工業製造
産業用モノのインターネット | 工業材料 | 機器のメンテナンスと修理 | 産業プログラミング |
home  MfgRobots >> 工業製造 >  >> Industrial materials >> ナノマテリアル

三重渦状態の円筒状磁性ナノ粒子の加熱効率

要約

癌性腫瘍を治療するための確立された方法は、高周波交番磁場における磁性ナノ粒子(MNP)の緩和メカニズムによって生成される局所的な熱を使用する磁気温熱療法です。この作業では、差動化学エッチングと組み合わせたテンプレート支援パルス電着によって製造された円筒形NiFeMNPの加熱効率を調査します。 MNPの円筒形状により、三重渦状態の形成が可能になり、発熱効率が4倍になります。時間依存の熱量測定を使用して、MNPの比吸収率(SAR)を決定し、微小磁気シミュレーションおよび振動試料型磁力計測定からの数値計算と比較しました。高アスペクト比のMNPの磁化反転は、より高い残留磁化と低磁場感受性を示し、より高いヒステリシス損失をもたらし、これはより高い実験的および理論的SAR値に反映されました。磁場強度へのSAR依存性は、低磁場で小さなSAR値を示し、高磁場で飽和します。これは、MNPの強制磁場および強磁性MNPの特徴と相関しています。円筒形のNiFeMNPの最適化は、高い加熱性能と生体適合性のある磁気温熱療法剤を生み出す上で極めて重要な役割を果たします。

はじめに

磁性ナノ粒子(MNP)の用途は、磁気機械的細胞破壊[1,2,3,4]、磁気共鳴画像法[5,6,7]、薬物送達[8,9]などの生物医学分野で広く研究されています。 、10]、および磁気温熱療法[11、12、13、14]、現在の診断および治療法の欠点を補うため。 MNPの最大の利点は、外部磁場によってリモートで制御できることです。結果として生じる磁気応答は、熱放散または磁気トルクの形をとることができます。これは、適用される磁場構成とMNPの磁化ダイナミクスに依存します[15]。

ただし、さまざまな生物医学アプリケーションでは、さまざまな磁場構成で特定の回転メカニズムが必要です。癌バイオマーカー用のバイオセンサーは、MNPのブラウン運動の磁気分光法を使用して、数秒以内にMNPの結合画分と緩和時間を測定します[16]。 MNP濃度を定量化するための磁気粒子画像法では、MNPのNéel緩和が必要ですが、MNPのサイズ分布によって引き起こされるブラウン緩和は最小限に抑える必要があります[17]。 MNP緩和プロセスに存在する2つのメカニズムは、NéelおよびBrownian緩和であり、MNPの熱放散または空間回転のいずれかをもたらします。ネール緩和は、磁場に対するMNP磁気モーメントの再配向と相関し、ブラウン運動緩和は、MNPの空間回転と相関します[18、19、20]。

ニール( t N )およびブラウン運動( t B )緩和時間は次の式で与えられます:

$$ {t} _N ={t} _0 {e} ^ {\ frac {KV} {k_BT}} \;および\; {t} _B =\ frac {3 \ eta \; V} {k_BT} $$

ここでη は粘度係数、 t 0 は逆試行頻度、 K は磁気異方性定数 V MNPのボリューム、 k B はボルツマン定数であり、 T は温度です。原則として、より高速なメカニズムが支配的ですが、熱放散と磁気トルクによって結合されて、NéelメカニズムとBrownianメカニズムの両方が同時に発生する可能性があります[21]。有効な緩和時間( t eff )は次のように与えられます:

$$ \ frac {1} {t_ {eff}} =\ frac {1} {t_B} + \ frac {1} {t_N} $$

小さいMNPでは、支配的なメカニズムはネール緩和ですが、大きいMNPではブラウン緩和です。ネール緩和では、MNPの磁化は、その磁気モーメントの再構成によって方向を変え、MNPのサイズと温度に依存します。ブラウン運動中、MNPは空間回転を起こし、粘度や化学結合などの外部条件に依存します[22、23、24]。したがって、MNPの設計を調整および適合させて、磁気ハイパーサーミアに最適な発熱または磁気作動細胞死に磁気トルクを得るには、これらの磁気緩和メカニズムの寄与を理解することが重要です。

