JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

In This Article

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

Summary

אנו מדווחים על סינתזה הידרותרמית של סיר אחד של אשכולות פריט מנגן (MFCs) המציע שליטה עצמאית על ממד החומר והרכב. הפרדה מגנטית מאפשרת טיהור מהיר בעוד פונקציונליזציה פני השטח באמצעות פולימרים גופרתיים מבטיח החומרים אינם צבירה במדיום רלוונטי ביולוגית. המוצרים המתקבלים ממוקמים היטב עבור יישומים ביו-רפואיים.

Abstract

אשכולות ברזל מנגן (MFCs) הם מכלולים כדוריים של עשרות עד מאות ננו-קריסטלים עיקריים שתכונותיהם המגנטיות יקרות ערך ביישומים מגוונים. כאן אנו מתארים כיצד ליצור חומרים אלה בתהליך הידרותרמי המאפשר שליטה עצמאית בגודל אשכול המוצר (מ 30 עד 120 ננומטר) ותכולת מנגן של החומר המתקבל. פרמטרים כגון כמות המים הכוללת שנוספה למדיית התגובה האלכוהולית והיחס בין מנגן למבשר ברזל הם גורמים חשובים להשגת סוגים מרובים של מוצרים ננומטריים MFC. שיטת טיהור מהירה משתמשת בהפרדה מגנטית כדי לשחזר את החומרים מה שהופך את הייצור של גרם של ננו מגנטי יעיל למדי. אנו מתגברים על האתגר של צבירת ננו-חומרים מגנטיים על ידי החלת פולימרים גופרתיים טעונים מאוד על פני השטח של ננו-חומרים אלה המניבים MFCs יציבים קולואידית שנותרו לא מצטברים אפילו בסביבות מלוחות מאוד. חומרים לא-צבירה, אחידים וטונה אלה הם חומרים פוטנציאליים מצוינים עבור יישומים ביו-רפואיים וסביבתיים.

Introduction

הכללת מנגן כסריג תחמוצת ברזל יכולה, בתנאים המתאימים, להגביר את המגנטיזציה של החומר בשדות מיושמים גבוהים בהשוואה לתחמוצות ברזל טהורות. כתוצאה מכך, חלקיקי מנגן פרייט (MnxFe3-xO4) הם ננו-חומרים מגנטיים רצויים ביותר בשל מגנטיזציה רוויה גבוהה שלהם, תגובה חזקה לשדות חיצוניים, וציטוקסיות נמוכה1,2,3,4,5. הן ננו-קריסטלים של תחום יחיד והן אשכולות של ננו-קריסטלים אלה, המכונים חלקיקים רב-תחומיים, נחקרו ביישומים ביו-רפואיים מגוונים, כולל אספקת תרופות, היפרתרמיה מגנטית לטיפול בסרטן והדמיה תהודה מגנטית (MRI)6,7,8. לדוגמה, קבוצת Hyeon בשנת 2017 השתמשה חלקיקי פרייט מנגן דומיין יחיד כזרז פנטון כדי לגרום היפוקסיה סרטן וניצל את T2contrast של החומר למעקב MRI9. זה מפתיע לאור אלה ומחקרים חיוביים אחרים של חומרים פריט כי יש מעט הדגמות vivo לעומת תחמוצת ברזל טהור (Fe3O4) ננו, ואין יישומים מדווחים בבני אדם9,10.

אחד האתגרים העצומים העומדים בפני תרגום התכונות של ננו-חומרים של פריט למרפאה הוא יצירת אשכולות אחידים, לא מצטברים, ננומטריים11,12,13,14. בעוד גישות סינתטיות קונבנציונליות nanocrystals monodomain מפותחים היטב, אשכולות multidomain של סוג של עניין בעבודה זו אינם מיוצרים בקלות בצורה אחידה ומבוקרת15,16. בנוסף, הרכב פריט הוא בדרך כלל לא סטויצ'יומטרי ולא קשור רק לריכוז ההתחלתי של המבשרים וזה יכול לטשטש עוד יותר את אפיון המבנה-פונקציה השיטתי של חומרים אלה9,12,13,17. כאן, אנו מטפלים בנושאים אלה על ידי הדגמת גישה סינתטית שמניבה שליטה עצמאית הן על ממד האשכול והן על הרכב הננו-חומרים של מנגן פריט.

עבודה זו מספקת גם אמצעי להתגבר על היציבות הקולואידית הירודה של ננו-חומרים פריט18,19,20. חלקיקים מגנטיים נוטים בדרך כלל לצבירה עקב משיכת חלקיקים-חלקיקים חזקה; ferrites סובלים יותר מבעיה זו כמו מגנטיזציה נטו גדול שלהם מגביר את צבירת החלקיקים. במדיה הביולוגית הרלוונטית, חומרים אלה מניבים אגרגטים גדולים מספיק שהחומרים אוספים במהירות, ובכך מגבילים את נתיבי החשיפה שלהם לבעלי חיים או לאנשים20,21,22. Hilt et al. מצא תוצאה נוספת של צבירת חלקיקים במחקר שלהם של חימום מגנטותרמי וירידה צבע23. בריכוזים מעט גבוהים יותר של חלקיקים, או זמן חשיפה מוגבר לשדה, האפקטיביות של החומרים צומצמה ככל שהחומרים הצטברו לאורך זמן ואזורי פני החלקיקים הפעילים פחתו. יישומים אלה ואחרים ייהנו מפני שטחים מקבציים שנועדו לספק מחסומים סטריים שמנעו אינטראקציות בין חלקיקים-חלקיקים24,25.

