På bilden är en oändlighetsring bildad av magnetiska nanopartiklar som svar på magnetfältet. Mitten av oändlighetsringen representerar den ballistiska transporten där nanopartiklar ackumuleras, medan den ljusare nyansen av ringen visar den diffusiva transporten där nanopartiklar är fria och diffunderar bort. Denna mycket grundläggande process av magnetofores är central för olika biomedicinska tillämpningar och den har också skyddat jorden genom att avleda de laddade partiklarna i magnetosfären. UIC-forskare har utvecklat en prediktiv modell för att förstå och kontrollera magnetofores. Kredit:Ayankola Ayansiji och Meenesh Singh
Rörelsen av magnetiska partiklar när de passerar genom ett magnetfält kallas magnetofores. Tills nu, inte mycket var känt om de faktorer som påverkar dessa partiklar och deras rörelse. Nu, forskare från University of Illinois Chicago beskriver flera grundläggande processer som är förknippade med magnetiska partiklars rörelse genom vätskor när de dras av ett magnetfält.
Deras resultat rapporteras i tidskriften Förfaranden från National Academy of Sciences .
Att förstå mer om magnetiska partiklars rörelse när de passerar genom ett magnetfält har många tillämpningar, inklusive läkemedelstillförsel, biosensorer, molekylär avbildning, och katalys. Till exempel, magnetiska nanopartiklar laddade med läkemedel kan levereras till diskreta ställen i kroppen efter att de injicerats i blodomloppet eller cerebrospinalvätskan med hjälp av magneter. Denna process används för närvarande i vissa former av kemoterapi för behandling av cancer.
"Vi behöver veta mer om hur magnetiska partiklar rör sig så att vi bättre kan förutsäga hur snabbt de rör sig, hur många kommer att nå sina mål och när och vilka faktorer påverkar deras beteenden när de rör sig genom olika vätskor, sa Meenesh Singh, UIC biträdande professor i kemiteknik vid College of Engineering och motsvarande författare på tidningen.
Meenesh och kollegor fann att fyra huvudfaktorer påverkar magnetiska partiklars rörelse:skillnaden mellan partiklarnas magnetiska egenskaper och lösningen de rör sig genom, magnetfältets gradient, de magnetiska interaktionerna mellan partiklar eller hur mycket de håller ihop, och interaktionen av elektriska laddningar på partiklar med magnetfältet.
"Vi kan bygga på denna nya kunskap för att öka specificiteten med vilken magnetiska nanopartiklar når önskade målvävnader i det centrala nervsystemet, sa Andreas Linninger, UIC professor i bioteknik vid College of Engineering och första författare på tidningen.
Baserat på dessa fynd, forskarna skapade en matematisk formel med alla dessa faktorer inkluderade. Med hjälp av verklig data, de befolkade sin modell och kunde exakt förutsäga hastigheten och placeringen av partiklar i verkliga system.
"Genom att använda vår modell, läkare och forskare kommer att bli bättre i stånd att designa magnetiska nanopartiklar för att leverera läkemedel eller andra molekyler och göra det mycket mer exakt, " Sade Meenesh. "Denna modell kan också förutsäga rörelsen hos laddade magnetiska partiklar i olika tillämpningar, inklusive avböjningen av laddade partiklar i jordens magnetosfär."
