IJzeroxide-nanodeeltjes voor medische toepassingen: studie verduidelijkt effect van microstructuur op magnetische eigenschappen

IJzeroxide-nanodeeltjes worden in de medische technologie vaak gebruikt als contrastmiddel voor beeldvorming met magnetische resonantie of als transportmiddel voor medicijnen in de bloedbaan, bijvoorbeeld bij tumortherapie. Voor deze toepassingen moeten de nanodeeltjes biocompatibel en superparamagnetisch zijn. Ze moeten dus sterk magnetiseerbaar zijn in een magnetisch veld en moeten ook hun magnetisatie verliezen wanneer het magnetische veld wordt uitgeschakeld. Met behulp van analytische transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie onderzocht een team van de TU Bergakademie Freiberg hoe de magnetische eigenschappen van de nanodeeltjes verder kunnen worden verbeterd door middel van microstructuurontwerp.

De onderzoekers publiceerden hun resultaten in het huidige nummer van Wetenschappelijke rapporten.

De kennis van de exacte structuur van de ijzeroxide-nanodeeltjes met een grootte tussen 20 en 30 nanometer helpt om het fabricageproces te optimaliseren en de magnetische eigenschappen van de deeltjes systematisch te verbeteren. Elk deeltje bestaat uit minimaal twee superparamagnetische nanokristallijne kernen en een schil die niet bijdraagt ​​aan de magnetische eigenschappen. De maximale magnetisatie van de nanodeeltjes is afhankelijk van de onderlinge oriëntatie van de afzonderlijke kernen.

Hoe goed zijn de kernen op elkaar gericht?

“De huidige stand van het onderzoek ging ervan uit dat een sterke uitlijning van magnetische momenten in nanodeeltjes van ijzeroxide met meerdere kernen mogelijk wordt gemaakt door dezelfde kristallografische oriëntatie van individuele kernen. Onze analyses toonden echter aan dat dit niet noodzakelijkerwijs waar is”, zegt Stefan Neumann, onderzoeker associate bij TU Bergakademie Freiberg en de eerste auteur van de publicatie.

“Ook andere, maar nog steeds specifieke kristallografische oriëntatierelaties van de kernen kunnen hun magnetische interactie bevorderen. Niettemin verslechtert een volledig willekeurige uitlijning van de kernen de magnetische eigenschappen van de nanodeeltjes”, zegt Neumann.

“Om sterk superparamagnetische ijzeroxide-nanodeeltjes te kunnen produceren voor toekomstige toepassingen in de geneeskunde, hebben we kennis nodig van hun interne structuur”, zegt co-auteur prof. David Rafaja, hoofd van het Institute of Materials Science aan de TU Bergakademie Freiberg. . “Tijdens de productie van de nanodeeltjes worden eerst individuele kernen gevormd. Als de kernen meer tijd krijgen om op de juiste manier uit te lijnen, kunnen de magnetische eigenschappen van de nanodeeltjes verder worden verbeterd.”

Achtergrond: Analyse van ultrafijne deeltjes

De resultaten zijn verkregen binnen het prioriteitsprogramma “MehrDimPart—Highly Specific and Multidimensional Fractionation of Fine Particle Systems with Technical Relevance.” Het doel van het onderzoek is om technologische benaderingen te ontwikkelen die een gecontroleerde productie van zeer specifieke en technologisch relevante deeltjessystemen met gewenste eigenschappen mogelijk maken.

Naast het team van TU Bergakademie Freiberg hebben ook wetenschappers van het Karlsruher Institute of Technology bijgedragen aan de huidige publicatie. Het basisonderzoek achter dit werk was gericht op de structuur van de nanodeeltjes om de productie van deeltjes met specifieke magnetische eigenschappen te kunnen optimaliseren. Er is geen toxicologisch onderzoek uitgevoerd.