Abstract Objective The objective of this study was to investigate the effects of micromagnetic stimuli strength and frequency from the Mag netic Pen (MagPen) on the rat right sciatic nerve. The nerve’s response would be measured by recording muscle activity and movement of the right hind limb. Approach The MagPen was custom-built such that it can be held over the sciatic nerve in a stable manner. Rat leg muscle twitches were captured on video and movements were extracted using image processing algorithms. EMG recordings were also used to measure muscle activity. Main results The MagPen prototype when driven by alternating current, generates time-varying magnetic field which as per Faraday’s Law of Electromagnetic Induction, induces an electric field for neuromodulation. The orientation dependent spatial contour maps for the induced electric field from the MagPen prototype has been numerically simulated. Furthermore, in this in vivo work on μMS, a dose-response relationship has been reported by experimentally studying how the varying amplitude (Range: 25 mV p-p through 6 V p-p ) and frequency (Range: 100 Hz through 5 kHz) of the MagPen stimuli alters the hind limb movement. The primary highlight of this dose-response relationship is that at a higher frequency of the μMS stimuli, significantly smaller amplitudes can trigger hind limb muscle twitch. This frequency-dependent activation can be justified following directly from the Faraday’s Law as the magnitude of the induced electric field is directly proportional to frequency. Significance This work reports that μMS can successfully activate the sciatic nerve in a dose-dependent manner. The MagPen probe, unlike electrodes, does not have a direct electrochemical interface with tissues rendering it much safer than an electrode. Magnetic fields create more precise activation than electrodes because they induce smaller volumes of activation. Finally, unique features of μMS such as orientation dependence, directionality and spatial selectivity have been demonstrated.

Optical biosensors exhibit immense potential, offering extraordinary possibilities for biosensing due to their high sensitivity, reusability, and ultrafast sensing capabilities. This review provides a concise overview of optical biosensors, encompassing various platforms, operational mechanisms, and underlying physics, and it summarizes recent advancements in the field. Special attention is given to plasmonic biosensors and metasurface-based biosensors, emphasizing their significant performance in bioassays and, thus, their increasing attraction in biosensing research, positioning them as excellent candidates for lab-on-chip and point-of-care devices. For plasmonic biosensors, we emphasize surface plasmon resonance (SPR) and its subcategories, along with localized surface plasmon resonance (LSPR) devices and surface enhance Raman spectroscopy (SERS), highlighting their ability to perform diverse bioassays. Additionally, we discuss recently emerged metasurface-based biosensors. Toward the conclusion of this review, we address current challenges, opportunities, and prospects in optical biosensing. Considering the advancements and advantages presented by optical biosensors, it is foreseeable that they will become a robust and widespread platform for early disease diagnostics.

Abstract Objective The objective of this study was to measure the effect of micromagnetic stimulation (μMS) on hippocampal neurons, by using single microcoil (μcoil) prototype, Mag netic Pen (MagPen). MagPen will be used to stimulate the CA3 region magnetically and excitatory post synaptic potential (EPSP) response measurements will be made from the CA1 region. The threshold for micromagnetic neurostimulation as a function of stimulation frequency of the current driving the μcoil will be demonstrated. Finally, the optimal stimulation frequency of the current driving the μcoil to minimize power will be estimated. Approach A biocompatible, watertight, non-corrosive prototype, MagPen was built, and customized such that it is easy to adjust the orientation of the μcoil and its distance over the hippocampal tissue in an in vitro recording setting. Finite element modeling (FEM) of the μcoil design was performed to estimate the spatial profiles of the magnetic flux density (in T) and the induced electric fields (in V/m). The induced electric field profiles generated at different values of current applied to the μcoil can elicit a neuron response, which was validated by numerical modeling. The modeling settings for the μcoil were replicated in experiments on rat hippocampal neurons. Main results The preferred orientation of MagPen over the Schaffer Collateral fibers was demonstrated such that they elicit a neuron response. The recorded EPSPs from CA1 region due to μMS at CA3 region were validated by applying tetrodotoxin (TTX). Application of TTX to the hippocampal slice blocked the EPSPs from μMS while after prolonged TTX washout, a partial recovery of the EPSP from μMS was observed. Finally, it was interpreted through numerical analysis that increasing frequency of the current driving the μcoil, led to a decrease in the current amplitude threshold for micromagnetic neurostimulation. Significance This work reports that micromagnetic neurostimulation can be used to evoke population EPSP responses in the CA1 region of the hippocampus. It demonstrates the strengthfrequency curve for μMS and its unique features related to orientation dependence of the μcoils, spatial selectivity and stimulation threshold related to distance dependence. Finally, the challenges related to μMS experiments were studied including ways to overcome them.

