Luận án Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ nền Fe có cấu trúc micro-nano định hướng ứng dụng trong y sinh

Tiếp theo là sự liên kết giữa các tế bào sinh học với các vi cấu trúc từ. Trong trường hợp này, vị trí của các tế bào so với bề mặt các vi cấu trúc từ sẽ được quan sát bằng thực nghiệm và bằng tính toán lý thuyết. Các thí nghiệm được thực hiện trên một số tế bào như tế bào RBC, tế bào T-47D [135]. 5.1. Bắt giữ hạt từ Trong phần này, các vi cấu trúc từ được sử dụng để quan sát quá trình dịch chuyển và ổn định của các hạt từ. Trước khi nhỏ hạt từ và dung dịch từ, bề mặt các vi cấu trúc từ được che bằng một miếng Si dày 10 µm để thuận tiện cho việc bảo quản và làm sạch vi cấu trúc từ. Hai loại hạt từ đã được sử dụng cho thí nghiệm này là các hạt NdFeB có đường kính trung bình 7 µm đã sử dụng trong chương 4 và dung dịch chất lỏng từ bao gồm các hạt siêu thuận từ Fe3O4 có đường kính 1 ÷ 10 nm, khối lượng riêng 1,43 g/cm3, từ độ bão hòa đạt 25 emu/g (hình 5.1). Thông thường để có thể thực hiện việc bắt giữ hạt từ, hai điều kiện sau cần phải được thiết lập (tương tự với việc bắt giữ các tế bào sinh học nhưng thay lực hút tới các nam châm bằng lực đẩy ra xa các nam châm): 115 + Các hạt phải bị hút thẳng tới các nam châm đủ nhanh trước khi trôi theo dòng chất lỏng, tức là Fmz phải lớn. + Lực hút tác động lên các hạt khi các hạt chạm tới cạnh, bề mặt nam châm phải cân bằng về độ lớn nhưng ngược hướng với Fd được tạo ra bởi dòng chất lỏng. (a) (b) (c) Hình 5. 1. Dung dịch chứa các hạt siêu thuận từ Fe3O4 (a), đường cong từ trễ của dung dịch (b) và phân bố kích thước hạt của dung dịch (c). Trong trường hợp tĩnh (Fd = 0), các hạt từ sẽ bị hút và bắt giữ dường như ngay lập tức ở phía trên các cạnh, bề mặt nam châm. Còn trong trường hợp xem xét tới tác động của dòng chảy đẩy hạt ra xa vị trí bề mặt, cạnh của các nam châm thì vị trí cân bằng của các hạt cũng không nằm xa các cạnh của nam châm. Trong trường hợp này các hạt sẽ bị kéo nhẹ tới vị trí mới, nơi mà lực từ tổng cộng được tạo ra làm thành một góc so với trục z. Vị trí cân bằng mới này là một vị trí mà thành phần của lực từ dọc theo trục y cân bằng về độ lớn với lực kéo của dòng chất lỏng (hình 5.2). 116 Hình 5. 2. Vị trí cân bằng của hạt từ bị bắt giữ trên bề mặt của nam châm khi theo dòng chất lỏng chảy qua bề mặt nam châm. Hạt bị đẩy bởi Fd của dòng chất lỏng tới vị trí mà Fd cân bằng với Fmy (hình tròn đứt nét là vị trí cân bằng của hạt từ trong trường hợp tĩnh). Hai điều kiện được đề cập ở trên thường được tối ưu độc lập, liên quan tới cấu hình của cấu trúc từ như đã được thảo luận ở các chương trước. Để hút các hạt ở xa bề mặt, các vi cấu trúc từ gồm các vi nam châm với kích thước lớn thường được sử dụng. Tuy nhiên, lực tác động mạnh và bắt giữ lại xuất hiện ở gần bề mặt và các cạnh của vi nam châm. Do đó việc bắt giữ các hạt từ thường được tối ưu bằng cách tăng số lượng vi nam châm, giảm khoảng cách giữa các vi nam châm nhưng bề mặt vẫn phải đủ lớn để có thể tác động lực ở những khoảng cách xa. Ngoài ra người ta có thể điều chỉnh các thông số khác để cải thiện khả năng bắt giữ hạt từ như: + Tốc độ dòng chất lỏng: lưu lượng dòng chảy thấp hoặc ở trạng thái tĩnh sẽ cải thiện đáng kể khả năng bắt giữ hạt từ vì các hạt không còn chịu tác động của lực kéo của dòng chất lỏng. + Chiều dày lớp bảo vệ: tăng chiều dày lớp bảo vệ đồng nghĩa với việc làm giảm lực từ có thể tác động lên các hạt từ khi chúng được hút về phía bề mặt, cạnh của nam châm, do đó làm giảm hiệu quả quá trình bắt giữ. + Tính chất từ và cấu tạo của các hạt từ cần bắt giữ: nếu bán kính hạt từ được duy trì không đổi thì khi tăng từ độ bão hòa hoặc độ cảm từ của hạt sẽ làm tăng lực tác động lên hạt. 117 Các ảnh chụp trên hình 5.3 lần lượt là kết quả phân bố của các hạt từ NdFeB và Fe3O4 trên bề mặt vi cấu trúc từ NdFeB trên đế Si đã tạo hình. Các vi nam châm vuông trong vi cấu trúc từ là những vị trí mà ở trên đó các hạt từ bị bắt giữ. Thí nghiệm này khẳng định việc bắt giữ các hạt từ xảy ra mạnh ở các cạnh và bề mặt của các vi nam châm, nơi mà từ trường và sự biến thiên từ trường là lớn nhất, phù hợp với các thảo luận ở phần 3.4.2. Ngoài ra, chúng ta cũng nhìn thấy một vài hạt từ nằm ngẫu nhiên ở khoảng trống giữa các vi nam châm, nơi xa các vi nam châm. Điều này có thể xảy bởi hai yếu tố: các hạt chịu tác động của một lực từ không đủ mạnh trong khi định vị hoặc các hạt bị bắt giữ bởi sự biến thiên từ trường cục bộ, được gây ra bởi tương tác từ giữa các vi nam châm nằm cạnh nhau. (a) (b) Hình 5. 3. Phân bố của các hạt từ NdFeB (a) và hạt Fe3O4 (b) trên miếng Si dày 10 µm đặt trên vi cấu trúc NdFeB chế tạo trên đế Si đã tạo hình. Có thể thấy các hạt NdFeB bị hút và dính chặt vào các cạnh và bề mặt vi nam châm hơn so với các hạt Fe3O4, nhưng các hạt Fe3O4 lại tập hợp lại với nhau và tái hiện lại cấu hình của cấu trúc từ đồng đều và rõ ràng hơn. Điều này phù hợp với thực tế các hạt NdFeB có từ độ và thể tích lớn hơn các hạt Fe3O4 nên chịu lực tác dụng của các vi nam châm lớn hơn. Các tính toán sử dụng công thức 5.1 cho thấy lực hút lớn nhất tác động lên các hạt NdFeB và Fe3O4 ngay trên bề mặt cấu trúc từ lần lượt là 6,4 µN và 0,5 nN lớn hơn nhiều lần trọng lực của từng hạt. Hình 5.4 là ảnh chụp lại sự phân bố của hạt từ NdFeB trên vi cấu trúc từ FePt chế tạo trên đế Si phẳng. Kết quả thu được cho thấy vi cấu trúc từ chế tạo được có 118 thể bắt giữ và phân bố các hạt từ theo đúng cấu hình của vi cấu trúc từ nhờ lực hút do vi cấu trúc từ sinh ra tác động lên các hạt từ. Tuy nhiên sự phân bố của các hạt NdFeB chưa đồng đều, nhiều hạt phân bố vào vị trí trống giữa các vi cấu trúc từ. Điều này được giải thích bởi lực liên kết giữa các hạt NdFeB ban đầu khá lớn dẫn tới các đám hạt có kích thước lớn và nhanh chóng rơi xuống bề mặt miếng Si do tác dụng của trọng lực, đồng thời lực hút do cấu trúc từ tác động lên các hạt NdFeB chưa đủ mạnh để phá vỡ được liên kết giữa các hạt NdFeB. Với các hạt từ có sự liên kết giữa các hạt yếu hơn hoặc trọng lực nhỏ hơn thì sự phân bố và sắp xếp của các hạt từ trên bề mặt vi cấu trúc từ này có thể được cải thiện rõ rệt hơn. Hình 5. 