ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ o0o LÊ VIỆT CƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỪ NỀN Fe CÓ CẤU TRÚC MICRO-NANO ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ o0o LÊ VIỆT CƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỪ NỀN Fe CÓ CẤU TRÚC MICRO-NANO ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện nano Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Phạm Đức Thắng Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Trước hết xin trân trọng cảm ơn PGS TS Phạm Đức Thắng trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình kịp thời để thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS TS Nguyễn Thế Hiện nhiệt tình nhận lời hướng dẫn tơi thực luận án thời gian đầu Lời cảm ơn chân thành muốn tới GS Nora Dempsey, Viện Néel, Cộng hịa Pháp Giáo sư giúp đỡ nhiệt tình thời gian làm việc thành phố Grenoble, tạo sở quan trọng để thực nghiên cứu Một số kết luận án thực Viện Néel, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đồng nghiệp hỗ trợ quý báu Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Hoàng Nam Nhật thầy cô, đồng nghiệp Khoa Vật lý kỹ thuật Cơng nghệ nano Phịng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ micro nano Họ dành nhiều thời gian để chia sẻ trao đổi công việc với Tôi nhớ buổi thảo luận chân tình, cởi mở tích cực công việc lẫn sống hàng ngày người Cảm ơn TS Bùi Đình Tú TS Đặng Đình Long dành thời gian lắng nghe, chia sẻ với tơi khó khăn cơng việc sống, giúp tơi hiểu rõ thân mình, có định hướng tốt cơng việc sống Cảm ơn anh, chị, em nghiên cứu sinh, bạn học viên cao học em sinh viên đồng hành tơi suốt q trình làm việc Sự hỗ trợ, chia sẻ, giúp đỡ nhiệt tình người góp phần khơng nhỏ vào luận án Luận án hoàn thành với hỗ trợ phần đề tài mã số 103.022015.80 Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia Lê Việt Cường LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu trình bày luận án thực Kết nghiên cứu luận án trung thực, tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Tác giả Lê Việt Cường MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN .5 1.1 Từ tính vật liệu từ 1.1.1 Một số đại lượng từ .6 1.1.2 Phân loại vật liệu từ 1.1.3 Vật liệu từ cứng vật liệu từ mềm 1.1.4 Dị hướng từ 13 1.1.5 Hạt từ kích thước micro nano mét .14 1.1.6 Tính chất từ phần tử sinh học 15 1.2 Kỹ thuật điều khiển đối tượng kích thước micro nano 20 1.2.1 Nguồn từ trường .25 1.2.2 Điều khiển vi đối tượng lực từ: bắt giữ 27 1.2.3 Điều khiển vi đối tượng lực từ: dẫn đường .32 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .39 2.1 Phương pháp phún xạ 39 2.2 Các phương pháp chế tạo cấu trúc từ 40 2.2.1 Phương pháp phún xạ kết hợp kỹ thuật quang khắc 40 2.2.2 Phương pháp phún xạ đế tạo hình .42 2.2.3 Phương pháp in từ 43 2.2.4 Phương pháp in phun 44 2.3 Các phương pháp khảo sát tính chất đặc trưng 47 2.3.1 Nhiễu xạ tia X 47 2.3.2 Hiển thị cấu trúc từ 48 2.3.3 Kính hiển vi lực nguyên tử .50 2.3.4 Kính hiển vi điện tử quét 51 2.3.5 Từ kế mẫu rung 52 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ MÀNG TỪ TÍNH VÀ VI CẤU TRÚC TỪ TRÊN CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ 54 3.1 Màng NiFe 54 3.1.1 Điều kiện chế tạo 54 3.1.2 Cấu trúc tinh thể .55 3.1.3 Tính chất từ 56 3.2 Màng FePt 59 3.2.1 Điều kiện chế tạo 59 3.2.2 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vi mô 60 3.2.3 Tính chất từ 61 3.3 Màng NdFeB 62 3.3.1 Điều kiện chế tạo 62 3.3.2 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vi mô 64 3.3.3 Tính chất từ 67 3.4 Chế tạo vi cấu trúc từ 69 3.4.1 Ảnh hưởng thơng số hình học tới từ trường bề mặt vi cấu trúc từ 69 3.4.2 Vi cấu trúc từ NdFeB đế Si tạo hình 80 3.4.3 Vi cấu trúc từ FePt đế Si 82 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ MÀNG TỪ TÍNH VÀ VI CẤU TRÚC TỪ BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN 86 4.1 Vi cấu trúc từ NdFeB PDMS phương pháp in từ 86 4.2 Màng từ vi cấu trúc từ phương pháp in phun .90 4.2.1 Chế tạo dung dịch in có từ tính 90 4.2.2 Màng từ vi cấu trúc từ .100 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG .113 5.1 Bắt giữ hạt từ 114 5.2 Bắt giữ phần tử sinh học 120 5.2.1 Vi cấu trúc từ NdFeB đế Si tạo hình 121 5.2.2 Vi cấu trúc từ NdFeB PDMS 125 KẾT LUẬN 127 