Non-linear Dynamics of Traveling Wave Magnetophoresis for Applications in Colloidal Separation
行波磁泳的非线性动力学在胶体分离中的应用
基本信息
- 批准号:0800173
- 负责人:
- 金额:$ 28万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2008
- 资助国家:美国
- 起止时间:2008-07-01 至 2012-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The research objective of this award is to investigate the non-linear dynamics of traveling wave magnetophoresis for applications in colloidal separation. The traveling magnetic field wave used in the proposed work is generated by superimposing a uniform rotating magnetic field with the local magnetic field near an array of micro-magnets. When the external field rotates at a low frequency, the magnetic beads become locked into the potential energy minima and move synchronously with the traveling wave. At higher frequencies, the magnetic beads tend to slip out of the potential energy minima, causing the bead to move less quickly or stop moving altogether. The overall goals of this proposal are to investigate the unexpected behavior recently observed in this ?slipping? regime, in which the beads display strongly non-linear transport behavior, and to use this non-linearity to explore a novel application in magnetic separation. Numerical simulations will be a dominant tool in this study both for interpreting the experimental results and for guiding future applications of this technique. If successful, the proposed work will lead not only to new methods for sorting magnetic beads based on size and/or the type of biological micro-organism attached to the bead, but will also reveal insight into unresolved problems in first order non-linear dynamical systems. Due to the highly interdisciplinary nature of this work, graduate and undergraduate students will have broad exposure to the fields of dynamics, electricity and magnetism, microfabrication, chemistry, biology and computer science. Minority studies from Historically Black College and Universities (HBCU?s) or Historically Minority Universities (HMU?s), will be included in this work for two summer months. In addition, undergraduate students from Duke University will participate in this research through the Duke University Pratt Fellows program.
该奖项的研究目标是研究行波磁泳在胶体分离中的应用的非线性动力学。所提出的工作中使用的行波磁场波是通过叠加一个均匀的旋转磁场与附近的微磁体阵列的局部磁场产生的。 当外场以低频率旋转时,磁珠被锁定在势能最小值中,并与行波同步移动。在更高的频率下,磁珠倾向于滑出势能最小值,导致磁珠移动得更慢或完全停止移动。这项建议的总体目标是调查最近观察到的意外行为?滑倒?制度,其中珠显示出强烈的非线性传输行为,并使用这种非线性探索在磁分离中的新应用。 数值模拟将是一个主导工具,在这项研究中,无论是解释实验结果,并指导未来的应用,这种技术。 如果成功,所提出的工作将不仅导致基于大小和/或附着在磁珠上的生物微生物的类型对磁珠进行分类的新方法,而且还将揭示对一阶非线性动力系统中未解决问题的洞察。 由于这项工作的高度跨学科性质,研究生和本科生将广泛接触动力学,电学和磁学,微加工,化学,生物学和计算机科学领域。 历史上的黑人学院和大学(HBCU?历史上的少数民族大学(HMU?s),将包括在这项工作的两个夏季月。此外,杜克大学的本科生将通过杜克大学普拉特研究员计划参与这项研究。
项目成果
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