Magnetiska nanopartiklar, en klass av nanopartiklar som kan manipuleras av magnetfält, har ett brett utbud av tekniska och biomedicinska tillämpningar, inklusive magnetisk hypertermi, riktad läkemedelstillförsel, nya magnetiska lagringsmedia och nanorobotar. De flesta kommersiella nanopartiklar har inte en enda magnetisk kärna utan har ett antal små magnetiska kristaller som kallas kristalliter.

Den viktiga frågan för forskare är hur dessa kristalliter beter sig inuti en nanopartikel med flera kärnor och hur de reagerar på ett applicerat magnetfält. Ett papper i Journal of Applied Physics jämför de effektiva magnetiska momenten för olika nanopartikelsystem med flera kärnor och visar att de är beroende av magnetfält.

"Det effektiva magnetiska momentet för en sådan flerkärnig nanopartikel beror på olika parametrar, såsom storleken på magnetiska kristalliter, deras packningstäthet, kärnkonfiguration och den magnetiska interaktionen mellan dem, sa Frank Ludwig, en av författarna till tidningen.

Många experimentella fynd tyder på att ensemblen av kristalliter beter sig som en enda magnetisk kärna med något effektivt magnetiskt moment. Forskning har riktats mot att bestämma hur detta effektiva magnetiska moment är relaterat till antalet och storleken av kristalliter inuti en flerkärnig nanopartikel eftersom många applikationer kräver ett stort magnetiskt moment, som, t.ex., bestämmer styrkan på den magnetiska kraft som behövs för deras manipulation.

Uppsatsens resultat är viktiga för forskare som optimerar magnetiska nanopartiklar för olika tillämpningar, inklusive magnetisk hypertermi och magnetisk läkemedelsinriktning, två nya gränser inom cancerterapi.

Vid magnetisk hypertermi, nanopartiklarna finns vid tumörcellerna. Ett magnetfält med en frekvens och amplitud som kommer att värma nanopartiklarna till en temperatur på cirka 42-44 grader Celsius appliceras, som dödar tumörcellerna.

Vid magnetisk läkemedelsinriktning, kapseln med läkemedel och magnetiska partiklar riktas till tumören av magnetfältsgradienter. När de kommer fram till tumören, läkemedlen frigörs från kapseln genom olika tekniker. Riktad läkemedelsbehandling kan resultera i dramatisk minskning av doser och biverkningar jämfört med traditionell kemoterapi.

Tekniska tillämpningar av nanopartiklar sträcker sig från nya magnetiska lagringsmedier till nanorobotar. Lagringsmedia gjorda av nanopartiklar är mycket mindre än befintliga medier och kan lagra större mängder data. Nanorobotar är maskiner som kan bygga och manipulera saker exakt på atomär nivå och kan användas i en mängd olika sammanhang, till exempel små sensorer som övervakar blodkemin.

Ludwig sa att han fortsätter att få en bättre förståelse för det effektiva magnetiska momentet hos nanopartiklar med flera kärnor och, framförallt, dess fältberoende är avgörande för både grundläggande vetenskap och tillämpningar.