4. Hình ảnh sự phân bố của các hạt NdFeB trên miếng Si dày 10 µm đặt trên vi cấu trúc từ FePt chế tạo trên đế Si phẳng. Trong phần tiếp theo các vi cấu trúc từ NdFeB chế tạo trên nền PDMS ở chương 4 được dùng để thử nghiệm bắt giữ các hạt từ Fe3O4 trong dung dịch chất lỏng từ. Kết quả thử nghiệm được chụp lại qua các ảnh ở hình 5.5. Ngay khi dung dịch chất lỏng từ được nhỏ lên bề mặt cấu trúc từ, các hạt Fe3O4 di chuyển, sắp xếp, phân bố theo đúng cấu hình của vi cấu trúc từ và bám dính vào miếng Si dưới tác dụng của lực hút từ do cấu trúc từ sinh ra (hình 5.5a). Tuy nhiên sự liên kết giữa các hạt Fe3O4 còn rời rạc, điều này được giải thích bởi hình dạng, kích thước của các vi nam châm (các đám hạt NdFeB) trong vi cấu trúc từ chưa thực sự đồng đều và các hạt NdFeB trong mỗi đám hạt chưa xếp chặt với nhau. Chúng ta có thể quan sát tiếp sự phân bố và sắp xếp của các hạt Fe3O4 trên bề mặt miếng Si khi dung dịch từ khô hoàn toàn (hình 5.5b). Hình ảnh thu được cho thấy các hạt Fe3O4 co cụm lại, liên kết với nhau chặt chẽ hơn 119 và phân bố đồng đều hơn theo cấu hình của vi cấu trúc từ đặt bên dưới miếng Si. Điều này chứng tỏ số lượng, sự bám dính cũng như phân bố của các hạt từ trên vi cấu trúc từ có thể điều khiển được. (a) (b) Hình 5. 5. Hình ảnh các hạt từ Fe3O4 trong dung dịch chất lỏng từ phân bố trên miếng Si dày 10 µm đặt trên vi cấu trúc từ NdFeB trên nền PDMS (a), các hạt từ Fe3O4 còn bám lại trên miếng Si khi dung dịch từ khô (b). Hình 5. 6. Hình ảnh các hạt Fe3O4 phân bố trên miếng Si dày 10 µm đặt trên vi cấu trúc từ NdFeB chế tạo bằng phương pháp in phun. Chúng tôi cũng thử nghiệm khả năng bắt giữ các hạt Fe3O4 của vi cấu trúc từ NdFeB chế tạo bằng phương pháp in phun như đã trình bày trong chương 4. Ảnh chụp kết quả thử nghiệm trên hình 5.6 cho thấy các hạt Fe3O4 cũng được bắt giữ và phân bố theo cấu hình của vi cấu trúc, nhưng sự sắp xếpcủa các hạt không chặt chẽ với nhau và rời rạc. Nguyên nhân là do cường độ từ trường và sự biến thiên từ trường trong không gian xung quanh các vi cấu trúc này nhỏ. Ngoài ra, còn do sự phân bố 120 rải rác của các hạt NdFeB trong mỗi ô vuông trong vi cấu trúc từ như đã đề cập ở phần chế tạo vi cấu trúc từ này. 5.2. Bắt giữ phần tử sinh học Trong phần này, ngoài việc quan sát các tế bào di chuyển khi được nhỏ lên các cấu trúc từ, vị trí (độ cao) cân bằng của các tế bào so với bề mặt cấu trúc từ cũng được chỉ ra bằng thực nghiệm và tính toán lý thuyết. Độ cao thực tế của các tế bào so với bề mặt cấu trúc từ được xác định bằng việc dịch chuyển mặt phẳng tiêu cự của kính hiển vi quang học. Trong khi các tính toán lý thuyết về vị trí của các tế bào dựa trên sự cân bằng của lực từ, trọng lực và lực đẩy Archimedes. Vi cấu trúc từ NdFeB chế tạo trên đế Si đã tạo hình và vi cấu trúc từ NdFeB trên nền PDMS được lựa chọn cho các thử nghiệm này do chúng có từ trường và biến thiên từ trường thích hợp để tạo ra lực đẩy đủ lớn lên các tế bào sinh học. Hai loại tế bào được sử dụng là tế bào hồng cầu và tế bào ung thư vú T-47D. (a) (b) Hình 5. 7. Tế bào hồng cầu thực tế được sử dụng trong luận án (a) và đường cong từ độ phụ thuộc từ trường của các dung dịch chứa hồng cầu theo tỉ lệ (b). Tế bào hồng cầu được sử dụng trong luận án này được cung cấp bởi Bệnh viện Quân y 103 (hình 5.7a). Hồng cầu sau khi được loại bỏ huyết tương bằng phương pháp quay ly tâm tại tốc độ 3000 vòng/phút trong 5 phút và lặp lại 4 lần được pha 121 loãng với dung dịch NaCl 0,9% thành các dung dịch có tỉ lệ khác nhau và được bảo quản ở nhiệt độ 4C. Các dung dịch với nồng độ hồng cầu khác nhau này được khảo sát tính chất từ bằng phép đo đường cong từ độ phụ thuộc từ trường M(H) (hình 5.7b). Độ cảm từ của dung dịch là -9,210-8 được xác định từ các đường cong M(H). (a) (b) Hình 5. 8. Tế bào ung thư vú T-47D (a) và đường cong từ độ phụ thuộc từ trường của dung dịch chứa tế bào T-47D (b). Dung dịch chứa các tế bào ung thư vú T-47D sử dụng trong luận án được cung cấp bởi Bệnh viện Quân y 103 có nồng độ 104 tế bào/ml. Tế bào có dạng hình cầu với đường kính 14 µm, trong suốt, khối lượng 5×10-8 g và thể tích 1436 µm3 (hình 5.8a). Từ kết quả đo đường cong M(H) có thể xác định được độ cảm từ của dung dịch là - 7,7×10-8 (hình 5.8b). 5.2.1. Vi cấu trúc từ NdFeB trên đế Si đã tạo hình Bề mặt vi cấu trúc từ được phủ lớp PDMS bảo vệ dày 10 µm, sau đó được nhỏ một lượng nhỏ dung dịch chứa các tế bào RBC nồng độ 1:10 lên trên. Lớp bảo vệ có tác dụng làm phẳng bề mặt vi cấu trúc, đảm bảo các tế bào không bị rơi xuống rãnh, khe hở giữa các vi nam châm vuông. Ngoài ra, lớp bảo vệ trong suốt giúp cho việc quan sát vị trí tương đối giữa các tế bào và các vi nam châm trong vi cấu trúc từ dễ dàng hơn. 122 (a) (b) (c) (d) Hình 5. 9. Phân bố của các tế bào RBC trên bề mặt lớp PDMS phủ trên vi cấu trúc từ NdFeB chế tạo trên đế Si đã tạo hình (a, b, c) và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tổng lực tác dụng lên tế bào RBC theo phương z vào khoảng cách d tính từ bề mặt vi cấu trúc từ (d). Ngay sau khi được nhỏ lên bề mặt vicấu trúc từ, các tế bào RBC lập tức bị đẩy ra xa khỏi các cạnh và bề mặt của các vi cấu trúc từ mà không hề phụ thuộc vào vị trí nhỏ dung dịch. Các tế bào RBC sau đó chỉ di chuyển theo các rãnh (khe hở) được tạo ra giữa các vi nam châm (hình 5.9a) và có xu hướng chuyển động vào tâm các khe hở rồi lơ lửng ở đó. Chuyển động này được gây ra bởi lực đẩy nghịch từ do vi cấu trúc từ sinh ra (hình 5.10). Thành phần Fmx và Fmy của lực đẩy này đẩy các tế bào ra xa bề mặt của các vi nam châm và tập trung các tế bào tới tâm của các khe hở, các vị trí có lực đẩy tác động lên tế bào theo các phương nằm trong mặt phẳng là nhỏ nhất. 123 Sau đó, các tế bào đến được vị trí ổn định và lơ lửng trên bề mặt vi cấu trúc từ dưới tác dụng của Fmz, phù hợp với các kết quả khảo sát về tính chất từ của vi cấu trúc từ đã đề cập trong phần 3.4.2. Hình 5. 