JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

نحن نبلغ عن تركيب حراري مائي وعاء واحد من مجموعات فيريت المنغنيز (MFCs) التي توفر سيطرة مستقلة على البعد المادي وتكوينها. يسمح الفصل المغناطيسي بالتنقية السريعة بينما يضمن التشغيل السطحي باستخدام البوليمرات المعطوبات أن المواد غير مجمعة في وسيط ذي صلة بيولوجيا. المنتجات الناتجة هي في وضع جيد للتطبيقات الطبية الحيوية.

Abstract

مجموعات المنغنيز فيريت (MFCs) هي تجميعات كروية من عشرات إلى مئات من البلورات النانوية الأولية التي خصائصها المغناطيسية ذات قيمة في تطبيقات متنوعة. هنا نحن وصف كيفية تشكيل هذه المواد في عملية الحرارية المائية التي تسمح للسيطرة المستقلة على حجم الكتلة المنتج (من 30 إلى 120 نانومتر) ومحتوى المنغنيز من المواد الناتجة. المعلمات مثل الكمية الإجمالية للمياه المضافة إلى وسائل الإعلام رد فعل الكحولية ونسبة المنغنيز إلى الحديد السلائف هي عوامل هامة في تحقيق أنواع متعددة من المنتجات النانوية MFC. طريقة تنقية سريعة يستخدم الفصل المغناطيسي لاستعادة المواد مما يجعل إنتاج غرام من المواد النانوية المغناطيسية فعالة جدا. نتغلب على تحدي تجميع المواد النانوية المغناطيسية من خلال تطبيق بوليمرات السلفونات المشحونة للغاية على سطح هذه المواد النانوية التي تنتج MFCs مستقرة غرويا والتي لا تزال غير مجمعة حتى في البيئات المالحة للغاية. هذه المواد غير المجمعة والزي الموحد وغير القادرة هي مواد مستقبلية ممتازة للتطبيقات الطبية الحيوية والبيئية.

Introduction

إدراج المنغنيز كدوبت في شعرية أكسيد الحديد يمكن، في ظل الظروف المناسبة، وزيادة ممغنطة المواد في الحقول التطبيقية العالية بالمقارنة مع أكاسيد الحديد النقي. ونتيجة لذلك، فإن الجسيمات النانوية المنغنيز فيريت (MnxFe3-xO4) هي مواد نانوية مغناطيسية مرغوبة للغاية بسبب مغنطة التشبع العالية، والاستجابة القوية للحقول الخارجية، وانخفاض السمية الخلوية1،2،3،4،5. وقد تم التحقيق في كل من البلورات النانوية مجال واحد، فضلا عن مجموعات من هذه البلورات النانوية، والجزيئات متعددة المجالات، في تطبيقات الطب الحيوي المتنوعة، بما في ذلك تسليم الأدوية، وارتفاع الحرارة المغناطيسي لعلاج السرطان، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)6،7،8. على سبيل المثال، استخدمت مجموعة هيون في عام 2017 جسيمات نانوية منغنيز فيريت ذات مجال واحد كمحفز فنتون للحث على نقص الأكشاجة السرطانية واستغلت T2contrast للمادة لتتبع التصوير بالرنين المغناطيسي9. ومن المدهش في ضوء هذه الدراسات وغيرها من الدراسات الإيجابية للمواد الفريت أن هناك عدد قليل في المظاهرات في الجسم الحي بالمقارنة مع أكسيد الحديد النقي (Fe3O4) المواد النانوية، وليس التطبيقات المبلغ عنها في humans9،10.

أحد التحديات الهائلة التي تواجه في ترجمة ميزات المواد النانوية الفريت إلى العيادة هو توليد مجموعات موحدة وغير مجمعة ونانوية الحجم11,12,13,14. في حين أن النهج الاصطناعية التقليدية للبلورات النانوية أحادية النطاق متطورة بشكل جيد ، فإن مجموعات متعددة المجالات من نوع الاهتمام بهذا العمل لا يتم إنتاجها بسهولة بطريقة موحدة وخاضعة للرقابة15،16. وبالإضافة إلى ذلك، فإن تكوين الفريت عادة ما يكون غير قياسي وليس مرتبطا ببساطة بالتركيز الأولي للسلائف، وهذا يمكن أن يزيد من حجب توصيف وظيفة الهيكل المنهجي لهذه المواد 9،12،13،17. وهنا، نعالج هذه المسائل من خلال إظهار نهج اصطناعي يسفر عن سيطرة مستقلة على كل من البعد العنقودي وتكوين المواد النانوية المنغنيز الفريتية.

ويوفر هذا العمل أيضا وسيلة للتغلب على الاستقرار الغرواني الفقير للمواد النانوية الفريتية18,19,20. الجسيمات النانوية المغناطيسية هي عموما عرضة لتجميع بسبب جذب الجسيمات الجسيم قوية; فيريت تعاني أكثر من هذه المشكلة كما أكبر المغناطيسية صافي تضخيم تجميع الجسيمات. وفي الوسائط البيولوجية ذات الصلة، تنتج هذه المواد مجاميع كبيرة بما يكفي لجمعها بسرعة، مما يحد من طرق تعرضها للحيوانات أو البشر 20,21,22. ووجد هيلت وآخرون نتيجة أخرى لتجميع الجسيمات الجسيمية في دراستهم للتدفئة المغناطيسية وتدهور الصبغة23. وفي تركيزات الجسيمات الأعلى قليلا، أو زيادة وقت التعرض للحقل، انخفضت فعالية المواد مع تجميع المواد مع مرور الوقت وانخفاض مساحات سطح الجسيمات النشطة. وستستفيد هذه التطبيقات وغيرها من الأسطح العنقودية المصممة لتوفير حواجز ستيرية تحول دون التفاعلات بين الجسيمات والجسيمات24,25.

هنا نبلغ عن نهج اصطناعي لتجميع مجموعات فيريت المنغنيز (MFCs) ذات الأبعاد والتكوين القابل للتحكم. هذه الجسيمات متعددة المجالات تتكون من تجميع البلورات النانوية المنغنيز الأولية الفريت التي يتم تجميعها الثابت. الارتباط الوثيق للبلورات النانوية الأولية يعزز خصائصها المغناطيسية ويوفر لحجم الكتلة الكلية، 50-300 نانومتر، مطابقة بشكل جيد للأبعاد المثلى للطب النانوي. عن طريق تغيير كمية المياه وسلائف كلوريد المنغنيز، يمكننا التحكم بشكل مستقل في القطر الإجمالي وتكوينها. تستخدم هذه الطريقة ردود فعل حرارية مائية بسيطة وفعالة ذات وعاء واحد تسمح بالتجريب المتكرر وتحسين المواد. ويمكن تنقية هذه MFCs بسهولة إلى محلول منتج مركز ، والذي يتم تعديله بشكل أكبر بواسطة البوليمرات السلفونات التي تضفي الاستقرار الغرواني. إن قابليتها للتونة وتوحيدها واستقرار مرحلة الحل كلها ميزات ذات قيمة كبيرة في تطبيقات المواد النانوية في الهندسة الطبية الحيوية والبيئية.

