ระบบของไหลจุลภาคเพื่อดักจับเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ติดเชื้อมาลาเรียด้วยแรงแม่เหล็กที่เหนี่ยวนำโดยโครงสร้างนิกเกิล

Abstract

งานวิจัยนี้นำเสนอวิธีการคัดแยกเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ติดเชื้อมาลาเรียโดยอาศัยแม่เหล็กถาวรพร้อมกับการใช้โครงสร้างเสานิกเกิลขนาดเล็กซึ่งเป็นวัสดุเฟอโรแมกนีติก เพื่อเพิ่มเกรเดียนของสนามแม่เหล็กโดยมีการศึกษาผลของรูปร่างโครงสร้างเสาขนาดเล็กต่อขนาดของแรงแมกนีโตเฟอรีติกและแรงต้านการไหลที่เปลี่ยนแปลงไป เมื่อมีโครงสร้างวัสดุเฟอโรแมกนีติกมาขวางในสนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดเกรเดียนของสนามแม่เหล็กขึ้นและขนาดของเกรเดียนจะเปลี่ยนแปลงไปขึ้นกับรูปร่างของโครงสร้างเสาขนาดเล็ก โดยแรงแมกนีโตเฟอรีติกจะมีค่ามากขึ้นเมื่อเกรเดียนของสนามแม่เหล็กสูงขึ้น ในการศึกษานี้ได้ศึกษารูปร่างเสาขนาดเล็กสามรูปร่างคือสี่เหลี่ยม รูปวี และรูปดับเบิ้ลยูผ่านโปรแกรมจำลองทางคอมพิวเตอร์ COMSOL Multiphysics® เมื่อเปรียบเทียบระหว่างรูปร่างของเสาทั้งสามแบบพบว่าเสาสี่เหลี่ยมจะทำให้เกิดแรงแมกนีโตเฟอรีติกผลักให้อนุภาคไม่ติดกับโครงสร้างทางด้านหน้าแต่ในเสาวีและดับเบิ้ลยูจะมีแรงแมกนีโตเฟอรีติกที่ดึงดูดอนุภาคได้ ซึ่งจะเป็นข้อดีที่อาจจะทำให้เสาทั้งสองมีการดักจับอนุภาคได้ดีขึ้น หลังจากนั้นระบบของไหลจุลภาคที่มีโครงสร้างทั้งสามแบบได้ออกแบบและสร้างขึ้น โดยโครงสร้างเสานิกเกิลมีขนาด 200x200 ไมโครเมตร มีความสูง 30 ไมโครเมตร สำหรับโครงสร้างตัววีและดับเบิ้ลยูจะมีส่วนเว้าลึกเข้าไปในโครงสร้างประมาณครึ่งหนึ่งของความยาวเสาและทำทดลองกับอนุภาคพาราแมกนีติกที่มีขนาด 5 และ 10 ไมโครเมตรและเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ติดเชื้อมาลาเรียเพื่อประเมินความสามารถของระบบ ในการทดลองได้ใช้อัตราการไหลที่ 0.04 มิลลิลิตรต่อนาที และเพิ่มอัตราการไหลขึ้นไปเป็น 0.4 และ 0.8 มิลลิลิตรต่อนาที ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเสาวีและเสาดับเบิ้ลยูมีความสามารถในการดักจับอนุภาคพาราแมกนีติกและเซลล์ที่ติดเชื้อมาลาเรียได้มากกว่ารูปร่างสี่เหลี่ยม ซึ่งอนุภาคพาราแมกนีติกและเซลล์ที่ติดเชื้อมาลาเรียจะเคลื่อนที่เข้าไปติดในบริเวณส่วนเว้าของรูปร่างวีและรูปร่างดับเบิ้ลยู เนื่องจากในบริเวณส่วนเว้าของเสาวีและดับเบิ้ลยูมีขนาดแรงต้านการไหลต่ำแต่มีแรงแมกนีโตเฟอรีติกที่สามารถดึงดูดอนุภาคได้