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Study on magnetization dynamics of magnetic beads for advanced bioengineering

Research Project

Project/Area Number 23K17750
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

吉田 敬  九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (30380588)

Project Period (FY) 2023-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords磁性ビーズ / マルチコア / 磁化ダイナミクス
Outline of Research at the Start

本研究では、マイクロマグネティクス解析、高度な磁化ダイナミクスの計測実験、これらによって得られる大量なデータの解析を行うことで、磁性ビーズを用いた高度バイオエンジニアリングの実現に必要な基盤技術である「ナノ~マイクロメートルサイズのマルチコア磁性ビーズの磁化ダイナミクス現象の解明」と「バイオエンジニアリング応用磁性ビーズの設計指針の確立」に挑戦する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、「ナノ~マイクロメートルサイズのマルチコア磁性ビーズの磁化ダイナミクス現象の解明」を第一の研究目的とする。次に、この結果を基にした「バイオエンジニアリング応用磁性ビーズの設計指針の確立」を第二の研究目的としている。
本年度は、「ナノ~マイクロメートルサイズのマルチコア磁性ビーズの磁化ダイナミクス現象の解明」に向け、マイクロマグネティクス解析および観察実験および磁化ダイナミクス計測実験を実施した。詳細な内容は以下に示す。
【解析】磁気双極子相互作用を考慮したマイクロマグネティクスのプログラムコードを開発し、マルチコア磁性ビーズの磁化ダイナミクス解析を行った。得られた結果を磁気双極子相互作用磁界に着目して分析することで、マルチコア磁性ビーズの励起磁界強度・励起周波数に対する磁化ダイナミクスを明らかにした。これらの解析は、学内共同教育研究センターのスパーコンピュータを利用して効率よく実行した。
【実験】学内共同教育研究センターのTEMを使用して、実験で使用する磁性ビーズ(シングルコア磁性ビーズ、マルチコア磁性ビーズ)の観察を行い、物理的な一次粒径サイズ、二次粒径サイズの確認を行った。また、シングルコア磁性ビーズとマルチコア磁性ビーズの磁化ダイナミクスの計測実験を行った。実験結果と解析結果の比較を今後行う予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、マルチコア磁性ビーズの解析および磁化ダイナミクスの計測実験が実施できている。

Strategy for Future Research Activity

マイクロマグネティクス解析を継続して実施すると同時に、磁化ダイナミクス計測実験結果との比較を行い、磁性ビーズの物理パラメータの同定を行う。次に、マルチコア磁性ビーズの磁化ダイナミクスのモデル化を行い、「マルチコア磁性ビーズの磁化ダイナミクス現象の解明」を行う。
次に、この結果を基にした「バイオエンジニアリング応用磁性ビーズの設計指針の確立」を行う。具体的には、等価的な磁気の大きさと応答性を、マルチコア磁性ビーズを構成する磁性ナノ粒子のコア径、コア間の距離およびマルチコア磁性ビーズの流体力学径をパラメータとして定量化する。これにより、それぞれのバイオ応用に最適なマルチコア磁性ビーズの設計指針を確立する。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] AC susceptibility measurement of magnetic nanoparticles using an optically pumped magnetometer and a flux transformer2024

    • Author(s)
      Teruyoshi Sasayama, Shuji Taue, Takashi Yoshida
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 15029-15029

    • DOI

      10.1063/9.0000634

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of magnetic particle imaging modules using high-Tc superconducting coils2024

    • Author(s)
      Takashi Yoshida, Yuta Kamei, Tatsuya Nagano, Akinobu Ide, Teruyoshi Sasayama, Yasushi Takemura
    • Journal Title

      International Journal on Magnetic Particle Imaging

      Volume: 10 Pages: 2403038-2403038

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of high-efficiency superparamagnetic drug delivery system with MPI imaging capability2024

    • Author(s)
      Shi Bai, Xiao-Dan Zhang, Yu-Qi Zou, Yu-Xi Lin, Zhi-Yao Liu, Ke-Wen Li, Ping Huang, Takashi Yoshida, Yi-Li Liu, Ming-Shan Li, Wei Zhang, Xiao-JuWang
    • Journal Title

      Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

      Volume: 12 Pages: 1382085-1382085

    • DOI

      10.3389/fbioe.2024.1382085

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Field-dependent Nテゥel relaxation time of magnetic nanoparticles in AC excitation fields: Boundary field between Nテゥel- and Brownian-dominant regions2024