Protocol

1. تركيب MFCs مع السيطرة على القطر الكلي لMFCs وتكوين الفريت

  1. غسل وتجفيف جميع الأواني الزجاجية تماما لاستخدامها في التوليف. تؤثر كمية المياه في التركيب على أبعاد الشركات متعددة الأجهزة متعددة الأجهزة ، لذلك من الأهمية بمكان ضمان عدم وجود مياه متبقية في الأواني الزجاجية في it16،26.
    1. لغسل الأواني الزجاجية، اشطف بالماء والمنظفات وفرك بفرشاة قارورة لإزالة الحطام. شطف جيدا لإزالة جميع المنظفات والانتهاء مع شطف من الماء deionized.
    2. لتجفيف الأواني الزجاجية، هز قطرات الماء من سطح الأواني الزجاجية ووضعها في فرن في 60 درجة مئوية حتى تجف تماما.
    3. شطف المفاعلات المبطنة بالبوليفينيلين (PPL) بحمض هيدروكلوريك بنسبة 37٪ لإزالة أي حطام من الاستخدام السابق. للقيام بذلك، ضع المفاعلات وقبعاتها في كوب كبير وملئها بحمض الهيدروكلوريك حتى تغمر المفاعلات بالكامل. دع هذا الجلوس لمدة 30 دقيقة قبل صب حمض الهيدروكلوريك. شطف باستمرار الكأس التي تحتوي على المفاعلات بالماء لمدة 1-2 دقيقة، ومن ثم وضع المفاعلات في الفرن لتجف.
  2. استخدم ماصة أوتوماتيكية لنقل 20 مل من جلايكول الإيثيلين إلى كوب سعة 50 مل مع شريط تحريك مغناطيسي.
  3. وزن الكمية المطلوبة من كلوريد الحديد (III) (FeCl3·6H2O، صلبة) لتحقيق تركيز نهائي من 1.3 mM وإضافته إلى الكأس. ضعي الكأس على لوحة تحريك واقلبيها على 480 دورة في الدقيقة للبدء في التحريك المستمر للكاتب.
    ملاحظة: بما أن هذا هو هيدرات، يجب قياسه وإضافته بسرعة لتجنب امتصاص المياه غير المرغوب فيه من الهواء المحيط.
  4. وزن 250 ملغ من حمض البولي أكريليك (PAA، ميغاواط ~ 6000، مسحوق) وإضافته إلى الكأس. بعد إضافة PAA ، يصبح الحل معتما وأخف قليلا في اللون.
  5. وزن 1.2 غرام من اليوريا (CO(NH2)2، مسحوق) وإضافته إلى الكأس.
  6. باستخدام ماصة، إضافة 0.7 mM المنغنيز (II) كلوريد (MnCl2·6H2O aq، 3.5 M، 0.2 مل) إلى الكأس.
  7. وأخيرا، باستخدام ماصة إضافة الكمية المطلوبة (0.5 مل) من المياه فائقة النقاء إلى الكأس.
  8. دع الحل يحرك لمدة 30 دقيقة ولاحظ تغير اللون. وسوف يقدم بلون برتقالي شفاف ومظلم.
  9. نقل خليط التفاعل إلى مفاعل البوليفينيلين المبطن (PPL). لاحظ أنه بعد أن أثار الحل بعض المواد الصلبة قد تراكمت على جانبي الكأس.
    1. استخدام المغناطيس (مكعب مغناطيس الأرض النادرة الدائمة، 40 × 40 × 20 ملم، ويشار إليها فيما بعد باسم "المغناطيس" لجميع إجراءات الفصل وجمع المغناطيسي) لسحب شريط ضجة حول جدران الكأس لضمان أي المواد الصلبة التي تراكمت على الجانبين يتم تفريقها في حل رد الفعل.
    2. بمجرد خلط الحل وجاهزة، نقله إلى مفاعل PPL مبطنة 50 مل.
    3. استخدام المشبك ورافعة لختم المفاعل في الأوتوكلاف الفولاذ المقاوم للصدأ بإحكام قدر الإمكان. المشبك وعاء المفاعل إلى سطح مستقر، واستخدام قضيب إدراجها في الغطاء كرافعة، ودفع المفاعل لختم. لاحظ أن المفاعل المغلق لا ينبغي أن يكون قادرا على فتحه باليد. وهذا أمر بالغ الأهمية لأن بيئة الضغط العالي في الفرن تتطلب ختما محكما على المفاعل.
  10. ضع المفاعل في فرن لمدة 20 ساعة عند 215 درجة مئوية.
  11. بعد الانتهاء من التفاعل الحراري المائي، قم بإزالة المفاعل من الفرن واتركه يبرد إلى درجة حرارة الغرفة. ضغط الفرن سيمكن المفاعل من أن يفتح باليد. لاحظ أنه في هذه المرحلة، سيحتوي المفاعل على منتج MFC المنتشر في جلايكول الإيثيلين مع شوائب أخرى، مثل البوليمر غير المتفاعل، وسيكون محلولا أسود معتما. سيتم عزل المنتج في الخطوات التالية.

2. الفصل المغناطيسي وتنقية MFCs

  1. ضع 200 ملغ من الصوف الفولاذي في قارورة زجاجية. ملء قارورة الزجاج في منتصف الطريق مع خليط رد الفعل من المفاعل. ملء بقية القارورة مع الأسيتون ويهز جيدا. لاحظ أن الصوف الصلب يزيد من قوة المجال المغناطيسي في القارورة وسيساعد على الفصل المغناطيسي للنانوكستر من المحلول.
  2. ضع القارورة على مغناطيس لجمع المغناطيسي أن يحدث. والنتيجة ستكون حلا شفافا مع عجل في الجزء السفلي.
    1. صب قبالة محلول supernatant في حين أن محاصرين مغناطيسيا MFCs من قبل الصوف الصلب عن طريق عقد المغناطيس إلى الجزء السفلي من القارورة أثناء صب. سيتم إزالة جلايكول الإيثيلين في الغالب في هذه الخطوة.
    2. ابدأ الغسيل مع انخفاض نسبة الأسيتون إلى الماء وزيادة النسبة في يغسل اللاحقة حتى نقية. القيام بذلك 3-4 مرات.
  3. إزالة القارورة من المغناطيس وملئها بالماء. يهز جيدا لإذابة MFCs. الآن سيتم توزيع المنتج بالكامل في الماء.
  4. كرر الخطوتين السابقتين عدة مرات حتى الحل المائي للMFCs تنتج أي فقاعات عندما اهتزت. والنتيجة ستكون مظلمة، مبهمة ferrofluid التي سوف تستجيب بقوة للمغناطيس.
    ملاحظة: في توليفة نموذجية مع 20 مل من جلايكول الإيثيلين، سيتم الحصول على ما يقرب من 80 ملغ من منتج MFC.

3. التشغيل السطحي ل MFCs نحو استقرار غروي فائق الارتفاع

ملاحظة: تركيب نيترو الدوبامين وبولي (AA-CO-AMPS-CO-PEG) يمكن العثور عليها في عملنا السابق16. يرصد copolymer من خلال البلمرة الراديكالية الحرة. إضافة 0.20 غرام من 2,2′-Azobis(2-ميثيل بروبيونتريل) (AIBN), 0.25 غرام من حمض الاكريليك (AA), 0.75 غرام من 2-أكريلام حمض سلفونيك ميثيل بروبان (AMPS)، و1.00 غرام من بولي (الإيثيلين غليكول) الميثيل الأثير أكريلات (PEG) في 10 مل من N،N-Dimethylformamide (DMF). سخني الخليط في حمام مائي 70 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة ونقله إلى كيس غسيل الكلى (غشاء السليلوز، 3 كيلودا) في الماء. نسبة الوزن AA، AMPS، و PEG هي 1:3:4. البلمرة لهذه مونومرات لديها معدل تحويل 100٪ كما أكد من تجميد التجفيف والوزن.

  1. الجمع بين 10 مل من الجسيمات النانوية المنقى (حوالي 100 ملغ) في قارورة 20 مل مع 10 مل من N-[2-(3,4-dihydroxyphenyl)إيثيل]نيتراميد (نيترو الدوبامين) حل (~1 ملغم/مل). انتظر لمدة 5 دقائق.
  2. غسل نيترو الدوبامين المغلفة MFCs باستخدام الفصل المغناطيسي. صب خارج العملاق شاحب أصفر. يضاف الماء ويهز بقوة. ثم، صب الماء باستخدام المغناطيس للاحتفاظ بالمنتج. كرر هذا الغسيل عدة مرات تاركا المجموعة البني الداكن في القارورة.
    ملاحظة: إعداد محلول مائي بتركيز 20 ملغم/مل، ومحلول عازل بتركيز 100 ملغم/مل، ومحلول بوليمر بولي (AA-co-AMPS-co-PEG) بتركيز 20 ملغم/مل.
  3. مزيج 1 مل من حل EDC، 1 مل من العازلة MES، و 3 مل من محلول البوليمر. يحرك المزيج بخفة، ويترك لمدة 5 دقائق تقريبا. وينبغي أن يكون حلا واضحا وعديم اللون عندما مجتمعة تماما.
  4. أضف هذا الخليط إلى مجموعة MFC وضع القارورة في حمام جليدي. خفض سونيكاتور التحقيق في الحل، ومن ثم تشغيله (250 واط من الطاقة في 20 كيلوهرتز).
    1. بعد 5 دقائق من العلاج سونيكيشن، إضافة ما يقرب من 5 مل من المياه فائقة النقي إلى القارورة في حين أن sonicator لا يزال قيد التشغيل. مواصلة رصد السفينة لضمان عدم تسرب أي منتج. الحفاظ على الجليد في خليط الماء المثلج وبعض الجليد الأولي سوف تذوب بسبب كثافة ونحر سونيكيشن.
    2. السماح للخليط sonicate لمدة 25 دقيقة إضافية، ليصبح المجموع 30 دقيقة.
  5. ضع القارورة فوق المغناطيس لفصل MFCs وصب محلول supernatant.
  6. غسل MFCs المعدلة مع الماء deionized عدة مرات.
  7. املأ القارورة التي تحتوي على MFCs بالمياه فائقة النقاء. ماصة هذا السائل في نظام الترشيح فراغ مع مرشح غشاء البولي إيثرسلفون 0.1 ميكرومتر لإزالة أي MFCs مجمعة بشكل لا رجعة فيه.
  8. فراغ تصفية الحل. كرر هذه العملية 2-3 مرات. وستكون النتيجة محلول مائي منقى من MFCs أحادية التشتت.
    ملاحظة: سيتم تجميع 10٪ تقريبا من المنتج بشكل لا رجعة فيه، وستبقى هذه المادة على الفلتر ويجب التخلص منها.

النتائج

بعد المعالجة الحرارية المائية ، يتحول خليط التفاعل إلى تشتت أسود لزج كما يمكن رؤيته في الشكل 1. ما ينتج بعد تنقية هو محلول MFC مركزة للغاية التي تتصرف مثل ferrofluid. السائل في القارورة يستجيب في غضون ثوان عندما وضعت بالقرب من المغناطيس المحمولة (<0.5 T)، وتشكيل كتلة سوداء العيان التي يمكن نقلها حولها كما يتم وضع المغناطيس في مواقع مختلفة.

هذا التوليف ينتج المنتجات التي البعد وتكوين الفريت تعتمد على كمية المياه المضافة ونسبة المنغنيز إلى الحديد السلائف في خليط التفاعل. ويوضح الشكل 2 كيف يعتمد مورفولوجيا المجموعات على تركيز الماء والسلائف؛ كما أنه يفصل شروط التفاعل المستخدمة للحصول على العينات المدرجة في الجدول 1. نجد أن قطر MFC يتأثر بكمية المياه المضافة ، ويعتمد تكوين MFC على نسبة الحديد والمنغنيز في السلائف. وبالتالي يمكن التحكم في المعلمتين بشكل مستقل لجعل مكتبة من الشركات متعددة الأجهزة ذات الأبعاد المتميزة ومحتوى المنغنيز.

في حين أن هذا هو إجراء الاصطناعية بسيطة جدا، قد تؤدي الأخطاء في تنفيذ الأسلوب إلى فشل المنتجات. يصور الشكل 3 عينات ذات مورفولوجيا MFC غير منتظمة. وفي الشكل 3 ألف، تنتج هذه الشركات ذات الشكل الغريب إذا استبعدت المياه تماما من بيئة التفاعل. نقص المياه يعوق التجمع الديناميكي للبلورات النانوية الأولية ويؤدي إلى توزيع واسع جدا من البعد نانوكلوستر والأشكال غير كروية16. ولم يكن لدى العينات المبينة في الشكل 3B وقت رد فعل كاف (6-12 ساعة)، ونتيجة لذلك لم يكن لديها نمو كاف في البلورات النانوية الأولية. وتبين هذه النتائج السيئة أن من الضروري توفير قدر مناسب من التفاعل، وكذلك وقت رد الفعل، لتحقيق مجموعات متسقة وموحدة.