10. Mô hình minh họa tế bào di chuyển trên bề mặt vi cấu trúc từ dưới tác dụng của lực đẩy nghịch từ. Sau khi di chuyển và tìm được vị trí ổn định, các tế bào sắp xếp khá chặt chẽ và trật tự theo cấu hình của vi cấu trúc từ (hình 5.9b). Chúng ta thấy rằng các tế bào đều nằm ở vị trí các rãnh và cách xa các cạnh, bề mặt của vi cấu trúc từ. Khi pha loãng dung dịch chứa tế bào hồng cầu (tỉ lệ 1:500), thì các tế bào có mặt trong dung dịch được nhỏ lên bề mặt vi cấu trúc từ cũng di chuyển tới vị trí chính giữa khoảng trống được tạo bởi các vi nam châm và sau đó ổn định tại đó (hình 5.9c). Từ các hình ảnh phân bố và sắp xếp của tế bào RBC trên bề mặt vi cấu trúc từ, chúng ta thấy rằng hiệu suất bắt giữ các tế bào của vi cấu trúc từ chỉ phụ thuộc vào số lượng tế bào được nhỏ lên bề mặt vi cấu trúc từ. Nếu số lượng tế bào quá nhiều, phân bố và chiếm hết không gian trống giữa các vi nam châm thì mới xuất hiện các tế bào định vị ngẫu nhiên ở những vị trí không mong muốn. Nếu số lượng tế bào nhỏ lên bề mặt vi cấu trúc từ ít thì tất cả các tế bào đều có thể tìm được vị trí ổn định cho chúng ở khoảng hở giữa các vi nam châm. Quan sát thực nghiệm bằng kính hiển vi quang học cho thấy các tế bào RBC và bề mặt vi cấu trúc từ không cùng nằm trong cùng một mặt phẳng. Khi tiêu cự của hệ thấu kính tập trung vào bề mặt vi cấu trúc từ thì hình ảnh của các tế bào RBC biến 124 mất hoặc không sắc nét và ngược lại. Bằng việc thay đổi khoảng cách giữa hệ thấu kính và bộ phận giữ mẫu, chúng ta xác định được khoảng cách giữa tế bào và bề mặt cấu trúc từ là 35 µm. Kết quả tính toán tổng lực tác dụng (Fmz, Fg và FA) lên tế bào theo trục z tại các khoảng cách (d) khác nhau so với bề mặt vi cấu trúc từ được biểu diễn bằng đồ thị trong hình 5.9d cho thấy vị trí ổn định theo trục z của tế bào là ở độ cao 34 µm so với bề mặt vi cấu trúc từ. Kết quả tính toán lý thuyết này phù hợp tốt với kết quả quan sát thực nghiệm. Sự sai khác ở đây có thể do sự không đồng nhất về kích thước của tế bào RBC hoặc độ phân giải của cơ cấu chuyển động của kính hiển vi quang học. (a) (b) Hình 5. 11. Phân bố của tế bào T-47D trên bề mặt lớp PDMS phủ trên vi cấu trúc từ NdFeB chế tạo trên đế Si đã tạo hình (a) và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tổng lực tác dụng lên tế bào theo phương z vào khoảng cách d tính từ bề mặt vi cấu trúc từ (b). Thí nghiệm tương tự được thử nghiệm với các tế bào T-47D (hình 5.11). Các tế bào T-47D sau khi được nhỏ lên bề mặt cấu trúc từ cũng có xu hướng chuyển động tới vị trí chính giữa khe hở giữa các vi nam châm và ổn định tại đó (hình 5.11a). Quan sát thực nghiệm cho thấy tế bào T-47D ổn định ở độ cao 30 µm so với bề mặt vi cấu trúc từ. Kết quả này phù hợp với kết quả tính toán lý thuyết thu được là 28,5 µm như trong hình 5.11b. 125 5.2.2. Vi cấu trúc từ NdFeB trên nền PDMS Các thí nghiệm thực hiện việc bắt giữ, điều khiển tế tế bào ung thư vú T-47D cũng được tiến hành với vi cấu trúc từ NdFeB trên nền PDMS được chế tạo trong phần 4.1. Trước khi nhỏ dung dịch chứa tế bào, bề mặt vi cấu trúc in từ được bảo vệ bởi miếng Si dày 10 µm. Các kết quả về sự phân bố và độ cao ổn định lý thuyết của tế bào T-47D được biểu diễn trong hình 5.12. Hình ảnh thực tế quan sát được cho thấy tế bào phân bố đồng đều, sắp xếp trật tự với nhau (hình 5.12a) và ổn định ở độ cao cách bề mặt miếng Si 6 µm tức là cách bề mặt vi cấu trúc từ 16 µm. Khoảng cách thực tế giữa tế bào và bề mặt vi cấu trúc từ phù hợp với giá trị tính toán lý thuyết về độ cao ổn định của tế bào T-47D trên bề mặt vi cấu trúc từ là 15,8 µm như được thể hiện trong hình 5.12b. Khoảng cách giữa các tế bào gần 100 µm trùng với khoảng cách giữa tâm các khe trống giữa bốn vi nam châm. Điều này cho thấy vi cấu trúc từ NdFeB chế tạo trên nền PDMS được cũng có khả năng trong việc bắt giữ tốt các phần tử sinh học. (a) (b) Hình 5. 12. Phân bố của các tế bào T-47D trên bề mặt vi cấu trúc từ NdFeB trong nền PDMS (a), đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tổng lực tác động lên tế bào theo phương z vào khoảng cách d tính từ bề mặt cấu trúc từ (b). 126 Kết luận chương 5: Các vi cấu trúc từ đã được sử dụng để thử nghiệm với một số hạt từ và phần tử sinh học. Kết quả thu được cho thấy, các vi cấu trúc từ đều có khả năng hút và bắt giữ các hạt từ. Mỗi loại tế bào với thể tích và độ cảm từ riêng, đều chịu tác dụng của các lực đẩy từ và tham gia đồng thời hai chuyển động, một chuyển động theo phương song song với bề mặt vi cấu trúc từ, một chuyển động dọc theo phương z vuông góc với bề mặt vi cấu trúc từ, để di chuyển tới vị trí ổn định, nơi mà các thành phần lực từ (Fmx, Fmy) tác động lên phần tử theo phương song song với bề mặt cấu trúc từ là nhỏ nhất và thành phần lực từ Fmz tác động lên phần tử dọc theo phương z cân bằng với trọng lực và lực đẩy Archimedes. Các phần tử sinh học nằm ổn định trên bề mặt vi cấu trúc từ tại những vị trí có thể được dự đoán trước qua tính toán lý thuyết và kiểm chứng bằng thực nghiệm. Điều này có thể cho thấy khả năng ứng dụng các vi cấu trúc từ để bắt giữ và phân loại trực tiếp tế bào mà không phải chức năng hóa. 127 KẾT LUẬN Trong luận án này chúng tôi đã thu được các kết quả chính như sau: - Đã chế tạo và khảo sát các tính chất của các màng NiFe dày 10 nm phún xạ trên đế Si có sử dụng lớp đệm Cu dày 100 nm. Bằng việc sử dụng lớp đệm Cu và giảm áp suất khí Ar khi phún xạ, màng NiFe có dị hướng từ vuông góc với mặt phẳng màng. - Đã chế tạo và khảo sát các tính chất của các màng FePt dày 500 nm phún xạ trên đế Si. Bằng việc sử dụng nhiệt độ đế là 350C và ủ màng ở 450C sau khi phún xạ, màng từ cứng FePt có dị hướng từ vuông góc mặt phẳng màng với HC ~ 4 kG và MR ~ 200 emu/cm3. - Đã chế tạo và khảo sát các tính chất của màng NdFeB dày 5 µm phún xạ trên đế Si. Bằng việc sử dụng nhiệt độ đế là 500C, màng từ cứng NdFeB có dị hướng từ vuông góc mặt phẳng màng với HC ~15 kG và MR ~ 1114 emu/cm3. - Trên cơ sở các màng từ có dị hướng từ vuông góc mặt phẳng, màng NdFeB được lắng đọng trên đế Si đã tạo hình để thu được vi cấu trúc từ gồm các vi nam châm hình vuông 5050 µm2, dày 5 µm và cách nhau 50 µm. Vi cấu trúc từ này có phân bố từ trường Bz ~ 88 mT và dBz/dz ~ 2,8104 T/m tại độ cao cách bề mặt vi cấu trúc từ 10 µm. Vi cấu trúc từ FePt trên đế Si phẳng gồm các vi nam châm FePt hình vuông 6060 µm2, dày 500 nm và cách nhau 40 µm có phân bố từ trường Bz ~ 1,43 mT và dBz/dz ~ 3,3×102 T/m tại độ cao cách bề mặt vi cấu trúc từ 10 µm. - Đã phát triển một số phương pháp chế tạo vi cấu trúc từ đơn giản là phương pháp in từ và in phun. Phương pháp in từ đã tạo được vi cấu trúc từ gồm các đám hạt từ NdFeB với kích thước bề mặt ~ 5050 µm2, có HC ~ 2 kG và MR ~ 45 emu/g trên nền PDMS. Vi cấu trúc từ này có Bz ~ 10 mT và dBz/dz ~ 2,0104 T/m tại độ cao cách bề mặt vi cấu trúc từ 10 µm. Phương pháp in phun đã chế tạo được các vi cấu trúc từ NdFeB và Fe3O4 với kích thước bề mặt 500500 µm2. Với phương pháp in phun này, 128 vi cấu trúc từ NdFeB có Bz ~ 4,5×10-1 mT và dBz/dz ~ 18 T/m tại độ cao cách bề mặt vi cấu trúc từ 10 µm. Còn vi cấu trúc từ Fe3O4 cho từ trường và sự biến thiên từ trường trong không gian thấp. - Đã thử nghiệm sử dụng các vi cấu trúc từ để bắt giữ trực tiếp các hạt từ kích thước micro-nano và tế bào hồng cầu, ung thư vú. Khoảng cách giữa các tế bào và bề mặt các vi cấu trúc từ quan sát được bằng thực nghiệm và phù hợp với các tính toán lý thuyết. Kết quả thử nghiệm ban đầu cho thấy các vi cấu trúc từ có khả năng bắt giữ và phân loại các loại tế bào khác nhau. 129 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 1. L. V. Cuong, N. T. M. Hong, N. H. Tiep, P. D. Thang, 2011, Tunning the properties of nanostructured NiFe film, Proceedings of the 3rd International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA 2011), 10-12 Nov. 2011, Vung Tau city, p. 874-877. 2. L. V. Cuong, N. T. Hien, P. B. Thang, P. D. Thang, 2013, Micromagnets for bio- molecules separation, Proceedings of the 4th International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA 2013), 14-16 Nov. 2013, Vung Tau city, p. 173-176. 3. L.V. Cuong, N.X. Nghia, P.D. Thang, 2015, Sorting and trapping human cells using a matrix of square micro-magnets, Materials Transactions 56, 1431-1433. 4. L. V. Cường, N. T. M. Hồng, P. Đ. Thắng, 2015, Các tính chất về cấu trúc và từ của màng NdFeB, Kỷ yếu hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học Vật liệu toàn quốc lần thứ 9 (SPMS 2015), 8-10/11/2015, tp. Hồ Chí Minh, quyển 1, trang 4- 6. 5. L. V. Cuong, N. D. Thanh, N. T. M. Hong, B. D. Tu, Q. D. Truong, P. D. Thang, 2016, Study of fabrication and properties of Fe3O4 micro-arrays, Hanoi National University of Education Journal Science: Physical Science 61, 48-53. 6. L. V. Cường, N. D. Thành, B. Đ. Tú, N. T. M. Hồng, Q. D. Trường, P. Đ. Thắng, 2017, Nghiên cứu chế tạo các nguồn vi năng lượng vĩnh cửu dựa trên vật liệu FePt, Kỷ yếu hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học Vật liệu toàn quốc lần thứ 10 (SPMS 2017), 19-21/10/2017, tp. Huế, quyển 2, trang 707-709. 7. L. V. Cuong, N. K. Thuan, P. D. Thang, 2017, Fabrication of microsized magnetic materials by ink-jet printing, Materials Transactions accepted. Danh mục này gồm 07 công trình. 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. J. D. Adams, U. Kim, and H. T. Soh (2008), “Multitarget magnetic activated cell sorter”, Proceedings of the National Academy of Sciences 105 (47), 18165-18170. [2]. J. D. Adams and H. T. Soh (2010), “Tunable acoustophoretic band-pass particle sorter”, Applied Physics Letters 97 (6), 06413_1-064103_3. [3]. H. Allag, J. P. Yonnet, M. E. H. Latreche, and H. R. E. H. Bouchekara (2011), “Coulombian model for 3D analytical calculation of the torque exerted on cuboidal permanent magnets with arbitrarly oriented polarizations”, Proceeding of 8th international conference on linear drives for industry applications, Eindhoven, Netherlands, 1-6. [4]. A. A. Amam (2009), Blood cells, Lecture, International University for science and technology, Syria. [5]. S. Amiri and H. Shokrollahi (2013), “The role of cobalt ferrite magnetic nanoparticles in medical science”, Materials Science and Engineering: C 33 (1), 1-8. [6]. M. Bartoszek, Z. Drzazga (1999), “A study of magnetic anisotropy of blood cells”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 196, 573-575. [7]. G. Blaire, A. Masse, L. F. Zanini, V. Gaude, S. Delshadi, T. Honegger, D. Peyrade, M. Weidenhaupt, F. Dumas-Bouchiat, F. Bruckert, O. Cugat, G. Reyne (2013), “Hybrid Bio-Mag-Mems combining magnetophoresis and dielectrophoresis”, The European physical journal B 86, 1-6. [8]. F. Dumas-Bouchiat, L. F. Zanini, M. Kustov, N. M. Dempsey, R. Grechishkin, K. Haselbach, J. C. Orlianges, C. Champeaux, A. Catherinot, and D. Givord (2010), “Thermomagnetically patterned micromagnets”, Applied Physics Letters 96, 102511_1-102511_3. [9]. P. Bodenes, F. Lopes, D. Pareau, O. Francais, B. L. Pioufle (2016), “Microdevice for studying the in situ permeabilization and characterization of 131 Chlamydomonas reinhardtii in lipid accumulation phase”, Algal Research 16, 357-367. [10]. D. Di Carlo, D. Irimia, R. G. Tompkins, and M. Toner (2007), “Continuous inertial focusing, ordering, and separation of particles in microchannels”, Proceedings of the National Academy of Sciences 104 (48), 18892-18897. [11]. L. Castaldi, H. A. Davies, M. R. J. Gibbs (2002), “Growth and characterization of NdFeB thin films”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 242, 1284–1286. [12]. O. Chadebec, J. L. Coulomb, and F. Janet (2006), “A review of magnetostatic moment method”, IEEE Transactions on magnetics 42 (4), 515-520. [13]. J. Chen, Z. Guo, H. B. Wang, M. Gong, X.-K. Kong, P. Xia, and Q. W. Chen (2013), “Multifunctional Fe3O4@C@Ag hybrid nanoparticles as dual modal imaging probes and near-infrared light-responsive drug delivery platform”, Biomaterials 34, 571-581. [14]. P. Chen, Y. Huang, G. Bhave, K. Hoshino, X. Zhang (2016), “Ink-jet micromagnet array on glass slides for immunomagnetic enrichment of circulating tumor cells”, Ann Biomed Eng. 44 (5), 1710-1720. [15]. H. Chetouani, C. Jeandey, V. Haguet, H. Rostaing, C. Dieppedale, J. F. Jacquot, T. Kerlin, and G. Reyne (2007), “Principle and analysis of a two- dimensional onchip magnetophoresis of bioparticles for contamination-free biochemical reactors”, IEEE Transactions on Magnetics 43 (4), 1673-1676. [16]. H. Chetouani, C. Jeandey, V. Haguet, H. Rostaing, C. Dieppedale, and G. Reyne (2006), “Diamagnetic levitation with permanent magnets for contactless guiding and trapping of microdroplets and particles in air and liquids”, IEEE Transactions on magnetics 42, 3557-3559. [17]. C. Y. Chiang, W. C. Ming, L. S. Hao (2016), “Particles sorting in micro channel using designed micro electromagnets of magnetic field gradient”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 407, 209-217. 