Популярные Нано Технологии

Размещение материала

Для размещения материала в данном разделе заполните пожалуйста эту форму.

Кадры

Фотогалерея

Магнитные наночастицы: проблемы и достижения химического синтеза

В общем случае, при включении внешнего магнитного поля, для поворота магнитного момента частицы в ориентацию, отвечающую минимуму энергии, требуется преодолеть энергетический барьер ΔE ≈ KVV(КV – константа объемной анизотропии, V – объём частицы). Формула для характерного времени тепловых флуктуаций магнитного момента однодоменной наночастицы с одноосной анизотропией при условии ΔE/kBT ≥ 1 была получена Неелем [89]:

τ = τ0exp(ΔE/kBT)

Прямая зависимость ΔE от V является главной причиной почему суперпарамагнетизм (т.е. термически активируемое вращение магнитного момента) критичен для малых частиц, т.к. ΔE для них сравнима с kBTпри комнатной температуре. Следствием подобного ротационного механизма является возможность создания наночастиц с контролируемой коэрцитивностью, что собственно и легло в основу серьезных достижений в области хранения информации и биомедицинского применения [95, 137]. В настоящее время реально широко используются два типа биомедицинских применений магнитных наночастиц – использование их в качестве контрастных агентов в магнито-резонансной томографии (МРТ) [111], для усиления контраста клеток специфического типа и второе – возбуждение контролируемых тепловых эффектов в заданных областях (гипертермия) [37]. Каждый полный цикл петли гистерезиса в любом магнитном материале сопровождается потерей энергии пропорциональной площади петли. Подобрав магнитные наночастицы с определенной коэрцитивностью и введя их в нужную область организма, например в злокачественную опухоль, и затем приложив внешнее магнитное поле, можно вызвать локальный разогрев, который в свою очередь либо уничтожит вредные клетки напряму или же, при небольшом нагревании, повысит эффективность хемо- или радиотерапии в локальном месте, а не во всем организме целиком, что уменьшает вред, наносимый всему организму при традиционных методах лечения.

В качестве контрастного агента для МРТ используются наночастицы магнетита Fe3O4 [17], бислойные наночастицы Fe@Fe3O4 [110] и Fe3O4@SiO2 [158]. Следует заметить, что наночастицы применяют не в «голом» виде, а предварительно модифицированные различными биохимическими веществами, которые взаимодействуя с повехностью и влияя на магнитные свойства повышают контраст, а с другой стороны, предохраняют наночастицы от быстрого фагоцитоза, т.е. выведения из организма за счет реакции иммунитета, что позволяет существенно уменьшить количество вводимых наночастиц в организм. Подробно с техниками и методами модификации поверхности наночастиц оксидов железа можно ознакомится в обзорах [116, 48].

В гипертермии помимо чистого магнетита [55], также применяют наночастицы магнетита допированные ионами гадолиния [34] (за счет чего достигается увеличение в скорости специфического поглощения энергии, а следовательно КПД процесса в целом), а также феррита кобальта – CoFe2O4 [130].

Из других применений магнитных наночастиц следует выделить направленный перенос лекарств и генов [25, 82, 154], сепарацию как биологических объектов (вирусы, бактерии) [63] так и загрязняющих окружающую среду веществ (удаление органических отходов из воды, с последующей их каталитической переработкой, тут магнитные наночастицы выполняют три функции: адсорбент, сепарируемый носитель и катализатор) [160], а также токсинов из воды [39].

Заключение и перспективы

Изложенный выше материал показывает возможности химиков-синтетиков влиять на магнитные характеристики синтезируемых наночастиц путём изменения их морфологии: размеров, формы и состава, соотношения ядро-оболочка, расположения частиц в матрице; температурная обработка (отжиг) может менять кристаллическую структуру ядра и оболочки и т.п. Отдельные типы магнитных наночастиц доступны уже сейчас, некоторые фирмы производят и поставляют образцы. В использовании магнитных частиц в биологии и медицине (прежде всего, для лечения рака), наметился значительный прогресс и дальнейшие перспективы здесь остаются весьма благоприятными. Считается, что развитие электроники во многом связано с использованием магнитных свойств наночастиц, о чем свидетельствуют многочисленные работы по спинтронике – новой области, в которой магнитные и электронные свойства нанообъектов могут использоваться в тесной взаимосвязи [16].

Проведенный анализ (далеко не полный) опубликованных за последние годы работ по синтезу магнитных наночастиц показывает актуальность и огромную практическую значимость этих уникальных объектов. Здесь открывается большой простор для работы юхимиков-синтетиков в тесном сотрудничестве с физиками, биологами и медиками.

Список литературы

<< первая < пред. 1 2 3 4 5 6 7 след. > последняя >>
TOP100 самых популярных
научных разработок
за месяц
Место Наименование Показов
1

Монокристаллический кремний. Технология производства

Данная технология относится к области получения монокристаллов полупроводниковых материалов и может быть использована при получении монокристаллов кремния методом Чохральского. Данная технология относ

244
2

Магнитные наночастицы: проблемы и достижения химического синтеза

Основную часть обзора составляют три раздела собирательно названные по сути методов получения магнитных наночастиц - 1. Гидролиз, соосаждение, 2. Мицеллы и 3. Термолиз. Разделы окаймляются общим введе

140
3

Главная загадка квантовой механики (видео)

В видео раскрывается главная загадка квантовой механики доступным языком. Для введения в курс, кратко о том, что такое квантовая механика. Квантовая механика — раздел теоретической физики, о

120
4

Углеродные нанотрубки для наноробототехники

Перевод: Батук Д.Н., Ефремова М.М. Благодаря своему строению, исключительной механической прочности и уникальным электрическим характеристикам, углеродные нанотрубки являются перспективным материалом

84
5

Многофункциональные наноструктурные пленки

Автор: Е.А.Левашов Новые материалы являются основой технологий 21 века, а индустрия наносистем и материалов - одно из приоритетных направлений развития науки и техники, влияющих сегодня почти на все

73

Анонсы событий