Magnetic microswimmers, composed of hard and soft ferromagnets connected by an elastic spring, are modelled under low Reynolds number conditions in the presence of geometrical boundaries. Approaching a surface, the magneto-elastic swimmer's velocity increases and its trajectory bends parallel to the surface contour. Further confinement to form a planar channel generates new propagation modes as the channel width narrows, altering the magneto-elastic swimmer's speed, orientation, and direction of travel. Our results demonstrate that constricted geometric environments, such as occuring in microfluidic channels or blood vessels, may influence the functionality of magneto-elastic microswimmers for applications such as drug delivery.
References
1.
J. G.
Gibbs
and P.
Fischer
, Chem. Commun.
51
, 4192
(2015
).2.
K. J.
Rao
, F.
Li
, L.
Meng
, H. R.
Zheng
, F. Y.
Cai
, and W.
Wang
, Small
11
, 2836
(2015
).3.
N.
Bowden
, M. T.
Bryan
, H.
Duckles
, S.
Feng
, S.
Hsiao
, H. R.
Kim
, M.
Mahmoud
, B.
Moers
, J.
Serbanovic-Canic
, I.
Xanthis
, V. C.
Ridger
, and P. C.
Evans
, Antioxid. Redox Signaling
25
, 389
(2016
).4.
M.
Tanase
, E. J.
Felton
, D. S.
Gray
, A.
Hultgren
, C. S.
Chen
, and D. H.
Reich
, Lab Chip
5
, 598
(2005
).5.
T.
Qiu
, T. C.
Lee
, A. G.
Mark
, K. I.
Morozov
, R.
Munster
, O.
Mierka
, S.
Turek
, A. M.
Leshansky
, and P.
Fischer
, Nat. Commun.
5
, 5119
(2014
).6.
S. T.
Chang
, V. N.
Paunov
, D. N.
Petsev
, and O. D.
Velev
, Nat. Mater.
6
, 235
(2007
).7.
S. J.
Ebbens
and J. R.
Howse
, Soft Matter
6
, 726
(2010
).8.
S.
Palagi
, A. G.
Mark
, S. Y.
Reigh
, K.
Melde
, T.
Qiu
, H.
Zeng
, C.
Parmeggiani
, D.
Martella
, A.
Sanchez-Castillo
, N.
Kapernaum
, F.
Giesselmann
, D. S.
Wiersma
, E.
Lauga
, and P.
Fischer
, Nat. Mater.
15
, 647
(2016
).9.
S.
Tottori
, L.
Zhang
, F.
Qiu
, K. K.
Krawczyk
, A.
Franco-Obregon
, and B. J.
Nelson
, Adv. Mater.
24
, 811
(2012
).10.
W.
Gao
, X.
Peng
, A.
Pei
, C. R.
Kane
, R.
Tam
, C.
Hennessy
, and J.
Wang
, Nano Lett.
14
, 305
(2014
).11.
A.
Acemoglu
and S.
Yesilyurt
, Microfluid. Nanofluid.
19
, 1109
(2015
).12.
M.
Medina-Sanchez
, L.
Schwarz
, A. K.
Meyer
, F.
Hebenstreit
, and O. G.
Schmidt
, Nano Lett.
16
, 555
(2016
).13.
A.
Barbot
, D.
Decanini
, and G.
Hwang
, Sci. Rep.
6
, 19041
(2016
).14.
A.
Snezhko
and I. S.
Aranson
, Nat. Mater.
10
, 698
(2011
).15.
G.
Grosjean
, G.
Lagubeau
, A.
Darras
, M.
Hubert
, G.
Lumay
, and N.
Vandewalle
, Sci. Rep.
5
, 16035
(2015
).16.
F.
Martinez-Pedrero
, A.
Ortiz-Ambriz
, I.
Pagonabarraga
, and P.
Tierno
, Phys. Rev. Lett.
115
, 138301
(2015
).17.
F.
Martinez-Pedrero
and P.
Tierno
, Phys. Rev. Appl.
3
, 051003
(2015
).18.
A. D.
Gilbert
, F. Y.
Ogrin
, P. G.
Petrov
, and C. P.
Winlove
, Q. J. Mech. Appl. Math.
64
, 239
(2011
).19.
F. Y.
Ogrin
, P. G.
Petrov
, and C. P.
Winlove
, Phys. Rev. Lett.
100
, 218102
(2008
).20.
Q. A.
Pankhurst
, N. K. T.
Thanh
, S. K.
Jones
, and J.
Dobson
, J. Phys. D-Appl. Phys.
42
, 224001
(2009
).21.
Q. A.
Pankhurst
, J.
Connolly
, S. K.
Jones
, and J.
Dobson
, J. Phys. D-Appl. Phys.
36
, R167
(2003
).22.
R.
Dreyfus
, J.
Baudry
, M. L.
Roper
, M.
Fermigier
, H. A.
Stone
, and J.
Bibette
, Nature
437
, 862
(2005
).23.
M. T.
Bryan
, H.
Duckles
, S.
Feng
, S. T.
Hsiao
, H. R.
Kim
, J.
Serbanovic-Canic
, and P. C.
Evans
, Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol.
34
, 2199
(2014
).24.
G.
Grosjean
, M.
Hubert
, G.
Lagubeau
, and N.
Vandewalle
, Phys. Rev. E
94
, 021101
(2016
).25.
26.
D.
Pimponi
, M.
Chinappi
, P.
Gualtieri
, and C. M.
Casciola
, J. Fluid Mech.
789
, 514
(2016
).27.
A. J. T. M.
Mathijssen
, T. N.
Shendruk
, J. M.
Yeomans
, and A.
Doostmohammadi
, Phys. Rev. Lett.
116
, 028104
(2016
).28.
J. R.
Blake
, Proc. Camb. Philos. Soc.
70
, 303
(1971
).29.
A. D.
Gilbert
, F. Y.
Ogrin
, P. G.
Petrov
, and C. P.
Winlove
, Eur. Phys. J. E
34
, 121
(2011
).30.
J. K.
Hamilton
, P. G.
Petrov
, C. P.
Winlove
, A. D.
Gilbert
, M. T.
Bryan
, and F. Y.
Ogrin
, Sci. Rep.
(in press).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.
