivos y negativos, el imán blando se puede magnetizar con magnetización igual u opuesta al imán duro, activando o desactivando el EPM, respectivamente. Mediante el uso de polos ferromagnéticos delgados 350 μm, se pueden lograr regiones de actuación localizadas dentro de los canales microfluídicos. "Dadas sus propiedades pequeñas, fuertes y conmutables, los EPM se pueden utilizar para la actuación magnética activaen sistemas microfluídicos, un método con muchas aplicaciones potenciales, pero actualmente limitado por las fuentes electromagnéticas existentes ", dice José I. Padovani, autor principal de este artículo.
"La principal ventaja de los EPM en miniatura sobre los electroimanes convencionales es que no requieren energía estática para mantener el estado de ENCENDIDO, eliminando las preocupaciones sobre el calentamiento Joule del fluido y la potencia excesiva del sistema", dice el profesor Roger T. Howe, Ph.D., Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Stanford. "Además, estos EPM en miniatura ensamblados a mano tienen velocidades de conmutación mucho más altas y gradientes de campo más altos de lo que es posible usando electroimanes de microbobina planas. Además, los electroimanes externos son capaces de generar intensidades de campo magnético mayores de lo queposible para microbobinas planas, pero su gran tamaño se traduce en gradientes de campo magnético mucho más pequeños y su mayor inductancia conduce a tiempos de conmutación más lentos ".
La actuación de EPM se demostró en gotitas de agua con un diámetro de 20 a 85 μm. La fuerza magnetoforética para estas gotitas varió de 5 a 70 nN, ya que la fuerza aumenta con el volumen de la gota. Se registraron velocidades de desplazamiento de hasta 300 μm / sy se utiliza para clasificar las gotas en una unión de clasificación dividida en Y. Estos experimentos se realizaron utilizando la corriente de activación EPM máxima. Un aspecto de la operación EPM que los hace realmente útiles es que utilizando corrientes de activación más bajas, se pueden obtener campos magnéticos más débiles.El campo magnético se midió a 600 μm del polo con un Gaussímetro de hasta 23,4 mT, lo que se traduce en un campo magnético de aproximadamente 300 mT en el borde del polo.
El equipo de Stanford está desarrollando nuevas aplicaciones para la actuación de EPM en sistemas de microfluidos ferro, así como la optimización del diseño de EPM. Un área de investigación actual es la manipulación y análisis de células individuales utilizando microfluídica de gotas. "La actuación de campo magnético es un mecanismo ideal paramanipulación de células vivas dado que los campos magnéticos no tienen efectos fisiológicos perceptiblemente nocivos sobre las células o la suspensión de los medios ", dice el profesor Stefanie S. Jeffrey, MD, de la Facultad de medicina de la Universidad de Stanford y coautor del artículo.
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