Otrzymywanie, zastosowanie oraz modyfikacje nanocząstek magnetycznych

• Autorzy: Okrzesik Mateusz , Piątek Artur , Drabczyk Anna

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2022.1.1

Warianty tytułu

EN

Preparation, application and modification of magnetic nanoparticles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono informacje na temat wytwarzania, modyfikacji oraz zastosowania nanocząstek magnetycznych (MnPS). Nanocząstki (nP) ze względu na duży stosunek objętości do powierzchni oraz małe wymiary wykazują odmienne właściwości w porównaniu z innymi materiałami o rozmiarach większych, np. mikrometrycznych. W pracy przedstawiono kilka metod wytwarzania MnPS, takich jak metoda współstrącania, metoda odwróconych miceli, metoda wykorzystująca ekstrakt z wodorostu Kappaphycus alvarezii czy metoda wykorzystująca bakterie magnetotaktyczne do produkcji nanocząstek magnetycznych. W rozdziale opisującym metody modyfikacji tychże struktur zawarto informacje na temat pokrywania nanocząstek kwasem oleinowym oraz o metodzie Langmuira i Blodgetta umożliwiającej formowanie filmów i nanocząstek na podłożach fazy stałej. Nanocząstki magnetyczne znajdują szerokie zastosowanie w nauce, ale szczególną rolę odgrywają w medycynie, gdzie dzięki unikalnym właściwościom magnetycznym możliwe jest ich wykorzystanie do kontrastowania w obrazowaniu za pomocą rezonansu magnetycznego, leczenia hipertermią magnetyczną, naprawy tkanek czy dostarczania leków w sposób kontrolowany do określonego miejsca w organizmie.

EN

The presented publication provides information on the fabrication, modification and application of magnetic nanoparticles. Nanoparticles, due to their large volume to surface area ratio and small size, exhibit different properties compared to other materials with larger sizes such as micrometers. In our work, we have presented several methods to produce magnetic nanoparticles (MnPS) such as co-precipitation method, inverted micelle method, method using Kappaphycus alvarezii seaweed extract or method using magnetotactic bacteria to produce magnetic nanoparticles. In the chapter describing methods for modifying these structures, we include information on coating nanoparticles with oleic acid and on the Langmuir-Blodgett method for forming films and nanoparticles on solid phase substrates. Magnetic nanoparticles are widely used in science, however, they play a special role in medicine, where due to their unique magnetic properties it is possible to use them for contrast in magnetic resonance imaging, magnetic hyperthermia treatment, tissue repair or drug delivery in a controlled manner to a specific location in the body.

Słowa kluczowe

PL

nanotechnologia; nanomagnetyzm; nanocząstki magnetyczne

EN

nanotechnology; nanomagnetism; magnetic nanoparticles

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 43, nr 1
• Strony: 10--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., fig.

Twórcy

autor

Okrzesik Mateusz

• Katedra Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki, Politechnika Krakowska

autor

Piątek Artur

• Katedra Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki, Politechnika Krakowska

autor

Drabczyk Anna

• Katedra Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki, Politechnika Krakowska

