TEM-bild av en M. blakemorei MV-1-bakterie med flera magnetiska nanopartiklar som bildar en kedjelänkstruktur. Skalstången är 100 nanometer. Kredit:L. Marcano / HZB
Föreställ dig ett litet fordon med en nanomagnetisk struktur, som kan styras genom människokroppen via externa magnetfält. Framme vid sin destination kan fordonet släppa ut ett läkemedel eller värma upp cancerceller utan att påverka frisk vävnad. Forskare från olika discipliner arbetar med denna vision. En multidisciplinär forskargrupp vid Universidad del País Vasco, Leioa, Spanien, utforskar talangerna hos så kallade magnetotaktiska bakterier, som har den överraskande egenskapen att bilda magnetiska järnoxidnanopartiklar inuti sina celler. Dessa partiklar, med diametrar på cirka 50 nanometer (100 gånger mindre än blodkroppar), ordnar sig inom bakterien i en kedja. Det spanska teamet förföljer idén att använda sådana "magnetiska bakterier" som magnetiska hypertermimedel för att behandla cancer:De magnetiska nanostrukturerna ska styras till cancerplatsen och värmas upp av yttre fält för att bränna cancercellerna.
Nu har forskarna samarbetat med ett team av fysiker ledda av Sergio Valencia vid HZB för att utforska dessa magnetiska egenskaper i detalj. Graden av framgång för alla dessa applikationer beror på de magnetiska egenskaperna hos de individuella nanomagneterna. Men eftersom signalerna som härrör från dessa supersmå magnetiska strukturer är ganska svaga, är det nödvändigt att snitta värden över tusentals sådana strukturer för att få meningsfulla data.
Genomsnittliga värden räcker inte
Hittills har endast dessa medelvärden kunnat mätas, vilket sätter vissa begränsningar i utformningen av skräddarsydda nanomagnetapplikationer. Men detta har nu ändrats. Den spanske fysikern Lourdes Marcano har utvecklat en ny metod. "Vi kan nu få exakt information om de magnetiska egenskaperna hos flera individuella nanomagneter på ett samtidigt sätt", säger hon.
Magnetisk anisotropi för varje enskild partikel
Metoden tillåter mätning av de magnetiska egenskaperna hos individuella magnetiska nanostrukturer, även när de är inbäddade i biologiska enheter. Magnetisk avbildning vid scanningstransmissionsröntgenmikroskopet MAXYMUS vid BESSY II med hjälp av teoretiska simuleringar ger information om den så kallade magnetiska anisotropin hos varje enskild nanopartikel inom mikroskopets synfält. Metoden har bevisats genom att bestämma den magnetiska anisotropin hos magnetiska nanopartiklar inuti en bakterie. Den magnetiska anisotropin är en viktig parameter för att kontrollera och styra magnetiska nanopartiklar eftersom den beskriver hur en magnetisk nanopartikel reagerar på externa magnetfält som appliceras i en godtycklig riktning.
Framtida standardlabbteknik
"Egentligen kräver magnetisk avbildning av magnetiska nanopartiklar inuti en biologisk cell med tillräcklig rumslig upplösning användning av röntgenmikroskop. Tyvärr är detta endast möjligt vid storskaliga forskningsanläggningar, som BESSY II, som ger tillräckligt intensiv röntgenstrålning. I Men i framtiden, med utvecklingen av kompakta plasmaröntgenkällor, kan denna metod bli en standardlaboratorieteknik, säger Sergio Valencia. Forskningen publicerades i ACS Nano . + Utforska vidare
