Magnetite Nanoparticles: Tuning of features towards magnetic nanoparticle hyperthermia efficiency enhancement
Creators: name: Χαραλάμπους, Γεωργία Χαράλαμπου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Μαγνητική Υπερθεμία
Μαγνητίτης
Θερμική Απόδοση
Magnetic Hyperthermia
Magnetite
Specific loss power

description: In this work we studied MNPs with perspective of their use in magnetic hyperthermia and the fight against cancer. A material suitable for such application should have a low remanent magnetization, high coercive field and high magnetic anisotropy. First there is an introduction, in order to have a background on iron oxide nanoparticles, with information of their properties and potential biomedical applications. We examine how Fe3O4 nanoparticlessynthesized with variable controls (such as pH and temperature) result to different sizes and shapes and how they respond to dispersion media and concentration magnetic field amplitude and frequency. First of all we studied in terms of its structural properties, i.e. their composition and size of the nanoparticles using X-ray diffraction and TEM while their magnetic behavior was studied by vibrating sample magnetometry. Finally, measurements of magnetic hyperthermia were performed where aqueous solutions of MNPs were placed under an alternating magnetic field and the induced temperature rise was recorded. First parameters were the water and a medium (agarose). Then as parameters were considered the solution concentration (1,2 and 4 mg / mL) and field parameters (frequency: 375, 765 kHz and width 20,30, 40, 50, 60 mT). Then their thermal efficiency was quantified to study systems through the calculation of the specific loss power (SLP) index and thermal performance correlated with magnetic characteristics, the parameters that varied (solution concentration, frequency and amplitude field) but also the corresponding theoretical calculations and the international literature. The results of our study shows that sample with size between 32-37nm, pH 11-12 have better thermal efficiency than smaller or larger sizes samples. These samples overpast the hyperthermia limit in less time for all the different concentrations, magnetic fields and frequencies.
description: Στην εργασία αυτή μελετήσαμε μαγνητικά νανοσωματίδια με προοπτική τη χρήση τους στη μαγνητική υπερθερμία και την καταπολέμηση του καρκίνου. Ένα υλικό κατάλληλο για μια τέτοια εφαρμογή θα πρέπει να έχει χαμηλή παραμένουσα μαγνήτιση, υψηλό συνεκτικό πεδίο και υψηλή μαγνητική ανισοτροπία. Πρώτα γίνεται μια εισαγωγή, προκειμένου να έχουμε ένα υπόβαθρο για τα νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου, με κάποιες πληροφορίες για τις ιδιότητές τους και μερικές εφαρμογές που μπορεί να είναι πολύ χρήσιμα. Εξετάζουμε πως οι παράμετροι της σύνθεσης αντιδρούν σε δείγματα (νανοσωματίδια μαγνητίτη) με μεταβλητούς ελέγχους (όπως το pH και η θερμοκρασία) έχουν ως αποτέλεσμα διαφορετικά μεγέθη και σχήματα και πώς ανταποκρίνονται στα μέσα διασποράς και στη συγκέντρωση του πλάτους και της συχνότητας του μαγνητικού πεδίου. Πρώτα απ 'όλα μελετήσαμε ως προς τις δομικές του ιδιότητες, δηλαδή τη σύστασή τους και το μέγεθος των νανοσωματιδίων χρησιμοποιώντας περίθλαση ακτίνων Χ και TEM ενώ η μαγνητική τους συμπεριφορά μελετήθηκε με δονούμενη μαγνητομετρία δείγματος. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις μαγνητικής υπερθερμίας όπου υδατικά διαλύματα MNP τοποθετήθηκαν κάτω από εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο και καταγράφηκε η προκαλούμενη αύξηση της θερμοκρασίας. Πρώτες παράμετροι ήταν το νερό και ένα μέσο (αγαρόζη). Στη συνέχεια ως παράμετροι θεωρήθηκαν η συγκέντρωση του διαλύματος (1,2 και 4 mg/mL) και οι παράμετροι πεδίου (συχνότητα: 375, 765 kHz και πλάτος 20,30, 40, 50, 60 mT). Στη συνέχεια ποσοτικοποιήθηκε η θερμική τους απόδοση για τη μελέτη συστημάτων μέσω του υπολογισμού του ρυθμού ειδικής απώλειας ισχύος (SLP) και της θερμικής απόδοσης που συσχετίστηκε με τα μαγνητικά χαρακτηριστικά, τις παραμέτρους (συγκέντρωση διαλύματος, συχνότητα και πεδίο πλάτους) αλλά και τους αντίστοιχους θεωρητικούς υπολογισμούς και διεθνής λογοτεχνία. Τα αποτελέσματα της μελέτης μας δείχνουν ότι δείγμα με μέγεθος μεταξύ 32-37 nm, pH 11-12 έχουν καλύτερη θερμική απόδοση από τα μικρότερα ή μεγαλύτερα δείγματα. Αυτά τα δείγματα υπερβαίνουν το όριο υπερθερμίας σε λιγότερο χρόνο για όλες τις διαφορετικές συγκεντρώσεις, μαγνητικά πεδία και συχνότητες.