כאן אנו מדווחים על גישה סינתטית לסנתז אשכולות פריט מנגן (MFCs) עם ממדים ניתנים לשליטה והרכב. חלקיקים מולטי-דומיינים אלה מורכבים הרכבה של ננו-קריסטלים מנגן פריט ראשוניים כי הם צבירה קשה; הקשר הקרוב של nanocrystals הראשי משפר את המאפיינים המגנטיים שלהם ומספק גודל אשכול כולל, 50-300 ננומטר, מותאם היטב לממדים האופטימליים עבור ננו-רפואה. על ידי שינוי כמות המים ומבשר הכלוריד המנגן, אנו יכולים לשלוט באופן עצמאי בקוטר ובהרכב הכלליים. השיטה משתמשת בתגובות הידרותרמיות פשוטות ויעילות של סיר אחד המאפשרות ניסויים תכופים ואופטימיזציה חומרית. ניתן לטהר בקלות את ה-MFCs האלה לתמיסת מוצר מרוכזת, אשר שונה עוד יותר על ידי פולימרים גופרתיים המעניקים יציבות קולואידית. הטונה, האחידות ויציבות שלב הפתרון שלהם הם כל התכונות בעלות ערך רב ביישומים של ננו-חומרים בהנדסה ביו-רפואית וסביבתית.

Protocol

1. סינתזה של MFCs עם שליטה על הקוטר הכולל של MFCs והרכב פריט

  1. לשטוף ולייבש ביסודיות את כל כלי הזכוכית לשימוש בסינתזה. כמות המים בסינתזה משפיעה על הממדים של MFCs, ולכן חיוני להבטיח שלסכומי הזכוכית אין שאריות מים בו16,26.
    1. כדי לשטוף את כלי הזכוכית, לשטוף עם מים וחומר ניקוי ולשפשף עם מברשת בקבוקון כדי להסיר פסולת. יש לשטוף היטב כדי להסיר את כל חומרי הניקוי ולסיים בשטיפה של מים מתועדים.
    2. כדי לייבש את כלי הזכוכית, לנער טיפות מים מפני השטח של כלי הזכוכית ולהכניס לתנור ב 60 מעלות צלזיוס עד יבש לחלוטין.
    3. לשטוף את הכורים מצופים פוליפנילן (PPL) עם 37% חומצה הידרוכלורית כדי להסיר כל פסולת משימוש קודם. כדי לעשות זאת, מניחים את הכורים ואת כובעיהם בכוס גדולה ומלאים בחומצה הידרוכלורית עד שהכורים שקועים לחלוטין. תן לזה לשבת במשך 30 דקות לפני לשפוך את החומצה הידרוכלורית. לשטוף ברציפות את הכיס המכיל את הכורים עם מים במשך 1-2 דקות, ולאחר מכן למקם את הכורים בתנור להתייבש.
  2. השתמש פיפטה אוטומטית להעביר 20 מל של אתילן גליקול לתוך 50 מל עם מוט ערבוב מגנטי.
  3. שקול את הכמות הנדרשת של ברזל (III) כלוריד (FeCl3·6H2O, מוצק) כדי להשיג ריכוז סופי של 1.3 מ"מ ולהוסיף אותו לכיס. מניחים את הכיס על צלחת ערבוב ומפעילים אותה ב-480 סל"ד כדי להתחיל לערבב את הכיס.
    הערה: מכיוון שמדובר בהידרציה, יש למדוד אותו ולהוסיף אותו במהירות כדי למנוע ספיגה לא רצויה של מים מאוויר הסביבה.
  4. שוקלים 250 מ"ג חומצה פוליאקרילית (PAA, Mw ~ 6,000, אבקה) ומוסיפים אותה לכוס. לאחר התוספת של PAA, הפתרון הופך אטום מעט בהיר יותר בצבע.
  5. שוקלים 1.2 גרם אוריאה (CO(NH2)2, אבקה) ומוסיפים אותה לכיס.
  6. בעזרת פיפטה, יש להוסיף לכלוריד מנגן (II) ב-0.7 מ"מ (MnCl2·6H2O aq, 3.5 מ', 0.2 מ"ל) ל-כף.
  7. לבסוף, באמצעות pipette להוסיף את הכמות הנדרשת (0.5 מל) של מים טהורים במיוחד עבור.
  8. תן לפתרון לערבב במשך 30 דקות ולשים לב לשינוי הצבע. הוא יוצג כצבע כתום שקוף וכהה.
  9. מעבירים את תערובת התגובה לכור הפוליפנילן (PPL). שים לב כי לאחר הפתרון עורר כמה מוצקים ייתכן שהצטברו בצדי הכיס.
    1. השתמש במגנט (מגנט אדמה נדיר קבוע מעוקב, 40 x 40 x 20 מ"מ, המכונה להלן "מגנט" לכל הליכי ההפרדה והאיסוף המגנטי) כדי לגרור את מוט הערבוב סביב קירות הכיס כדי להבטיח שמוצקים שהצטברו בצדדים מפוזרים לפתרון התגובה.
    2. ברגע שהפתרון מעורבב ומוכן, העבר אותו לכור מצופה PPL 50 מ"ל.
    3. השתמש מהדק ומנוף כדי לאטום את הכור ב autoclave נירוסטה בחוזקה ככל האפשר. מהדקים את כלי הכור למשטח יציב, ובאמצעות מוט המוחדר למכסה כינוף, דוחפים את הכור לאטום. שים לב כי הכור האטום לא צריך להיות מסוגל להיפתח ביד. זה חיוני כמו הסביבה בלחץ גבוה של התנור דורש אטם הדוק על הכור.
  10. מניחים את הכור בתנור במשך 20 שעות ב 215 °C (70 °F).
  11. לאחר התגובה ההידרותרמית נעשית, להסיר את הכור מהתנור ולאפשר לו להתקרר לטמפרטורת החדר. הלחץ של התנור יאפשר את הכור להיפתח ביד. שים לב כי בשלב זה, הכור יכיל את מוצר MFC מפוזר אתילן גליקול עם זיהומים אחרים, כגון פולימר לא נטען, ויהיה פתרון שחור אטום. המוצר יהיה מבודד בשלבים הבאים.

