چکیده: سیستم‌های مگنتوفورتیک پایه‌آرایه‌ای (مگنتوفورتیک آرایه‌ای) که حاوی چیدمانی از المان‌های مغناطیسی برای به دام انداختن و کنترل حرکت ذرات مغناطیسی یا اشیاء مغناطیسه شده به صورت انفرادی هستند، کاربردی منحصر به فرد در مباحث و تحقیقات مربوط به آنالیز‌تک‌سلول دارند. به طور مثال، در این روش یک تک سلول می‌تواند جدا از جمعیت سلولها و با اهداف تحقیقات ژنتیکی و فینوتایپی مورد مطالعه قرار ‌گیرد. جهت هدایت‌پذیری مغناطیسی سلولها، از روش‌های مرسوم همچون برچسب‌گذاری مغناطیسی استفاده می‌شود که البته روشی کاملا ایمن برای سلولها محسوب نمی‌شود و در مورد برخی از سلولها انجام پذیر نیست. میکروفلوئیدیک قطره‌ای، جایگاه ویژه‌‌ای در بحث آنالیز تک سلول دارد، به گونه‌ای که با گنجاندن سلول یا ذره بیولوژیکی درون یک قطره، انتقال آن به نقاط مورد نظر آسان و امن خواهد بود. با توجه به عملکرد مناسب قطره‌‌ها در جابجایی و نگهداری موفق سلولها و از طرفی کاستی‌هایی که روش‌هایی همچون برچسب‌گذاری مغناطیسی در مگنتوفورسیس نشان داده‌اند، خلاء کاربرد قطره‌‌ها در پلتفرم‌های مگنتوفورتیک آرایه‌‌ای (به خصوص مدار‌های مگنتوفورتیک ) به خوبی حس می‌شود. در تحقیق حاضر، میکرو قطره آب به عنوان ذره هدف در یک پلتفرم مگنتوفورتیک آرایه‌‌ای مورد مطالعه قرار گرفته است و چگونگی کنترل و حرکت آن و همچنین پارامتر‌های موثر در این حرکت، بررسی و تحلیل شده‌اند. قطره در بستری از روغن تولید و تست می‌شود که حرکت قطره را روی تراشه روان‌تر می‌کند. همچنین، نیاز به یک لایه محافظ و کاهنده اصطکاک روی تراشه که در تحقیقات پیشین مرسوم بوده است، از بین می‌رود. در هنگام تشکیل این قطره، مقادیری از ذرات مغناطیسی با هدف هدایت‌پذیری در گرادیان میدان مغناطیسی، درون آن گنجانده می‌شود. پلتفرم ارائه شده، شامل تراشه‌‌ای با چیدمانی پر شمار از المانهای دیسکی شکل، دور از هم و غیر فعال است. دیسک‌ها در معرض یک میدان مغناطیسی خارجی یکنواخت تحریک می‌شوند و تنها برای به دام اندختن یک تک قطره روی خود ظرفیت دارند. قطره‌های مغناطیسی پس از تشکیل، در میان چیدمان دیسکها رها می‌شوند و ضمن چرخش میدان محرک، پاسخ دینامیکی آنها به گرادیان میدان مغناطیسی حاصل از دیسک جاذب هر قطره، به صورت انفرادی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. ستاپ میدان مغناطیسی پیشنهاد شده در این تحقیق، متشکل از دو آهنربای دائمی و یک سیستم حرکتی الکتریکی-مکانیکی است که هزینه کم ساخت و راه‌اندازی آن، یک مزیت نسبت به تحقیقات پیشین محسوب می‌شود. این مطالعه شامل شناسایی انواع رژیم‌های حرکتی هر قطره و بررسی محدوده فرکانسی هر کدام از آنها در بازه‌‌ای از قدرت و فرکانس میدان اعمالی است. همچنین اثرات سایز قطره و مقدار ذرات مغناطیسی محبوس شده در آن، بر الگوی حرکت