Magnetically and thermally responsive nanoparticles for biomedical applications.

Abstract

The synthesis of magnetic nanoparticles which respond to alternating magnetic fields by Brownian and Neel relaxation mechanisms are of great interest in determining mechanical properties of complex fluids in the size scale of the nanoparticles and in biomedical applications. Because of their magnetic and thermal properties these particles are attractive in a wide range of applications including magnetic nanoparticle hyperthermia, which consists of destruction of cancer cells and tumors using the heat dissipated by magnetic nanoparticles in Alternating Magnetic Fields (AMFs). In this work, it is demonstrated that the aging of iron-cobalt oleate complex promoted the formation of the spinel crystal structure which influenced the nanoparticle magnetic properties, resulting in an improvement of the magnetic properties. The applications of these magnetic nanoparticles allow the fabrication of nanoscale mechanical probes, which capitalize on the rotational response of the magnetic nanoparticles in an AMF and can be used to determine the nanoscale mechanical properties of a fluid. In other applications, magnetic nanoparticles rotate or dissipate heat when acted upon by an alternating magnetic field (AMF). When coated with a thermoresponsive fluorescent polymer these can report changes in the local temperature. An important gap in this field is monitoring the local thermal effects at the magnetic nanoparticle surface under an alternating magnetic field (AMF). Theory indicates there should not been higher temperature on the surface, but studies indicate that the heat dissipation of magnetic nanoparticles with Neel relaxation, affect the local environment surroundings.

La síntesis de nanopartículas magnéticas que responden a campos magnéticos alternos por mecanismos de relajación browniano y Neel, son de gran interés en la determinación de las propiedades mecánicas de los fluidos complejos en la escala de tamaño de las nanopartículas y en aplicaciones biomédicas. Debido a sus propiedades magnéticas y térmicas estas partículas son atractivas en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo hipertermia magnética, que consiste en la destrucción de las células cancerosas y los tumores utilizando el calor disipado por nanopartículas magnéticas en presencia de campos magnéticos alternantes. En este trabajo, se demuestra que el añejamiento del complejo de oleato de hierro-cobalto promueve la formación de la estructura cristalina de espinela la cual influyó en las propiedades de las nanopartículas agnéticas, resultando en un mejoramiento de las propiedades magnéticas. Las aplicaciones de estas nanopartículas magnéticas permiten la fabricación de sondas mecánicas a nanoescala, que aprovechan la respuesta de rotación de las nanopartículas magnéticas en una campo magnético alterno. Además, puede ser utilizada para determinar las propiedades mecánicas a nanoescala de un fluido. En otras aplicaciones, las nanopartículas magnéticas giran o disipan calor cuando actúan en presencia de un campo magnético alterno. Cuando ellas están recubiertas con un polímero termosensible fluorescente pueden reportar cambios de la temperatura local. Una diferencia importante en este campo, es el monitoreo de los efectos locales termales en la superficie de nanopartículas magnéticas en presencia de un campo magnético alternante. La teoría indica que no debería haber una temperatura mayor en la superficie, pero los estudios indican que la disipación de calor de nanopartículas magnéticas con relajación Neel, afectan a los alrededores del entorno local.