磁気温熱療法は、高周波交互磁場下でのMNPによる局所加熱の使用を利用して、癌細胞のアポトーシスと腫瘍の退縮を誘発する、確立された癌治療技術です[3、25、26、27]。交番磁場では、1つの磁場サイクルでMNPによって放散される熱は、ヒステリシスループの面積に等しくなります A 、によって与えられる:

$$ A ={\ int} _ {-{H} _ {\ mathrm {max}}} ^ {+ {H} _ {\ mathrm {max}}} \; {\ mu} _0 \; M(H )\; dH $$

ここで M は、周波数 f の交流磁場下でのMNPの磁化です。 振幅μ 0 H max [28,29,30]。磁気温熱療法で低MNP線量と短い治療期間を維持するには、MNPの加熱効率を最大化する必要があります。 MNPの加熱性能の測定は、比吸収率(SAR)と呼ばれ、MNPの単位質量あたりに放散される熱(Wg − 1 )によって与えられます。 ):

$$ \ mathrm {SAR} =\ frac {A \; f} {\ rho} $$

ここで、ρ はMNPの密度です。

MNPの熱放散の効率は、SARの観点から実験的に測定できます。これは、MNPの単位質量あたりに放散されるエネルギーです(Wg − 1 )、およびによって与えられます:

$$ \ mathrm {SAR} =C \ frac {\ varDelta T} {\ varDelta t} \ frac {1} {m _ {\ mathrm {MNP}}} $$

ここで C は媒体の比熱( C =4.18 Jg − 1 °C − 1 )、ΔT / Δt は温度グラフに対する時間の初期勾配であり、 m MNP MNPの質量です。ただし、熱放散は周波数 f の影響も受けるため、SAR値はMNPの加熱効率を完全に表すものではありません。 と磁場の強さ H 。したがって、実効比吸収率または固有損失電力(ILP)を使用して、次の式で与えられるMNPの加熱効率を特徴付けます。

$$ \ mathrm {ILP} =\ frac {\ mathrm {SAR}} {H ^ 2f} $$

円筒形のNiFeMNPでは、時計回りと反時計回りの渦が3番目の渦コアを介してMNPの中心で接続され、3次元の磁化構成になる三重渦状態が形成されます。磁気温熱療法アプリケーションのMNPからの理論的な熱放散は、シミュレートされたヒステリシスループと振動試料型磁力計の測定値から計算されました。時間依存の熱量測定を使用して、MNPの比吸収率と固有損失電力を決定し、数値計算と比較しました。

メソッド

磁性ナノ粒子の製造

差動化学エッチングによるテンプレート支援パルス電着は、さまざまな組成、Ni、Fe、またはCoのMNPを生成するためのシンプルで安価な製造方法です。Ni 80 Fe 20 、パーマロイは、高透磁率、低保磁力、ゼロに近い磁歪などの優れた磁気特性を示す強磁性材料です。円筒形MNPの製造は、NiSO 4 で構成される電解液浴中で、陽極酸化アルミニウム(AAO)テンプレート支援パルス電着を使用して組成変調された円筒形NiFeナノワイヤを成長させることから始まります。 、FeSO 4 、およびH 3 BO 3 [31,32,33,34,35]。続いて、AAOテンプレートをNaOHに溶解してナノワイヤを放出しました。最後に、HNO 3 を希釈することにより、ナノワイヤのFeに富む領域を化学的にエッチングしました。 MNPを形成します。 MNPの直径はAAOテンプレートの細孔サイズによって決定され、長さは高電位パルス V によって制御されました。 H 期間追加ファイル1。

