Diseño de un sistema de generación de campo magnético alterno (AC magnetic field) de alta corriente para bajas y altas frecuencias
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2024-05
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Resumen
Este documento representa detalladamente el diseño y la implementación de un dispositivo capaz de permitir al grupo de Electromagnetismo, Salud y Calidad de Vida de la Universidad El Bosque, analizar el comportamiento electromagnético de nanopartículas ferromagnéticas, estas nanopartículas combaten directamente los esferoides tumorales orales. El dispositivo es cuestión es un generador de campo magnético alterno (AMF) que además garantiza una distribución de campo uniforme en su interior, necesario para evaluar el comportamiento de las partículas ferromagnéticas excitadas y estudiadas a través del proyecto "Evaluación de nanopartículas magnéticas funcionalizadas con cisplatino como mediadores de hipertermia en terapia dirigida a células madre tumorales orales".
El dispositivo debe ser capaz de generar una magnitud de campo magnético variable entre 5 y 8 mT, dentro de un rango de frecuencias de hasta 1 MHz, en la zona de campo uniforme. Se evaluaron diferentes configuraciones de bobinas de Helmholtz, y se ajustaron parámetros geométricos, junto con la selección de una corriente máxima adecuada para obtener la intensidad deseada. Además, se incorporó un capacitor de acople en serie con el dispositivo, para configurar un circuito RLC que, operando en su frecuencia de resonancia, minimiza la impedancia total del sistema ante altas frecuencias, lo que reduce la potencia necesaria para generar el campo magnético.
Utilizando modelos teóricos para un primer análisis, los diseños fueron posteriormente simulados para verificar su comportamiento, para esto, se optó por el Software CST studio, un simulador adecuado para la complejidad del proyecto. Los resultados de simulación confirman que el diseño final del dispositivo cumple con todos los requerimientos de diseño.
Descripción
Abstract
This document thoroughly outlines the design and implementation of a device capable of allowing the Electromagnetism, Health and Quality of Life group of El Bosque University to analyze the electromagnetic behavior of ferromagnetic nanoparticles, these nanoparticles directly combat oral tumor spheroids. The device is an alternating magnetic field (AMF) generator that also guarantees a uniform field distribution inside, necessary to evaluate the behavior of the excited ferromagnetic particles studied through the project "Evaluation of magnetic nanoparticles functionalized with cisplatin as hyperthermia mediators in therapy directed to oral tumor stem cells".
The device must be able to generate a variable magnetic field magnitude between 5 and 8 mT, within a frequency range up to 1 MHz, in the uniform field zone. Different Helmholtz coil configurations were evaluated, and geometrical parameters were adjusted, together with the selection of a suitable peak current to obtain the desired intensity. In addition, a coupling capacitor was incorporated in series with the device to configure an RLC circuit that, operating at its resonant frequency, minimizes the total impedance of the system at high frequencies, which reduces the power required to generate the magnetic field.
Using theoretical models for a first analysis, the designs were then simulated to verify their behavior, using the CST studio software, a simulator suitable for the complexity of the project. The simulation results confirm that the final design of the device meets all the design requirements.
Palabras clave
Campo magnético, nanopartículas ferromagnéticas, simulador, CST.
Keywords
Magnetic field, ferromagnetic nanoparticles, simulator, CST.