Tổng quan luận án

Vật liệu từ nền sắt (Fe) có cấu trúc micro-nano sở hữu các đặc tính như tính dị hướng từ lớn, độ cảm từ cao và cấu trúc đơn đô-men, mang lại khả năng ứng dụng trong các hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) và y sinh học. Trong lĩnh vực y sinh, việc điều khiển và thao tác các phần tử sinh học thường sử dụng các kỹ thuật dựa trên động lực học chất lỏng, lực nâng nghịch điện (dielectrophoresis - DEF/DEP), lực âm (acoustic forces) hoặc nhíp quang học (optical tweezers). Tuy nhiên, các kỹ thuật này bộc lộ những hạn chế kỹ thuật: lực âm và nhíp quang học khó tích hợp vào các vi hệ thống độc lập; lực nâng nghịch điện đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt môi trường điện môi, độ dẫn và pH; nhiều phương pháp tạo ra rung động cơ học hoặc sinh nhiệt Joule làm biến tính các mẫu sinh học nhạy cảm.

Việc sử dụng lực từ cho phép thao tác không tiếp xúc lên các đối tượng mà không gây tổn hại mẫu. Mặc dù vậy, các nguồn từ trường truyền thống vẫn tồn tại các điểm nghẽn kỹ thuật:

  • Nam châm vĩnh cửu dạng khối tạo từ trường lớn ở khoảng cách xa nhưng biến thiên từ trường (gradient) lớn chỉ tập trung ở một vùng rất hẹp sát các cạnh.
  • Nam châm điện cho phép điều khiển linh hoạt trạng thái bật/tắt nhưng tiêu tán nhiệt Joule lớn khi dẫn dòng cao, đòi hỏi hệ thống làm mát phức tạp.
  • Nam châm từ mềm không sinh nhiệt nhưng cần nguồn từ trường ngoài liên tục để phân cực và từ hóa đồng thời toàn bộ cấu trúc, không tạo được các vùng phân cực từ địa phương riêng biệt.

Từ thực tế đó, khoảng trống nghiên cứu mà tác giả xác định là sự cần thiết phải chế tạo các vi cấu trúc từ vĩnh cửu có khả năng hoạt động tự động, kích thước micro, tạo ra cường độ từ trường và biến thiên từ trường lớn trong vùng không gian xác định mà không cần nguồn cấp điện hay từ trường ngoài. Thách thức công nghệ nằm ở việc tạo ra các dãy màng từ chất lượng cao có kích thước bề mặt từ vài micromét đến vài milimét, chiều dày từ vài trăm nanomét đến vài chục micromét, đồng thời phát triển các quy trình chế tạo nhanh, đơn giản hóa các bước vi chế tạo phức tạp.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể như sau:

  1. Chế tạo một số màng từ tính kích thước micro-nano trên cơ sở các hợp kim của Fe (NiFe, FePt, NdFeB) có dị hướng từ vuông góc với mặt phẳng màng hoặc dị hướng từ có thể điều khiển được trong quá trình lắng đọng.
  2. Thiết kế và chế tạo các vi cấu trúc từ có từ trường bề mặt đạt từ cỡ mT trở lên và biến thiên từ trường lớn đạt từ $10^2\text{ T/m}$ trở lên.
  3. Thử nghiệm khả năng bắt giữ các hạt từ tính và các phần tử sinh học (tế bào hồng cầu và tế bào ung thư vú T-47D) trên các vi cấu trúc từ đã chế tạo, qua đó định hướng ứng dụng trong lĩnh vực y sinh.
  4. Nghiên cứu và thử nghiệm phát triển các phương pháp chế tạo nhanh màng từ và vi cấu trúc từ với quy trình đơn giản (phương pháp in từ và phương pháp in phun).

Đối tượng nghiên cứu:

  • Vật liệu màng từ và vi cấu trúc từ nền Fe: hợp kim NiFe, hợp kim FePt, hợp kim NdFeB và ôxít sắt $\text{Fe}_3\text{O}_4$.
  • Hạt từ tính: hạt từ NdFeB kích thước micro và hạt $\text{Fe}_3\text{O}_4$ siêu thuận từ.
  • Đối tượng sinh học: tế bào hồng cầu người (RBC) và tế bào ung thư vú T-47D.

Phạm vi nghiên cứu:

  • Không gian: Luận án được thực hiện tại Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ nano, Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ micro và nano thuộc Trường Đại học Công nghệ (Đại học Quốc gia Hà Nội); Viện Khoa học Vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam); và Viện Néel (Grenoble, Cộng hòa Pháp).
  • Thời gian: Luận án hoàn thành và bảo vệ năm 2024, sử dụng một phần kinh phí hỗ trợ từ đề tài mã số 103.80 của Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án hệ thống hóa các hướng nghiên cứu về vật liệu từ tính và các phương pháp vi thao tác tế bào:

  1. Lịch sử vật liệu từ và cơ sở từ học: Tác giả điểm lại mốc phát hiện đá nam châm magnetite ($\text{Fe}_3\text{O}_4$) tại Trung Quốc 4000 năm trước Công nguyên; chuyên khảo "De Magnete" của William Gilbert (1600); các khám phá của Hans Christian Oersted (1820) và André Marie Ampère (1820) về mối liên hệ điện - từ; nghiên cứu của Michael Faraday (1855) phát hiện tính nghịch từ trong vật liệu sinh học; hệ phương trình điện từ của James Clerk Maxwell; và lý thuyết vách chuyển tiếp đô-men từ của Felix Bloch.

  2. Nghiên cứu vật liệu từ cứng làm nam châm: Công trình của Strnat và cộng sự (1967) mở đầu cho sự phát triển của nam châm đất hiếm. Luận án trích dẫn các hệ thống dữ liệu so sánh đặc trưng từ của Coey (1996, 2000s) đối với các hợp kim từ cứng điển hình: $\text{Nd}2\text{Fe}{14}\text{B}$, $\text{SmCo}5$, $\text{Sm}2\text{Co}{17}$, $\text{Sm}2\text{Fe}{17}\text{N}3$, $\text{FePt-}L1_0$, $\text{CoPt-}L1_0$, $\text{BaFe}{12}\text{O}{19}$, và $\alpha\text{-Fe}$. Trong đó, màng mỏng $\text{Nd}2\text{Fe}{14}\text{B}$ được nghiên cứu bởi các nhóm tác giả [11, 62, 74, 101, 102, 116]; màng FePt có cấu trúc trật tự hóa $L1_0$ thể hiện tính kháng ăn mòn và độ ổn định nhiệt cao [19, 38]; màng mềm NiFe có dị hướng từ kiểm soát được [24, 25, 34, 79, 107, 109].