2. הפרדה מגנטית וטיהור של MFCs

  1. מניחים 200 מ"ג של צמר פלדה לתוך בקבוקון זכוכית. מלא את בקבוקון הזכוכית באמצע הדרך עם תערובת התגובה מהכור. ממלאים את שאר הוויאל באצטון ומנערים היטב. שים לב כי צמר הפלדה מגביר את כוח השדה המגנטי בלוויה ויסייע בהפרדה מגנטית של nanoclusters מן הפתרון.
  2. מניחים את הקרבון על מגנט כדי שהאוסף המגנטי יתרחש. התוצאה תהיה פתרון שקוף עם משקעים בתחתית.
    1. יוצקים את התמיסה supernatant בעוד MFCs לכודים מגנטית על ידי צמר הפלדה על ידי החזקת המגנט לתחתית של הקרבון בעת שפיכה. אתילן גליקול יוסר ברובו בשלב זה.
    2. התחל לשטוף עם היחס הנמוך של אצטון למים ולהגדיל את היחס בשטיפה הבאה עד טהור. תעשה את זה 3-4 פעמים.
  3. מוציאים את הקרבון מהמגנט וממלאים אותו במים. לנער היטב כדי להמיס את MFCs. עכשיו המוצר יהיה מפוזר לחלוטין במים.
  4. חזור על שני השלבים הקודמים מספר פעמים עד שהפתרון המימי של ה- MFCs אינו מייצר בועות בעת ניעור. התוצאה תהיה פרופלואיד כהה ואטומו שיגיב בעוצמה למגנטים.
    הערה: בסינתזה טיפוסית עם 20 מ"ל של אתילן גליקול, כ 80 מ ג של מוצר MFC יתקבל.

3. פונקציונליזציה פני השטח של MFCs לעבר יציבות קולואידית גבוהה במיוחד

הערה: הסינתזה של ניטרו-דופמין ופולי (AA-co-AMPS-co-PEG) ניתן למצוא בעבודה הקודמת שלנו16. הקופולימר מיוצר באמצעות פילמור רדיקלים חופשיים. יש להוסיף 0.20 גרם של 2,2′-אזובי (2-מתילפרופיוניטריל) (AIBN), 0.25 גרם חומצה אקרילית (AA), 0.75 גרם חומצה גופרתית 2-אקרילפידו-2-מתילפרופן (AMPS), ו-1.00 גרם פולי (אתילן גליקול) מתיל אתר אקרילט (PEG) ב-10 מ"ל של N-דימתילפורמיד (DMF). מחממים את התערובת באמבט מים של 70 מעלות צלזיוס למשך שעה אחת ומעבירים אותה לשקית דיאליזה (קרום תאית, 3 kDa) במים. יחס המשקל של AA, AMPS ו- PEG הוא 1:3:4. פילמור עבור מונומרים אלה יש שיעור המרה 100% כפי שאושר על ידי ייבוש קפוא ושקילה.

  1. שלבו 10 מ"ל של חלקיקים מטוהרים (כ-100 מ"ג) במין 20 מ"ל עם 10 מ"ל של N-[2-(3,4-דיהידרוקסיפניל)אתיל]ניטראמיד (תמיסה ניטרו-דופמין) (~1 מ"ג/מ"ל). המתן 5 דקות.
  2. לשטוף את MFCs מצופה ניטרו דופמין באמצעות הפרדה מגנטית. שפוך את הסופר-נט הצהוב-חיוור. מוסיפים מים ומנערים במרץ. לאחר מכן, לשפוך מים באמצעות המגנט כדי לשמור על המוצר. חזור על כביסה זו מספר פעמים משאיר את הקולקציה החומה הכהה בווינאל.
    הערה: הכן פתרון מימי עם ריכוז של 20 מ"ג / מ"ל, פתרון חיץ עם ריכוז של 100 מ"ג / מ"ל, ופולי (AA-co-CO-AMPS-CO-PEG) פתרון פולימר עם ריכוז של 20 מ"ג / מ"ל.
  3. לערבב 1 מ"ל של פתרון EDC, 1 מ"ל של מאגר MES, ו 3 מ"ל של פתרון פולימר. מערבבים קלות על ידי מערבולת התערובת, ולתת לו לשבת במשך כ 5 דקות. זה צריך להיות פתרון ברור וחסר צבע כאשר משולב באופן מלא.
  4. מוסיפים את התערובת לאוסף MFC ומניחים את הנקיון באמבט קרח. הפוך את sonicator בדיקה לתוך הפתרון, ולאחר מכן להפעיל אותו (250 וואט של כוח ב 20 kHz).
    1. לאחר טיפול sonication 5 דקות, להוסיף בערך 5 מ"ל של מים טהורים במיוחד להפליאה בזמן sonicator עדיין פועל. המשך לעקוב אחר כלי השיט כדי לוודא שלא נשפך מוצר. לשמור על הקרח בתערובת מי הקרח כמו חלק הקרח הראשוני יימס בשל עוצמת וחום sonication.
    2. אפשר לתערובת sonicate במשך 25 דקות נוספות, בסך הכל 30 דקות.
  5. מניחים את הציפוי על גבי מגנט כדי להפריד את ה- MFCs ולשפוך את הפתרון העל-טבעי.
  6. לשטוף את MFCs שונה עם מים deionized מספר פעמים.
  7. מלאו את הקטוריון המכיל את ה-MFCs במים טהורים במיוחד. Pipette נוזל זה לתוך מערכת סינון ואקום עם מסנן קרום פוליאתרסולפון 0.1 מיקרומטר כדי להסיר כל MFCs מצטבר בלתי הפיך. הקפד לשטוף את הקירות של משפך כדי למזער כל אובדן של המוצר.
  8. מסנן ואקום את הפתרון. חזור על תהליך זה 2-3 פעמים. התוצאה תהיה פתרון מימי מטוהר של MFCs מונודיספרס.
    הערה: בערך 10% מהמוצר יצטבר באופן בלתי הפיך וחומר זה יישאר על המסנן ויש להשליך אותו.

תוצאות

לאחר טיפול הידרותרמי, תערובת התגובה הופכת לפיזור שחור צמיג כפי שניתן לראות באיור 1. מה התוצאות לאחר הטיהור הוא פתרון MFC מרוכז מאוד שמתנהג כמו פרופלואיד. הנוזל בוויאליה מגיב בתוך שניות כאשר הוא ממוקם ליד מגנט כף יד (<0.5 T), ויוצר מסה שחורה מקרוסקופית שניתן להזיזה כאשר המגנט ממוקם במקומות שונים.

סינתזה זו מניבה מוצרים שהממד שלהם והרכב פריט תלויים בכמות המים שנוספו וביחס בין מנגן למבשר ברזל בתערובת התגובה. איור 2 ממחיש כיצד מורפולוגיית האשכולות תלויה במים ובריכוז מבשר; הוא גם מפרט את תנאי התגובה המשמשים להשגת הדגימות המפורטות בטבלה 1. אנו מוצאים כי קוטר ה- MFC מושפע מכמות המים שנוספה, והרכב ה- MFC תלוי ביחס של ברזל ומנגן במבשרים. לפיכך, ניתן לשלוט בשני הפרמטרים באופן עצמאי כדי ליצור ספריה של MFCs עם ממדים שונים ותוכן מנגן.

למרות שמדובר בהליך סינתטי פשוט מאוד, שגיאות בביצוע השיטה עלולות להוביל למוצרים כושלים. איור 3 מתאר דוגמאות עם מורפולוגיות MFC לא סדירות. באיור 3A, MFCs בצורת אי-זוגית גורמים אם המים אינם נכללים לחלוטין בסביבת התגובה. המחסור במים מעכב את ההרכבה הדינמית של הננו-קריסטלים העיקריים ומביא להתפלגות רחבה מאוד של ממד ננו-קלוסטר וצורות לא כדוריות16. הדגימות המוצגות באיור 3B לא היו מספיק זמן תגובה (6-12 שעות) וכתוצאה מכך לא היה מספיק צמיחה nanocrystal ראשוני. תוצאות גרועות אלה מראות כי כמות מתאימה של המגיב, כמו גם זמן תגובה, יש צורך להשיג אשכולות עקביים ואחידים.

