Små magnetiska föremål, som har använts framgångsrikt i tekniska tillämpningar som datalagring, visar lovande inom det biomedicinska området. Magnetiska nanostrukturer har intressanta egenskaper som förbättrar nya tillämpningar inom medicinsk diagnos och möjliggör utforskning av nya terapeutiska tekniker.

I veckans Granskning av tillämpad fysik forskare granskar den senaste tekniken inom detta område. Ett särskilt intressant framsteg involverar en exotisk nanodisk konfiguration, känt som ett virveltillstånd, där magnetiska moment ordnar sig till en lockig geometri.

Att isolera och separera celler från ett blod- eller vävnadsprov är avgörande för en mängd olika medicinska tillämpningar, såsom genterapi eller cancerdiagnostik och behandling. Standardprocedurer innefattar filtrering och centrifugering, men celler av liknande storlek eller täthet kan inte separeras på detta sätt.

Ett tillvägagångssätt för detta problem har varit att belägga sfäriska järnoxidpärlor med antikroppar som specifikt binder cellerna av intresse. De önskade cellerna separeras sedan med applicerade magnetfält. Dock, detta kan kräva höga magnetiska fältstyrkor, så ett andra tillvägagångssätt med nanotrådar har prövats.

Ett tredje sätt involverar nanoskivor, antingen i ett virveltillstånd eller en syntetisk antiferromagnetisk konfiguration, bestående av två ferromagnetiska skikt åtskilda av ett icke-magnetiskt skikt. Ytan på de små strukturerna kan behandlas med fluorescerande prober, tillåta utredarna att observera rörelse hos partiklarna som svar på ett applicerat fält.

En annan biomedicinsk applikation som kan dra nytta av magnetiska nanostrukturer är MRI. Eftersom den grundläggande tekniken har låg känslighet, kontrastmedel behövs vanligtvis. De mest använda medlen är gadoliniumkomplex, men dessa har väckt farhågor om toxicitet. Både nanoskivor och nanotrådar belagda med biokompatibla ämnen har egenskaper som skulle göra dem till bra MRT-kontrastmedel.

Ett innovativt applikationsområde för magnetiska nanostrukturer innebär riktad cellförintelse för cancerbehandling. Nanoskivor skapade i spinvirveltillstånd eller syntetisk antiferromagnetisk konfiguration visar mycket lovande för denna användning.

Hög tumörcelldöd, upp till 90 %, observerades när relativt svaga magnetfält användes med dem. Mekanismen som leder till celldöd är en stark mekanisk kraft som uppstår när ett roterande magnetfält snurrar nanoskivorna, förstöra tumörceller från insidan.

De flesta av dessa studier har utförts i labbet, så vissa situationer, såsom retention eller utsöndring av inre organ eller transport genom kapillärer, kan fortfarande vara ett problem. Ytterligare studier krävs för att ta itu med dessa verkliga effekter.