132 [18]. S. Chigirinsky, M. Kustov, N. Dempsey, C. Ndao, and R. Grechishkin (2009), “Calculations and measurements of the magnetic field of patterned permanent magnetic films for lab-on-chip applications”, Reviews on Advanced Materials Science 20, 85-91. [19]. T. S. Chin (2000), “Permanent magnet films for applications in microelectromechanical systems”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 209, 75-79. [20]. S. Choi, J. K. Park (2005), “Microfluidic system for dielectrophoretic separation based on a trapezoidal electrode array”, Lab on a Chip 5, 1161– 1167. [21]. B. G. Compton, J. W. Kemp, T. V. Novikov, R. C. Pack, C. I. Nlebedim, C. E. Duty, O. Rios, and M. P. Parathaman (2016), “Direct-write 3D printing of NdFeB bonded magnets”, Journal of Materials and manufacturing processes, 1-5. [22]. C. G. Coral, H. A. Fantana, J. Howard (2016), “A force-generating machinery maintains the spindle at the cell center during mitosis”, Science 352 (6289), 1124-1127. [23]. O. Cugat, J. Delamare, and G. Reyne (2003), “Magnetic micro actuators and systems (MAGMAS)”, IEEE Transactions on Magnetics 39 (5), 3607-3612. [24]. L. V. Cuong, N. T. M. Hong, N. H. Tiep, P. D. Thang (2011), “Tunning the properties of nanostructured NiFe film”, Proceedings of the 3rd International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA 2011), 874-887. [25]. B. G. Demczyk, R. Naik, G. Auner, C. Kota, and U. Rao (1994), “Growth of Cu films on hydrogen terminated Si(100) and Si(111) surfaces”, Journal of Applied Physics 75 (4), 1956-1961. [26]. N. M. Dempsey, D. Le Roy, H. Marelli-Mathevon, Gorky Shaw, A. Dias, R. B. G. Kramer, L. V. Cuong, M. Kustov, L. F. Zanini, C. Villard, K. Haselbach, C. Tomba and F. Dumas-Bouchiat (2014), “Micro-magnetic imprinting of 133 high field gradient magnetic flux sources”, Applied Physics Letters 104, 262401_1-262401_5. [27]. N. M. Dempsey, A. Walther, F. May, D. Givord, K. Khlopkov, and O. Gutfleisch (2007), “High performance hard magnetic NdFeB thick films for integration into micro-electro-mechanical systems,” Applied Physics Letters 90 (9), 092509_1-092509_3. [28]. C. Derec, C. Wilhelm, J. Servais, and J. C. Bacri (2010), “Local control of magnetic objects in microfluidic channels”, Microfluidics and Nanofluidics 8, 123-130. [29]. N. G. Durmus, H. C. Tekin, S. Guven, K. Sridhar, A. A. Yildiz, G. Calibasi, I. Ghiran, R. W. Davis, L. M. Steinmetz, and U. Demirci (2015), “Magnetic levitation of single cells”, Proceedings of the National Academy of Sciences 112 (28), 3661-3668. [30]. R. Fulcrand, A. Bancaud, C. Escriba, Q. He, S. Charlot, A. Boukabache, and A. M. Gué (2011), “On chip magnetic actuator for batch-mode dynamic manipulation of magnetic particles in compact lab on chip”, Sensors and Actuators B: Chemical 160 (1), 1520-1528. [31]. A. L. Gassner, M. Abonnec, H. X. Chen, J. Morandini, J. Josserand, J. S. Rossier, J. M. Busnel, and H. H. Girault (2009), “Magnetic forces produced by rectangular permanent magnets in static microsystems”, Lab on chip 9, 2356-2363. [32]. F. Gertz and A. Khitun (2016), “Biological cell manipulation by magnetic nanoparticles”, AIP Advances 6, 025308_1-025308_7. [33]. M. A. M. Gijs, F. Lacharme, and U. Lehmann (2010), “Microfluidic applications of magnetic particles for biological analysis and catalysis”, Chemical Reviews 110 (3), 1518-1563. [34]. H. Gong, M. Rao, D. E. Laughlin, and D. N. Lambeth (1999), “Highly oriented NiFe soft magnetic films on Si strubstrates”, Journal of Applied Physics 85 (8), 5750-5752. 134 [35]. C. P. Gooneratne, R. Kodzius, F. Li, I. G. Foulds, and J. Kosel (2016), “On- chip magnetic bead manipulation and detection using a magnetoresistive sensor-based micro-chip: Design considerations and experimental characterization”, Sensors (Basel) 16 (9), 1369_1-1369_21. [36]. R. Grechishkin, S. Chigirinsky, M. Gusev, O. Cugat, N. Dempsey (2007), Magnetic Nanostructures in Modern Technology, Spinger, Berlin, 195-224. [37]. S. S. Guo, C. C. Zuo, W. H. Huang, C. Peroz, and Y. Chen (2006), “Response of super-paramagnetic beads in microfluidic devices with integrated magnetic micro columns”, Microelectronic Engineering 83, 1655-1659. [38]. O. Gutfleisch, N. M. Dempsey (2008), Magnetic Nanostructures in Modern Technology, Springer, Berlin, 167-194. [39]. K. Hadinoto, K. Zhu, and R. B. Tan (2007), “Drug release study of large hollow nanoparticulate aggregates carrier particles for pulmonary delivery”, International Journal of Pharmaceutics 341 (102), 195-206. [40]. K. H. Han and A. B. Frazier (2004), “Continuous magnetophoretic separation of blood cells in microdevice format”, Journal of Applied Physics 96 (10), 5797-5802. [41]. K. H. Han and A. B. Frazier (2005), “Diamagnetic capture mode magnetophoretic microseparator for blood cells”, Journal of Microelectromechanical Systems 14 (6), 1422-1431. [42]. K. H. Han and A. B. Frazier (2008), “Lateral driven continuous dielectrophoretic microseparators for blood cells suspended in a highly conductive medium”, Lab on a Chip 8, 1079-1086. [43]. S. Hardt, F. Schonfeld (2007), Microfluidic technologies for miniaturized analysis systems, Springer, Berlin, 241-274. [44]. K. Hoshino, Y. Y. Huang, N. Lane, M. Huebschman, J. W. Uhr, E. P. Frenkel, and X. Zhang (2011), “Microchip-based immunomagnetic detection of circulating tumor cells”, Lab on a Chip 11, 3449-3457. 