Abstract Recent advancements in additive manufacturing (AM) techniques have significantly expanded the potential applications of magnetic materials and devices. This review summarizes various AM methods, including ink‐based and ink‐free processes, and their use in fabricating complex magnetic structures with specific properties tailored for different fields. Key applications discussed include energy‐harvesting devices enhanced with magnetic nanoparticles, water decontamination through magnetically guided microswimmers, and magnetic soft composites in robotics and medical devices. In addition, the integration of AM in producing wearable and flexible magnetic sensors is highlighted, demonstrating its transformative impact on human‐machine interactions. Furthermore, rare‐earth‐free magnets and electric motor designs enabled by AM techniques are also discussed. Despite material compatibility and scalability challenges, AM provides opportunities for creating multifunctional, sustainable devices with reduced waste. Future research should focus on optimizing these techniques for complex applications and large‐scale production, particularly in eco‐friendly and industrial settings.

Abstract Micromagnetic stimulation (μMS) is a promising branch of neurostimulation technologies. Microcoil (μcoil) based magnetic stimulation uses micrometer sized coils that generate a time-varying magnetic field which as per Faraday’s Laws of Electromagnetic Induction induces an electric field on a conductive surface. This method of stimulation has the advantage of not requiring electrical contact with tissue, however these μcoils are not easy to operate. Large currents are required to generate the required magnetic field. These currents are too large for standard test equipment to provide, and additional power amplifiers are needed. To aid in the development and application of micromagnetic stimulation devices, we have created a compact single unit test setup for driving these devices called the μCoil Driver. This unit is designed to drive small inductive loads up to ±8 V at 5 A and 10 kHz.

Recent advancements in medical imaging have brought forth various techniques such as magnetic resonance imaging (MRI), computed tomography (CT), positron emission tomography (PET), and ultrasound, each contributing to improved diagnostic capabilities. Most recently, magnetic particle imaging (MPI) has become a rapidly advancing imaging modality with profound implications for medical diagnostics and therapeutics. By directly detecting the magnetization response of magnetic tracers, MPI surpasses conventional imaging modalities in sensitivity and quantifiability, particularly in stem cell tracking applications. Herein, this comprehensive review explores the fundamental principles, instrumentation, magnetic nanoparticle tracer design, and applications of MPI, offering insights into recent advancements and future directions. Novel tracer designs, such as zinc-doped iron oxide nanoparticles (Zn-IONPs), exhibit enhanced performance, broadening MPI's utility. Spatial encoding strategies, scanning trajectories, and instrumentation innovations are elucidated, illuminating the technical underpinnings of MPI's evolution. Moreover, integrating machine learning and deep learning methods enhances MPI's image processing capabilities, paving the way for more efficient segmentation, quantification, and reconstruction. The potential of superferromagnetic iron oxide nanoparticle chains (SFMIOs) as new MPI tracers further advanced the imaging quality and expanded clinical applications, underscoring the promising future of this emerging imaging modality.

Bacterial infections pose a great threat to human health. Therefore, the development of new antibacterial agents or methods is in urgent need. In this study, we prepared polytannic acid (pTA)-coated PLGA nanoparticles decorated with Dermaseptin-PP (Der), an antimicrobial peptide (AMP), on the surface to obtain PLGA-pTA-Der. This nanoplatform could combine AMPs with photothermal treatment (PTT) mediated by pTA to achieve synergistic bacterial killing. The results of in vitro experiments showed that the PLGA-pTA-Der nanoparticles could eliminate nearly 99 % of Escherichia coli (E. coli) and Staphylococcus aureus (S. aureus) upon near-infrared (NIR) laser irradiation (2.0 W·cm

Research into the role of neurotransmitters in regulating normal and pathologic brain functions has made significant progress. Yet, clinical trials that aim to improve therapeutic interventions do not take advantage of the in vivo changes in the neurochemistry that occur in real time during disease progression, drug interactions or response to pharmacological, cognitive, behavioral, and neuromodulation therapies. In this work, we used the WINCS Harmoni tool to study the real time in vivo changes in dopamine release in rodent brains for the micromagnetic neuromodulation therapy.Although still in its infancy, micromagnetic stimulation (µMS) using micro-meter sized coils or microcoils (μcoils) has shown incredible promise in spatially selective, galvanic contact free and highly focal neuromodulation. These μcoils are powered by a time-varying current which generates a magnetic field. As per Faraday's Laws of Electromagnetic Induction, this magnetic field induces an electric field in a conducting medium (here, the brain tissues). We used a solenoidal-shaped μcoil to stimulate the medial forebrain bundle (MFB) of the rodent brain in vivo. The evoked in vivo dopamine releases in the striatum were tracked in real time by carbon fiber microelectrodes (CFM) using fast scan cyclic voltammetry (FSCV).Our experiments report that μcoils can successfully activate the MFB in rodent brains, triggering dopamine release in vivo. We further show that the successful release of dopamine upon micromagnetic stimulation is dependent on the orientation of the μcoil. Furthermore, varied intensities of µMS can control the concentration of dopamine releases in the striatum.This work helps us better understand the brain and its conditions arising from a new therapeutic intervention, like µMS, at the level of neurotransmitter release. Despite its early stage, this study potentially paves the path for µMS to enter the clinical world as a precisely controlled and optimized neuromodulation therapy.