  3. Tính chất từ của các phần tử sinh học: Luận án trích dẫn số liệu tổng hợp của Ueno và Iwasaka [123] về độ cảm từ thể tích âm của các cấu trúc sinh học như peptide, benzene, fibrinogen, thang xoắn DNA, virus khảm thuốc lá (Tobacco mosaic), màng tím (Purple membrane), tảo Chlorella, tiểu cầu, hồng cầu, sợi fibrin, sợi collagen. Về hồng cầu (RBC), các nghiên cứu của Pauling, Coryell [6] và đồng nghiệp [124, 133] xác định hồng cầu có tính nghịch từ khi hemoglobin ở trạng thái ngậm ôxy ($\text{oxyhemoglobin}$) và chuyển sang tính thuận từ khi khử ôxy ($\text{deoxyhemoglobin}$). Về tế bào ung thư vú T-47D, nghiên cứu của Horwitz và cộng sự [100] chỉ ra loại tế bào này có khả năng tự tổng hợp thụ thể progesterone (PR) ở mức cao không phụ thuộc estrogen.

  4. Các kỹ thuật điều khiển vi hạt phi từ trường:

  • Động lực học chất lỏng: Di Carlo và cộng sự [10] sử dụng kênh dẫn uốn cong để tập trung hạt vào tâm kênh; Wang và cộng sự [120] dùng bộ chuyển đổi áp điện điều khiển bọt khí dao động để làm lệch dòng vi hạt.
  • Lực âm: Adams và cộng sự [2] dùng sóng âm hai tầng phân tách 3 loại hạt kích thước khác nhau; Peterson và cộng sự [80] phân tách tế bào hồng cầu về các nút sóng và tế bào bạch cầu (WBC) về các bụng sóng; cơ chế tổng hợp lực bức xạ âm được Friend và Yeo phân tích [59].
  • Lực nâng nghịch điện: Choi và cộng sự [20] dùng các điện cực hình thang tạo điện trường biến thiên phân tách các hạt polystyrene theo kích thước; Han và cộng sự [42] bố trí hệ điện cực nghiêng phân tách tế bào RBC và WBC cũng như phân loại RBC theo kích cỡ hạt.
  • Lực quang học: Milne và cộng sự [69] tạo đường dẫn quang chữ "V" phân tách hạt silica thành 4 dòng kích thước (2,3 µm; 3,0 µm; 5,17 µm; 6,84 µm).
  1. Điều khiển vi hạt bằng lực từ:
  • Nam châm khối và kỹ thuật MACS: Miltenyi và cộng sự [70] phát triển kỹ thuật phân loại tế bào từ tính MACS; Hoshino và cộng sự [44] dùng 3 nam châm khối NdFeB xếp xen kẽ cực từ tạo gradient từ trường lớn để tách tế bào ung thư biểu bì gắn hạt từ; Pamme và cộng sự [76, 77] tích hợp nam châm khối với vi kênh dẫn dòng hạt.
  • Nam châm từ mềm vi cấu trúc: Tseng và cộng sự [114] dùng màng hợp kim từ mềm $\text{Ni}{80}\text{Fe}{20}$ phân cực dưới từ trường ngoài 0,6 T để bắt giữ tế bào ung thư vú MCF7 gắn hạt từ; Ino và cộng sự [49] thiết kế 6000 vi cột sắt từ mềm ($100\times 100\ \mu\text{m}^2$, cao 300 µm) đặt trên nam châm khối trụ Nd (đường kính 50 mm, chiều cao 10 mm, từ dư 0,38 T) để định vị từng tế bào 3T3 đơn lẻ; Guo và cộng sự [37] dùng màng Ni vuông kích thước $20\times 20\ \mu\text{m}^2$, dày 1 µm, cách nhau 100 µm phân cực bởi từ trường 20 mT để bắt giữ và giải phóng hạt từ sau 20-40 giây khi ngắt trường ngoài.
  • Nam châm điện vi cấu trúc: Ramadan và cộng sự [87] chế tạo vi cuộn dây nhôm dày 2 µm, độ rộng và khoảng cách 10 µm trên đế $\text{Si/SiO}_2$, chịu dòng 400 mA, tạo gradient $\nabla(B^2)$ đạt $200\text{ T}^2\text{/m}$ nhưng sinh nhiệt khi dòng vượt 100 mA; Smistrup và cộng sự [104] dùng 3 vi cuộn dây đồng 12 vòng chịu dòng 360 mA bắt giữ hạt từ; Kim và cộng sự [55] điều khiển vi sinh vật T-pyrifomis chứa hạt nano $\text{Fe}_3\text{O}_4$ chuyển động theo từ trường 2 mT tạo bởi hệ cuộn Helmholtz.
  • Vi nam châm vĩnh cửu: Yellen và cộng sự [125] chế tạo vi nam châm tròn coban (Co) đường kính 5 µm, dày 70 nm, từ độ bão hòa 1 T để định vị hạt huỳnh quang phi từ Latex beads 3 µm vào các vùng cực tiểu từ trường; Issadore và cộng sự [50] cho các hạt NdFeB (8 µm và 125 µm) tự sắp xếp trong nền polydimethylsiloxane (PDMS) dưới từ trường ngoài lớn hơn 1 T để tách hạt từ Dynabead 1 µm khỏi hạt phi từ polystyrene 2 µm và tách bạch cầu khỏi tế bào ung thư vú SK-Br-3 với hiệu suất xấp xỉ 90%.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Thay vì sử dụng các hệ thống đòi hỏi nguồn nuôi ngoài phức tạp hoặc tạo nhiệt, luận án tập trung:

  • Chế tạo các vi cấu trúc từ vĩnh cửu có độ từ dư và dị hướng từ vuông góc với mặt phẳng màng bằng phương pháp phún xạ kết hợp kỹ thuật quang khắc trên đế Si tạo hình, đạt gradient từ trường trên $10^2\text{ T/m}$ ở khoảng cách $10\ \mu\text{m}$.
  • Phát triển phương pháp chế tạo nhanh vi cấu trúc từ bằng in từ trên nền PDMS và in phun bằng thiết bị Dimatix DMP 2831.
  • Khảo sát thực nghiệm khả năng thao tác trực tiếp các tế bào sinh học tự nhiên có tính nghịch từ (hồng cầu và tế bào ung thư T-47D) bằng lực đẩy nghịch từ mà không cần liên kết hạt từ nhân tạo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và các định luật vật lý

  1. Các đại lượng từ cơ bản: Cảm ứng từ $\vec{B}$ liên hệ với cường độ từ trường $\vec{H}$ và từ độ $\vec{M}$ qua phương trình: $$\vec{B} = \mu_0 (\vec{H} + \vec{M}) = \mu_0 (1 + \chi)\vec{H} = \mu \vec{H}$$ Trong đó $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\text{ H/m}$ là độ từ thẩm của chân không, $\chi = M/H$ là độ cảm từ, $\mu = \mu_0 \mu_r$ là độ từ thẩm của vật liệu.

  2. Phân loại từ tính:

  • Vật liệu nghịch từ: $\chi$ có giá trị âm, nằm trong khoảng $-10^{-6}$ đến $-10^{-4}$, không phụ thuộc nhiệt độ. Nước có $\chi = -9,06\times 10^{-6}$, silic có $\chi = -14,0\times 10^{-6}$, bismuth có $\chi = -175,0\times 10^{-6}$, graphite pyrolytic định hướng cao có $\chi = -450,0\times 10^{-6}$.
  • Vật liệu thuận từ: $\chi$ dương, nằm trong khoảng $10^{-5}$ đến $10^{-3}$, tuân theo biến thiên nhiệt độ do dao động nhiệt làm mất trật tự mômen từ.
  • Vật liệu sắt từ: Có từ độ tự phát dưới nhiệt độ Curie ($T_C$), cấu trúc phân chia thành các đô-men từ ngăn cách bởi vách Bloch. Dưới từ trường ngoài, các vách Bloch dịch chuyển và mômen từ quay về phương từ trường, tạo ra chu trình từ trễ đặc trưng bởi từ độ bão hòa ($M_S$), từ độ dư ($M_R$), lực kháng từ ($H_C$) và tích năng lượng cực đại $(BH)_{max}$.
Vật liệu từ cứng $M_S$ ($10^4\text{ G}$) $H_A$ ($10^4\text{ G}$) $(BH)_{max}$ ($\text{kJ/m}^3$) $T_C$ (K) Khối lượng riêng $\rho$ ($\text{g/cm}^3$) Khả năng chống ăn mòn
$\text{Nd}2\text{Fe}{14}\text{B}$ 1,6 7,6 514 585 7,6 Kém
$\text{SmCo}_5$ 1,0 40,0 220 1000 8,6 Kém
$\text{Sm}2\text{Co}{17}$ 1,3 6,4 333 1173 8,7 Kém
$\text{Sm}2\text{Fe}{17}\text{N}_3$ 1,5 21,0 472 749 7,7 Kém
$\text{FePt-}L1_0$ 1,4 11,6 407 750 15,1 Tốt
$\text{CoPt-}L1_0$ 1,0 4,9 200 840 15,2 Tốt
$\alpha\text{-Fe}$ 2,2 - - 1043 7,9 Kém
$\text{BaFe}{12}\text{O}{19}$ 0,5 1,8 - 742 5,3 Tốt
  1. Tính chất nghịch từ của phần tử sinh học: Bảng giá trị độ cảm từ thể tích và kích thước của một số đối tượng sinh học theo tổng hợp của Ueno và Iwasaka:
Vật liệu / Phần tử Hình dạng Kích thước ($\mu\text{m}$) $\chi$ $H_m$ ($10^4\text{ G}$) $H_S$ ($10^4\text{ G}$)
Peptide - - $-9,0\times 10^{-30}$ - -
Benzene - - $-1,0\times 10^{-28}$ 35 -
Fibrinogen - - $-2,5\times 10^{-27}$ 35 -
Thang xoắn DNA Chuỗi $w \sim 2,5\times 10^{-3}$; $l \sim 3,3\times 10^{-4}$ $-1,0\times 10^{-24}$ 14 $> 14$
Tobacco mosaic virus Dạng que $l \sim 0,3$; $d \sim 0,018$ $-1,5\times 10^{-25}$ 13 -
Purple membrane Màng $d \sim 0,5$; $t \sim 5\times 10^{-3}$ $-1,2\times 10^{-18}$ 2 1,7
Tảo Chlorella Cầu $d \sim 2 \div 10$ $-1,0\times 10^{-20}$ 3 1
Tiểu cầu Đĩa $d \sim 2 \div 3$ $-1,2\times 10^{-21}$ 8 3
Hồng cầu (RBC) Đĩa dẹt $d \sim 6 \div 8$; $t \sim 2 \div 3$ $-0,015\times 10^{-6}$ 8 4
Polyethylene - - $-7,0\times 10^{-19}$ - -
Lecithin - - $-6,5\times 10^{-18}$ 0,5 $< 0,5$
Stearic acid - - $-5,0\times 10^{-29}$ - -
Sợi Fibrin fiber Dài $l \sim 100$; $d \sim 1$ $-2,5\times 10^{-20}$ 8 1
Sợi Collagen fibril Dài $l \sim 0,3$; $d \sim 1,5\times 10^{-3}$ $-1,0\times 10^{-31}$ 13 1,9
Retinal rod Dạng que $l \sim 50$; $d \sim 2$ $-2,4\times 10^{-8}$ 1,4 $< 1,4$
Sợi cơ (Muscle fiber) Trụ $l \sim 10^3 \div 10^5$; $d \sim 10 \div 500$ $-1,2\times 10^{-9}$ 0,3 $< 0,3$
  1. Tương tác lực từ: Lực từ tác dụng lên hạt từ hoặc phần tử sinh học trong dung dịch đặt dưới từ trường không đồng nhất xác định bởi: $$\vec{F}m = \frac{V \Delta\chi}{\mu_0} (\vec{B} \cdot \nabla)\vec{B}$$ Với $\Delta\chi = \chi{vật\ thể} - \chi_{môi\ trường}$ và $V$ là thể tích phần tử. Khi đối tượng có tính nghịch từ mạnh hơn môi trường ($\Delta\chi < 0$), lực từ là lực đẩy khỏi các vị trí có từ trường cao về phía vùng có từ trường cực tiểu.