Bibliografia

• [1] Tiwari J.N., Tiwari R.N., Kim K.S.: Zero-dimensional, on-dimensional, two-dimensional and three-dimensional nanostructured materials for advanced electrochemical energy devices. Progress in Material Science 57 (2012) 724–803.
• [2] Khan I., Saeed K., Khan I.: Nanoparticles. Properties, applications and toxicities. Arabian Journal of Chemistry 12 (2019) 908–931.
• [3] Reiss G., Hütten A.: Magnetic nanoparticles. Applications beyond data storage. Nature Materials 4 (2005) 725–726.
• [4] Stoner E.C., Wohlfarth E.P.: A mechanism of magnetic hysteresis in heterogeneous alloys. Philosophical Transactions of the Royal Society of London 240 (1948) 599–642.
• [5] Caruso F.: Nanoengineering of particle surfaces. Advanced Materials 13 (2001) 11–22.
• [6] Massart R.: Preparation of aqueous magnetic liquids in alkaline and acidic media. IEEE Transactions on Magnetics 17 (1981) 1247–1248.
• [7] Blaney L.M.: Magnetite (Fe3O4). Properties, Synthesis, and Applications 15 (2007) 44–47.
• [8] Qiu G., Huang H., Genuino H., Opembe N., Stafford L., Dharmarantha S., Suib S.L.: Microwave-assisted hydrothermal synthesis of nanosized α-Fe2O3 for catalysts and adorbents. The Journal of Physical Chemistry C 115 (2011) 19626–19631.
• [9] Vijayakumar R., Koltypin Y., Felner I., Gedanken A.: Sonochemical synthesis and characterization of pure nanometer-sized Fe3O4 particles. Materials Science and Engineering A 286 (2000) 101–105.
• [10] Yew Y.P., Shameli K., Miyake M.: Green synthesis of magnetite (Fe3O4) nanoparticles using seaweed (Kappaphycus alvarezii) extract. Nanoscale Res. Lett. 11 (2016) 276.
• [11] Salazar-Alvarez G., Muhammed M., Zagorodni A.A.: Novel flow injection synthesis of iron oxide nanoparticles with narrow size distribution. Chemical Engineering Science 61 (2006) 4625–4633
• [12] Omer M.I., Elbadawi A.A., Yassin O.A.: Synthesis and structural properties of MgFe2O4 ferrite nanoparticles. Journal of Applied and Industrial Sciences 1 (2013) 28–31.
• [13] Sawłowicz Z.: Bakterie magnetotaktyczne i ich minerały. Przegląd Geologiczny 64 (2016) 328–37.
• [14] Xie J., Chen K., Chen X.: Production, modification and bio-applications of magnetic nanoparticles gestated by magnetotactic bacteria. Nano Research 2 (2009) 261–278.
• [15] Heyen U., Schüler D.: Growth and magnetosome formation by microaerophilic Magnetospirillum strains in an oxygen-controlled fermentor. Applied Microbiology and Biotechnology 61 (2003) 536–44.
• [16] Kefeni K.K., Msagati T.A.M., Mamba B.B.: Ferrite nanoparticles. Synthesis, characterisation and applications in electronic device. Materials Science and Engineering B 215 (2017) 37–55.
• [17] Zienkowicz J.: Materiałoznastwo, Wydawnictwa Naukowo -Techniczne (1969) 169–175.
• [18] Van Ewijk G.A., Vroege G.J., Philipse A.P.: Convenient preparation methods for magnetic colloids. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 201 (1999) 31–33.
• [19] Majewski P.: Synteza, sortowanie i chemiczne modyfikacje powierzchni magnetycznych ferrytowych nanocząsteczek. Praca magisterska (2007) 53–55.
• [20] Gubin S.P.: Magneticnanoparticles,Wiley-VCHVerlagGmbH&Co. KGaA, Weinheim (2009) 117–130.
• [21] Gaines G.L.: Insoluble monolayers at liquid-gas interfaces, Interscience Publishers (1966).
• [22] Roberts G.G.: Langmuir-Blodgett films, Plenum, NY (1990).
• [23] Khomutov G.B.: Advances in Colloid and Interface Science 111 (2004) 79.
• [24] Talham D.R.: Conducting and magnetic Langmuir-Blodgett films. Chemical Reviews 104 (2004) 5479–5502.
• [25] Brugger A., Schoppmann C., Schurr M., Seidl M., Sipos G., Hahn C.Y., Hassmann J., Waldmann O., Voit H.: Thin Solid Films 338 (1999).
• [26] Bagkar N., Ganguly R., Choudhury S., Hassan P.A., Sawant S., Yakhmi J.V., Mater. J. Journal of Materials Chemistry 14 (2004) 1430.
• [27] Mamedov A., Ostrander J., Aliev F., Kotov N.A.: Langmuir 16
• [28] Brown J.J., Porter J. A., Daghlian C. P., Gibson U.J.: Langmuir 17 (2001) 7966.
• [29] Sinani V.A., Koktysh D. S., Yun B. G., Matts R. L., Pappas T. C., Motamedi M., Thomas S. N., Kotov N. A.: Nano Letters 3 (2003) 1177.
• [30] Parvin S., Matsui J., Sato E., Miyashita T.: Side-chain effect on Langmuir and Langmuir-Blodgett film properties of poly(N-alkylmethacrylamide)-coated magnetic nanoparticle. Journal of Colloid and Interface Science 313 (2007) 128-134.
• [31] Sun S. H., Robinson D.B., Raoux S., Rice P.M., Wang S. X., Li G. X., Am J.: Journal of the American Chemical Society 126 (2004) 273.
• [32] Parvin S., Sato E., Matsui J., Miyashita T.: Polymeral Journal 38 (2006) 1283.
• [33] Bellin M.F.: European Journal of Radiology 60 (2006) 314–323.
• [34] Burtea C., Laurent S.: Handbook of experimental pharmacology (2008) 135–165.
• [35] Strijkers G.J., Mulder W.J.: Anti-cancer agents. Journal of Medical Chemistry 7 (2007) 291–305.
• [36] Johannsen M., Gneveckow U.: International Journal of Hyperthermia 21 (2005) 637–647.
• [37] Sun C., Lee J.S.H.: Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008) 1252–1265.
• [38] Veiseh O., Gunn J.W.: Advanced Drug Delivery Reviews 62 (2010) 284–304.
• [39] Tran N., Webster T.J.: WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology 1 (2009) 336–351.
• [40] Tang C., He Z., Liu H.: Application of magnetic nanoparticles in (2000) 3941.
• [28] Brown J.J., Porter J.A., Daghlian C.P., Gibson U.J.: Langmuir 17 62. (2001) 7966.
• [29] Sinani V.A., Koktysh D.S., Yun B.G., Matts R.L., Pappas T.C., Motamedi M., Thomas S.N., Kotov N.A.: Nano Letters 3 (2003) 1177.
• [30] Parvin S., Matsui J., Sato E., Miyashita T.: Side-chain effect on Langmuir and Langmuir-Blodgett film properties of poly(N-alkyl- methacrylamide)-coated magnetic nanoparticle. Journal of Colloid and Interface Science 313 (2007) 128–134.
• [31] Sun S.H., Zeng H., Robinson D.B., Raoux S., Rice P.M., Wang S.X., Li G.X., Am J.: Journal of the American Chemical Society 126 (2004) 273.
• [32] Parvin S., Sato E., Matsui J., Miyashita T.: Polymeral Journal 38 (2006) 1283. nucleic acid detection. Journal of Nanobiotechnology 18 (2020)
• [41] Bernard V., Kim D.U., San Lucas F.A., Castillo J., Allenson K., Mulu F.C.: Circulating nucleic acids are associated with outcomes of patients with pancreatic cancer. Gastroenterology 156 (2019) 108–118.
• [42] Chen H., Wu Y., Fang Y., Liao P., Zhao K., Deng Y.: Integrated and automated, sample-into result-out, system for nanotechnolo- gy-based detection of infectious pathogens. Nanoscience and Nanotechnology Letters 10 (2018) 1423–1428.
• [43] Tang S., Gu Y., Lu H., Dong H., Zhang K., Dai W.: Highly-sensitive microRNA detection based on bio-bar-code assay and catalytic hairpin assembly two-stage amplifcation. Analytica Chimica Acta 1004 (2018) 1–9.