לאחר השלמת הסינתזה ההידרותרמית, ה- MFCs של פריט הופרדו וטוהרו באמצעות הפרדה מגנטית. מגנט הונח מתחת לפתרון כדי לכפות את האוסף שלהם בתחתית כלי השיט. זיהומים ותוצרי לוואי שאינם מגנטיים שנוצרו בסינתזה, יחד עם הממס העודף, אז יכול להיות decanted כדי להניב MFCs טהור monodispersed27. איור 4 ממחיש את הזמן הנדרש לאיסוף מגנטי כמעט מלא של ה- MFCs עם ובלי תוספת של צמר פלדה. צמר הפלדה המוצב בלווינאלה במהלך הפרדה מגנטית מגביר את השיפוע של השדה המגנטי בתוך הוויאל, ומאפשר הפרדה מהירה בהרבה28.

ה- MFCs המטוהרים באמצעות הפרדה מגנטית מראים מידה גבוהה של אחידות בהשוואה לאלה המטוהרים באמצעות תהליך אולטרה-צנטריפוגה קונבנציונלי יותר. איור 5 מציג את התפלגות הגודל של MFCs המתקבלת באמצעות הפרדה מגנטית (A ו- B) בהשוואה לאלה המשתמשים ב-Ultracentrifugation (5,000 גרם למשך 30 דקות) (C ו- D). הפרדה מגנטית גורמת להתפלגות צרה יותר של קוטר אשכול בהשוואה לאולטרה-צנטריפוגה והיא אסטרטגיית הטיהור המועדפת על ה- MFCs.

ה-MFCs המסונתזים מצופים בפוליאקרילט (PAA), המספק משטח טעון שלילי ומידה מסוימת של דחייה בין-חלקיקית המונעת צבירה בין-חלקיקית (איור 6A). עם זאת, על ידי ביצוע תגובה חלופית ליגנד עם nitrodopamine (איור 6B), אנו יכולים להחליף את ציפוי PAA עם ציפוי קופולימר של P(AA-co-AMPS-co-PEG), המאפשר יציבות רבה יותר בפתרונות חוזק יוני גבוהים יותר. איור 7 מציג את השרטוט של תהליך פונקציונליזציה משטח זה. היציבות הקולואידית של ה-MFCs המפוזרים במאגר PBS ניכרת באיור 8. MFCs מסונתזים מצופים PAA במהירות לצבור ונפרד מהפתרון בתוך 30 דקות והם שימוש מועט ביישומים ביולוגיים. לעומת זאת, MFCs פונקציונלי עם ציפוי פוליסולפונט נשאר מפוזר היטב בפתרון זה במשך למעלה מ 2 ימים ללא כל סימן של צבירה. שינוי פני השטח שלאחר הסינתזה המתואר כאן מספק מסלול ליצירת פתרונות הומוגניים של MFCs המתאימים להכנסה לסביבות ביולוגיות.

figure-results-3628
איור 1: השרטוט לסינתזה של ננו-קלאסטרים מנגן. הריאגנטים, ברזל(III) כלוריד, כלוריד מנגן(II), חומצה פוליאקרילית (PAA), אוריאה, מים ואתילן גליקול משולבים בתנאים הידרותרמיים כדי לייצר ננו-קלאסטרים מנגן. מוצר זה יוצר פתרון קולואידי יציב במים טהורים כפי שמוצג באמצע. כמות המים שנוספה בסינתזה ואת היחס של מנגן ברזל במבשרים משמש כדי לכוונן את גודל האשכול ואת הרכב ferrite, בהתאמה. לאחר ההפרדה המגנטית, nanoclusters ליצור ferrofluid כפי שמוצג בצד ימין, המציין שהם מגיבים מאוד אפילו שדות מגנטיים מוחלים קטנים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-4465
איור 2: תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים שידור (TEM) של ננו-קלאסטרים מנגן פריט והתפלגות הקוטר שלהם. בתמונות A-D, קוטר האשכול (Dc) גדל כתוצאה מהפחתת כמות המים שנוספו בסינתזה. קוטר האשכול הממוצע הוא 31, 56, 74 ו- 120 ננומטר עבור A, B, C ו- D, בהתאמה, עם הרכב קבוע של Mn0.15Fe2.85O4. בתמונות E-H, הרכב פריט משתנה באופן מונוטוני ביחס ליחס Mn / Fe של המבשרים. למרות ההרכבים השונים שלהם, קוטר אשכול כמעט שווה ערך מושגת. הסינתזה שלנו מאפשרת שליטה עצמאית הן על קוטר האשכול והן על הרכב פריט, שתי התכונות החשובות למאפיינים המגנטיים של פריטי ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

