A 10-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie

1
Analiza micromagnetica a unui sistem de tip Lab
on a Chip 1,2Marius Volmer (volmerm_at_unitbv.ro)
2Marioara Avram (marioara.avram_at_imt.ro), 2Marius
Andrei Avram (andrei.avram_at_imt.ro) 1Universitatea
Transilvania din Brasov, 2IMT Bucuresti
Este prezentata o analiza micromagnetica a unui
sistem de manipulare si detectie a particulelor
biologice marcate magnetic, ca parte a unui
dispozitiv de tip Lab on a Chip (LOC).
Principiul manipularii markerilor
superparamagnetici
Sistem de pozitionare exacta si de manipulare a
markerilor în diverse pozitii prin comutarea
curentului în diverse conductoare.
Schema circuitului in forma de V pentru
manipularea si polarizarea nanoparticulelor
superparamagnetice (sppm)
Profilul campului magnetic generat dupa axele Os,
respectiv Oz, magnetizarea nanoparticulelei
superparamagnetice si forta ce actioneaza ce
actioneaza asupra ei ? Manipulare cu precizie
Detectia biomoleculelor marcate magnetic se poate
face cu ajutorul senzorilor bazati pe efectul de
magnetorezistenta gigantica (GMR) sau efect Hall
planar (PHE). Senzorii sunt realizati din sisteme
de tip spin-valve pe baza unor straturi magnetice
din Permalloy sau Co separate prin straturi
nemagnetice (Cu) Stratul superior, cel de
detectie strat liber interactioneaza cu
nanoparticulele superparamagnetice (magnetita sau
maghemita) iar celalalt strat are magnetizarea
fixata sau prezinta o coercivitate magnetica mai
ridicata. Structuri uzuale Co(10 nm)/Cu(2
nm)/NiFe(10 nm), Ta/NiFe(16 nm)/Cu(1.2 nm)/NiFe(2
nm)/IrMn(15 nm)/Ta(5 nm), etc.
Interactia nanoparticulelor sppm cu stratul
superior (senzitiv) al senzorul PHE realizat din
Ni80 Fe20 (10 nm) - Permalloy)

• Design-ul utilizat pentru simulare
• banda conductoare genereaza campul ce
  polarizeaza senzorul
• Haplicat 200 Oe - roteste momentele magnetice
  ale stratului senzitiv si magnetizeaza
  nanaoparticula sppm

Profilul campului magnetic in care se afla
nanoparticula sppm, gradientii campului magnetic
si fortele ce se exercita asupra nanoparticulei
sppm in functie de pozitia ei de-a lungul axei Oy
? interactii magnetostatice dintre senzor si
nanoparticula sppm si forte crescute pe margini
? efecte de localizare Intrucat senzorul este
realizat din straturi magnetice, componenta dupa
y a campului magnetic aplicat (200 Oe) variaza
puternic pentru 1500 nmltylt4500 nm apare o
componenta dupa axa Oz pe margini (camp magnetic
de scapari).
Simulari micromagnetice privind caracteristica de
detectie a nanoparticulelor superparamagnetice
folosind senzor cu efect Hall planar
Structura senzorului PHE utilizata pentru
simulari Hapl poate fi orientat dupa axa Oy sau
perpendicular pe planul senzorului. Hapl
determina magnetizarea nanoparticulelor sppm si
rotirea magnetizarii in functie de valoarea
efectiva a campului ce se aplica senzorului dupa
axa Oy ? semnal PHE
Curbele de magnetizare ale nanoparticulelor sppm
si caracteristica de camp a semnalului PHE Hapl
este in planul senzorului, dupa axa Oy.
Caracteristica de detectie cand Hapl este
perpendicular pe planul senzorului ? acesta va
detecta componenta in plan a campului generat de
catre nanoparticule
Senzorul satureaza la campuri mai mici de 100 Oe
iar influenta campului generat de catre
nanoparticule este neglijabila ? nu este un setup
util pentru detectie

• UPHE depinde de
• pozitia nanoparticulelor deasupra senzorului
• numarul de particule sppm

Acest studiu este finantat din Programul
Operational Sectorial - Dezvoltarea Resurselor
Umane, POSDRU/89/1.5/S/63700
A 10-a editie a Seminarului National de
nanostiinta si nanotehnologie
18 mai 2011 Biblioteca Academiei Romane