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Đường cong từ hóa vật liệu nghịch từ, thuận từ sắt từ .7 Hình Vách Bloch đômen vật liệu sắt từ (a), vách Bloch vật liệu sắt từ bị loại bỏ từ trường ngồi có cường độ tăng dần Từ trường ngồi có cường độ tăng dần biểu diễn mũi tên màu xám (b) .10 Hình Các đường cong từ trễ đặc trưng vật liệu từ cứng vật liệu từ mềm (a), thay đổi giá trị lượng (BH) theo từ trường ngồi (b) .10 Hình Sự phát triển của vật liệu từ cứng kỷ 20 so sánh thể tích loại vật liệu từ khác với (BH)max [38] 12 Hình Các kiểu phân bố khác hạt từ lớp .15 Hình Kích thước, hình dạng tế bào hồng cầu bình thường (a), cấu tạo thành phần Hemoglobin (b) 18 Hình Các hạt tập trung chuyển động dọc theo đường kênh dẫn nhờ động lực học chất lỏng (a) [10], hạt chuyển động vi kênh bị lệch hướng thay đổi hình dạng dịch chuyển bọt khí (b) [120] 20 Hình Lực âm sử dụng để phân tách xếp vi hạt (a) [2], tế bào RBC WBC (b) [80] .22 Hình Các hạt tập trung làm lệch hướng chuyển động cách sử dụng lực DEP (a) [20], lệch hướng so với hướng dòng chảy ban đầu tế bào RBC theo kích thước (b) [42] 23 Hình 10 Điều khiển quỹ đạo hạt lực quang học [69] .24 Hình 11 Nguyên lý kỹ thuật MACS: gắn hạt từ, phân tách thu thập (a) [70], hệ thống vi kênh tích hợp với nam châm vĩnh cửu (b) [44] 28 Hình 12 Bắt giữ hạt từ nam châm từ mềm thực nhóm nghiên cứu Tseng (a) [114], Ino (b) [49], Guo (c) [37] .29 Hình 13 Các cấu hình vi nam châm điện sử dụng để bắt giữ vi đối tượng (a) [87], mặt cắt ngang vi kênh biểu diễn vị trí bắt giữ hạt dọc theo chiều cao vi kênh (b) [104] 30 Hình 14 Các hạt huỳnh quang phi từ Latex beads µm định vị bề mặt dãy vi nam châm vĩnh cửu Co (a) - thước đo hình có giá trị 25 µm [125], hạt từ NdFeB tự xếp thành vi nam châm vi kênh (b) [50] .31 Hình 15 Hệ thống vi kênh tích hợp với nam châm vĩnh cửu khối để phân tách hạt từ (a) [76, 77], hệ thống tương tự sử dụng để thực lực đẩy lên hạt nghịch từ (b) [110] Fm, Ff, Fd lực từ, lực kéo dòng chất lỏng lực tác động tổng hợp lên hạt từ 33 Hình 16 Phân tách tế bào RBC WBC tác dụng từ trường miếng sắt từ Ni gây [40, 41] 34 Hình 17 Các nam châm từ mềm làm lệch quỹ đạo chuyển động tế bào (a) [48] đối tượng đánh dấu từ (b) [1] .34 Hình 18 Hệ thống làm lệch quỹ đạo chuyển động phát triển nhóm nghiên cứu Fulcrand (a) [30] nhóm nghiên cứu Shevkoplyas (b) [103] 35 Hình Sơ đồ minh họa hệ thiết bị phún xạ 39 Hình 2 Các bước trình chế tạo cấu trúc từ sử dụng công nghệ quang khắc (a – e) hình ảnh thực tế cấu trúc từ thu (f) .40 Hình Cấu hình mặt nạ sử dụng kỹ thuật quang khắc để chế tạo vi cấu trúc từ 41 Hình Các bước trình chế tạo cấu trúc từ sử dụng đế Si tạo hình (a, b) ví dụ cấu trúc thực tế (c, d) [27, 119] 42 Hình Sơ đồ minh họa bước trình chế tạo cấu trúc từ phương pháp in từ [26] 43 Hình Thiết bị in Dimatix DMP 2831 44 Hình Quá trình hình thành giọt mực việc cấp dòng cho điện trở [112] .45 Hình Một chu kì xung điển hình thiết bị in sử dụng biến dạng vật liệu áp điện để hình thành giải phóng giọt mựcgồm giai đoạn 46 Hình Quá trình hình thành giọt mực cách sử dụng biến dạng miếng vật liệu áp điện 46 Hình 10 Sơ đồ biểu diễn chế nhiễu xạ tia X .48 Hình 11 Sơ đồ biểu thị hình ảnh thu lớp màng MOIF đặt màng mỏng từ có mơmen từ liền kề ngược chiều có ánh sáng phân cực chiếu qua 49 Hình 12 Hình ảnh bề mặt đầu dị Hall với ba vùng làm việc có kích thước khác (a), sơ đồ khối hệ hiển vi đầu dò quét Hall điển hình (b) [138] .50 Hình 13 Sơ đồ khối hệ AFM 51 Hình 14 Cấu tạo thiết bị kính hiển vi điện tử qt 52 Hình 15 Sơ đồ khối hệ VSM 53 Hình Hình ảnh mặt cắt lớp đệm Cu (a) lớp màng từ NiFe mẫu NiFe/Cu đại diện chụp SEM .54 Hình Giản đồ XRD màng NiFe/Cu lắng đọng pAr khác 55 Hình 3 Đường cong từ trễ tỉ đối màng NiFe/Cu lắng đọng pAr 3,0 mTorr (a), 2,2 mTorr (b) 1,0 mTorr (c) đo theo phương song song vuông góc với mặt phẳng màng .57 Hình Hình ảnh mặt cắt màng FePt chụp SEM 59 Chlamydomonas reinhardtii in lipid accumulation phase”, Algal Research 16, 357-367 [10] D Di Carlo, D Irimia, R G Tompkins, and M Toner (2007), “Continuous inertial focusing, ordering, and separation of particles in microchannels”, Proceedings of the National Academy of Sciences 104 (48), 18892-18897 [11] L Castaldi, H A Davies, M R J Gibbs (2002), “Growth and characterization of NdFeB thin films”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 242, 1284–1286 [12] O Chadebec, J L Coulomb, and F Janet (2006), “A review of magnetostatic moment method”, IEEE Transactions on magnetics 42 (4), 515-520 [13] J Chen, Z Guo, H B Wang, M Gong, X.