135 [45]. A. Hosseini and L. Soleymani (2014), “Benchtop fabrication of multi-scale micro-electromagnets for capturing magnetic particles”, Applied Physics Letters 105 (7), 074102_1-074102_5. [46]. H. T. Huang, C. Y. Chen, and M. F. Lai (2011), “Cells positioning using magnetic domain walls of ferromagnetic zigzag thin film”, Journal of Applied Physics 109 (7), 07B315_1-07B315_3. [47]. C. Huber, C. Abert, F. Bruckner, M. Groenefeld, O. Muthsam, S. Schuschnigg, K. Sirak, R. Thanhoffer, I. Teliban, C. Vogler, R. Windl, and D. Suess (2016), “3D print of polymer bonded rare-earth magnets, and 3D magnetic field scanning with an end-user 3D printer”, Appl. Phys. Lett. 109, 162401-162405. [48]. D. W. Inglis, R. Riehn, R. H. Austin, and J. C. Sturm (2004), “Continuous microfluidic immunomagnetic cell separation”, Applied Physics Letters 85 (21), 5093-5095. [49]. K. Ino, M. Okochi, N. Konishi, M. Nakatochi, R. Imai, M. Shikida, A. Ito, and H. Honda (2008), “Cell culture arrays using magnetic force based cell patterning for dynamic single cell analysis”, Lab on a Chip 8, 134-142. [50]. D. Issadore, H. Shao, J. Chung, A. Newton, M. Pittet, R. Weissleder, and H. Lee (2011), “Self-assembled magnetic filter for highly efficient immunomagnetic separation”, Lab on a Chip 11, 147-151. [51]. J. L. G. Janssen, J. J .H. Paulides, and E. A. Lomonova (2009), “Three- dimensional analytical field calculation of pyramidal-frustum shaped permanent magnets”, IEEE Transactions on magnetics 45 (10), 4628-4631. [52]. A. Jayalekshmi, S. P. Victor, and C. P. Sharma (2013), “Magnetic and degradable polymer/bioactive glass composite nanoparticles for biomedical applications”, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 101, 196-204. [53]. B. Kapitanov, N. Kornilov, Y. Linetsky, and V. Tsvetkov (1993), “Sputtered permanent Nd-Fe-B magnets,” Journal of Magnetism and Magnetic Materials 127 (3), 289 – 297. 136 [54]. P. Kauffmann, A. Ith, D. O’Brien, V. Gaude, F. Boué, S. Combe, F. Bruckert, B. Schaack, N. M. Dempsey, V. Haguet, and G. Reyne (2011), “Diamagnetically trapped arrays of living cells above micromagnets”, Lab on a Chip 11, 3153-3161. [55]. D. H. Kim, U. K. Cheang, L. Kohidai, D. Byun, and M. J. Kim (2010), “Artificial magnetotactic motion control of tetrahymena pyriformis using ferromagnetic nanoparticles: A tool for fabrication of microbiorobots”, Applied Physics Letters 97, 173702_1 – 173702_3. [56]. U. Kim, J. Qian, S. A. Kenrick, P. S. Daugherty, and H. T. Soh (2008), “Multitarget dielectrophoresis activated cell sorter”, Analytical Chemisstry 80, 8656-8611. [57]. U. Kim and H. T. Soh (2009), “Simutaneous sorting of multiple bacterial targets using integrated dielectrophoretic-magnetic activated cell sorter”, Lab on a chip 9, 2313-2318. [58]. M. F. Lai, C. Y. Chen, C. P. Lee, H. T. Huang, T. R. Ger, and Z. H. Wei (2010), “Cell patterning using microstructured ferromagnetic thin films”, Applied Physics Letters 96 (18), 183701_1-183701_3. [59]. T. Laurell, F. Petersson, and A. Nilsson (2007), “Chip integrated strategies for acoustic separation and manipulation of cells and particles”, Chemical Society Reviews 36, 492-506. [60]. H. P. Le (1998), “Progress and Trends in Ink-jet Printing Technology”, Journal of Imaging Science and Technology 42 (1), 49-62. [61]. H. Lee, A. M. Purdon, and R. M. Westervelt (2004), “Manipulation of biological cells using a microelectromagnet matrix”, Applied Physics Letters 85 (6), 1063-1066. [62]. H. Lemke, T. Lang, T. Goddenhenrich, C. Heiden (1995), “Micro patterning of thin Nd-Fe-B films”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 148, 426-432. 137 [63]. L. Li, B. Post, V. Kunc, A. M. Elliott, M. P. Paranthaman (2017), “Additive manufacturing of near-net-shape bonded magnets: Prospects and challenges”, accepted Scripta Materialia. [64]. L. Li, A. Tirado, I. C. Nlebedim, O. Rios, B. Post, V. Kunc, R. R. Lowden, E. Lara-Curzio, R. Fredette, J. Ormerod, T. A. Lograsso, and M. P. Paranthaman (2016), “Big area additive manufacturing of high performance bonded NdFeB magnets”, Scientific Reports 6, 36212-36219. [65]. J. P. Liu, E. Fullerton, O. Gutfleisch, D. J. Sellmyer (2009), Nanoscale Magnetic Materials and Applications, Springer, Berlin, 563-590. [66]. J. P. Liu, E. Fullerton, O. Gutfleisch, D. J. Sellmyer (2009), Nanoscale Magnetic Materials and Applications, Springer, Berlin, 661-683. [67]. S. Menad, L. Franqueville, N. Haddour, F. Buret, M. Frenea-Robbing (2015), “nDEP driven cell patterning and bottom-up construction of cell aggregates using a new bioelectronic chip”, Acta Biomaterialia 17, 107-114. [68]. T. Mikolanda, M. Kosek, A. Richter (2009), “3D magnetic field measurement, visualisation and modelling”, Proceeding of the 7th International Conference, Smolenice, Slovakia, 306-309. [69]. G. Milne, D. Rhodes, M. MacDonald, K. Dholakia (2007), “Fractionation of polydisperse colloid with acousto-optically generated potential energy landscapes”, Optics Letters 32, 1144–1146. [70]. S. Miltenyi, W. Müller, W. Weichel, and A. Radbruch (1990), “High gradient magnetic cell separation with macs”, Cytometry 11 (2), 231–238. [71]. V. Neu, S. Melcher, U. Hannemann, S. Fähler, and L. Schultz (2004), “Growth, microstructure, and magnetic properties of highly textured and highly coercive Nd-Fe-B films”, Physics Reviews B70, 144418- 144425. [72]. O. Oduwole, D. T. Grob, S. Sheard (2016), “Comparison between simulation and experimentally observed interactions between two magnetic beads in a fluidic systemd”, Journal of magnetism and magnetic materials 407, 8-12. 