بعد الانتهاء من التركيب الحراري المائي، تم فصل MFCs الفريت وتنقية باستخدام الفصل المغناطيسي. تم وضع مغناطيس تحت الحل لإجبار جمعها في الجزء السفلي من السفينة. ويمكن بعد ذلك تجزيل الشوائب والمنتجات الثانوية غير المغناطيسية التي تشكلت في التوليف، إلى جانب المذيبات الزائدة، لتسفر عن مركبات متعددة الأطراف نقية وموحدة الأطراف27. ويوضح الشكل 4 الوقت اللازم لجمع ما يقرب من كامل المغناطيسي من MFCs مع وبدون إضافة الصوف الصلب. الصوف الصلب وضعت في القارورة أثناء الفصل المغناطيسي يزيد من تدرج المجال المغناطيسي داخل القارورة، مما يسمح لفصل أسرع بكثير28.

وتظهر أجهزة MFCs التي يتم تنقيتها باستخدام الفصل المغناطيسي درجة عالية من التوحيد مقارنة بتلك التي يتم تنقيتها باستخدام عملية طرد فائق تقليدية. ويبين الشكل 5 حجم توزيع MFCs التي تم الحصول عليها باستخدام الفصل المغناطيسي (A و B) مقارنة بتلك التي تستخدم الطرد الفائق (5000 غرام لمدة 30 دقيقة) (C و D). ويؤدي الفصل المغناطيسي إلى توزيع أضيق قطرا للكتلة بالمقارنة مع الطرد الفائق، وهو استراتيجية تنقية مفضلة للبلدان المتوسطة الدخل.

وMMFCs توليفها مغلفة مع polyacrylate (PAA)، الذي يوفر سطح مشحونة سلبا ودرجة ما من التنافر بين الجسيمات التي تمنع تجميع الجسيمات (الشكل 6A). ومع ذلك، من خلال أداء رد فعل استبدال ليغاند مع نيترودوبامين (الشكل 6B)، يمكننا استبدال طلاء PAA مع طلاء كوبوليمر من P (AA-CO-AMPS-CO-PEG)، والذي يسمح لمزيد من الاستقرار في حلول قوة الأيونية أعلى. يوضح الشكل 7 تخطيطية عملية التشغيل السطحي هذه. ثبات الغروية من MFCs المنتشرة في مخزن مؤقت PBS واضح في الشكل 8. كما توليفها MFCs المغلفة PAA تجميعها بسرعة ومنفصلة عن الحل في غضون 30 دقيقة، وهي ذات فائدة ضئيلة في التطبيقات البيولوجية. وعلى النقيض من ذلك، ظلت مراكز التمويل الأصغر التي تعمل بطلاء البولي سلفونات مشتتة بشكل جيد في هذا المحلول لأكثر من يومين دون أي علامة على التجميع. ويوفر تعديل السطح بعد التوليف الموصوف هنا طريقا لتشكيل حلول متجانسة للبلدان الأكثر رعاية مناسبة لإدخالها في البيئات البيولوجية.

figure-results-3933
الشكل 1: التخطيطي لتركيب مجموعة نانوية من المنغنيز الفريت. يتم الجمع بين الكواشف، الحديد (III) كلوريد والمنغنيز (II) كلوريد، حمض البولي أكريليك (PAA)، اليوريا، والمياه وجليكول الإيثيلين في ظل ظروف الحرارية المائية لإنتاج نانوكلوست المنغنيز. هذا المنتج يشكل حلا الغروية مستقرة في المياه النقية كما هو مبين في الوسط. وتستخدم كمية المياه المضافة في التركيب ونسبة المنغنيز إلى الحديد في السلائف لضبط حجم الكتلة وتكوين الفريت، على التوالي. بعد الفصل المغناطيسي ، تشكل الكواز النانوية ferrofluid كما هو موضح في اليمين ، مما يشير إلى أنها تستجيب بشكل كبير حتى للحقول المغناطيسية التطبيقية الصغيرة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4855
الشكل 2: صور المجهر الإلكتروني (TEM) لنقل مجموعات نانوية من المنغنيز الفريت وتوزيعات قطرها. في الصور A-D، يزيد قطر الكتلة (Dc) نتيجة لتقليل كمية المياه المضافة في التركيب. يبلغ متوسط قطر المجموعة 31 و56 و74 و120 نانومتر ل A وB وC وD على التوالي، مع تكوين ثابت من Mn0.15Fe2.85O4. في الصور E-H، يتغير تكوين الفريت بشكل رتيب بما يتناسب مع نسبة Mn/Fe للسلائف. على الرغم من تكويناتها المختلفة ، يتم تحقيق قطر مجموعة مكافئ تقريبا. لدينا تركيب يسمح للسيطرة المستقلة على كل من قطر الكتلة وتكوين الفريت، وكلاهما الميزات التي هي مهمة للخصائص المغناطيسية من الفريت نانوية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

التسمية في الشكل 2H2O (مل)فيكل3 (مليمول)MnCl2 (مليمول)تكوين الفريتDc (نانومتر)
A1.51.30.7 Mn0.15Fe2.85O4 34
ب و ز0.71.30.7 Mn0.15Fe2.85O4 56
C0.51.30.7 Mn0.15Fe2.85O4 74
D0.11.30.7 Mn0.15Fe2.85O4 120
E1.320في3 أو4 56
F0.61.50.5 Mn0.06Fe2.94O4 56
H211 Mn0.6Fe2.4O4 55

الجدول 1: شروط التفاعل لتركيب عينات الكتلة النانوية المبينة في الشكل 2. معلمات توليف أخرى هي: 20 مل جلايكول الإيثيلين, 250 ملغ PAA, و 1.2 ز اليوريا. يتم تسخين مخاليط التفاعل هيدروثرمالي عند 200 درجة مئوية لمدة 20 ساعة. بالنسبة ل A و B و C و D ، أدى تقليل محتوى الماء مع الحفاظ على المعلمات الأخرى ثابتة إلى مجموعات من أقطار أكبر. بالنسبة ل E و F و G و H ، أدت زيادة نسبة MnCl2to FeCl3in خليط التفاعل الأولي إلى مجموعات ذات نسب أعلى من المنغنيز في بنية الكتلة. تغيير كمية المياه E، F، G، و H في نفس الوقت يسمح لمجموعات من تكوين مختلف ولكن ما يقرب من أقطار مكافئة.