-K Kong, P Xia, and Q W Chen (2013), “Multifunctional Fe3O4@C@Ag hybrid nanoparticles as dual modal imaging probes and near-infrared light-responsive drug delivery platform”, Biomaterials 34, 571-581 [14] P Chen, Y Huang, G Bhave, K Hoshino, X Zhang (2016), “Ink-jet micromagnet array on glass slides for immunomagnetic enrichment of circulating tumor cells”, Ann Biomed Eng 44 (5), 1710-1720 [15] H Chetouani, C Jeandey, V Haguet, H Rostaing, C Dieppedale, J F Jacquot, T Kerlin, and G Reyne (2007), “Principle and analysis of a twodimensional onchip magnetophoresis of bioparticles for contamination-free biochemical reactors”, IEEE Transactions on Magnetics 43 (4), 1673-1676 [16] H Chetouani, C Jeandey, V Haguet, H Rostaing, C Dieppedale, and G Reyne (2006), “Diamagnetic levitation with permanent magnets for contactless guiding and trapping of microdroplets and particles in air and liquids”, IEEE Transactions on magnetics 42, 3557-3559 [17] C Y Chiang, W C Ming, L S Hao (2016), “Particles sorting in micro channel using designed micro electromagnets of magnetic field gradient”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 407, 209-217 131 [18] S Chigirinsky, M Kustov, N Dempsey, C Ndao, and R Grechishkin (2009), “Calculations and measurements of the magnetic field of patterned permanent magnetic films for lab-on-chip applications”, Reviews on Advanced Materials Science 20, 85-91 [19] T S Chin (2000), “Permanent magnet films for applications in microelectromechanical systems”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 209, 75-79 [20] S Choi, J K Park (2005), “Microfluidic system for dielectrophoretic separation based on a trapezoidal electrode array”, Lab on a Chip 5, 1161– 1167 [21] B G Compton, J W Kemp, T V Novikov, R C Pack, C I Nlebedim, C E Duty, O Rios, and M P Parathaman (2016), “Direct-write 3D printing of NdFeB bonded magnets”, Journal of Materials and manufacturing processes, 1-5 [22] C G Coral, H A Fantana, J Howard (2016), “A force-generating machinery maintains the spindle at the cell center during mitosis”, Science 352 (6289), 1124-1127 [23] O Cugat, J Delamare, and G Reyne (2003), “Magnetic micro actuators and systems (MAGMAS)”, IEEE Transactions on Magnetics 39 (5), 3607-3612 [24] L V Cuong, N T M Hong, N H Tiep, P D Thang (2011), “Tunning the properties of nanostructured NiFe film”, Proceedings of the 3rd International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA 2011), 874-887 [25] B G Demczyk, R Naik, G Auner, C Kota, and U Rao (1994), “Growth of Cu films on hydrogen terminated Si(100) and Si(111) surfaces”, Journal of Applied Physics 75 (4), 1956-1961 [26] N M Dempsey, D Le Roy, H Marelli-Mathevon, Gorky Shaw, A Dias, R B G Kramer, L V Cuong, M Kustov, L F Zanini, C Villard, K Haselbach, C Tomba and F Dumas-Bouchiat (2014), “Micro-magnetic imprinting of 132 high field gradient magnetic flux sources”, Applied Physics Letters 104, 262401_1-262401_5 [27] N M Dempsey, A Walther, F May, D Givord, K Khlopkov, and O Gutfleisch (2007), “High performance hard magnetic NdFeB thick films for integration into micro-electro-mechanical systems,” Applied Physics Letters 90 (9), 092509_1-092509_3 [28] C Derec, C Wilhelm, J Servais, and J C Bacri (2010), “Local control of magnetic objects in microfluidic channels”, Microfluidics and Nanofluidics 8, 123-130 [29] N G Durmus, H C Tekin, S Guven, K Sridhar, A A Yildiz, G Calibasi, I Ghiran, R W Davis, L M Steinmetz, and U Demirci (2015), “Magnetic levitation of single cells”, Proceedings of the National Academy of Sciences 112 (28), 3661-3668 [30] R Fulcrand, A Bancaud, C Escriba, Q He, S Charlot, A Boukabache, and A M Gué (2011), “On chip magnetic actuator for batch-mode dynamic manipulation of magnetic particles in compact lab on chip”, Sensors and Actuators B: Chemical 160 (1), 1520-1528 [31] A L Gassner, M Abonnec, H X Chen, J Morandini, J Josserand, J S Rossier, J M Busnel, and H H Girault (2009), “Magnetic forces