Προσομοίωση & σχεδιασμός μαγνητικού συστήματος για τη μαγνητική οδήγηση νανοσωματιδίων - Σαμοθρακίτης, Σταύρος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο.Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής, 2014)
Ο κύριος σκοπός αυτής της εργασίας θα είναι η προσομοίωση και ο σχεδιασμός ενός μαγνητικού συστήματος όμοιο με εκείνο ενός μαγνητικού τομογράφου (MRI). Θα μελετηθεί το μαγνητικό πεδίο που παράγεται καθώς και η δύναμη που ασκείται πάνω σε ένα μαγνητικό νανοσωματίδιο από οξείδιο του σιδήρου (Fe3O4) με στόχο οι δυνάμεις να είναι παρόμοιες με εκείνες που παράγονται στο πλαίσιο της απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI). Οι προσομοιώσεις θα πραγματοποιηθούν με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων μέσω του εμπορικά διαθέσιμου λογισμικού της ANSY’s. Μαγνήτες και μαγνητικά πηνία θα επιλεχθούν, έτσι ώστε να μπορεί μελλοντικά να γίνει οδήγηση των νανοσωματιδίων εντός ενός μικροροϊκού συστήματος παρόμοιο με τα αιμοφόρα αγγεία και με διατομή έως και 1 mm. Ένας από τους κύριους μαγνήτες (ή περισσότεροι) θα παρέχει το ομογενές μαγνητικό πεδίο και με τη βοήθεια πηνίου ή πηνίων θα δημιουργούνται γραμμικά ανεξάρτητες μαγνητικές κλίσεις, οι οποίες θα προκαλούν ελεγχόμενες δυνάμεις και ροπές στα νανοσωματίδια. Για την αξιόπιστη λειτουργία του μαγνητικού συστήματος καθοδήγησης, είναι απαραίτητη η λεπτομερής γνώση των δυνάμεων που δρουν πάνω στα μαγνητικά σωματίδια. Οι μαγνητικές δυνάμεις εξαρτώνται άμεσα από τη γεωμετρία και τις ιδιότητες του υλικού των σωματιδίων και συνήθως δεν είναι ακριβώς γνωστές. Οι κυρίαρχες δυνάμεις που δρουν στα νανοσωματίδια μέσα σε ένα αιμοφόρο αγγείο είναι η μαγνητική δύναμη Fm και η οπισθέλκουσα δύναμη ροής του αίματος, Fd. Στο μοντέλο λαμβάνουμε υπ’ όψη αυτές τις δυνάμεις οι οποίες επηρεάζουν τη δυναμική του συστήματος των σωματιδίων. Μπορούμε έτσι να προβλέψουμε την κίνηση κάθε σωματιδίου καθώς και την αλληλεπίδραση μεταξύ τους. Οι νανο-κάψουλες θεωρούνται ως σφαίρες με ιξωδοελαστικές ιδιότητες. Μελλοντικά, θα δοκιμαστούν διαφορετικά είδη μαγνητικών σωματιδίων προκειμένου να καθοριστούν οι βέλτιστες συνθήκες για την καθοδήγηση και το σύστημα διεύθυνσης. Η παρακολούθηση των σωματιδίων θα εκτελεστεί με οπτικό μικροσκόπιο ή μικροσκόπιο φθορισμού.