Phương pháp thực nghiệm và kỹ thuật phân tích

  1. Kỹ thuật chế tạo mẫu:
  • Phún xạ catốt: Lắng đọng các màng mỏng đa lớp $\text{NiFe/Cu}$, $\text{FePt}$, và cấu trúc đệm bảo vệ $\text{Ta/NdFeB/Ta}$ trên đế $\text{Si}$.
  • Kỹ thuật quang khắc kết hợp bóc tách và phún xạ trên đế $\text{Si}$ đã tạo hình rãnh/hốc vi mô.
  • Phương pháp in từ: Sử dụng cấu trúc từ chính bẫy các hạt NdFeB trên tấm Si mỏng, sau đó chuyển giao cố định cấu trúc hạt này vào lớp nền polymer polydimethylsiloxane (PDMS).
  • Phương pháp in phun: Sử dụng máy in Dimatix DMP 2831 với đầu in áp điện (piezoelectric) điều khiển giọt mực qua xung điện áp 4 giai đoạn, in dung dịch mực từ tính nền $\text{MFL-003 DMP}$, mực pha hạt NdFeB nghiền 4 giờ và mực pha hạt $\text{Fe}_3\text{O}_4$.
  1. Phương pháp khảo sát và phân tích đặc trưng:
  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Khảo sát cấu trúc tinh thể, pha kết tinh của màng mỏng và bột từ tính.
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM): Quan sát hình thái bề mặt và đo đạc chiều dày mặt cắt ngang màng mỏng.
  • Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM): Đo hình thái học bề mặt 3D và độ nhám bề mặt ở quy mô nanomét.
  • Màng hiển thị quang từ (MOIF): Hiển thị không gian đô-men từ và phân bố hướng từ hóa của các vi cấu trúc từ dựa trên hiệu ứng Faraday.
  • Thiết bị hiển vi đầu dò quét Hall (Hall probe microscopy): Khảo sát phân bố không gian thành phần cảm ứng từ $B_z$.
  • Từ kế mẫu rung (VSM): Đo chu trình từ trễ $M(H)$ theo phương song song (in-plane - ip) và phương vuông góc (out-of-plane - oop) với mặt phẳng màng.
  • Mô phỏng từ học: Tính toán số trị phân bố cảm ứng từ $B_z$ và các gradient thành phần $dB_z/dy$, $dB_z/dz$ tại các độ cao $d = 10\ \mu\text{m}$, $25\ \mu\text{m}$ và $50\ \mu\text{m}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày chi tiết về bản chất từ học, các đại lượng đặc trưng, phân loại vật liệu từ (nghịch từ, thuận từ, sắt từ) và cơ chế dịch chuyển vách Bloch dưới từ trường ngoài. Nội dung tập trung so sánh thông số các vật liệu từ cứng làm nam châm vĩnh cửu như hệ số dị hướng từ, nhiệt độ Curie, mật độ khối và tích năng lượng $(BH){max}$. Hợp kim $\text{Nd}2\text{Fe}{14}\text{B}$ dẫn đầu về mật độ năng lượng ($514\text{ kJ/m}^3$) nhưng có khả năng chống ăn mòn kém; hợp kim FePt cấu trúc $L1_0$ có $(BH){max}$ đạt $407\text{ kJ/m}^3$ và khả năng chống ăn mòn tốt nhờ chứa kim loại quý platin.

Về phương diện sinh học, chương này phân tích cấu tạo và đặc tính từ của tế bào hồng cầu (RBC) và tế bào ung thư vú T-47D:

  • Hồng cầu có dạng đĩa hai mặt lõm, đường kính $7 \div 8\ \mu\text{m}$, vành dày $2,5\ \mu\text{m}$, giữa dày $1\ \mu\text{m}$, khối lượng $45\times 10^{-12}\text{ g}$, thể tích $90 \div 95\ \mu\text{m}^3$. Hemoglobin (Hb) chiếm 34% trọng lượng hồng cầu gồm 4 nhân heme chứa ion $\text{Fe}^{2+}$. Trạng thái oxyhemoglobin có tính nghịch từ, còn trạng thái deoxyhemoglobin có tính thuận từ.
  • Tế bào ung thư vú T-47D có khả năng tự tổng hợp thụ thể progesterone (PR) ở mức cao mà không cần estrogen, là đối tượng chuẩn để nghiên cứu tính kháng thuốc tamoxifen.

Chương 1 cũng đánh giá toàn diện các kỹ thuật điều khiển vi hạt hiện hành (thủy động học chất lỏng, sóng âm, lực nâng nghịch điện DEF/DEP, nhíp quang học) và các dạng nguồn từ trường (nam châm điện, nam châm từ mềm, nam châm khối, vi cấu trúc từ vĩnh cửu), làm rõ cơ sở ưu việt của vi cấu trúc từ vĩnh cửu trong việc loại bỏ nhiệt Joule và duy trì từ trường cục bộ độc lập.

Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm

Chương 2 mô tả hệ thống thiết bị thực nghiệm và quy trình công nghệ chế tạo:

  1. Công nghệ phún xạ catốt lắng đọng các hệ màng mỏng đa lớp trong môi trường khí trơ Argon.
  2. Quy trình quang khắc tạo màng cảm quang, phơi sáng qua mặt nạ cấu hình thanh và ô vuông, ăn mòn hóa học tạo hình hốc vi mô trên đế Si.
  3. Quy trình in từ: Bố trí cấu trúc từ chính dưới một tấm Si mỏng bảo vệ dày $10\ \mu\text{m}$, rải hạt từ NdFeB lên bề mặt để lực từ bẫy hạt tạo hình tương ứng, sau đó đổ dung dịch polymer PDMS lỏng lên trên để đóng rắn nhiệt, cố định và bóc tách cấu trúc màng chứa hạt từ.
  4. Quy trình in phun trên máy Dimatix DMP 2831: Dung dịch mực từ tính được phun qua đầu in áp điện theo chu trình xung điện áp 4 giai đoạn làm biến dạng màng áp điện để tạo và giải phóng giọt mực chính xác lên đế.