תווית באיור 2H2O (מ"ל)FeCl3 (mmol)MnCl2 (mmol)קומפוזיציה פריטDc (nm)
A1.51.30.7 Mn0.15Fe2.85O4 34
B ו- G0.71.30.7 Mn0.15Fe2.85O4 56
C0.51.30.7 Mn0.15Fe2.85O4 74
D0.11.30.7 Mn0.15Fe2.85O4 120
E1.320Fe3O4 56
F0.61.50.5 Mn0.06Fe2.94O4 56
H211 Mn0.6Fe2.4O4 55

טבלה 1: תנאי תגובה לסינתזה של דגימות הננו-קלא-קלסטר המוצגות באיור 2. פרמטרים אחרים סינתזה הם: 20 מ"ל אתילן גליקול, 250 מ"ג PAA, ו 1.2 גרם אוריאה. תערובות התגובה מחוממות הידרותרמית ב 200 °C (50 °F) במשך 20 שעות. עבור A, B, C ו- D, הפחתת תכולת המים תוך שמירה על קבוע פרמטרים אחרים הביאה לאשכולות של קטרים גדולים יותר. עבור E, F, G ו- H, הגדלת היחס של MnCl2to FeCl3in תערובת התגובה הראשונית הביאה אשכולות עם פרופורציות גבוהות יותר של מנגן במבנה האשכול. שינוי כמות המים E, F, G ו- H בו זמנית מאפשר אשכולות של הרכב שונה אך קרוב לקוטרים שווים.

figure-results-7555
איור 3: תמונות TEM של תגובות כושלות ולא שלמות. תכונות הניגודיות הקטנות והנמוכות שנצפו בתמונות אלה הן ננו-קריסטלים ראשוניים שלא התפתחו לננו-קלאסטרים. המדגם באיור 3A הוכן ללא מים נוספים, ואילו לחומר המוצג באיור 3B היה זמן תגובה לא מספיק של ארבע שעות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-8203
איור 4: השוואת הפרדה מגנטית של ננו-קלאסטרים. השוואה של הפרדה מגנטית של nanoclusters ללא (A) ועם (B) תוספת של צמר פלדה במיכל. צמר פלדה מגביר את השיפוע של השדה המגנטי בתוך הוויאל כדי לאפשר הפרדה מגנטית מהירה יותר של nanoclusters. כתוצאה מכך, ניתן להגדיל את הייצור של nanoclusters ביעילות מבלי להקריב את איכות המדגם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-8889
איור 5: השוואה בין אולטרה-צנטריפוגה והפרדה מגנטית. השוואה בין אולטרה-צנטריפוגה (A,B) והפרדה מגנטית (C,D) והשפעתם על אחידות האשכולות המטוהרים. A ו- C הן תמונות TEM של האשכולות המטוהרים, ו- B ו- D הם התפלגות הגודל של האשכולות ב- A ו- C, בהתאמה. ציר ה- y מייצג את מספר האשכולות שנספרו, ועל כל מדגם נסקרו בסך הכל 150 אשכולות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-9583
איור 6: המבנה של פולי (חומצה אקרילית) (PAA) (A) וניטרו-דופמין (B) המשמשים בשלב שינוי פני השטח. ציפוי PAA הראשוני המשמש בסינתזה אינו אידיאלי במדיה ביולוגית או חומצית בשל החומצה carboxylic הוא פרוטונוקציה בקלות. ניטרו-דופמין משמש להחלפת ציפוי PAA יצירת קבוצה פונקציונלית לעגן קופולימר גופרתי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-10213
איור 7: שרטוטים של תהליך שינוי משטח האשכול. (A) ציפוי PAA מקורי, (B) ציפוי ניטרו-דופמין ביניים, ו-(C) ציפוי P(AA-co-AMPS-co-PEG) הסופי. ב- (C), העקומות הכחולות, האדומות והירוקות מייצגות את יחידות ה- AA, AMPS וה- PEG, בהתאמה. הרכב האשכול יכול להיות Fe3O4 או MnxFe3-xO4. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-10937
איור 8: פונקציונליזציה פני השטח של nanoclusters עם פוליסולפונט מוביל חומרים כי הם יציבים קולואידית בתנאים מימיים רבים ושונים. אשכולות עם שני ציפויי שטח שונים, מצופים PAA (A) ו- P(AA-co-AMPS-CO-PEG) המתפקדים (B) מומסים בתמיסת החיץ PBS הרלוונטית להגדרות ביולוגיות ונצפתה ביציבות הקולואידית שלהם לאורך זמן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Discussion