細胞生存率

HeLa細胞を8×10 4 で12ウェルマイクロタイタープレートに播種しました 細胞/ウェルおよび4.5g / Lグルコース、2 mM L-グルタミン、10%ウシ胎児血清、および1%ペニシリン/ストレプトマイシンを添加したダルベッコ改変イーグル培地で37°C、5%CO 2 。細胞生存率は、細胞増殖を定量的に測定するために生存細胞の還元力を使用する透過性レサズリンベースの細胞生存率試薬であるPrestoBlueを使用して決定されました。 0.1 mg / mlのMNPで処理したHeLa細胞を、PrestoBlue試薬とともに37°C、5%CO 2 でインキュベートしました。 2時間。 570nmおよび600nmでの吸光度値は、Tecan Infinite M200PROマイクロプレートリーダーによって測定されました。細胞生存率は、MNPに曝露されていない細胞に対するパーセンテージとして表されました。各実験は、実験アッセイと対照アッセイの4つのセットで実行されました。

統計分析

結果は、平均±標準偏差(SD)として表されました。統計的有意性は、OriginPro、OriginLabで一元配置分散分析(ANOVA)を使用して分析されました。 p <0.05の値は統計的に有意であると見なされました。

マイクロマグネティックシミュレーション

MNPの磁化構成は、GPUで加速されたマイクロマグネティックシミュレーションプログラムMuMax3を使用して調査され、ランダウリフシッツギルバート(LLG)方程式を3次元で解きました[36]。これらのマイクロマグネティックシミュレーションは、微視的レベルでのMNPの磁化構成への洞察を提供し、分析モデルと実験結果からの観察との相関関係を示しました。システムの総エネルギーは次のように表されます:

$$ {E} _ {\ mathrm {Total}} ={E} _ {\ mathrm {Exchange}} + {E} _ {\ mathrm {Anisotropy}} + {E} _ {\ mathrm {Zeeman}} + {E} _ {\ mathrm {Dipolar}} =-\ int {\ mu} _0 {H} _ {eff}(r)\ cdot M(r){d} ^ 3r $$

ここで、\({H} _ {eff} =-\ frac {1} {\ mu_0} {\ nabla} _ME \)。ランダウ・リフシッツ・ギルバート(LLG)方程式は、磁化の歳差運動を表します M 有効磁場中 H eff ダンピング付きα

$$ \ frac {dM(r)} {dt} =-\ gamma M(r)\ times {H} _ {eff}(r)-\ frac {\ overline {\ alpha}} {M_s} M(r )\ times \ left(M(r)\ times {H} _ {eff}(r)\ right)$$

ここで、γM r )× H eff r )は M の歳差運動です ( r )ローカルフィールド H eff r )および\(\ frac {\ overline {\ alpha}} {M_s} M(r)\ times \ left(M(r)\ times {H} _ {eff}(r)\ right)\)は経験的です減衰項。パーマロイNi 80 の材料パラメータ Fe 20 使用された:飽和磁化 M s 860×10 3 A / m、交換剛性定数 A ex 1.3×10 − 11 J / m、ゼロ結晶磁気異方性 k =0、およびギルバート減衰定数α 0.01の。すべてのシミュレーションで5nm×5nm×5nmのセルサイズが使用されました。これは、交換長に比べて十分に小さいものです。

磁気温熱療法の実験セットアップ

SARは、高周波誘導加熱器によって生成された交流磁場にMNPをさらすことにより、時間依存の熱量測定から実験的に得られました。 0.05〜0.1 mg / mlの濃度の水性懸濁液中のMNPを、発泡スチロールで絶縁され、誘導コイルで囲まれたハヤブサの管に注ぎました。コイルの温度は、水再循環チラーによって28.0±0.5°Cに維持されました。懸濁液の初期温度は、誘導コイルからの熱の寄与を排除するために、28.0±0.5°Cで1分間維持されました。 15.9〜47.8 kAm − 1 の交流磁場範囲 臨床的磁気温熱療法の基準の範囲内で、360kHzの固定周波数が適用されました。