figure-results-8003
الشكل 3: صور TEM لردود الفعل الفاشلة وغير المكتملة. ميزات التباين الصغيرة والمنخفضة التي لوحظت في هذه الصور هي البلورات النانوية الأولية التي لم تتطور إلى مجموعات نانوية. وقد أعدت العينة الواردة في الشكل 3 ألف بدون مياه إضافية، في حين أن المواد المبينة في الشكل 3B لم يكن لديها وقت كاف للتفاعل مدته أربع ساعات. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-8706
الشكل 4: مقارنة الفصل المغناطيسي بين الجسيمات النانوية. مقارنة الفصل المغناطيسي للنانوكستر دون (أ) ومع (ب) إضافة الصوف الصلب في الحاوية. يزيد الصوف الفولاذي من تدرج المجال المغناطيسي داخل القارورة للسماح بفصل مغناطيسي أسرع للكتل النانوية. ونتيجة لذلك، من الممكن زيادة إنتاج الكواز النانوية بكفاءة دون التضحية بجودة العينة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-9394
الشكل 5: مقارنة بين الطرد الفائق والفصل المغناطيسي. مقارنة بين الطرد الفائق (A، B) والفصل المغناطيسي (C،D) وتأثيرها على توحيد المجموعات المنقى. A و C هما صور TEM للمجموعات المنقى، وB وD هما توزيعات حجم الكتل في A و C، على التوالي. يمثل محور ص عدد المجموعات التي تم عدها، وبالنسبة لكل عينة، تم مسح ما مجموعه 150 مجموعة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-10078
الشكل 6: هيكل البولي (حمض الأكريليك) (PAA) (A) والدوبامين نيترو (B) المستخدمة في خطوة تعديل السطح. طلاء PAA الأولي المستخدم في التوليف ليس مثاليا في الوسائط البيولوجية أو الحمضية نظرا لأن حمض الكاربوكسيليك يتم بروتونه بسهولة. يستخدم نيترو الدوبامين ليحل محل طلاء PAA إنشاء مجموعة وظيفية لترسيخ كوبروليمر السلفونات. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-10725
الشكل 7: مخططات عملية تعديل سطح الكتلة. (أ) طلاء PAA الأصلي، (B) طلاء نيترو الدوبامين الوسيط، و (C) طلاء P(AA-co-AMPS-co-PEG) النهائي. في (C)، تمثل المنحنيات الزرقاء والحمراء والخضراء وحدات AA و AMPS و PEG على التوالي. يمكن أن يكون تكوين الكتلة إما Fe3O4 أو MnxFe3-xO4. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-11443
الشكل 8: يؤدي التشغيل السطحي للكواز النانوية ذات الكبريتات المتعددة إلى مواد مستقرة غرويا في ظل العديد من الظروف المائية المختلفة. يتم حل المجموعات ذات الطلاء السطحي المختلفين ، كما تم تصنيعها PAA المغلفة (A) و P (AA-CO-AMPS-co-PEG) الوظيفية (B) في محلول مخزن PBS المؤقت المناسب للإعدادات البيولوجية ولاحظ استقرارها الغرواني بمرور الوقت. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

يوضح هذا العمل توليفة بوليول معدلة من بلورات نانوية منغنيز فيريت مجمعة معا في مجاميع نانوية موحدة29. في هذا التوليف، الحديد (III) كلوريد والمنغنيز (II) كلوريد الخضوع لرد فعل التحلل المائي القسري والحد، وتشكيل الجزيئية MnxFe3-xO4. تشكل جزيئات الفريت هذه بلورات نانوية أولية تحت درجة الحرارة العالية والضغط العالي في المفاعلات ، وتتجمع في نهاية المطاف في مجاميع كروية يطلق عليها هنا مجموعات الفريت المغنطيسية (MFCs). وبدون وقت كاف للتفاعل أو مياه كافية، لا يمكن لعملية التجميع أن تكتمل بالكامل مما يؤدي إلى جزيئات غير موحدة وضعيفة التشكيل. وعلى العكس من ذلك، ونظرا للوقت الكافي والمياه الكافية، اكتملت عملية بلورة أكسيد المعدن وتجميعه، وتسفر عن مجموعة كروية موحدة تتألف من عشرات إلى مئات البلورات النانوية الأولية. يتم تجميع البلورات النانوية الأولية في هذه المواد بشكل ثابت ، حيث تشارك بعض الواجهات البلورية ، مما يؤدي إلى قابلية أولية عالية ، واستجابة مغناطيسية واضحة حتى للحقول الصغيرة المتاحة من المغناطيس الدائم المحمول27. ونتيجة لذلك، فإن هذه المواد لديها إمكانات كبيرة للتطبيقات في تسليم الأدوية، وارتفاع الحرارة المغناطيسي، والتصوير بالرنين المغناطيسي، وتصوير الجسيمات المغناطيسية30،31،32.

نجد أن كمية المياه المضافة إلى خليط التفاعل الأولي تتحكم في قطر المجموعات المجمعة. ومع زيادة محتوى المياه في المواد المتفاعلة، ينخفض قطر المجموعات وعدد البلورات النانوية الأولية المجمعة. المدى الأمثل هو 0.8 متر إلى 5.0 متر من المياه، والظروف التي تسفر، على التوالي، أقطار الكتلة تتراوح بين 150 نانومتر إلى 30 نانومتر. الماء له دور مهم في هذه العملية لأنه من الضروري ضمان التحلل المائي السريع للسلائف المعدنية، وتجميع أسرع من البلورات الأولية، وبالتالي مجموعات أصغر16. لأن التوليف حساس بشكل غير عادي للماء ، يمكن أن تمتص المواد المتفاعلة التي يتم التعامل معها في ظل الظروف المحيطة للرطوبة المتغيرة كميات مختلفة من الماء من الهواء. وهذا يمكن أن يؤثر على الأبعاد اللاحقة ومورفولوجيا المنتج. في حين أن التحكم في الرطوبة في معظم مختبرات البحوث (على سبيل المثال، 30٪ -60٪ RH) يكفي لتقليل هذه المشكلة، وهذا هو أحد مصادر الخطأ المنهجي في الإجراء المبلغ عنه. ويتحقق التحكم في نسبة المنغنيز إلى الحديد في المنتج عن طريق تغيير نسبة المنغنيز إلى سلائف الحديد. وهذا أمر مفاجئ كما هو الحال في العديد من ردود الفعل الحرارية المائية مستوى المنشطات من المنتجات في كثير من الأحيان لا ترتبط ببساطة إلى قياس الاستواء من المواد الأساسية4,6,8,12,13,17. ولكن بالنسبة لهذه الظروف، فإن تكوين المنتج متوقع جيدا بنسبة السلائف المعدنية. معا، السيطرة المستقلة على كل من قطر الكتلة، فضلا عن تكوينها ممكن من خلال التلاعب مباشرة من الخلائط reactant البداية.

