Portable magnetic nanoparticle spectrometer

Abstract

The magnetic particle spectrometer (MPS) uses the nonlinear response of super-paramagnetic iron oxide nanoparticles and magnetic saturation at certain magnetic field values. A time-varying magnetic field of excitation coils causes the magnetization of the particles to vary between the maximum and the minimum value. Generally, there are two ways in which a magnetic nanoparticle can change the direction when the applied area is temporarily changed. The particle itself performs a physical rotation called the Brown return, or the magnetic moment in the particle can rotate in a fixed structure called the Néel return. In a viscous environment, the combination of both types of rotation takes place, which depends on the frequency applied and is a dominant process. This system, also known as the relaxometer, takes into account the density of the magnetic nanoparticles in the MPS studies and the measurement of the relaxation times of the nanoparticles by making the corresponding calculations. Brownian or Néelrelaxation times can be calculated according to the reaction of chemically bound or unbound magnetic nanoparticles to the external variable magnetic field. In this study, a spectrometer was first designed and constructed to analyze the properties of nanoparticles such as relaxation times. MPS signals obtained from the spectrometer can be transferred to the computer with data acquisition card and data analysis can be done with a software written in python programming language.

Manyetik parçacık spektrometresi (MPS), belirli manyetik alan değerlerinde süper paramanyetik demir oksit nanoparçacıklarının doğrusal olmayan tepkisini ve manyetik doygunluğunu kullanır. Zamanla değişen bir manyetik uyarıcı bobinlerin alanı parçacıkların mıknatıslanmasının maksimum ve minimum değer arasında değişmesine neden olur. Genel olarak, uygulanan alan geçici olarak değiştirildiğinde manyetik bir nanoparçacığın yönünü değiştirmenin iki yolu vardır. Parçacığın kendisi Brownian dönüşü adı verilen fiziksel bir dönüş gerçekleştirir veya parçacık içindeki manyetik moment Néel dönüşü adı verilen sabit bir yapıda dönebilir. Viskoz bir ortamda, uygulanan frekansa bağlı olan ve baskın bir işlem olan her iki dönme tipinin kombinasyonu gerçekleşir. Relaksometre olarak da bilinen bu sistem, MPS çalışmalarındaki manyetik nanoparçacıkların yoğunluğunu ve ilgili hesaplamaları yaparak nanoparçacıklarındurulma sürelerinin ölçümünü dikkate alır. Brownian veya Néeldurulma süreleri, kimyasal olarak bağlı veya bağlı olmayan manyetik nanoparçacıkların dış değişken manyetik alana verdiği tepkiye göre hesaplanabilir. Bu çalışmada, nanoparçacıkların durulma zamanları gibi özelliklerinin analiz edilmesini sağlayan bir spektrometre öncelikle tasarlanmış ve yapımı gerçekleştirilmiştir Spektrometreden elde edilen MPS sinyalleri veri toplama kartı ile bilgisayara aktarılabilir ve Python programlama dilinde yazılmış bir yazılımla veri analizi yapılabilir.