138 [73]. J. K. Oh and J. M. Park (2011), “Iron oxide-based superparamagnetic polymeric nanomaterials: Design, preparation, and biomedical application”, Progress in Polymer Science 36 (1), 168-189. [74]. O. Osman, S. Toru, F. Dumas-Bouchiat, N. M. Dempsey, N. Haddour, L. F. Zanini, F. Buret, G. Reyne, and M. Frenea-Robin (2013), “Microfluidic immunomagnetic cell separation using integrated permanent micromagets”, Biomicrofluidics 7 (5), 054115_1-054115_11. [75]. O. Osman, L. F. Zanini, M. Frenea-Robbin, F. Dumas-Bouchiat, N. M. Dempsey, G. Reyne, F. Buret, N. Haddour (2012), “Monitoring the endocytosis of magnetic nanoparticels by cells using permanent micro-flux sources”, Biomed Microdevices 14, 947-954. [76]. N. Pamme, J. Eijkel, and A. Manz (2006), “On-chip free flow magnetophoresis: Separation and detection of mixtures of magnetic particles in continuous flow”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 307 (2), 237-244. [77]. N. Pamme and C. Wilhelm (2006), “Continuous sorting of magnetic cells via on-chip free flow magnetophoresis”, Lab on a Chip 6, 974-980. [78]. M. P. Paranthaman, C. S. Shafer, A. M. Elliott, D. H. Siddel, M. A. Mcguire, R. M. Springfield, J. Martin, R. Fredette, and J. Ormerod (2016), “Binder jetting: A novel NdFeB bonded magnet fabrication process”, JOM 68 (7), 1978-1982. [79]. S. Parhofer, G. Gieres, J. Wecker, L. Schultz (1996), “Growth characteristics and magnetic properties of sputtered Nd-Fe-B thin films”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 163, 32-38. [80]. F. Petersson, A. Nilsson, C. Holm, H. Jonsson, and T. Laurell (2005), “Continuous separation of lipid particles from erythrocytes by means of laminar flow and acoustic standing wave forces”, Lab on a Chip 5, 20-22. [81]. R. Pethig (2010), “Review article - dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications”, Biomicrofluidics 4 (2), 022811_1-022811_34. 139 [82]. E. Pittella, M. Nardecchia, L. Farina (2016), “Design of microelectromagnets for magnetic particles manipulation”, IEEE Transactions on Magnetics 51 (11), 1-7. [83]. J. Pivetal, M. Frenea-Robin, N. Haddour, C. Vezy, L. F. Zanini, G. Cuita, N. M. Dempsey, F. Dumas-Bouchiat, G. Reyne, S. Begin-Colin, D. Felder-Flesh, C. Ghobril, C. Pourroy, P. Simonet (2016), “Development and applications of a DNA labeling method with magnetic nanoparticles to study the role of horizontal gene transfer events between bacteria in soil pollutant bioremediation processes”, Enviromental Science and Pollution Research 22 (24), 20322-20327. [84]. J. Pivetal, D. Royet, G. Ciuta, M. F. Robin, N. Haddour, N. M. Dempsey, F. D. Bouchiat, P. Simonet (2015), “Micro-magnet arrays for specific single bacterial cell positioning”, JMMM 380, 72-77. [85]. J. Pivetal, S. Toru, M. Frenea-Robin, N. Haddour, S. Cecillon, N. M. Demsey, F. Dumas-Bouchiat, P. Simonet (2014), “Selective isolation of bacterial cells within a microfluidic device using magnetic probe based cell fishing”, Sensors and Actuators B: Chemical 195, 581-589. [86]. H. L. Rakotoarison, J. P. Yonnet, and B. Delinchant (2007), “Using Coulombian approach for modeling scalar potential and magnetic field of a permanent magnet with radial polarization”, IEEE Transactions on Magnetics 43 (4), 1261-1264. [87]. Q. Ramadan, V. Samper, D. Poenar, and C. Yu (2004), “On-chip micro electromagnets for magnetic based biomolecules separation”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 281 (2), 150-172. [88]. S. Rampini, D. Kilinc, P. Li, C. Monteil, D. Gandhi, and G. U. Lee (2015), “Micromagnet arrays for on-chip focusing, switching, and separation of superparamagnetic beads and single cells”, Lab on a Chip 15, 3370-3379. 140 [89]. S. Rampini, P. Li, and G. U. Lee (2016), “Micromagnet arrays enable precise manipulation of invidual biological analyte-superparamagnetic bead complexes for separation and sensing”, Lab on a Chip16, 3645-3663. [90]. R. Ravaud and G. Lemarquand (2009), “Comparison of the Coulombian and Amperian current models for calculating the magnetic field produced by radially magnetized arc-shaped permanent magnets”, Progress in Electromagnetics Research 95, 309-327. [91]. R. Ravaud and G. Lemarquand (2009), “Magnetic field produced by a parallelepipedic magnet of various and uniform polarization”, Progress in Electromagnetics Research 98, 207-219. [92]. R. Ravaud and G. Lemarquand (2010), “Synthesis about analytical approaches for calculating the magnetic field produced by permanent magnets of various topologies”, Progress in electromagnetics research symposium proceeding, Cambridge, USA, 154-158. [93]. M. Frenea-Robin, H. Chetouani, N. Haddour, H. Rostaing, J. Laforet, G. Reyne (2008), “Contactless diamagnetic trapping of living cells onto a micromagnet array”, 30th annual international conference of IEEE, 3360- 3363. [94]. P. J. Rodrigo (2005), Novel optical micromanipulation systems using spatial light modulators, Univeristy of Copenhagen, Denmark. [95]. I. B. Roth (2009), Characterization and use of permanent magnets with extremely strong field gradients, University of Oslo, Northway. [96]. D. L. Roy, G. Shaw, R. Haettel, K. Hasselbach, F. Dumas-Bouchiat, D. Givord, N. M. Dempsey (2016), “Fabrication and characterization of polymer membranes with integrated arrays off high performance micro-magnets”, Materials today communications 6, 50-55. [97]. G. Ruan, G. Vieira, T. Henighan, A. Chen, D. Thakur, R. Sooryakumar, and J. O. Winter (2010), “Simultaneous magnetic manipulation and fluorescent 141 tracking of multiple individual hybrid nanostructures”, Nano Letters 10 (6), 2220-2224. [98]. D. Sander (2004), “The magnetic anisotropy and spin reorientation of nanostructures and nanoscale films”, Journal of Physics: Condensed Matter 16, 603-636. [99]. M. P. S. Santos, J. A. F. Ferreira, J. A. O. Simoes, R. Pascoal, J. Torrao, X. Xue, E. P. Furlani (2016), “Magnetic levitation based electromagnetic energy harvesting: a semi-analytical non-linear model for energy transduction”, Scientific Reports 6, 18579-18588. [100]. C. A. Sartorius, S. D. Groshong, L. A. Miller, R. L. Powell, L. Tung, G. S. Takimoto, and K. B. Horwitz (1994), “New T47D breast cancer cell lines for the independent study of progesterone B- and A-receptors: Only antiprogestin- occupied B-receptors are switched to transcriptional agonists by CAMP”, Cancer Research 54, 3868-3877. [101]. L. K. E. B. Serrona, A. Sugimura, N. Adachi, T. Okuda, H. Ohsato, and I. Sakamoto (2003), “Structure and magnetic properties of high coercive NdFeB films with a perpendicular anisotropy”, Applied Physics Letters 82 (11), 1751- 1753. [102]. L. K. E. B. Serrona, A. Sugimura, R. Fujisaki, T. Okuda, N. Adachi, H. Ohsato, I. Sakamoto, A. Nakanishi, M. Motokawa (2003), “Magnetic and structural properties of NdFeB thin film prepared by step annealing”, Materials Science and Engineering B97, 59-63. [103]. S. S. Shevkoplyas, A. C. Siegel, R. M.Westervelt, M. G. Prentiss, and G. M. Whitesides (2007), “The force acting on a superparamagnetic bead due to an applied magnetic field”, Lab on a Chip 7, 1294-1302. [104]. K. Smistrup, O. Hansen, H. Bruus, and M. F. Hansen (2005), “Magnetic separation in microfluidic systems using microfabricated electromagnets - experiments and simulations”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 293 (1), 597-604. 