Các phương pháp phân tích thực nghiệm bao gồm: XRD khảo sát góc phản xạ Bragg; kính hiển vi điện tử quét SEM đo độ dày mặt cắt màng; kính hiển vi lực nguyên tử AFM xác định độ gồ ghề bề mặt; màng hiển thị quang từ MOIF quan sát sự phân bố các cực từ thông qua góc quay phân cực ánh sáng; hệ vi đầu dò quét Hall đo không gian từ trường; và hệ đo từ kế mẫu rung VSM quét chu trình từ trễ theo hai phương song song và vuông góc với mặt phẳng màng.

Chương 3: Nghiên cứu chế tạo một số màng từ tính và vi cấu trúc từ trên cơ sở phương pháp phún xạ

Chương 3 trình bày các kết quả chế tạo và khảo sát tính chất của ba hệ màng từ và vi cấu trúc phún xạ:

  1. Màng mềm NiFe trên lớp đệm Cu: Màng được chế tạo ở các áp suất khí Argon ($p_{Ar}$) khác nhau: 1,0 mTorr; 2,2 mTorr; và 3,0 mTorr. Ảnh SEM mặt cắt ngang xác định rõ ranh giới giữa lớp đệm Cu và màng từ NiFe. Giản đồ XRD và đường cong từ trễ tỉ đối đo theo phương song song (ip) và vuông góc (oop) chỉ ra rằng áp suất phún xạ ảnh hưởng trực tiếp đến định hướng tinh thể và mức độ dị hướng từ của màng.

  2. Màng từ cứng FePt: Màng FePt được chế tạo ở nhiệt độ đế $T_S = 350^\circ\text{C}$, sau đó được ủ nhiệt ở $T_a = 450^\circ\text{C}$ so sánh với mẫu không ủ nhiệt. Giản đồ XRD chứng minh mẫu ủ nhiệt ở $450^\circ\text{C}$ xuất hiện pha trật tự hóa $L1_0$ với dị hướng từ tinh thể lớn. Ảnh AFM bề mặt thể hiện sự thay đổi cấu trúc hạt vi mô, và đường cong từ trễ VSM cho thấy lực kháng từ $H_C$ của màng sau ủ tăng vọt so với màng chưa ủ.

  3. Màng từ cứng NdFeB (cấu trúc Ta/NdFeB/Ta trên đế Si): Khảo sát sự phụ thuộc cấu trúc và tính chất từ vào nhiệt độ lắng đọng đế $T_S$ ở các mức: nhiệt độ phòng (RT), $300^\circ\text{C}$, $400^\circ\text{C}$, $450^\circ\text{C}$, $500^\circ\text{C}$ và $650^\circ\text{C}$.

  • Ảnh SEM mặt cắt kiểm soát độ dày cấu trúc lớp đệm Ta, màng chính NdFeB và lớp bảo vệ Ta chống ôxy hóa.
  • Giản đồ XRD cho thấy ở $T_S$ thấp màng có cấu trúc vô định hình; khi $T_S \ge 450^\circ\text{C}$, pha từ cứng $\text{Nd}2\text{Fe}{14}\text{B}$ bắt đầu kết tinh rõ nét.
  • Ảnh AFM thể hiện hình thái hạt của lớp phủ Ta biến đổi theo $T_S$.
  • Đường cong từ trễ VSM khẳng định màng lắng đọng ở nhiệt độ cao phát triển trục từ hóa dễ vuông góc với mặt phẳng màng (dị hướng vuông góc - oop).
  1. Tính toán mô phỏng và chế tạo vi cấu trúc từ:
  • Mô hình hóa cấu hình dạng thanh (chiều rộng $w$ từ $10\ \mu\text{m}$ đến $50\ \mu\text{m}$) và cấu hình nam châm vuông ($50\times 50\ \mu\text{m}^2$ và $100\times 100\ \mu\text{m}^2$). Kết quả mô phỏng số lượng tử hóa giá trị $B_z$, $dB_z/dy$, $dB_z/dz$ tại các khoảng cách cách bề mặt $d = 10\ \mu\text{m}$, $25\ \mu\text{m}$ và $50\ \mu\text{m}$.
  • Chế tạo vi nam châm vuông NdFeB $50\times 50\ \mu\text{m}^2$ trên đế Si đã tạo hình: Ảnh SEM khẳng định biên dạng vi cấu trúc sắc nét; ảnh MOIF chứng minh hướng từ hóa định hướng rõ rệt giữa các ô; đồ thị quét Hall tại độ cao $10\ \mu\text{m}$ xác nhận cảm ứng từ $B_z$ đạt cỡ mT và gradient từ trường $dB_z/dy$, $dB_z/dz$ vượt trên $10^2\text{ T/m}$.
  • Chế tạo vi cấu trúc từ FePt ô vuông $60\times 60\ \mu\text{m}^2$ trên đế Si phẳng: Phân tích chiều dày vi cấu trúc và đo quét Hall tại độ cao $10\ \mu\text{m}$ thu được phân bố gradient từ trường phù hợp với mô hình tính toán.

Chương 4: Nghiên cứu chế tạo một số màng từ tính và vi cấu trúc từ bằng phương pháp in

Chương 4 tập trung vào việc nghiên cứu hai phương pháp chế tạo nhanh:

  1. Phương pháp in từ trên nền PDMS: Sử dụng các hạt từ NdFeB ban đầu (được khảo sát hình thái bằng SEM và đo từ trễ bằng VSM). Hạt được định vị qua vi cấu trúc từ chính có che tấm Si mỏng $10\ \mu\text{m}$, sau đó được chuyển giao sang nền polymer PDMS. Ảnh MOIF hiển thị sự sắp xếp các đám hạt NdFeB thành các vi nam châm có hướng từ hóa ngược chiều xen kẽ. Đo đạc AFM cho thấy biên dạng gồ ghề của bề mặt đám hạt trong PDMS. Tính toán và đo thực tế tại mặt phẳng cách bề mặt vi cấu trúc $10\ \mu\text{m}$ cho thấy $B_z$, $dB_z/dy$ và $dB_z/dz$ đạt giá trị đáp ứng yêu cầu bẫy từ.