غالبا ما يكون تنقية الجسيمات النانوية من وسائط التفاعل الخطوة الأكثر استهلاكا للوقت والعقد في توليد مواد عالية الجودة. وغالبا ما يتم تطبيق الطرد الفائق لهذا الغرض، وعلى الرغم من أن هذا فعال في فصل الجسيمات النانوية عن المنتجات الثانوية الجزيئية، إلا أنه غير مناسب بشكل جيد لإزالة المنتجات الصلبة غير المرغوب فيها. عند تطبيقه هنا لتنقية المواد النانوية ، ينتج الطرد الفائق جزيئات متعددة الأضلاع نسبيا ذات أبعاد وأشكال متغيرة. ومن أكثر كفاءة بكثير للاستفادة من الاستجابة المغناطيسية لهذه المواد عن طريق تطبيق الفصل المغناطيسي لتحسين التوحيد والنقاء للمنتج النهائي. نحن تسريع الفصل المغناطيسي من خلال خلق تدرجات عالية جدا من المجالات المغناطيسية داخل قارورة العيان باستخدام الصوف الصلب مغمورة في الحل ومغناطيس دائم نادر الأرض تطبيقها خارج حاويات العينة. ويسمح هذا الترتيب باستعادة عينات موحدة في أقل من ثلاثين دقيقة بغلة عالية (~90٪). من المهم أن تتطابق مع كمية الصوف الصلب المقدمة إلى الحل لأقطار الكتلة MFC المتوقعة. على سبيل المثال، يتطلب MFC الذي يبلغ متوسط قطره 40 نانومتر ما بين 100 إلى 200 ملغ من الصوف الفولاذي لفصل سريع، في حين أن المواد الأكبر قد تتطلب أقل بكثير أو حتى لا تتطلب صوفا فولاذي. ومن الثابت أن أصغر من الجسيمات النانوية المغناطيسية هي أقل استجابة للحقول التطبيقية بحكم حجمها المغناطيسي أصغر15,17,26. وبالتالي توفر عملية الفصل المغناطيسي وسيلة لشحذ توحيد هذه المواد حيث لا يتم الاحتفاظ بالمجموعات الأصغر بنفس الكفاءة من خلال العملية16. استخدام هذه الطريقة الفصل المغناطيسي ليس فقط يوفر الوقت في المختبر، ولكن أيضا النتائج في المنتجات مع مزيد من التوحيد في القطر.

على الرغم من أن MFCs المركبة مستقرة في المياه النقية ، إلا أنها تظهر استقرارا غرويا ضعيفا في الحلول ذات درجة الحموضة المنخفضة أو قوة أيونية أعلى. يحتوي فيريت المنغنيز على كثافات مغنطة كبيرة ، ونتيجة لهذه الأقطار تمتلك المجموعات ثنائيات القطب المغناطيسية التي تؤدي إلى جذب الجسيمات. طلاء البولي أكريلات الأصلي المستخدمة أثناء تشكيل المواد يضفي شحنة سلبية على أسطح الجسيمات ويساعد على منع تجميع الجسيمات والجسيمات. ومع ذلك، في درجة الحموضة أقل مجموعات carboxylic هي بروتونات تماما في الواقع إزالة التنافر الكهروستاتيكي اللازمة للحفاظ على التشتت MFC متجانسة؛ بدلا من ذلك، في وسائل الإعلام قوة أيونية أعلى، يتم تقليل التنافر تهمة مما يؤدي إلى مزيد من تجميع الجسيمات. تجميع MFCs يخلق مواد العيان التي لا تكون موزعة بشكل متجانس في الحل مما يجعل من الصعب استخدام المواد في الجسم الحي أو في التطبيقات التي تتطلب أسطح الجسيمات النانوية الكبيرة والمتاحة. لهذه الأسباب، ونحن نقدم البوليمر الثاني في رد الفعل ليحل محل طلاء PAA الأصلي. وcopolymer، P (AA-CO-AMPS-CO-PEG)، ويشمل البولي ايثيلين جليكول محايدة (PEG) لتوفير التوافق البيولوجي ودرجة ما من العوائق steric. بالإضافة إلى ذلك، يوفر مكون البولي سلفونات (PAMPS) كثافة شحن أكبر من البولي أكريلات بالإضافة إلى مجموعة وظيفية لديها pKa أقل بكثير وبالتالي نطاق درجة الحموضة العاملة أكبر (pKa ~ 1.2)24. مجموعات المنغنيز فيريت المعدلة مع هذه الطلاءات السطحية تظهر زيادة كبيرة في الاستقرار في وسائل الإعلام الحمضية والبيولوجية. ومع ذلك، فإن الإجراء لضمان تعديل السطح الصحيح مفصل، ويجب اتباعه بعناية لضمان أن العينات مغلفة بشكل فعال. على وجه التحديد ، تتطلب الطريقة مراقبة مستمرة لخليط التفاعل أثناء معالجتها بمسبار sonicator لضمان الاستبدال المتجانس والكامل لطلاء البولي أكريلات الأولي. من المهم أيضا استخدام الأواني الزجاجية المناسبة الحجم لتقليل أي فقدان للمنتج أثناء سونيكيشن قوية وتطبيق حمام جليدي على خليط سونيكيشن لتقليل التدهور الحراري للبوليمرات الناجمة عن سونيكيشن التحقيق.

في الختام، تسمح هذه الطريقة بإنتاج مجموعات فيريت المنغنيز (MFCs) بسرعة وكفاءة مع أقطار غير قادرة والمنغنيز إلى تركيبات الحديد. محتوى المياه المتفاعلة وكذلك نسبة الحديد إلى المنغنيز هي المعلمات الهامة في تحديد خصائص المنتج المادي. تقنية فصل مغناطيسي بسيطة باستخدام مغناطيس محمول والصوف الصلب يوفر وسيلة فعالة لتنقية المنتج بعد التوليف تسفر عن مجموعات أكثر اتساقا. وأخيرا، يتم تطبيق كوبوليمر PEG السلفونات على المواد لضمان أنها لا تزال غير مجمعة في مجموعة متنوعة من مختلف درجة الحموضة والوسائط قوة الأيونية. إن الاستجابة المغناطيسية المتزايدة لأكاسيد الحديد المخدرة بالمنغنيز مقارنة بأكسيد الحديد النقي (Fe3O4) من المواد النانوية تجعل تطوير أجهزة لتطبيق الحقول الخارجية للتلاعب بالمواد في الجسم الحي أبسط وأرخص وأسهل. كما أن الطلاء السطحي المحسن مهم أيضا حيث تتطلب تطبيقات الجسيمات النانوية المغناطيسية في توصيل الأدوية وإصلاح المياه وأنظمة التصوير المتقدمة مواد غير مجمعة ومتجانسة في مجموعة متنوعة من الوسائط البيولوجية والبيئية.