produced by rectangular permanent magnets in static microsystems”, Lab on chip 9, 2356-2363 [32] F Gertz and A Khitun (2016), “Biological cell manipulation by magnetic nanoparticles”, AIP Advances 6, 025308_1-025308_7 [33] M A M Gijs, F Lacharme, and U Lehmann (2010), “Microfluidic applications of magnetic particles for biological analysis and catalysis”, Chemical Reviews 110 (3), 1518-1563 [34] H Gong, M Rao, D E Laughlin, and D N Lambeth (1999), “Highly oriented NiFe soft magnetic films on Si strubstrates”, Journal of Applied Physics 85 (8), 5750-5752 133 [35] C P Gooneratne, R Kodzius, F Li, I G Foulds, and J Kosel (2016), “Onchip magnetic bead manipulation and detection using a magnetoresistive sensor-based micro-chip: Design considerations and experimental characterization”, Sensors (Basel) 16 (9), 1369_1-1369_21 [36] R Grechishkin, S Chigirinsky, M Gusev, O Cugat, N Dempsey (2007), Magnetic Nanostructures in Modern Technology, Spinger, Berlin, 195-224 [37] S S Guo, C C Zuo, W H Huang, C Peroz, and Y Chen (2006), “Response of super-paramagnetic beads in microfluidic devices with integrated magnetic micro columns”, Microelectronic Engineering 83, 1655-1659 [38] O Gutfleisch, N M Dempsey (2008), Magnetic Nanostructures in Modern Technology, Springer, Berlin, 167-194 [39] K Hadinoto, K Zhu, and R B Tan (2007), “Drug release study of large hollow nanoparticulate aggregates carrier particles for pulmonary delivery”, International Journal of Pharmaceutics 341 (102), 195-206 [40] K H Han and A B Frazier (2004), “Continuous magnetophoretic separation of blood cells in microdevice format”, Journal of Applied Physics 96 (10), 5797-5802 [41] K H Han and A B Frazier (2005), “Diamagnetic capture mode magnetophoretic microseparator for blood cells”, Journal of Microelectromechanical Systems 14 (6), 1422-1431 [42] K H Han and A B Frazier (2008), “Lateral driven continuous dielectrophoretic microseparators for blood cells suspended in a highly conductive medium”, Lab on a Chip 8, 1079-1086 [43] S Hardt, F Schonfeld (2007), Microfluidic technologies for miniaturized analysis systems, Springer, Berlin, 241-274 [44] K Hoshino, Y Y Huang, N Lane, M Huebschman, J W Uhr, E P Frenkel, and X Zhang (2011), “Microchip-based immunomagnetic detection of circulating tumor cells”, Lab on a Chip 11, 3449-3457 134 [45] A Hosseini and L Soleymani (2014), “Benchtop fabrication of multi-scale micro-electromagnets for capturing magnetic particles”, Applied Physics Letters 105 (7), 074102_1-074102_5 [46] H T Huang, C Y Chen, and M F Lai (2011), “Cells positioning using magnetic domain walls of ferromagnetic zigzag thin film”, Journal of Applied Physics 109 (7), 07B315_1-07B315_3 [47] C Huber, C Abert, F Bruckner, M Groenefeld, O Muthsam, S Schuschnigg, K Sirak, R Thanhoffer, I Teliban, C Vogler, R Windl, and D Suess (2016), “3D print of polymer bonded rare-earth magnets, and 3D magnetic field scanning with an end-user 3D printer”, Appl Phys Lett 109, 162401-162405 [48] D W Inglis, R Riehn, R H Austin, and J C Sturm (2004), “Continuous microfluidic immunomagnetic cell separation”, Applied Physics Letters 85 (21), 5093-5095 [49] K Ino, M Okochi, N Konishi, M Nakatochi, R Imai, M Shikida, A Ito, and H Honda (2008), “Cell culture arrays using magnetic force based cell patterning for dynamic single cell analysis”, Lab on a Chip 8, 134-142 [50] D Issadore, H Shao, J Chung, A Newton, M Pittet, R Weissleder, and H Lee (2011), “Self-assembled magnetic filter for highly efficient immunomagnetic separation”, Lab on a Chip 11, 147-151 [51] J L G Janssen, J J H Paulides, and E A Lomonova (2009), “Threedimensional analytical field calculation of pyramidal-frustum shaped permanent magnets”, IEEE Transactions on magnetics 45 (10), 4628-4631 [52] A Jayalekshmi, S P Victor, and C P Sharma (2013), “Magnetic and degradable polymer/bioactive glass composite nanoparticles for biomedical applications”, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 101, 196-204 [53] B Kapitanov, N Kornilov, Y Linetsky, and V Tsvetkov (1993), “Sputtered permanent Nd-Fe-B magnets,” Journal of Magnetism and Magnetic Materials 127 (3), 289 – 297 135 [54] P Kauffmann, A Ith, D O’Brien, V Gaude, F Boué, S Combe, F Bruckert, B