Наночастицы оксида железа для медицины: как микроструктура влияет на магнитные свойства

Наночастицы оксида железа (Fe_xO_y) используются в медицинских технологиях как контрастные агенты для МРТ или для доставки лекарств в кровотоке, например, при терапии опухолей. Для этих применений частицы должны быть биосовместимыми и суперпарамагнитными — сильно намагничиваться в магнитном поле и терять намагниченность после его выключения. Исследователи из TU Bergakademie Freiberg с помощью аналитической просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения изучили, как можно улучшить магнитные свойства наночастиц через дизайн их микроструктуры.

Результаты опубликованы в Scientific Reports.

Внутренняя структура определяет свойства

Знание точной структуры наночастиц размером 20–30 нм помогает оптимизировать процесс их производства. Каждая частица состоит как минимум из двух суперпарамагнитных нанокристаллических ядер и оболочки, не влияющей на магнитные свойства. Максимальная намагниченность зависит от взаимной ориентации отдельных ядер.

Ориентация ядер — ключевой фактор

«Существовало предположение, что сильное выравнивание магнитных моментов в многоядерных наночастицах обеспечивается одинаковой кристаллографической ориентацией ядер. Однако наши анализы показали, что это не обязательно так», — говорит ведущий автор Стефан Нойманн.

«Другие, но всё же специфические кристаллографические соотношения ориентации ядер также могут усиливать их магнитное взаимодействие. При этом полностью случайная ориентация ядер ухудшает магнитные свойства частиц».

Значение для производства

«Чтобы производить высокосуперпарамагнитные наночастицы оксида железа для медицины по запросу, нам необходимо знание их внутренней структуры», — добавляет соавтор профессор Давид Рафая. «Во время синтеза сначала формируются отдельные ядра. Если у ядер будет больше времени правильно соориентироваться, магнитные свойства наночастиц можно улучшить».

Исследование было выполнено в рамках программы «MehrDimPart» и направлено на разработку подходов для контролируемого получения частиц с заданными свойствами. В работе также участвовали учёные из Karlsruhe Institute of Technology. Исследование сфокусировано на структурном анализе; токсикологические исследования не проводились.