結果と考察

磁性ナノ粒子の特性評価

製造された円筒形NiFeMNPの組成は、 V によって決定されます。 H または電解質組成。 MNP組成の高度な制御を示すために、MNPのさまざまな組成が製造されています(Ni 88 Fe 12 、Ni 76 Fe 24 、Ni 52 Fe 48 、およびNi 36 Fe 64 )およびエネルギー分散型X線分光法(EDX)によって検証されます。図1は、さまざまな組成のNiFe MNPの振動試料型磁力計(VSM)測定によって得られた正規化されたヒステリシスループを示しています。磁場は、磁化が飽和に達するように有効な磁気異方性を克服するのに十分な値まで増加します。二乗比SQRは、ヒステリシスループがどの程度二乗であるかの基本的な測定値であり、次の式で与えられます。

$$ \ mathrm {SQR} =\ frac {M_r} {M_s} $$

Ni 88 のNiFeMNPの正規化されたヒステリシスループ Fe 12 、Ni 76 Fe 24 、Ni 52 Fe 48 、およびNi 36 Fe 64 面内および面外の方向で測定されます。挿入図は、さまざまな磁場強度でのMNPの磁化構成を示しています

保磁力の値 H c と直角度SQR = M r / M s 面内および面外の印加磁場について、表1に示します。一般に、面内 H の傾向 c 面外の H よりも高い c Niが豊富なMNPの場合(Ni 88 Fe 12 、Ni 76 Fe 24 、およびNi 52 Fe 48 )、ただし、Feが豊富なMNP(Ni 36 )では逆になります Fe 64 )、これは、NiFeナノワイヤの異常な共堆積に関する以前の研究と一致しています[37]。

<図>

生体適合性表面コーティング

NiFe MNPは、隣接するMNP間の強い双極子相互作用の影響により凝集する傾向があります。したがって、キトサン[40,41,42]、ポリビニルアルコール[43,44,45]、オレイン酸[46,47,48]などの生体適合性および生分解性ポリマー[38、39]を使用したMNPの表面修飾。デキストラン[49、50]、そして最も一般的にはポリエチレングリコール(PEG)[51,52,53,54,55,56]が提案されています。 PEGは、リポソームやMNPの血液循環を改善するために広く使用されている親水性ポリマーです[57、58、59、60]。円筒形のNiFeMNPを水に分散させるために、生体適合性のある5000 g mol − 1 安定剤としてPEGが使用されました[61]。走査型電子顕微鏡(SEM)画像は、図2aに示すように、MNPの周囲に酸化物シェルが形成されていることを示しています。この酸化物シェルは、MNP内の磁性材料の酸化を防ぎます。 FeCoMNPおよびFeMNPに関する以前の研究では、大気への暴露だけで深刻な酸化が見られました[61、62]。

a PEGコーティングを施したNiFeMNPのSEM画像。 b PEGコーティングを施したNiFeMNPのXRDパターン。 c PEGコーティングの有無によるNiFeMNPのEDXパターン。 d MNPとのインキュベーション後のHeLa細胞の表示画像による細胞生存率、0〜48時間

X線回折(XRD)パターンのピークは、図2bに示すように、主にバルクNiFeの面心立方(fcc)構造に対応する(111)結晶面でインデックス化されました。これは、MNPが(111)の優先配向で電着されたことを示しています。これは、電着またはスパッタリングによって製造されたNiFeナノワイヤでも明らかです[63、64]。さらに、スピネル酸化物((NiFe) 3 に対応する回折ピークはありませんでした。 O 4 )、これは高濃度のFeによる酸化物相の形成に起因します[65]。 NiFe MNPの高​​い結晶化度は、無視できる表面スピン傾斜をもたらし、したがって、MNPの高​​い飽和磁化と小さな保磁力を保持しました。 PEGコーティングされたNiFeMNPのさらなる特性評価は、EDX測定を使用して実施されました。図2cに示すように、主にNiおよびFe元素が検出され、O元素がわずかに存在することから、MNPの周囲に酸化物シェルが形成されていることがわかります。

図2dから、24時間後にコーティングされていないNiFeMNPとPEGコーティングされたNiFeMNPに曝露されたHeLa細胞の細胞生存率は、それぞれ82.2%と82.6%です。 48時間後、細胞生存率はわずかに低下して79.9%と82.1%になり、PEGコーティングされたMNPの生体適合性がわずかに高くなりました。シェルのないNiFeMNPは哺乳類細胞に毒性があり、細胞の生存率に影響を与えます。 PEGコーティングは生体適合性が高く、エンドサイトーシスによる細胞毒性と細胞へのMNPの内在化を減少させる可能性があります[66、67]。円筒形のNiFeMNPのHeLa細胞に対する細胞毒性は、磁気温熱療法の研究で使用されている他の市販の強磁性NPと同等です[68]。