Schaack, N M Dempsey, V Haguet, and G Reyne (2011), “Diamagnetically trapped arrays of living cells above micromagnets”, Lab on a Chip 11, 3153-3161 [55] D H Kim, U K Cheang, L Kohidai, D Byun, and M J Kim (2010), “Artificial magnetotactic motion control of tetrahymena pyriformis using ferromagnetic nanoparticles: A tool for fabrication of microbiorobots”, Applied Physics Letters 97, 173702_1 – 173702_3 [56] U Kim, J Qian, S A Kenrick, P S Daugherty, and H T Soh (2008), “Multitarget dielectrophoresis activated cell sorter”, Analytical Chemisstry 80, 8656-8611 [57] U Kim and H T Soh (2009), “Simutaneous sorting of multiple bacterial targets using integrated dielectrophoretic-magnetic activated cell sorter”, Lab on a chip 9, 2313-2318 [58] M F Lai, C Y Chen, C P Lee, H T Huang, T R Ger, and Z H Wei (2010), “Cell patterning using microstructured ferromagnetic thin films”, Applied Physics Letters 96 (18), 183701_1-183701_3 [59] T Laurell, F Petersson, and A Nilsson (2007), “Chip integrated strategies for acoustic separation and manipulation of cells and particles”, Chemical Society Reviews 36, 492-506 [60] H P Le (1998), “Progress and Trends in Ink-jet Printing Technology”, Journal of Imaging Science and Technology 42 (1), 49-62 [61] H Lee, A M Purdon, and R M Westervelt (2004), “Manipulation of biological cells using a microelectromagnet matrix”, Applied Physics Letters 85 (6), 1063-1066 [62] H Lemke, T Lang, T Goddenhenrich, C Heiden (1995), “Micro patterning of thin Nd-Fe-B films”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 148, 426-432 136 [63] L Li, B Post, V Kunc, A M Elliott, M P Paranthaman (2017), “Additive manufacturing of near-net-shape bonded magnets: Prospects and challenges”, accepted Scripta Materialia [64] L Li, A Tirado, I C Nlebedim, O Rios, B Post, V Kunc, R R Lowden, E Lara-Curzio, R Fredette, J Ormerod, T A Lograsso, and M P Paranthaman (2016), “Big area additive manufacturing of high performance bonded NdFeB magnets”, Scientific Reports 6, 36212-36219 [65] J P Liu, E Fullerton, O Gutfleisch, D J Sellmyer (2009), Nanoscale Magnetic Materials and Applications, Springer, Berlin, 563-590 [66] J P Liu, E Fullerton, O Gutfleisch, D J Sellmyer (2009), Nanoscale Magnetic Materials and Applications, Springer, Berlin, 661-683 [67] S Menad, L Franqueville, N Haddour, F Buret, M Frenea-Robbing (2015), “nDEP driven cell patterning and bottom-up construction of cell aggregates using a new bioelectronic chip”, Acta Biomaterialia 17, 107-114 [68] T Mikolanda, M Kosek, A Richter (2009), “3D magnetic field measurement, visualisation and modelling”, Proceeding of the 7th International Conference, Smolenice, Slovakia, 306-309 [69] G Milne, D Rhodes, M MacDonald, K Dholakia (2007), “Fractionation of polydisperse colloid with acousto-optically generated potential energy landscapes”, Optics Letters 32, 1144–1146 [70] S Miltenyi, W Müller, W Weichel, and A Radbruch (1990), “High gradient magnetic cell separation with macs”, Cytometry 11 (2), 231–238 [71] V Neu, S Melcher, U Hannemann, S Fähler, and L Schultz (2004), “Growth, microstructure, and magnetic properties of highly textured and highly coercive Nd-Fe-B films”, Physics Reviews B70, 144418- 144425 [72] O Oduwole, D T Grob, S Sheard (2016), “Comparison between simulation and experimentally observed interactions between two magnetic beads in a fluidic systemd”, Journal of magnetism and magnetic materials 407, 8-12 137 [73] J K Oh and J M Park (2011), “Iron oxide-based superparamagnetic polymeric nanomaterials: Design, preparation, and biomedical application”, Progress in Polymer Science 36 (1), 168-189 [74] O Osman, S Toru, F Dumas-Bouchiat, N M Dempsey, N Haddour, L F Zanini, F Buret, G Reyne, and M Frenea-Robin (2013), “Microfluidic immunomagnetic cell separation using integrated permanent micromagets”, Biomicrofluidics (5), 054115_1-054115_11 [75] O Osman, L F Zanini, M Frenea-Robbin, F Dumas-Bouchiat, N M Dempsey, G Reyne, F Buret, N Haddour (2012), “Monitoring the endocytosis of magnetic nanoparticels by cells using permanent micro-flux sources”, Biomed Microdevices 14, 947-954 [76] N Pamme, J Eijkel, and A Manz (2006), “On-chip free flow magnetophoresis: Separation and detection of