עבודה זו מדגימה סינתזה פוליול שונה של nanocrystals ferrite מנגן מקובצים יחד לתוך אגרגטים ננומטריים אחידים29. בסינתזה זו, ברזל(III) כלוריד ומנגן (II) כלוריד לעבור תגובה הידרוליזה כפויה והפחתת, ויוצר MnxFe3-xO4 מולקולרי. מולקולות פריט אלה יוצרות ננו-קריסטלים ראשוניים תחת הטמפרטורה הגבוהה והלחץ הגבוה בכורים, ובסופו של דבר מתכנסות לאגרפים כדוריים המכונים כאן אשכולות פריט מגנטיט (MFCs). ללא זמן תגובה מספיק או מספיק מים, תהליך הצבירה אינו יכול להשלים באופן מלא המוביל לחלקיקים שאינם אחידים, בעלי מבנה גרוע. לעומת זאת, בהינתן מספיק זמן ומספיק מים, תהליך התגבשות תחמוצת המתכת וההרכבה הושלם ומפיק אשכול כדורי אחיד הכולל עשרות עד מאות ננו-קריסטלים ראשוניים. הננו-קריסטלים העיקריים בחומרים אלה הם צבורים קשה, חולקים כמה ממשקים גבישיים, מה שמוביל לרגישות ראשונית גבוהה, ותגובה מגנטית בולטת אפילו לשדות הקטנים הזמינים ממגנטים קבועים כף יד27. כתוצאה מכך, לחומרים אלה יש פוטנציאל גדול ליישומים באספקת תרופות, היפרתרמיה מגנטית, הדמיית תהודה מגנטית והדמיה של חלקיקים מגנטיים30,31,32.

אנו מוצאים כי כמות המים שנוספה לתערובת התגובה הראשונית שולטת בקוטר האשכולות המורכבים. ככל שתכולת המים במגיבים גדלה, קוטר האשכולות ומספר הננו-קריסטלים העיקריים המצטברים פוחת. הטווח האופטימלי הוא 0.8 M עד 5.0 M מים, תנאים המניבים, בהתאמה, קטרי אשכול הנעים בין 150 ננומטר ל 30 ננומטר. למים יש תפקיד חשוב בתהליך זה מכיוון שיש צורך להבטיח הידרוליזה מהירה של מבשרי המתכת, צבירה מהירה יותר של גבישים ראשוניים, וכתוצאה מכך אשכולות קטנים יותר16. מכיוון שהסינתזה רגישה במיוחד למים, מגיבים המטופלים בתנאי סביבה של לחות משתנה עלולים לספוג כמויות שונות של מים מהאוויר. הדבר עשוי להשפיע על הממדים והמורפולוגיה הבאים של המוצר. בעוד בקרת הלחות ברוב מעבדות המחקר (למשל, 30%-60% RH) מספיקה כדי למזער בעיה זו, זהו מקור אחד לשגיאה שיטתית בהליך המדווח. שליטה ביחס מנגן לברזל במוצר מושגת על ידי שינוי היחס בין מנגן למבשרי ברזל. זה מפתיע כמו בתגובות הידרותרמיות רבות רמת הסמים של מוצרים לעתים קרובות לא קשורה רק סטויצ'ומטריה של החומרים ההתחלתיים4,6,8,12,13,17. עבור תנאים אלה, עם זאת, הרכב המוצר צפוי היטב על ידי היחס של מבשרי המתכת. יחד, שליטה עצמאית הן בקוטר האשכול והן בהרכבו אפשרית באמצעות מניפולציה פשוטה של התערובות המגיבות המתחילות.

לעתים קרובות טיהור של חלקיקים ממדיית התגובה הוא הצעד הגוזל והמורכב ביותר ביצירת חומרים באיכות גבוהה. Ultracentrifugation מוחל לעתים קרובות למטרה זו ובעוד זה יעיל בהפרדת חלקיקים ממוצרי לוואי מולקולריים, הוא מתאים בצורה גרועה להסרת מוצרים מוצקים לא רצויים. כאשר מוחל כאן על טיהור של ננו-חומרים, ultracentrifugation מייצר חלקיקים polydisperse יחסית עם ממדים וצורות משתנים. זה הרבה יותר יעיל לנצל את התגובה המגנטית של חומרים אלה על ידי החלת הפרדה מגנטית כדי לשפר את האחידות ואת הטוהר של המוצר הסופי. אנו מאיצים את ההפרדה המגנטית על ידי יצירת שיפועים גבוהים מאוד של שדות מגנטיים בתוך בייל מקרוסקופי באמצעות צמר פלדה שקוע בתמיסה ומגנט קבוע נדיר של כדור הארץ המוחל מחוץ למיכלי הדגימה. הסדר זה מאפשר לשחזר דגימות אחידות תוך פחות משלושים דקות עם תשואות גבוהות (כ-90%). חשוב להתאים את כמות צמר הפלדה שהוצג לפתרון לקוטרי אשכול MFC הצפויים. לדוגמה, MFC עם קוטר ממוצע של 40 ננומטר דורש בין 100 ל 200 מ"ג של צמר פלדה להפרדה מהירה, בעוד חומרים גדולים יותר עשויים לדרוש הרבה פחות או אפילו לא צמר פלדה. זה מבוסס היטב כי קטן יותר של חלקיקים מגנטיים מגיבים פחות לשדות מיושמים מכוח הנפח המגנטי הקטן שלהם15,17,26. תהליך ההפרדה המגנטית מספק אפוא אמצעי לחדד את אחידות החומרים הללו מכיוון שאשכולות קטנים יותר אינם נשמרים ביעילות על ידי התהליך16. שימוש בשיטת הפרדה מגנטית זו לא רק חוסך זמן במעבדה, אלא גם גורם למוצרים עם אחידות רבה יותר בקוטר.