磁化ダイナミクス

MNPの組成はパーマロイNi 80 に保たれました。 Fe 20 、長さ( l )と直径( d )のMNPはさまざまでした。 MNPの総エネルギーに対する交換エネルギー、減磁、または双極子エネルギーとゼーマンエネルギーの寄与が、印加された磁場の関数としてプロットされます H それぞれ、図3a〜dのMNP長軸に沿っています。 MNPは、その長軸に平行な強い磁場によって最初に飽和しました。大きな磁場では、ゼーマンエネルギーの寄与が支配的であり、スピンはほとんど磁場方向に整列しています。磁場に対するスピンのこの並列配置は、総磁気エネルギーへの交換エネルギーの寄与を最小限に抑えます。印加磁場が減少すると、時計回りと反時計回りの渦核形成がMNPの端で発生し、MNPの中心に向かって進行し、平行磁化成分が徐々に減少して、他の貢献がますます重要になる一方で、Zeemanの貢献。 MNPの磁化は、反磁界を最小限に抑えようとするため、減磁エネルギーが減少します。十分に低い磁場では、安定した磁化構成である三重渦状態が形成され、総エネルギーは最小に保たれます。磁場が逆転すると、交換エネルギーの急激な低下は、2つの渦の急激な分裂に対応します。

a のプロット )交換エネルギー、( b )双極子エネルギー、( c )ゼーマンエネルギー、および( d )印加磁場に対する総エネルギー H

異なる長さのMNP( l )は、大幅に異なる磁化構成を持っていることがわかりました。長さ l 100 nm未満では、静磁エネルギーと交換エネルギーの相互作用により、単一の渦のみが核形成されました。これは、面内の閉じた磁束ドメイン構造です。 l の場合 100 nmを超えると、MNPの両端にある反時計回りと時計回りの渦コアのペアが核形成されました(二重渦状態)。磁場が減少すると、渦の1つが消滅し、単一の渦状態に崩壊します。ただし、 l 300 nmを超えると、低磁場での渦の消滅はなく、代わりに追加の3番目の渦コアがMNPの曲面上で核形成されました(三重渦状態)。

熱量測定

Ni 80 Fe 20 MNP、 l =500nmおよび d =350 nm、15.9〜47.8 kAm -1 の交流磁界にさらされました (200〜600 Oe)、温度-時間曲線を図4aに示します。 SAR方程式で特徴付けられるように、SAR値は427 Wg − 1 と計算されました。 、1054 Wg − 1 、および1742 Wg − 1 、15.9 kAm − 1 の場合 、31.9 kAm − 1 、および47.8 kAm − 1 、 それぞれ。予想通り、磁場の強さが大きいほど、SAR値は大きくなります。つまり、SAR値は磁場の強さに比例していました。したがって、ILPは、磁気温熱療法に対するMNPの加熱効率をより適切に評価するために取得されました。 ILPの式で特徴付けられるように、ILP値は4.69 nHm 2 と計算されました。 kg − 1 、2.88 nHm 2 kg − 1 、および2.12 nHm 2 kg − 1 、15.9 kAm − 1 の場合 、31.9 kAm − 1 、および47.8 kAm − 1 それぞれ360kHzで。

a l を使用したNiFeMNPの温度-時間曲線 =500nmおよび d =350 nm、磁場強度を15.9から47.8 kAm − 1 に増加させる場合 (200〜600 Oe)。 b d を使用したNiFeMNPの温度-時間曲線 =350nm。 47.8 kAm − 1 の磁場強度 (600 Oe)、MNPの長さ l 500nmに増加しました。 c l を使用したNiFeMNPの表形式のSAR値 =100–500nmおよび d =15.9〜47.8kAmの磁場強度で350nm − 1 (200〜600 Oe)。 d l を使用したNiFeMNPの理論的SAR値 =100–500nmおよび d =350 nm