mixtures of magnetic particles in continuous flow”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 307 (2), 237-244 [77] N Pamme and C Wilhelm (2006), “Continuous sorting of magnetic cells via on-chip free flow magnetophoresis”, Lab on a Chip 6, 974-980 [78] M P Paranthaman, C S Shafer, A M Elliott, D H Siddel, M A Mcguire, R M Springfield, J Martin, R Fredette, and J Ormerod (2016), “Binder jetting: A novel NdFeB bonded magnet fabrication process”, JOM 68 (7), 1978-1982 [79] S Parhofer, G Gieres, J Wecker, L Schultz (1996), “Growth characteristics and magnetic properties of sputtered Nd-Fe-B thin films”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 163, 32-38 [80] F Petersson, A Nilsson, C Holm, H Jonsson, and T Laurell (2005), “Continuous separation of lipid particles from erythrocytes by means of laminar flow and acoustic standing wave forces”, Lab on a Chip 5, 20-22 [81] R Pethig (2010), “Review article - dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications”, Biomicrofluidics (2), 022811_1-022811_34 138 [82] E Pittella, M Nardecchia, L Farina (2016), “Design of microelectromagnets for magnetic particles manipulation”, IEEE Transactions on Magnetics 51 (11), 1-7 [83] J Pivetal, M Frenea-Robin, N Haddour, C Vezy, L F Zanini, G Cuita, N M Dempsey, F Dumas-Bouchiat, G Reyne, S Begin-Colin, D Felder-Flesh, C Ghobril, C Pourroy, P Simonet (2016), “Development and applications of a DNA labeling method with magnetic nanoparticles to study the role of horizontal gene transfer events between bacteria in soil pollutant bioremediation processes”, Enviromental Science and Pollution Research 22 (24), 20322-20327 [84] J Pivetal, D Royet, G Ciuta, M F Robin, N Haddour, N M Dempsey, F D Bouchiat, P Simonet (2015), “Micro-magnet arrays for specific single bacterial cell positioning”, JMMM 380, 72-77 [85] J Pivetal, S Toru, M Frenea-Robin, N Haddour, S Cecillon, N M Demsey, F Dumas-Bouchiat, P Simonet (2014), “Selective isolation of bacterial cells within a microfluidic device using magnetic probe based cell fishing”, Sensors and Actuators B: Chemical 195, 581-589 [86] H L Rakotoarison, J P Yonnet, and B Delinchant (2007), “Using Coulombian approach for modeling scalar potential and magnetic field of a permanent magnet with radial polarization”, IEEE Transactions on Magnetics 43 (4), 1261-1264 [87] Q Ramadan, V Samper, D Poenar, and C Yu (2004), “On-chip micro electromagnets for magnetic based biomolecules separation”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 281 (2), 150-172 [88] S Rampini, D Kilinc, P Li, C Monteil, D Gandhi, and G U Lee (2015), “Micromagnet arrays for on-chip focusing, switching, and separation of superparamagnetic beads and single cells”, Lab on a Chip 15, 3370-3379 139 [89] S Rampini, P Li, and G U Lee (2016), “Micromagnet arrays enable precise manipulation of invidual biological analyte-superparamagnetic bead complexes for separation and sensing”, Lab on a Chip16, 3645-3663 [90] R Ravaud and G Lemarquand (2009), “Comparison of the Coulombian and Amperian current models for calculating the magnetic field produced by radially magnetized arc-shaped permanent magnets”, Progress in Electromagnetics Research 95, 309-327 [91] R Ravaud and G Lemarquand (2009), “Magnetic field produced by a parallelepipedic magnet of various and uniform polarization”, Progress in Electromagnetics Research 98, 207-219 [92] R Ravaud and G Lemarquand (2010), “Synthesis about analytical approaches for calculating the magnetic field produced by permanent magnets of various topologies”, Progress in electromagnetics research symposium proceeding, Cambridge, USA, 154-158 [93] M Frenea-Robin, H Chetouani, N Haddour, H Rostaing, J Laforet, G Reyne (2008), “Contactless diamagnetic trapping of living cells onto a micromagnet array”, 30th annual international conference of IEEE, 33603363 [94] P J Rodrigo (2005), Novel optical micromanipulation systems using spatial light modulators, Univeristy of Copenhagen, Denmark [95] I B Roth (2009), Characterization and use of permanent magnets with extremely strong field gradients, University of Oslo, Northway [96] D L Roy, G Shaw, R Haettel, K Hasselbach, F Dumas-Bouchiat, D Givord, N M Dempsey (2016), “Fabrication