  2. Phương pháp in phun sử dụng máy Dimatix DMP 2831:

  • Chế tạo mực in: Sử dụng dung dịch thương mại MFL-003 DMP (đo phân bố kích thước hạt và từ trễ); dung dịch chứa hạt NdFeB nghiền 4 giờ (hạt sau nghiền giảm kích thước, được kiểm tra qua XRD, VSM và pha chế thành các dung dịch N1, N2, N3); và dung dịch chứa hạt $\text{Fe}_3\text{O}_4$ siêu thuận từ (đo XRD, kích thước hạt, từ trễ, pha thành các mẫu F1, F2, F3).
  • Chế tạo màng từ $5\times 5\text{ mm}^2$ và vi cấu trúc từ ô vuông: Khảo sát ảnh mặt cắt SEM, hình thái bề mặt và đường cong từ trễ VSM của các màng in phun đơn lẻ.
  • Chế tạo vi cấu trúc in phun nhiều lớp: Thực hiện in 1 lớp, 2 lớp và 3 lớp bằng dung dịch F3 ($\text{Fe}_3\text{O}_4$) và dung dịch MFL-003 DMP. Kết quả VSM chỉ ra từ độ và chiều dày vi cấu trúc tăng tỷ lệ thuận với số lớp in. Mô phỏng và tính toán thành phần $B_z$ cùng các gradient $dB_z/dy$, $dB_z/dz$ cho thấy cấu trúc in phun tạo ra trường lực từ đủ lớn để bẫy các hạt vi mô.

Chương 5: Thử nghiệm ứng dụng

Chương 5 thử nghiệm khả năng bẫy hạt từ và phần tử sinh học của các vi cấu trúc đã chế tạo:

  1. Bắt giữ hạt từ tính:
  • Sử dụng hạt NdFeB và dung dịch chứa hạt $\text{Fe}_3\text{O}_4$ siêu thuận từ (hạt $\text{Fe}_3\text{O}_4$ có từ trễ không có lực kháng từ, không có độ từ dư).
  • Phân tích cơ chế động lực học: Trong dòng chảy vi lưu, hạt từ chịu lực kéo của dòng chất lỏng $F_d$ và lực từ hút $F_{my}$. Vị trí cân bằng của hạt bị bắt giữ trên bề mặt dịch chuyển đến điểm mà lực từ cân bằng với lực kéo thủy động học.
  • Kết quả thực nghiệm: Bố trí miếng Si dày $10\ \mu\text{m}$ trên các vi cấu trúc từ và cho dung dịch chứa hạt chảy qua. Ảnh chụp kính hiển vi quang học xác nhận hạt NdFeB và $\text{Fe}_3\text{O}_4$ bị bắt giữ chính xác tại các vị trí mép vi nam châm nơi gradient từ trường đạt cực đại trên cả 4 hệ vi cấu trúc: (1) vi cấu trúc NdFeB trên đế Si tạo hình, (2) vi cấu trúc FePt trên đế Si phẳng, (3) vi cấu trúc NdFeB trên nền PDMS (phương pháp in từ), và (4) vi cấu trúc NdFeB chế tạo bằng in phun.
  1. Bắt giữ và định vị các phần tử sinh học:
  • Tế bào hồng cầu (RBC): Đường cong từ độ theo từ trường của dung dịch hồng cầu khẳng định tính nghịch từ tự nhiên. Đặt dung dịch hồng cầu lên bề mặt lớp bảo vệ PDMS phủ trên vi cấu trúc NdFeB đế Si tạo hình. Do hồng cầu có độ cảm từ âm hơn môi trường ($\Delta\chi < 0$), lực từ đóng vai trò là lực đẩy nghịch từ ($F_z$ hướng ra xa bề mặt từ trường mạnh). Đồ thị tính toán sự phụ thuộc của tổng lực tác dụng theo phương $z$ vào khoảng cách $d$ cho thấy sự cân bằng lực tại các vị trí xác định. Thực nghiệm chụp ảnh phân bố cho thấy các tế bào hồng cầu bị đẩy khỏi các mép vi nam châm và tập trung ổn định tại các vùng có từ trường cực tiểu ở trung tâm giữa các vi nam châm.
  • Tế bào ung thư vú T-47D: Đường cong từ hóa xác định tính nghịch từ của dung dịch tế bào T-47D. Thử nghiệm trên cả vi cấu trúc NdFeB trên đế Si tạo hình phủ PDMS và vi cấu trúc NdFeB trong nền PDMS. Phân tích đồ thị tổng lực $F_z$ theo khoảng cách $d$ và ảnh hiển vi cho thấy tế bào T-47D bị bẫy và sắp xếp ổn định tại các vị trí định trước nhờ lực đẩy nghịch từ mà không cần bất kỳ bước đánh dấu từ tính nào.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học:

  1. Xác lập mối quan hệ thực nghiệm giữa điều kiện chế tạo phún xạ (áp suất khí Argon $p_{Ar}$, nhiệt độ đế lắng đọng $T_S$, nhiệt độ ủ $T_a$) với cấu trúc tinh thể, pha kết tinh ($\text{Nd}2\text{Fe}{14}\text{B}$, $\text{FePt-}L1_0$) và tính chất dị hướng từ vuông góc mặt phẳng màng của các hệ màng mỏng $\text{Ta/NdFeB/Ta}$, FePt và $\text{NiFe/Cu}$.
  2. Xây dựng mô hình tính toán số trị và kiểm chứng thực nghiệm sự phân bố không gian cảm ứng từ $B_z$ và các gradient từ trường ($dB_z/dy$, $dB_z/dz$) của các cấu hình vi nam châm dạng thanh và ô vuông, xác định quy luật suy giảm của từ trường và gradient theo khoảng cách $d$ từ $10\ \mu\text{m}$ đến $50\ \mu\text{m}$.
  3. Làm rõ cơ chế tương tác lực từ nghịch từ lên tế bào hồng cầu (RBC) và tế bào ung thư vú T-47D, chứng minh bằng thực nghiệm khả năng thao tác, bẫy và định vị phần tử sinh học hoàn toàn bằng lực đẩy nghịch từ trong không gian từ trường biến thiên.