次に、 d のNiFeMNP =350nmおよび l =100–500 nm、47.8 kAm − 1 の交流磁場にさらされました (600 Oe)、温度-時間曲線を図4bに示します。 SAR方程式で特徴付けられるように、SAR値は409 Wg − 1 と計算されました。 、618 Wg − 1 、および1742 Wg − 1 l の場合 =100 nm、200 nm、500 nm、47.8 kAm − 1 それぞれ360kHz。 ILPの式で特徴付けられるように、ILP値は0.50 nHm 2 と計算されました。 kg − 1 、0.75 nHm 2 kg − 1 、および2.12 nHm 2 kg − 1 l の場合 =100 nm、200 nm、500 nm、47.8 kAm − 1 それぞれ360kHzと360kHz。

l のMNP =500nmは l のMNPよりもはるかに高い加熱効率を示しました =100nmおよび200nm、より大幅な温度上昇につながります。 l のMNPの最高SAR値 =500nmは1742Wg − 1 でした 47.8 kAm − 1 および360kHz。比較のために、15.9〜31.9 kAm − 1 の磁場のSAR値 (200〜400 Oe)および d のMNP =350nmおよび l =100–500nmを図4cに示します。同じ条件下で、 l のMNPのSAR値とILP値 =500 nmは、MNPが小さい l の場合よりも4倍高かった 。マイクロマグネティックシミュレーションから、 l > 300 nmに増加すると、MNPの磁化反転プロセスが二重渦状態から三重渦状態に変化しました。 l で <300 nm、単一の渦状態または二重の渦状態のみが観察されました。残留磁化 M r MNPの割合は、単一または二重渦状態と比較して、三重渦状態で有意に高かった。

シングルドメインMNPの場合、動的ヒステリシスループを計算するための理論モデルがCarrey etalによって提案されています。 [69]マルチドメインMNPの場合、磁化のスイッチング時間は10 <のオーダーであるため、計算用の静的ヒステリシスループを取得するためのマイクロ磁気シミュレーションの使用は、超常磁性の臨界サイズを超える大きなサイズのMNPでは合理的でした。 sup> − 9 s。磁気温熱療法の切り替え時間は〜10 − 6 のオーダーであるため s、大きなMNPは交番磁場に追いつくことができます。円筒形NiFeMNPのマイクロ磁気シミュレーションとVSM測定から得られたヒステリシスループの面積を使用して、SAR値を理論的に計算し、図4dに示しました。

l のMNPのSAR値 =100nmおよび200nmは、 H 未満の低磁場で小さなSAR値を示しました c 強磁性領域の特徴である高磁場で飽和に達するまで急激に増加します。対照的に、 l のSAR値の磁場依存性 =500 nmMNPは、三重渦状態で、〜6倍大きいSAR値との非線形関係に従いました。高残留磁化 M r l の三重渦状態の =500 nmMNPは、低磁場でのゼロ以外のSAR値で明らかでした。熱量測定(図4c)と数値計算(図4d)の比較は、強磁性領域でのMNPの特徴に関する定性的および定量的一致を示しており、低磁場では小さなSAR値を示し、高磁場では飽和を示します。 H と相関 c MNPの。

d について、三重渦状態のNiFeMNPの熱放散を比較しました。 =150–350 nm、47.8 kAm − 1 の交流磁場下 (600 Oe)であり、温度-時間曲線が図5aに表示されています。 SARとILPの値は、1785 Wg − 1 と計算されました。 、2073 Wg − 1 、および2750 Wg − 1 および2.17nHm 2 kg − 1 、2.52 nHm 2 kg − 1 、および3.34 nHm 2 kg − 1 d の場合 =350 nm、250 nm、および150nm。 d のMNP =150nmおよび250nmは、0.1 mg / mlの濃度で4.92分および7.45分で43°Cの最適な治療温度に到達することができました。アスペクト比の異なるMNPを比較すると、 d の加熱効率が観察されました。 =150nmのMNPは d の1.54倍でした =350nmMNP。これは、 d のMNPが原因でした。 =150nmは最高の低磁場磁化率と M を持っていました r 。したがって、SAR値は、 l の両方の変動を伴うMNPの磁化反転プロセスと密接に相関していました。 および d

a 47.8 kAm − 1 の磁場強度下でのNiFeMNPの温度-時間曲線 (600 Oe)および360 kHzの周波数、MNPの長さ d 150から350nmに増加しました。 b d を使用したNiFeMNPの理論的SAR値 =150–350nmおよび l =500 nm

