Modeling and experimental verification of the biocell separation processes by the magnitude of magnetic susceptibility

Abstract

В статье даны предложения по моделированию процессов сепарирования клеток по величине магнитной восприимчивости. На основе предложенной модели создана рабочая установка сепаратора, дано ее описание. Для повышения эффективности работы приведенной установки сепаратора, по сравнению с существующими аналогами, внесены конструкторские предложения. Экспериментально установлено, что решетка, состоящая из стержней магнитомягкой стали, представляющая собой пространственно-периодическую полиградиентную структуру, может выделять клетки различной магнитной восприимчивости, при изменении величины внешнего магнитного поля, приложенного к этой структуре и неизменной скорости потока рабочей среды, прокачиваемого через нее. Дополнительно разработана методика выделения клеток с разной магнитной восприимчивостью на рабочей установке. Полученный метод позволяет получать «спектры» магнитной восприимчивости клеток образцов. После проведения калибровки установки, возможно прогнозирование ожидаемых результатов анализа по разделению клеток. Эффективность разработанного сепаратора растет с увеличением количества рядов (стержней) в периодической структуре. От времени прокачки зависит точность получаемых результатов. При слабых полях выдержку необходимо увеличивать. В зонах завихрения могут оставаться немагнитные или слабомагнитные биологические клетки. Это явление отрицательно сказывается на качестве полученных образцов, особенно при слабых магнитных полях. In this article, suggestions are given for modeling the processes of cell separation by the magnitude of magnetic susceptibility. On the basis of the proposed model, an operating separation unit was created, and its description was given. To improve the efficiency of the operating separation unit, in comparison with existing equivalents, design solutions were introduced. It has been experimentally established that a lattice, consisting of rods of soft magnetic steel, which is a spatially periodic polygradient structure, can secrete cells of various magnetic susceptibility when the magnitude of the external magnetic field, applied to this structure, and the constant flow rate of the working medium, pumped through it, change. Additionally, we have also developed a technique for isolating cells with different magnetic susceptibility by means of the operating unit. The derived method makes it possible to acquire "spectra" of the magnetic susceptibility of cell samples. After the calibration of the unit, it is possible to predict the expected results of the cell separation analysis. The efficiency of the devised separator rises with an increase in the number of rows (rods) in the periodic structure. The accuracy of the findings depends on the pumping time. With weak fields, the shutter speed needs to be accelerated. Non-magnetic or weakly magnetic biological cells may remain in the swirl zones. This phenomenon negatively affects the quality of the samples obtained, especially with weak magnetic fields.