用于磁性微轮控制与组装的实验装置设计
应用物理
2020-06-05 v1 流体动力学
仪器与探测器
摘要
超顺磁胶体颗粒可可逆地组装成称为微轮（wheels）的轮状结构，其因摩擦在表面上滚动，并可使用旋转磁场以用户控制的速度和方向驱动。在此，我们描述了用于产生和控制组装并引导轮运动的磁场以及用于观测它们的光学系统的硬件与软件。出于便携性、适应性和低成本的考虑，我们构建了一个挤出铝制散热框架，其集成开放光学元件与配备高磁导率磁芯的音频扬声器线圈。我们开发了开源软件来定义磁场的大小、频率和取向，从而通过二维（2D）和三维（3D）流体环境用实时操纵杆控制 wheels。借助该软硬件组合，wheels 在高达 5 cm x 5 cm x 5 cm 的样品尺寸中，利用 0.75-2.5 mT 磁场与 5-40 Hz 旋转频率以最高 50 m/s 的速度平移。铝制线圈夹具的散热将样品温度维持在 ambient 温度 3 C 以内，该范围利于生物应用。借助该设计，wheels 可在微米至厘米长度尺度的 2D 和 3D 网络中操控与成像。
引用
@article{arxiv.2006.02524,
title = {An experimental design for the control and assembly of magnetic microwheels},
author = {E. J. Roth and C. J. Zimmermann and D. Disharoon and T. O. Tasci and D. W. M. Marr and K. B. Neeves},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.02524},
year = {2020}
}