Các đóng góp mới về mặt công nghệ và thực tiễn:

  1. Chế tạo thành công các vi cấu trúc từ vĩnh cửu NdFeB ($50\times 50\ \mu\text{m}^2$) trên đế Si tạo hình và vi cấu trúc FePt ($60\times 60\ \mu\text{m}^2$) trên đế Si có cảm ứng từ bề mặt cỡ mT và biến thiên từ trường lớn vượt $10^2\text{ T/m}$ ở khoảng cách $10\ \mu\text{m}$.
  2. Phát triển thành công hai quy trình công nghệ chế tạo nhanh vi cấu trúc từ: phương pháp in từ trên nền màng dẻo PDMS sử dụng cấu trúc từ chính và phương pháp in phun sử dụng máy Dimatix DMP 2831 với mực từ tính pha hạt NdFeB nghiền và hạt $\text{Fe}_3\text{O}_4$.
  3. Bắt giữ thực nghiệm thành công hạt từ tính ($\text{NdFeB}$, $\text{Fe}_3\text{O}_4$) và định vị hai loại tế bào sinh học (RBC, T-47D) tại các vị trí xác định mà không cần nguồn điện ngoài, không sinh nhiệt Joule và không làm biến tính tế bào.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất từ tác giả:

  • Đề xuất tích hợp các vi cấu trúc từ vĩnh cửu này vào hệ thống kênh dẫn vi lưu khép kín để phát triển các chip xét nghiệm y sinh hoàn chỉnh (Lab-on-a-chip).
  • Nghiên cứu thêm các lớp phủ bảo vệ chức năng hóa tương thích sinh học bền vững hơn để chống mài mòn và chống ăn mòn hóa học khi tiếp xúc lâu dài với môi trường dịch sinh học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Nguồn từ trường vi cấu trúc vĩnh cửu hoạt động cố định, không thể thay đổi linh hoạt cường độ từ trường hoặc chuyển đổi trạng thái tắt/mở theo ý muốn như nam châm điện.
  • Sau khi bắt giữ hạt từ hoặc tế bào, việc thu hồi hoặc rửa giải đối tượng đòi hỏi các giải pháp cơ học hoặc thủy động học bổ trợ do lực từ bám giữ cố định.
  • Hợp kim NdFeB dễ bị ôxy hóa trong không khí và môi trường lỏng sinh học, đòi hỏi lớp bảo vệ Ta hoặc màng polymer PDMS phải đồng nhất và không có khuyết tật.
  • Gradient từ trường suy giảm nhanh khi khoảng cách vượt quá $25 \div 50\ \mu\text{m}$, giới hạn chiều cao hiệu dụng của kênh dẫn vi lưu đặt phía trên.
  • Phương pháp in phun chịu giới hạn bởi độ nhớt dung dịch và kích thước hạt mực (hạt nghiền phải dưới kích thước đầu phun để tránh tắc vòi phun), dẫn đến độ từ dư và độ đồng đều từ tính của màng in phun thấp hơn màng phún xạ.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Tối ưu hóa cấu trúc vi kênh dẫn dòng chảy phía trên vi cấu trúc từ để kiểm soát chính xác sự cân bằng giữa lực đẩy/hút từ và lực kéo thủy động học trong điều kiện dòng chảy liên tục.
  • Phát triển kỹ thuật giải phóng tế bào sau khi phân tách bằng cách điều chỉnh áp lực dòng vi lưu hoặc kết hợp vi cấu trúc từ với các xung kích thích phụ trợ.
  • Mở rộng thử nghiệm phân tách tự động đối với các mẫu máu bệnh lý thực tế và phân tách các tế bào ung thư tuần hoàn (CTC) hiếm gặp trong máu ngoại vi.

Giá trị tham khảo

Giá trị đối với các đối tượng nghiên cứu:

  • Nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Vật liệu và linh kiện nano, Vật lý kỹ thuật, Khoa học vật liệu: Tài liệu cung cấp quy trình thực nghiệm chi tiết về chế tạo màng từ mỏng đa lớp dị hướng vuông góc, kỹ thuật quang khắc trên đế Si tạo hình, phương pháp đo đạc từ học (VSM, đầu dò Hall, MOIF).
  • Các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong lĩnh vực MEMS, Bio-MEMS, và Lab-on-a-chip: Luận án cung cấp các thông số thiết kế mô phỏng gradient từ trường của các mảng nam châm vi mô và giải pháp chế tạo vi cấu trúc từ nhanh bằng in từ trên PDMS hoặc in phun Dimatix.
  • Các chuyên gia nghiên cứu y sinh học và chẩn đoán lâm sàng: Dữ liệu về độ cảm từ nghịch từ của tế bào hồng cầu và tế bào ung thư vú T-47D cùng mô hình bẫy tế bào không cần gắn hạt từ là cơ sở để phát triển các xét nghiệm phân tách tế bào không xâm lấn.

Các nội dung đáng tham khảo nhất trong văn bản:

  • Bảng tổng hợp thông số vật lý và từ tính của các vật liệu từ cứng làm nam châm vĩnh cửu và độ cảm từ của các phần tử sinh học.
  • Quy trình công nghệ phún xạ đa lớp $\text{Ta/NdFeB/Ta}$ có kiểm soát nhiệt độ đế để tạo dị hướng từ vuông góc.
  • Mô hình tính toán phân bố $B_z$ và gradient ($dB_z/dy$, $dB_z/dz$) cho cấu hình thanh và cấu hình ô vuông vi nam châm.
  • Quy trình chế tạo vi cấu trúc từ bằng phương pháp in từ trên nền PDMS và phương pháp in phun trên máy Dimatix DMP 2831.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vì sao luận án lựa chọn phát triển các vi cấu trúc từ vĩnh cửu thay vì sử dụng nam châm điện hoặc nam châm từ mềm trong điều khiển vi đối tượng sinh học? Nam châm điện khi hoạt động ở dòng điện cao để tạo gradient lớn sẽ phát sinh nhiệt Joule (như trong nghiên cứu của Ramadan, dòng trên 100 mA đã cần làm mát), dễ gây tổn thương hoặc làm chết các tế bào sinh học vốn rất nhạy cảm với nhiệt độ; ngoài ra nam châm điện cần nguồn nuôi ngoài cồng kềnh. Nam châm từ mềm tuy không sinh nhiệt nhưng bắt buộc phải có từ trường ngoài để phân cực, khi đó toàn bộ các thành phần bị phân cực đồng thời, không thể duy trì các vùng phân cực từ địa phương riêng biệt. Vi cấu trúc từ vĩnh cửu giải quyết được cả hai nhược điểm này: hoạt động tự động không cần nguồn điện ngoài, không sinh nhiệt Joule và tạo được gradient từ trường cục bộ lớn trên bề mặt.