マイクロマグネティックシミュレーションから、ヒステリシスの領域 A 直径( d )とともに大幅に進化します )MNPの。したがって、 d のSAR値 =150 nmMNPは非常に急速に増加し、最大SAR値6263 Wg − 1 で飽和します。 。数値計算では、図5bに示すように、アスペクト比が高いMNPはヒステリシス損失が高く、理論上のSAR値が高くなることが示されました。熱量測定(図5a)と数値計算(図5b)の比較は、定性的にはよく一致していましたが、ヒステリシス損失の値には量的な不一致がありました。実験値と理論値の不一致は、NiFe MNPが非超常磁性であり、無視できない残留磁化を持っていることから生じ、隣接するMNP間の強い磁気双極子相互作用による不要な凝集を引き起こしました[70、71]。 MNPの流体力学的体積はブラウン運動を支配する要素であるため、MNPの凝集の程度によって、支配的な緩和メカニズム、つまり、ネールまたはブラウン運動が決まります。したがって、MNPの集約されたグループと単一の無料のMNPは、SAR値が大きく異なります。さらに、交流磁場は、異なるブラウン緩和メカニズムを示すナノカラムまたはナノチェーンの形成を誘発する可能性があり、したがって、実験値と理論値の間の不一致を説明します[72,73,74]。

結論

円筒形のNiFeMNPによって示される高いSAR値は、酸化鉄MNP(IOMNP)および超常磁性酸化鉄ナノ粒子(SPION)[28、75]に匹敵し、交番磁場下での熱放散におけるこれらのMNPの能力を示しています。三重渦状態のMNPは、二重または単一渦状態のMNPよりもはるかに高い加熱効率を示しました。これは、SAR値が4倍であり、 M が高いためです。 r 三重渦状態のMNPの。アスペクト比の異なるMNPを比較すると、 d の加熱効率が観察されました。 =150nmのMNPは d の1.54倍でした =350 nmMNPは、 M が大きいため r と低電界感受性。熱量測定とマイクロマグネティックシミュレーションの両方で、磁化反転プロセスと d からのより高いヒステリシス損失との相関関係が示されました。 =150 nmMNP、より高い実験的および理論的SAR値をもたらします。 MNPのサイズとその磁気特性を簡単に制御できることは、invivoでの磁気温熱療法のがん治療試験に大きな可能性があることを示しています。

データと資料の可用性

現在の研究中に生成および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて対応する著者から入手できます。

略語

d

磁性ナノ粒子の直径

EDX:

エネルギー分散型X線分光法

H c

保磁力

ILP:

固有の損失電力

l

磁性ナノ粒子の長さ

MNP:

磁性ナノ粒子

M r

残留磁化

PEG:

ポリエチレングリコール

SAR:

比吸収率

SEM:

走査型電子顕微鏡

SQR:

直角度比

V H

高電位電着パルス

VSM:

振動試料型磁力計

XRD:

X線回折分光法


ナノマテリアル

  1. 半導体ナノ粒子
  2. プラズモンナノ粒子
  3. 磁気センサー用ナノダイヤモンド
  4. 磁気プラズモンを伝導するナノクラスター
  5. 高効率グラフェン太陽電池
  6. コバルトをドープしたFeMn2O4スピネルナノ粒子の調製と磁気特性
  7. 強誘電性ナノ粒子のパーコレーション磁性
  8. 磁性ナノ粒子の集合における相互作用効果
  9. ポリ(4-スチレンスルホン酸-co-マレイン酸)による金磁性ナノ粒子の安定性の向上:タンパク質検出用に調整された光学特性
  10. La1 − xSr xMnO3マンガン酸塩ナノ粒子の合成方法がそれらの特性に及ぼす影響
  11. あなたのビジネスのための灯油効率を改善するためのヒント