and characterization of polymer membranes with integrated arrays off high performance micro-magnets”, Materials today communications 6, 50-55 [97] G Ruan, G Vieira, T Henighan, A Chen, D Thakur, R Sooryakumar, and J O Winter (2010), “Simultaneous magnetic manipulation and fluorescent 140 tracking of multiple individual hybrid nanostructures”, Nano Letters 10 (6), 2220-2224 [98] D Sander (2004), “The magnetic anisotropy and spin reorientation of nanostructures and nanoscale films”, Journal of Physics: Condensed Matter 16, 603-636 [99] M P S Santos, J A F Ferreira, J A O Simoes, R Pascoal, J Torrao, X Xue, E P Furlani (2016), “Magnetic levitation based electromagnetic energy harvesting: a semi-analytical non-linear model for energy transduction”, Scientific Reports 6, 18579-18588 [100] C A Sartorius, S D Groshong, L A Miller, R L Powell, L Tung, G S Takimoto, and K B Horwitz (1994), “New T47D breast cancer cell lines for the independent study of progesterone B- and A-receptors: Only antiprogestinoccupied B-receptors are switched to transcriptional agonists by CAMP”, Cancer Research 54, 3868-3877 [101] L K E B Serrona, A Sugimura, N Adachi, T Okuda, H Ohsato, and I Sakamoto (2003), “Structure and magnetic properties of high coercive NdFeB films with a perpendicular anisotropy”, Applied Physics Letters 82 (11), 17511753 [102] L K E B Serrona, A Sugimura, R Fujisaki, T Okuda, N Adachi, H Ohsato, I Sakamoto, A Nakanishi, M Motokawa (2003), “Magnetic and structural properties of NdFeB thin film prepared by step annealing”, Materials Science and Engineering B97, 59-63 [103] S S Shevkoplyas, A C Siegel, R M.Westervelt, M G Prentiss, and G M Whitesides (2007), “The force acting on a superparamagnetic bead due to an applied magnetic field”, Lab on a Chip 7, 1294-1302 [104] K Smistrup, O Hansen, H Bruus, and M F Hansen (2005), “Magnetic separation in microfluidic systems using microfabricated electromagnets experiments and simulations”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 293 (1), 597-604 141 [105] K J Strnat, G Hoffer, J Olson, W Ostertag, and J J Becker (1967), “A family of new cobalt-base permanent magnetic materials”, Journal Applied Physics 38 (3), 1001-1002 [106] J Suh, M Dawson, and J Hanes (2005), “Real-time multiple-particle tracking: applications to drug and gene delivery”, Advanced Drug Delivery Reviews 57 (1), 63-78 [107] J P Sumner, E M Shapiro, D Maric, R Conroy, and A P Koretsky (2009), “In vivo labeling of adult neural progenitors for MRI with micron sized particles of iron oxide: Quantification of labeled cell phenotype”, NeuroImage 44 (3), 671-678 [108] A C Sun, P C Kuo, S C Chen, and C Y Chou (2004), “Magnetic properties and microstructure of low ordering temperature L10 FePt thin films”, Journal of Applied Physics 95 (11), 7264-7266 [109] Y K Takahashi, T Ohkubo, M Ohnuma, and K Hôn (2003), “Size effect on the ordering of FePt granular films”, Journal of Applied Physics 93 (10), 71667168 [110] M D Tarn, N Hirota, A Iles, and N Pamme (2009), “On-chip diamagnetic repulsion in continuous flow”, Science and Technology of Advanced Materials 10 (1), 014611-014616 [111] M D Tarn, S A Peyman, D Robert, A Iles, C Wilhelm, and N Pamme (2009), “The importance of particle type selection and temperature control for on-chip free flow magnetophoresis”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321 (24), 4115-4122 [112] P Tiberto (2013), “Magnetic properties of jet-printer inks containing dispersed magnetite nanoparticles”, The European Physics Journal B 86, 1-6 [113] S Tokura, M Hara, N Kawaguchi, N Amemiya (2014), “The behavior of nano and micro-magnetic particles under a high magnetic field using a superconducting magnet”, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 24 (3), 1-5 142 [114] P Tseng, D Di Carlo, and J W Judy (2009), “Rapid and dynamic intracellular patterning of cell-internalized magnetic fluorescent nanoparticles”, Nano Letters (8), 3053-3059 [115] P Tseng, J Lin, K Owsley, J Kong, A Kunze, C Murray, D D Carlo (2014), “Flexible and stretchable micromagnet arrays for tunable biointerfacing”, Advanced Materials 27 (6), 1083-1089 [116] M Uehara (2004), “Microstructure and permanent magnet properties of a perpendicular