  2. Cấu trúc màng mỏng NdFeB chế tạo bằng phương pháp phún xạ có cấu tạo như thế nào và nhiệt độ đế ($T_S$) ảnh hưởng ra sao đến tính chất từ? Màng NdFeB trong luận án được chế tạo theo cấu trúc 3 lớp $\text{Ta/NdFeB/Ta}$ trên đế Si. Lớp Ta dưới đóng vai trò lớp đệm, lớp Ta trên đóng vai trò màng bảo vệ chống ôxy hóa cho pha NdFeB. Nhiệt độ đế lắng đọng ($T_S$) được khảo sát từ nhiệt độ phòng (RT), $300^\circ\text{C}$, $400^\circ\text{C}$, $450^\circ\text{C}$, $500^\circ\text{C}$ đến $650^\circ\text{C}$. Ở nhiệt độ thấp, màng có cấu trúc vô định hình. Khi $T_S \ge 450^\circ\text{C}$, pha từ cứng $\text{Nd}2\text{Fe}{14}\text{B}$ kết tinh rõ rệt, thúc đẩy sự hình thành dị hướng từ vuông góc với mặt phẳng màng (out-of-plane), giúp vi cấu trúc tạo ra từ trường và biến thiên từ trường vuông góc mạnh nhất.

  3. Phương pháp in từ trên nền polymer PDMS được thực hiện qua các bước thực nghiệm nào? Quy trình in từ gồm các bước: (1) Sử dụng một vi cấu trúc từ chính có sẵn làm khuôn trường từ; (2) Phủ một tấm Si mỏng dày $10\ \mu\text{m}$ lên trên bề mặt cấu trúc từ chính; (3) Rải các hạt từ NdFeB lên tấm Si để từ trường của cấu trúc chính hút và định vị các hạt thành các đám hạt vi mô theo cấu hình định sẵn; (4) Đổ chất đàn hồi polymer PDMS lỏng lên trên lớp hạt; (5) Tiến hành ủ nhiệt để đóng rắn PDMS; (6) Bóc tách lớp màng PDMS đã đóng rắn ra khỏi tấm Si, thu được vi cấu trúc chứa các đám hạt NdFeB cố định trong nền polymer có cực từ định hướng xen kẽ.

  4. Cơ chế vật lý nào cho phép vi cấu trúc từ bắt giữ và định vị được tế bào hồng cầu (RBC) và tế bào ung thư vú T-47D mà không cần gắn hạt từ? Tế bào hồng cầu ngậm ôxy và tế bào ung thư vú T-47D đều là các phần tử có tính nghịch từ tự nhiên với độ cảm từ thể tích âm ($\chi < 0$). Khi đặt trong môi trường có từ trường không đồng nhất, độ cảm từ hiệu dụng $\Delta\chi = \chi_{tế\ bào} - \chi_{môi\ trường} < 0$, dẫn đến lực từ tác dụng lên tế bào là lực đẩy nghịch từ, hướng tế bào ra xa các vị trí có từ trường cao (các cạnh, mép vi nam châm) và đẩy về các vị trí có từ trường cực tiểu. Lực đẩy từ này theo phương $z$ kết hợp với trọng lực và tương tác bề mặt tạo ra vị trí cân bằng bền, giữ các tế bào tập trung ổn định tại trung tâm giữa các vi nam châm.

  5. Thiết bị in Dimatix DMP 2831 đã được sử dụng với những loại mực từ tính nào và số lớp in ảnh hưởng thế nào đến tính chất màng? Thiết bị in phun Dimatix DMP 2831 sử dụng đầu in áp điện 4 giai đoạn xung tạo giọt được tác giả nạp 3 hệ mực: dung dịch thương mại MFL-003 DMP, dung dịch pha hạt NdFeB nghiền 4 giờ (N1, N2, N3) và dung dịch pha hạt $\text{Fe}_3\text{O}_4$ siêu thuận từ (F1, F2, F3). Khi tiến hành in vi cấu trúc từ dung dịch F3 với số lớp in tăng dần từ 1 lớp, 2 lớp đến 3 lớp, chiều dày thực tế của các ô vuông tăng lên tương ứng và phép đo từ trễ VSM xác nhận từ độ của vi cấu trúc tăng tỷ lệ thuận với số lớp in, giúp tăng cường độ cảm ứng từ $B_z$ và gradient từ trường trên bề mặt.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Lê Việt Cường đã giải quyết các vấn đề công nghệ trong việc chế tạo vật liệu từ nền Fe cấu trúc micro-nano (NiFe, FePt, NdFeB và $\text{Fe}_3\text{O}_4$) có dị hướng từ vuông góc, tạo ra các vi cấu trúc từ vĩnh cửu đạt cảm ứng từ cỡ mT và gradient từ trường vượt $10^2\text{ T/m}$ ở khoảng cách $10\ \mu\text{m}$. Nghiên cứu đã làm chủ công nghệ phún xạ kết hợp quang khắc trên đế Si tạo hình, đồng thời phát triển thành công hai quy trình chế tạo nhanh bằng in từ trên nền PDMS và in phun bằng thiết bị Dimatix DMP 2831. Kết quả thực nghiệm đã chứng minh khả năng bắt giữ chính xác các hạt từ tính ($\text{NdFeB}$, $\text{Fe}_3\text{O}_4$) và định vị thành công các phần tử sinh học nghịch từ (tế bào hồng cầu và tế bào ung thư vú T-47D) bằng lực đẩy nghịch từ không tiếp xúc. Công trình cung cấp hệ thống cơ sở thực nghiệm và thông số công nghệ giá trị cho hướng phát triển các vi hệ thống phân tách tế bào tự động trong y sinh học.