Магнитные наночастицы для компонентов МРТ-диагностики и электронных устройств

Авторы

  • Алина Сергеевна Корсакова Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-8898-4726
  • Дмитрий Анатольевич Котиков Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Константин Сергеевич Ливонович Институт химии новых материалов НАН Беларуси, ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0003-3083-3962
  • Татьяна Геннадьевна Шутова Институт химии новых материалов НАН Беларуси, ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск, Беларусь
  • Юлиан Станиславович Гайдук Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Васильевич Паньков Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-5478-0194

Ключевые слова:

наночастицы, намагниченность насыщения, контрастные агенты, МРТ-диагностика

Аннотация

Методами рентгенофазового анализа и инфракрасной спектроскопии установлено образование однофазных твердых растворов оксида железа и оксида марганца со структурой шпинели в системе MnxFe3 – xO4 (x = 0; 0,3; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,8). Максимальная намагниченность насыщения обнаружена для состава Mn 0,3 Fe2,7O4 (Ms = 68 А ⋅ м2 ⋅ кг−1 при 300 К и Ms = 85 А ⋅ м2 ⋅ кг−1 при 5 К), что связано с изменением катионного распределения по тетраэдрическим и октаэдрическим пустотам. Полученные материалы стабилизировали в виде коллоидных растворов с использованием ряда полиэлектролитов. Установлено, что лучшее стабилизирующее действие оказывал поли(диаллилдиметиламмоний хлорид) (PDDA) из-за особенностей его строения. Предложен способ управления магнитными свойствами магнетита путем частичного замещения входящих в его структуру ионов железа марганцем. Изменение величины намагниченности и коэрцитивной силы возможно за счет изменения степени замещения. Cравнительно высокие значения удельной намагниченности и однородность магнитных частиц по размеру могут представлять практический интерес для изготовления контрастных агентов в МРТ-диагностике.

Биографии авторов

  • Алина Сергеевна Корсакова , Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

    стажер младшего научного сотрудника лаборатории топлив, масел и кормов

  • Дмитрий Анатольевич Котиков , Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

    кандидат химических наук, доцент; доцент кафедры физической химии химического факультета

  • Константин Сергеевич Ливонович, Институт химии новых материалов НАН Беларуси, ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск, Беларусь

    младший научный сотрудник лаборатории органических композиционных материалов

  • Татьяна Геннадьевна Шутова , Институт химии новых материалов НАН Беларуси, ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск, Беларусь

    кандидат химических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории органических композиционных материалов

  • Юлиан Станиславович Гайдук , Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

    научный сотрудник лаборатории физической химии конденсированных сред химического факультета

  • Владимир Васильевич Паньков , Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

    доктор химических наук, профессор; профессор кафедры физической химии химического факультета

Библиографические ссылки

  1. Gubin CG, Koksharov YuA, Khomutov GB, Yurkov GYu. Magnetic nanoparticles: preparation, structure and properties. Uspekhi khimii. 2005;74(6):539–574. Russian.
  2. Skumryev V, Stoyanov S, Zhang Y, Hadjipanayis G, Givord D, Nogués J. Beating the superparamagnetic limit with exchange bias. Nature. 2003;423(6942):850–853. DOI: 10.1038/nature01687.
  3. Pershina AG, Sazonov AE, Milto IV. Application of magnetic nanoparticles in biomedicine. Bulletin of Siberian Medicine. 2008;7(2):70–78. Russian. DOI: 10.20538/1682-0363-2008-2-70-78.
  4. Galvão WS, Neto DMA, Freire RM, Fechine RBA. Super-paramagnetic nanoparticles with spinel structure: a review of synthesis and biomedical applications. Solid State Phenomena. 2016;241(1):139–176. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.241.139.
  5. West AR. Solid state chemistry and its applications. Part 1. New York: John Wiley & Sons; 1984. 734 p. Russian edition: West A. Khimiya tverdogo tela. Teoriya i prilozheniya. Chast’ 1. Kaul’ AR, Kutsenko IB, translators. Moscow: Mir; 1988. 558 p.
  6. Mason B. Mineralogical aspects of the system FeO — Fe2O3 — MnO — Mn2O3. Geologiska Föreningen i Stockholm Förhandlingar. 1943;65(2):97–180. DOI: 10.1080/11035894309447142.
  7. Gareev KG, Luchinin VV, Moshnikov VA. Magnetic nanomaterials obtained by chemical methods. Biotekhnosfera. 2013;5(29):2–13. Russian.
  8. Lu A-H, Salabas EL, Schüth F. Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization, and application. Angewandte Chemie International Edition. 2007;46(8):1222–1244. DOI: 10.1002/anie.200602866.
  9. Gupta AK, Naregalkar RR, Vaidya VD, Gupta M. Recent advances on surface engineering of magnetic iron oxide nanoparticles and their biomedical applications. Nanomedicine. 2007;2(1):23–39. DOI: 10.2217/17435889.2.1.23.
  10. Mathew DS, Juang R-S. An overview of the structure and magnetism of spinel ferrite nanoparticles and their synthesis in microemulsions. Chemical Engineering Journal. 2007;129(1–3):51–65. DOI: 10.1016/j.cej.2006.11.001.
  11. Al-Rashdi KS, Widatallah H, Al Ma’Mari F, Cespedes O, Elzain M, Al-Rawas A, et al. Structural and Mössbauer studies of nanocrystalline Mn2+-doped Fe3O4 particles. Hyperfine Interactions. 2018;239(1):1–11. DOI: 10.1007/S10751-017-1476-9.
  12. Modaresi N, Afzalzadeh R, Aslibeiki B, Kameli P. Competition between the impact of cation distribution and crystallite size on properties of MnxFe3 – xO4 nanoparticles synthesized at room temperature. Ceramics International. 2017;43(17):15381–15391. DOI: 10.1016/J.CERAMINT.2017.08.079.
  13. Fannin PC. Measurement of the Neel relaxation of magnetic particles in the frequency range 1 kHz to 160 MHz. Journal of Physics D: Applied Physics. 1991;24(1):76–77. DOI: 10.1088/0022-3727/24/1/013.
  14. Bulte JWM, Kraitchman DL. Iron oxide MR contrast agents for molecular and cellular imaging. NMR in Biomedicine. 2004; 17(1):484–499. DOI: 10.1002/nbm.924.
  15. Picart C, Schneider A, Etienne O, Mutterer J, Schaaf P, Egles C, et al. Controlled degradability of polysaccharide multilayer films in vitro and in vivo. Advanced Functional Materials. 2005;15(11):1771–1780. DOI: 10.1002/adfm.200400588.

Загрузки

Дополнительные файлы

Опубликован

2021-02-09

Выпуск

№ 1 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Раздел

Наноматериалы и нанотехнологии

Лицензия

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).

Как цитировать

(1)
Корсакова , А. С.; Котиков , Д. А.; Ливонович, К. С. .; Шутова , Т. Г. .; Гайдук , Ю. С.; Паньков , В. В. Магнитные наночастицы для компонентов МРТ-диагностики и электронных устройств. Журнал Белорусского государственного университета. Физика 2021, вып. 1, 12-19. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-1-12-19.
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC