лаборатории Университета штата Огайо (США) разработана схема магнитной ловушки для микроскопических частиц, применимой в микрогидродинамических опытах.

Микрогидродинамика описывает поведение малых объёмов и потоков жидкостей, заключённых в чрезвычайно узкие каналы. Такие условия создают в биологических и биомедицинских экспериментах, где используются дорогостоящие или трудно синтезируемые вещества. Экспериментатору при этом необходимо точно контролировать перемещения взвешенных в жидкости частиц, чему препятствует их естественное броуновское движение.

Известно несколько методик удерживания и перемещения микроскопических объектов, но ни одну из них нельзя назвать идеальной; к примеру, разработанный более 20 лет назад оптический пинцет даёт возможность манипулировать частицами с помощью лазерного пучка, одновременно вызывая нежелательный локальный нагрев.

Рис. 1. Схема магнитной ловушки. М — намагниченность. (Иллюстрация A. Chen / Ohio State University).

Магнитный способ, рассмотренный американцами, лишён такого недостатка. Роль канала в новой схеме играл зигзагообразный провод из железа и кобальта диаметром 2 мкм, размещённый на кремниевой поверхности. Однократно прикладывая сильное (1 000 Э) магнитное поле, учёные добивались того, что вектора намагниченности последовательно ориентировались по направлению к «вершинам» и от «вершин» зигзага. Это создавало условия для захвата суперпарамагнитных частиц, выполненных из оксида железа и полимера.

Надёжность захвата частиц, радиус которых составлял 0,28 или 0,6 мкм, регулировалась слабыми (менее 100 Э) внешними полями. Другими словами, объекту, попавшему в «вершину», можно дать некоторую свободу, но можно и строго ограничить его перемещения.

«К сожалению, предложенная микроструктура стационарна, и она не заменит подвижный оптический пинцет», — находит изъяны в новой методике сотрудник Бергенского университета (Норвегия) Ларс Эгил Хелсет (Lars Egil Helseth).

Авторы соглашаются с этим замечанием, но всё равно планируют развивать технологию.

«Сейчас мы хотим выяснить, как будет вести себя группа из нескольких частиц, захваченных в нашу ловушку», — делится планами руководитель исследования Аарон Чэнь (Aaron Chen).

Результаты исследований опубликованы в статье:

A. Chen, G. Vieira, T. Henighan, M. Howdyshell, J. A. North, A. J. Hauser, F. Y. Yang, M. G. Poirier, C. Jayaprakash, and R. Sooryakumar Regulating Brownian Fluctuations with Tunable Microscopic Magnetic Traps. – Phys. Rev. Lett. 107, 087206 (2011) [4 pages].