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

Acknowledgements

وقد تم دعم هذا العمل بسخاء من قبل جامعة براون واتحاد الطاقة المتقدمة. ونشكر الدكتور تشينغبو زانغ بامتنان على أسلوبه الصناعي الراسخ في مراكز MFCs لأكسيد الحديد.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
0.1 Micron Vaccum Filtration FilterThermo Fisher ScientificNC9902431for filtration of aggregated clusters after synthesis and surface coating to achieve a uniform solution
2-Acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPS, 99%)Sigma-Aldrich282731-250Greagent used in copolymer to surface coat nanoclusters and functionalize them for biological media
2,2′-Azobis(2-methylpropionitrile) (AIBN)Sigma-Aldrich441090-100Greagent used in copolymer making as the free ridical generator
4-Morpholineethanesulfonic acid, 2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES)Sigma-AldrichM3671-250Gacidic buffer used to stabilize nanocluster surface coating process
Acrylic acidSigma-Aldrich147230-100Greagent used in copolymer to surface coat nanoclusters and functionalize them for biological media; anhydrous, contains 200 ppm MEHQ as inhibitor, 99%
Analytical BalanceAvantorVWR-205ACused to weigh out solid chemical reagents for use in synthesis and dilution
Digital Sonifier and ProbeBransonB450used to sonicate nanocluster solution during surface coating to break up aggregates
Dopamine hydrochlorideSigma-AldrichH8502-25Gused in surface coating for ligand exchange reaction
Ethylene glycol (anhydrous, 99.8%)Sigma-Aldrich324558-2Lreagent used as solvent in hydrothermal synthesis of nanoclusters
Glass Vials (20mL)Premium VialsB1015container for nanocluster solution during washing and surface coating as well as polymer solutions
Graduated Beaker (100mL)Corning1000-100container for mixing of solid and liquid reagents during hydrothermal synthesis (to be transferred into autoclave reactor before oven)
Handheld MagnetMSC Industrial Supply, Inc.926739041/2" Long x 1/2" Wide x 1/8" High, 5 Poles, Rectangular Neodymium Magnet low strength magnet used to precipitate nanoclusters from solution (field strength is increased with steel wool when needed)
Hydrochloric acid (ACS grade, 37%)Fisher Scientific7647-01-0for removing leftover nanocluster debris and cleaning autoclave reactors for next use
Hydrothermal Autoclave ReactorToptionTOPT-HP500container for finished reagent mixture to withstand high temperature and pressure created by the oven in hydrothermal synthesis
Iron(III) Chloride Hexahydrate (FeCl3·6H2O, ACS reagent, 97%)ACS236489-500Greagent used in synthesis of nanoclusters as source of iron (III) that becomes iron (II) in finished nanocluster product (keep dry and weigh out quickly to avoid water contamination)
Labware Washer BrushesFisher Scientific13-641-708used to wash and clean glassware before synthesis
Magnetic Stir PlateThermo Fisher Scientific50093538for mixing of solid and liquid reagents during hydrothermal synthesis
Manganese chloride tetrahydrate (MnCl2·4H2O, 99.0%, crystals, ACS)Sigma-Aldrich1375127-2Greagent used in synthesis of nanoclusters as source of manganese
Micropipette (100-1000μL)Thermo Fisher ScientificFF-1000for transferring liquid reagents such as water and manganese chloride
N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC)Sigma-Aldrich25952-53-8used in surface coating to assist in ligand exchange of copolymer (keep bulk chemical in freezer and diluted solution in refrigerator)
N,N-Dimethylformamide (DMF)Sigma-Aldrich227056-2Lreagent used in copolymer making as the solvent
Polyacrylic acid sodium salt (PAA, Mw~6,000)PolyScience Inc.06567-250reagent used in hydrothermal synthesis to initially coat the nanoclusters (eventually replaced in surface coating step)
Poly(ethylene glycol) methyl ether acrylateSigma-Aldrich454990-250MLreagent used in copolymer to surface coat nanoclusters and functionalize them for biological media; average Mn 480, contains 100 ppm BHT as inhibitor, 100 ppm MEHQ as inhibitor
Reagents Acetone, 4L, ACS ReagentCole-ParmerUX-78920-66used as solvent to precipitate nanoclusters during washing
Single Channel Pipette, Adjustable 1-10 mLEppendorf3123000080for transferring ethylene glycol and other liquids
Steel WoolLowe's788470used to increase the magnetic field strength in the vial to aid in precipitation of nanoclusters for washing and surface coating
Stirring BarThomas Scientific8608S92for mixing of solid and liquid reagents during hydrothermal synthesis
Table ClampGrainger29YW53for tight sealing of autoclave reactor to withstand high pressure of oven during hyrothermal synthesis
Urea (ACS reagent, 99.0%)Sigma-AldrichU5128-500Greagent used in hydrothermal synthesis to create a basic solution
Vaccum Filtration Bottle TopsThermo Fisher Scientific596-3320for filtration of aggregated clusters after synthesis and surface coating to achieve a uniform solution
Vacuum Controller V-850BuchiBU-V850for filtration of aggregated clusters after synthesis and surface coating to achieve a uniform solution
Vacuum OvenFisher Scientific13-262-51used to create high temperature and pressure needed for nanocluster formation in hydrothermal synthesis