قطره و فرکانسهای بحرانی سیستم مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. فرکانس‌های بحرانی، محدوده‌ی رژیم‌های مختلف حرکت قطره را از هم متمایز می‌کنند. در این تحقیق، برای کنترل و هدایت موفق قطره‌هایی با قطر 30 تا 60 میکرون که برای گنجاندن و حمل ذرات بیولوژیکی مناسب هستند، بین 8/2 تا 7 درصد حجمی از ذرات مغناطیسی اکسید آهن، درون قطره نیاز بوده است. همچنین برای تحریک و هدایت موفق این قطره‌ها، دیسکهایی با قطر بین 30 تا 50 میکرون و با ضخامتی در حدود 100 نانومتر، در میدانی یکنواختی به قدرت 065/0 تسلا مناسب بوده‌اند. رژیم حرکت فیزلاکت که در آن قطره چرخش میدان را به صورت سنکرون دنبال می‌کند، یک حرکت مطلوب محسوب می‌شود. وابسته به سایز و میزان هدایت‌پذیری مغناطیسی قطره، این رژیم در فرکانس‌های متفاوتی روی می‌دهد که در این تحقیق بین 07/0 تا 12/0 هرتز متغیر بوده است. اعمال فرکاس‌های بزرگتر، باعث ناپایداری حرکت قطره به دور دیسک می‌شود، تا جائیکه در فرکانس‌هایی بین 14/0 تا 3/0 هرتز قطره از حرکت باز می‌ایستد. یک حل عددی از حرکت قطره حول دیسک، متناسب با جزئیات فیزیکی و هندسی مسأله حاضر فراهم آمده است که ضمن مدل‌سازی برهم‌کنش ذرات مغناطیسی درون قطره، به درک بهتر پدیده‌های فیزیکی مشاهده شده کمک شایانی می‌کند. به کمک این حل عددی، زنجیره و توده شدن ذرات مغناطیسی درون قطره که امری کاملا اثر گذار در رفتار دینامیکی قطره و تغییر الگوی حرکت آن است، با دقت مورد بررسی قرار گرفته است. این شبیه‌سازی عملکرد مطلوبی در مدل‌سازی دینامیک حرکت قطره داشته و در فرکانس‌های نزدیکتر به رژیم فیزلاکت، با خطایی کمتر از 16 درصد، اقبال بهتری داشته است. طبق نتایج عددی، افزایش قدرت میدان و همچنین افزایش ذرات مغناطیسی محبوس شده درون قطره، باعث افزایش فرکانس‌های بحرانی سیستم می‌شود. در مقابل، افزایش سایز و اینرسی قطره، یک عامل مقاوم در برابر حرکت و باعث کاهش فرکانس‌های بحرانی است. قطره بخاطر فضای بسته‌‌ای که برای محتویات درون خود ایجاد می‌کند و همچنین ممانعت از ورود ناخواسته مواد یا ذرات دیگر، یک انتخاب بسیار مناسب در مطالعات ژنتیکی و فینوتایپی روی سلولها و ذرات بیولوژیکی محسوب می‌شود. توده شدن ذرات مغناطیسی درون قطره، یک فضای خالی و تقریبا عاری از ذرات مغناطیسی برای حضور یک جزء هدف دیگر مثل سلول زنده را فراهم می‌آورد. این یک قابلیت ویژه برای سیستم‌های مگنتوفورتیک آرایه‌ای، با هدف آنالیز یک تک سلول است. بعلاوه استفاده از قطره، امکان حضور هر نوع ذره یا مولکول بیولوژیکی و دارویی را در ابعاد میکرومتری در پلتفرم‌های مگنتوفورتیک آرایه‌‌ای ایجاد می‌کند. اطلاعات جمع آوری شده در این تحقیق، پیش‌زمینه‌ای برای به خدمت گرفتن قطره‌‌ها در کاربردی پیچیده‌تر، در مدارهای مگنتوفورتیک هستند.