    • Author(s)
      Takashi Yoshida, Keiji Enpuku
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 135 Issue: 9 Pages: 93901-93901

    • DOI

      10.1063/5.0192306

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Harmonic signals of magnetic nanoparticle in suspension for biosensing application: Comparison of properties2023

    • Author(s)
      Keiji Enpuku, Yi Sun, Haochen Zhang, Takashi Yoshida
    • Journal Title

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      Volume: 579 Pages: 170878-170878

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2023.170878

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Simultaneous estimation of magnetic moment and Brownian relaxation time distributions of magnetic2023

    • Author(s)
      Yi Sun, Zhongzhou Du, Haochen Zhang, Teruyoshi Sasayama, Takashi Yoshida
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 15 Issue: 39 Pages: 16089-16102

    • DOI

      10.1039/d3nr02860g

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] High-Resolution Enlarged Open-Bore Narrowband Magnetic Particle Imaging Based on Double-Layer Linear Scanning Structure2023

    • Author(s)
      Shi Bai, Tianshu Li, Kewen Li, Takashi Yoshida, Yumei Gu
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Magnetics

      Volume: 59 Issue: 11 Pages: 5100905-5100905

    • DOI

      10.1109/tmag.2023.3285847

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Imaging of Magnetic Nanoparticles Using AC Susceptibility Data2023

    • Author(s)
      Naoya Futagawa, Misaki Fujimoto, Kohta Higashino, Teruyoshi Sasayama, Takashi Yoshida
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Magnetics

      Volume: 59 Issue: 11 Pages: 5101205-5101205

    • DOI

      10.1109/tmag.2023.3293542

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高調波磁化を用いた磁性ナノ粒子の状態識別法の開発2024

    • Author(s)
      藤堂瑞貴, 松崎勇海, 吉田敬
    • Organizer
      令和6年電気学会全国大会
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  • [Presentation] 三次元MPIスキャナーの設計と性能検証2024

    • Author(s)
      王浩哲, 孫毅, 張昊晨, 吉田敬
    • Organizer
      令和6年電気学会全国大会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Development of magnetic particle imaging modules using high-Tc superconducting coils2024

    • Author(s)
      T. Yoshida, Y. Kamei, T. Nagano, A. Ide, T. Sasayama, Y. Takemura
    • Organizer
      International Workshop on Magnetic Particle Imaging, 13th IWMPI
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dipolar Interaction Effect on Harmonics in Liner Chain Magnetic Nanoparticles2023

    • Author(s)
      H. Zhang, Y. Sun, S. Yamamura, T. Sasayama, T. Yoshida
    • Organizer
      INTERMAG2023
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高調波磁化を用いた磁性ナノ粒子の定量的状態識別法の開発2023

    • Author(s)
      藤堂瑞貴, 山村柊哉, 吉田敬
    • Organizer
      2023年度(第76回)電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 超伝導傾斜磁界コイルを用いた磁気粒子イメージング装置の開発2023

    • Author(s)
      亀井裕太, 長野竜也, 佐々滉太, 笹山瑛由, 竹村泰司, 吉田敬
    • Organizer
      第47回日本磁気学会学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Quantitative Estimation of Solid and Liquid Phase Magnetic Nanoparticles for Magnetic Bio-sensinga2023

    • Author(s)
      Takashi Yoshida
    • Organizer
      2023 Joint Workshop IWMBS
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Characterizing Magnetic Moment and Brownian Relaxation Time Distributions of Magnetic Nanoparticles Based on AC Harmonics2023

    • Author(s)
      Yi Sun, Haochen Zhang, Haozhe Wang, Takashi Yoshida
    • Organizer
      2023 Joint Workshop IWMBS
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Design of Magnetic Particle Imaging Scanner2023

    • Author(s)
      Haozhe Wang, Yi Sun, Haochen Zhang, Takashi Yoshida
    • Organizer
      2023 Joint Workshop IWMBS
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical study on magnetization characteristics of curved chain magnetic nanoparticles2023

    • Author(s)
      Haochen Zhang, Yi Sun, Haozhe Wang, Teruyoshi Sasayama, Takashi Yoshida
    • Organizer
      2023 Joint Workshop IWMBS
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-07-04   Modified: 2024-12-25  

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