142 [105]. K. J. Strnat, G. Hoffer, J. Olson, W. Ostertag, and J. J. Becker (1967), “A family of new cobalt-base permanent magnetic materials”, Journal Applied Physics 38 (3), 1001-1002. [106]. J. Suh, M. Dawson, and J. Hanes (2005), “Real-time multiple-particle tracking: applications to drug and gene delivery”, Advanced Drug Delivery Reviews 57 (1), 63-78. [107]. J. P. Sumner, E. M. Shapiro, D. Maric, R. Conroy, and A. P. Koretsky (2009), “In vivo labeling of adult neural progenitors for MRI with micron sized particles of iron oxide: Quantification of labeled cell phenotype”, NeuroImage 44 (3), 671-678. [108]. A. C. Sun, P. C. Kuo, S. C. Chen, and C. Y. Chou (2004), “Magnetic properties and microstructure of low ordering temperature L10 FePt thin films”, Journal of Applied Physics 95 (11), 7264-7266. [109]. Y. K. Takahashi, T. Ohkubo, M. Ohnuma, and K. Hôn (2003), “Size effect on the ordering of FePt granular films”, Journal of Applied Physics 93 (10), 7166- 7168. [110]. M. D. Tarn, N. Hirota, A. Iles, and N. Pamme (2009), “On-chip diamagnetic repulsion in continuous flow”, Science and Technology of Advanced Materials 10 (1), 014611-014616. [111]. M. D. Tarn, S. A. Peyman, D. Robert, A. Iles, C. Wilhelm, and N. Pamme (2009), “The importance of particle type selection and temperature control for on-chip free flow magnetophoresis”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321 (24), 4115-4122. [112]. P. Tiberto (2013), “Magnetic properties of jet-printer inks containing dispersed magnetite nanoparticles”, The European Physics Journal B 86, 1-6. [113]. S. Tokura, M. Hara, N. Kawaguchi, N. Amemiya (2014), “The behavior of nano and micro-magnetic particles under a high magnetic field using a superconducting magnet”, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 24 (3), 1-5. 143 [114]. P. Tseng, D. Di Carlo, and J. W. Judy (2009), “Rapid and dynamic intracellular patterning of cell-internalized magnetic fluorescent nanoparticles”, Nano Letters 9 (8), 3053-3059. [115]. P. Tseng, J. Lin, K. Owsley, J. Kong, A. Kunze, C. Murray, D. D. Carlo (2014), “Flexible and stretchable micromagnet arrays for tunable biointerfacing”, Advanced Materials 27 (6), 1083-1089. [116]. M. Uehara (2004), “Microstructure and permanent magnet properties of a perpendicular anisotropic NdFeB/Ta multilayered thin film prepared by magnetron sputtering”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 284, 281–286. [117]. P. Vavassori, M. Gobbi, M. Donolato, M. Cantoni, R. Bertacco, V. Metlushko, and B. Ilic (2010), “Magnetic nanostructures for the manipulation of individual nanoscale particles in liquid environments”, Journal of Applied Physics 107 (9), 09B301_1-09B301_5. [118]. M. N. Vesperinas, J. Sáenz, R. Gómez-Medina, and L. Chantada (2010), “Optical forces on small magnetodielectric particles”, Optical Express 18 (11), 11428-11443. [119]. A. Walther, D. Givord, N. M. Dempsey, K. Khlopkov, and O. Gutfleisch (2008), “Structural, magnetic, and mechanical properties of 5μm thick SmCo films suitable for use in microelectromechanical systems”, Journal of Applied Physics 103 (4), 043911_1-043911_5. [120]. C. Wang, S. V. Jalikop, and S. Hilgenfeldt (2011), “Size-sensitive sorting of microparticles through control of flow geometry”, Applied Physics Letters 99 (3), 034101_1-034101_3. [121]. Z. M. Wang, R. G. Wu, Z. P. Wang, R. V. Ramanujan (2016), “Magnetic trapping of bacteria at low magnetic fields”, Scientific Reports 6, 26945_1- 26945_10. 144 [122]. T. G. Woodcock, K. Khlopkov, A. Walther, N. M. Dempsey, D. Givord, L. Schultz, and O. Gutfleisch (2009), “Interaction domains in high-performance NdFeB thick films”, Scripta Materialia 60, 826–829. [123]. A. Yamaghishi (1990), “Biological systems in high magnetic field”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 90, 43-46. [124]. A. Yamagishi, T. Takeuchi, T. Higahi and M. Date (1990), “Diamagnetic orientation of blood cells in high magnetic field”, Physica B 177, pp. 523-526. [125]. B. B. Yellen, O. Hovorka, and G. Friedman (2005), “Arranging matter by magnetic nanoparticle assemblers”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102 (25), 8860-8864. [126]. V. Zablotskii, A. Dejneka, S. Kubinova, D. L. Roy, F. Dumas-Bouchiat, D. Givord, N. M. Dempsey, E. Sykova (2013), “Life on magnets: stem cell networking on micro-magnet arrays”, POLS one 8 (8), e70416_1-e70416_11. [127]. V. Zablotskii, O. Lunov, S. Kubinova, T. Polyakova, E. Sykova, A. Dejneka (2016), “Effects of high-gradient magnetic fields on living cell machinery”, J. Phys. D: Appl. Phys. 49 (49), 493003. [128]. V. Zablotskii, O. Lunov, S. Kubinova, E. Sykova, D. L. Roy, N. Dempsey, D. Givord, A. Dejneka (2015), Magnetic control of living cell machiner, IEEE, Beijing, China. [129]. V. Zablotskii, T. Polyakova, O. Lunov and A. Dejneka (2016), “How a high- gradient magnetic field could affect cell life”, Scientific Reports 6, 37407_1- 37407_13. [130]. V. Zablotskii, T. Syrovets, Z. W. Schmidt, A. Dejneka, T. Simmet (2014), “Modulation of monocytic leukemia cell function and survival by high gradient magnetic fields and mathematical modeling studies”, Biomaterials 35 (10), 3164-3171. [131]. T. Zhang, A-z. Sun, G-c. Su (2007), “Study on high-temperature PTFE binder of anisotropic bonded NdFeB magnet”, J. of functional materials 38 (6), 895- 897. 145 [132]. M. Zborowski and J. Chalmers (2007), “Magnetic cell separation”, Laboratory techniques in biochemistry and molecular biology 32, 265-292. [133]. M. Zborowski, G.R. Ostera, L.R. Moore, S. Milliron, J.J. Chalmers, and A.N. Schecter (2003), “Red Blood Cell Magnetophoresis”, Biophysics Journal 84, 2638-2645. [134]. [135]. [136]. [137]. -products/dmp-2800/index.html [138]. https://www.itron.com/ [139]. [140].