anisotropic NdFeB/Ta multilayered thin film prepared by magnetron sputtering”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 284, 281–286 [117] P Vavassori, M Gobbi, M Donolato, M Cantoni, R Bertacco, V Metlushko, and B Ilic (2010), “Magnetic nanostructures for the manipulation of individual nanoscale particles in liquid environments”, Journal of Applied Physics 107 (9), 09B301_1-09B301_5 [118] M N Vesperinas, J Sáenz, R Gómez-Medina, and L Chantada (2010), “Optical forces on small magnetodielectric particles”, Optical Express 18 (11), 11428-11443 [119] A Walther, D Givord, N M Dempsey, K Khlopkov, and O Gutfleisch (2008), “Structural, magnetic, and mechanical properties of 5μm thick SmCo films suitable for use in microelectromechanical systems”, Journal of Applied Physics 103 (4), 043911_1-043911_5 [120] C Wang, S V Jalikop, and S Hilgenfeldt (2011), “Size-sensitive sorting of microparticles through control of flow geometry”, Applied Physics Letters 99 (3), 034101_1-034101_3 [121] Z M Wang, R G Wu, Z P Wang, R V Ramanujan (2016), “Magnetic trapping of bacteria at low magnetic fields”, Scientific Reports 6, 26945_126945_10 143 [122] T G Woodcock, K Khlopkov, A Walther, N M Dempsey, D Givord, L Schultz, and O Gutfleisch (2009), “Interaction domains in high-performance NdFeB thick films”, Scripta Materialia 60, 826–829 [123] A Yamaghishi (1990), “Biological systems in high magnetic field”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 90, 43-46 [124] A Yamagishi, T Takeuchi, T Higahi and M Date (1990), “Diamagnetic orientation of blood cells in high magnetic field”, Physica B 177, pp 523-526 [125] B B Yellen, O Hovorka, and G Friedman (2005), “Arranging matter by magnetic nanoparticle assemblers”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102 (25), 8860-8864 [126] V Zablotskii, A Dejneka, S Kubinova, D L Roy, F Dumas-Bouchiat, D Givord, N M Dempsey, E Sykova (2013), “Life on magnets: stem cell networking on micro-magnet arrays”, POLS one (8), e70416_1-e70416_11 [127] V Zablotskii, O Lunov, S Kubinova, T Polyakova, E Sykova, A Dejneka (2016), “Effects of high-gradient magnetic fields on living cell machinery”, J Phys D: Appl Phys 49 (49), 493003 [128] V Zablotskii, O Lunov, S Kubinova, E Sykova, D L Roy, N Dempsey, D Givord, A Dejneka (2015), Magnetic control of living cell machiner, IEEE, Beijing, China [129] V Zablotskii, T Polyakova, O Lunov and A Dejneka (2016), “How a highgradient magnetic field could affect cell life”, Scientific Reports 6, 37407_137407_13 [130] V Zablotskii, T Syrovets, Z W Schmidt, A Dejneka, T Simmet (2014), “Modulation of monocytic leukemia cell function and survival by high gradient magnetic fields and mathematical modeling studies”, Biomaterials 35 (10), 3164-3171 [131] T Zhang, A-z Sun, G-c Su (2007), “Study on high-temperature PTFE binder of anisotropic bonded NdFeB magnet”, J of functional materials 38 (6), 895897 144 [132] M Zborowski and J Chalmers (2007), “Magnetic cell separation”, Laboratory techniques in biochemistry and molecular biology 32, 265-292 [133] M Zborowski, G.R Ostera, L.R Moore, S Milliron, J.J Chalmers, and A.N Schecter (2003), “Red Blood Cell Magnetophoresis”, Biophysics Journal 84, 2638-2645 [134] http://www.ansys.com/products/electronic/ANSYS-Maxwell [135] http://www.atcc.org/products/all/HTB-133.aspx#history [136] http://www.forge-mage.g2elab.grenobe-inp.fr/project/macmmes [137] http://www.fujifilmusa.com/products/industrial_inkjet_printheads/deposition -products/dmp-2800/index.html [138] https://www.itron.com/ [139] http://www.mqitechnology.com [140] http://www.quickfield.com 145 ... CƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỪ NỀN Fe CÓ CẤU TRÚC MICRO- NANO ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện nano Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN... dịch từ, … Hai loại vật liệu từ mềm sử dụng phổ biến vật liệu dựa hợp kim Fe Ni NiFe vật liệu sắt ơxít Fe3 O4 Trong NiFe thường chế tạo dạng màng với dị hướng từ kiểm sốt q trình chế tạo dùng m? ?y. .. hướng từ lớn, độ cảm từ lớn, có cấu trúc đơn đô-men,… nghiên cứu phát triển mạnh mẽ nhiều nhóm nghiên cứu Các vật liệu từ có nhiều tiềm ứng dụng hệ thống vi điện tử (MEMS), y sinh, … Một ứng dụng