למרות MFCs מסונתז יציבים במים טהורים, הם מפגינים יציבות קולואידית ירודה בפתרונות עם pH נמוך יותר או חוזק יוני גבוה יותר. מעבורות מנגן יש צפיפות מגנטיזציה גדולה, וכתוצאה מכך עבור קטרים אלה האשכולות מחזיקים דיפולים מגנטיים שמובילים משיכה בין מפלגתית. ציפוי פוליאקרילט המקומי המשמש במהלך היווצרות החומרים מעניק מטען שלילי למשטחי החלקיקים ומסייע במניעת צבירת חלקיקים. עם זאת, ב- pH נמוך יותר הקבוצות carboxylic הם פרוטוניים לחלוטין למעשה הסרת הדחייה האלקטרוסטטית הדרושה כדי לשמור על פיזור MFC הומוגני; לחלופין, במדיה חזקה יותר יונית, דחייה המטען מופחת המוביל צבירה חלקיקים יותר. צבירת ה- MFCs יוצרת חומרים מקרוסקופיים שאינם מפוזרים באופן הומוגני בפתרון מה שהופך אותו למאתגר לשימוש בחומרים ב- vivo או ביישומים הדורשים משטחי ננו-חלקיקים גדולים וזמינים. מסיבות אלה, אנו מציגים פולימר שני לתוך התגובה להחליף את ציפוי PAA המקורי. הקופולימר, P(AA-co-AMPS-CO-PEG), כולל פוליאתילן גליקול נייטרלי (PEG) כדי לספק תאימות ביולוגית ומידה מסוימת של מכשול סטרי. בנוסף, רכיב הפוליסולפונט (PAMPS) מציע הן צפיפות טעינה גדולה יותר מאשר פוליאקרילט, כמו גם קבוצה פונקציונלית שיש לה pKa נמוך בהרבה וכתוצאה מכך טווח pH עובד גדול יותר (pKa ~ 1.2)24. אשכולות פריט מנגן ששונו עם ציפויי פני השטח האלה מראים יציבות מוגברת באופן דרמטי במדיה החומצית והביולוגית. עם זאת, ההליך כדי להבטיח את שינוי פני השטח הנכון מפורט, ויש לעקוב אחריו בקפידה כדי להבטיח כי הדגימות מצופות ביעילות. באופן ספציפי, השיטה דורשת ניטור מתמיד של תערובת התגובה בזמן שהיא מטופלת עם sonicator בדיקה כדי להבטיח הומוגני, תחליף מלא של ציפוי polyacrylate הראשוני. חשוב גם להשתמש בכלי זכוכית בגודל המתאים כדי למזער כל אובדן מוצר במהלך sonication נמרץ ולהחיל אמבט קרח על תערובת sonication כדי למזער השפלה תרמית של הפולימרים הנגרמת על ידי sonication בדיקה.

לסיכום, שיטה זו מאפשרת ייצור מהיר ויעיל של אשכולות פריט מנגן (MFCs) עם קטרים טונה ומנגן להרכבי ברזל. תכולת מים מגיבים, כמו גם היחס בין ברזל למנגן הם פרמטרים חשובים בהגדרת מאפייני המוצר החומרי. טכניקת הפרדה מגנטית פשוטה המשתמשת במגנט כף יד וצמר פלדה מספקת אמצעי יעיל לטיהור המוצר לאחר סינתזה המניבה אשכולות אחידים יותר. לבסוף, קופולימר PEG גופרתי מוחל על החומרים כדי להבטיח שהם יישארו לא צבירה במגוון של מדיה שונה pH ו כוח יוני. התגובה המגנטית המוגברת של תחמוצות ברזל אלה מסוממות מנגן בהשוואה לננו-חומרים של תחמוצת ברזל טהורה (Fe3O4) הופכת את פיתוחם לפשוט יותר, זול יותר וקל יותר לפיתוח מכשירים להחלת שדות חיצוניים כדי לתפעל את החומרים ב-vivo. ציפויי פני השטח המשופרים שלהם חשובים גם מכיוון שיישומים לננו-חלקיקים מגנטיים באספקת תרופות, תיקון מים ומערכות הדמיה מתקדמות דורשים כולם חומרים שאינם מצטברים והומוגניים במגוון מדיה ביולוגית וסביבתית.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה בנדיבות על ידי אוניברסיטת בראון וקונסורציום האנרגיה המתקדמת. אנו מודים להודות לד"ר צ'ינגבו זאנג על השיטה הסינתטית המבוססת שלו של MFCs תחמוצת ברזל.

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