References

  1. Makridis, A., et al. In vitro application of Mn-ferrite nanoparticles as novel magnetic hyperthermia agents. Journal of Materials Chemistry B. 2 (47), 8390-8398 (2014).
  2. Nelson-Cheeseman, B., Chopdekar, R., Toney, M., Arenholz, E., Suzuki, Y. Interplay between magnetism and chemical structure at spinel-spinel interfaces. Journal of Applied Physics. 111 (9), 093903 (2012).
  3. Otero-Lorenzo, R., Fantechi, E., Sangregorio, C., Salgueiriño, V. Solvothermally driven Mn doping and clustering of iron oxide nanoparticles for heat delivery applications. Chemistry-A European Journal. 22 (19), 6666-6675 (2016).
  4. Mohapatra, J., et al. Enhancement of magnetic heating efficiency in size controlled MFe 2 O 4 (M= Mn, Fe, Co and Ni) nanoassemblies. Rsc Advances. 5 (19), 14311-14321 (2015).
  5. Qi, Y., et al. Carboxylic silane-exchanged manganese ferrite nanoclusters with high relaxivity for magnetic resonance imaging. Journal of Materials Chemistry B. 1 (13), 1846-1851 (2013).
  6. Anandhi, J. S., Jacob, G. A., Joseyphus, R. J. Factors affecting the heating efficiency of Mn-doped Fe3O4 nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 512, 166992 (2020).
  7. Del Bianco, L., et al. Mechanism of magnetic heating in Mn-doped magnetite nanoparticles and the role of intertwined structural and magnetic properties. Nanoscale. 11 (22), 10896-10910 (2019).
  8. Padmapriya, G., Manikandan, A., Krishnasamy, V., Jaganathan, S. K., Antony, S. A. Enhanced catalytic activity and magnetic properties of spinel Mn x Zn 1−x Fe 2 O 4 (0.0≤x≤1.0) nano-photocatalysts by microwave irradiation route. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. 29 (8), 2141-2149 (2016).
  9. Kim, J., et al. Continuous O2-evolving MnFe2O4 nanoparticle-anchored mesoporous silica nanoparticles for efficient photodynamic therapy in hypoxic cancer. Journal of the American Chemical Society. 139 (32), 10992-10995 (2017).
  10. Silva, L. H., Cruz, F. F., Morales, M. M., Weiss, D. J., Rocco, P. R. Magnetic targeting as a strategy to enhance therapeutic effects of mesenchymal stromal cells. Stem Cell Research & Therapy. 8 (1), 1-8 (2017).
  11. Otero-Lorenzo, R., Ramos-Docampo, M. A., Rodriguez-Gonzalez, B., Comesaña-Hermo, M., Salgueiriño, V. Solvothermal clustering of magnetic spinel ferrite nanocrystals: a Raman perspective. Chemistry of Materials. 29 (20), 8729-8736 (2017).
  12. Aghazadeh, M., Karimzadeh, I., Ganjali, M. R. PVP capped Mn2+ doped Fe3O4 nanoparticles: a novel preparation method, surface engineering and characterization. Materials Letters. 228, 137-140 (2018).
  13. Li, Z., et al. Solvothermal synthesis of MnFe 2 O 4 colloidal nanocrystal assemblies and their magnetic and electrocatalytic properties. New Journal of Chemistry. 39 (1), 361-368 (2015).
  14. Guo, P., Zhang, G., Yu, J., Li, H., Zhao, X. Controlled synthesis, magnetic and photocatalytic properties of hollow spheres and colloidal nanocrystal clusters of manganese ferrite. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 395, 168-174 (2012).
  15. Pardo, A., et al. Synthesis, characterization, and evaluation of superparamagnetic doped ferrites as potential therapeutic nanotools. Chemistry of Materials. 32 (6), 2220-2231 (2020).
  16. Xiao, Z., et al. Libraries of uniform magnetic multicore nanoparticles with tunable dimensions for biomedical and photonic applications. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (37), 41932-41941 (2020).
  17. Choi, Y. S., Young Yoon, H., Sung Lee, J., Hua Wu, J., Keun Kim, Y. Synthesis and magnetic properties of size-tunable Mn x Fe3−x O4 ferrite nanoclusters. Journal of Applied Physics. 115 (17), (2014).
  18. Creixell, M., et al. The effect of grafting method on the colloidal stability and in vitro cytotoxicity of carboxymethyl dextran coated magnetic nanoparticles. Journal of Materials Chemistry. 20 (39), 8539-8547 (2010).
  19. Latorre, M., Rinaldi, C. Applications of magnetic nanoparticles in medicine: magnetic fluid hyperthermia. Puerto Rico Health Sciences Journal. 28 (3), (2009).
  20. Yeap, S. P., Lim, J., Ooi, B. S., Ahmad, A. L. Agglomeration, colloidal stability, and magnetic separation of magnetic nanoparticles: collective influences on environmental engineering applications. Journal of Nanoparticle Research. 19 (11), 1-15 (2017).
  21. Lee, S. -. Y., Harris, M. T. Surface modification of magnetic nanoparticles capped by oleic acids: Characterization and colloidal stability in polar solvents. Journal of Colloid and Interface Science. 293 (2), 401-408 (2006).
  22. Yeap, S. P., Ahmad, A. L., Ooi, B. S., Lim, J. Electrosteric stabilization and its role in cooperative magnetophoresis of colloidal magnetic nanoparticles. Langmuir. 28 (42), 14878-14891 (2012).
  23. Wydra, R. J., Oliver, C. E., Anderson, K. W., Dziubla, T. D., Hilt, J. Z. Accelerated generation of free radicals by iron oxide nanoparticles in the presence of an alternating magnetic field. RSC Advances. 5 (24), 18888-18893 (2015).
  24. Bagaria, H. G., et al. Iron oxide nanoparticles grafted with sulfonated copolymers are stable in concentrated brine at elevated temperatures and weakly adsorb on silica. ACS Applied Materials & Interfaces. 5 (8), 3329-3339 (2013).
  25. Park, J. C., Park, T. Y., Cha, H. J., Seo, J. H. Multifunctional nanocomposite clusters enabled by amphiphilic/bioactive natural polysaccharides. Chemical Engineering Journal. 379, 122406 (2020).
  26. Hemery, G., et al. Tuning sizes, morphologies, and magnetic properties of monocore versus multicore iron oxide nanoparticles through the controlled addition of water in the polyol synthesis. Inorganic Chemistry. 56 (14), 8232-8243 (2017).
  27. Lartigue, L., et al. Cooperative organization in iron oxide multi-core nanoparticles potentiates their efficiency as heating mediators and MRI contrast agents. ACS Nano. 6 (12), 10935-10949 (2012).
  28. Yavayo, C. T., et al. Low-field magnetic separation of monodisperse Fe3O4 nanocrystals. Science. 314 (5801), 964-967 (2006).
  29. Matijević, E., Scheiner, P. Ferric hydrous oxide sols: III. Preparation of uniform particles by hydrolysis of Fe (III)-chloride,-nitrate, and-perchlorate solutions. Journal of Colloid and Interface Science. 63 (3), 509-524 (1978).
  30. Weizenecker, J., Gleich, B., Rahmer, J., Dahnke, H., Borgert, J. Three-dimensional real-time in vivo magnetic particle imaging. Physics in Medicine & Biology. 54 (5), 1 (2009).
  31. Zhu, X., Li, J., Peng, P., Hosseini Nassab, N., Smith, B. R. Quantitative drug release monitoring in tumors of living subjects by magnetic particle imaging nanocomposite. Nano Letters. 19 (10), 6725-6733 (2019).
  32. Tay, Z. W., et al. Magnetic particle imaging-guided heating in vivo using gradient fields for arbitrary localization of magnetic hyperthermia therapy. ACS Nano. 12 (4), 3699-3713 (2018).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

180

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved