Rosales, Alejandra Mina;Aznar, Elena;Coll, Carmen;Mendoza, Ruben A. Garcia;Bojorge, A. Lorena Urbano;Gonzalez, Nazario Felix;Martinez-Manez, Ramon;del Pozo Guerrero, Francisco;Olmedo, Jose Javier Serrano
Journal of Magnetics
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v.21
no.3
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pp.460-467
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2016
Magnetic hyperthermia mediated by superparamagnetic particles is mainly based in sinusoidal waveforms as excitation signals. Temperature changes are conventionally explained by rotation of the particles in the surrounding medium. This is a hypothesis quite questionable since habitual experimental setups only produce changes in the magnetic module, not in the field lines trajectories. Theoretical results were tested by changing the waveform of the exciting signal in order to compare non-sinusoidal signals against sinusoidal signals. Experiments were done at different frequencies: 200 KHz, 400 KHz, 600 KHz, 800 KHz and 1 MHz. Superparamagnetic Iron Oxide samples (SPION), made of magnetite ($Fe_3O_4$) and suspended in water (100 mg/ml), were used. Magnetic field strength varies from $0.1{\pm}0.015KA/m$ to $0.6{\pm}0.015KA/m$. In this study was observed that the power loss depends on the applied frequency: for 1 to 2.5 RMS current the responses for each signal are part of the higher section of the exponential function, and for 3.5 to 8 RMS current the response is clearly the decrement exponential function's tale (under $1{\times}10^3LER/gr$).
With the rapid developments in nanotechnology, an increasing number of nanomaterials have been applied in various aspects of our lives. Recently, pharmaceutical nanotechnology with numerous advantages has growingly attracted the attention of many researchers. Zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) are nanomaterials that are widely used in many fields including diagnostics, therapeutics, drug-delivery systems, electronics, cosmetics, sunscreens, coatings, ceramic products, paints, and food additives, due to their magnetic, catalytic, semiconducting, anti-cancer, anti-bacterial, anti-inflammatory, ultraviolet-protective, and binding properties. The present review focused on the recent research works concerning role of ZnO-NP on inflammation. Several studies have reported that ZnO-NP induces inflammatory reaction through the generation of reactive oxygen species by oxidative stress and production of inflammatory cytokines by activation of nuclear factor-${\kappa}B$ ($NF-{\kappa}B$). Meanwhile, other researchers reported that ZnO-NP exhibits an anti-inflammatory effect by inhibiting the up-regulation of inflammatory cytokines and the activation of $NF-{\kappa}B$, caspase-1, $I{\kappa}B$$kinase{\beta}$, receptor interacting protein2, and extracellular signal-regulated kinase. Previous studies reported that size and shape of nanoparticles, surfactants used for nanoparticles protection, medium, and experimental conditions can also affect cellular signal pathway. This review indicated that the anti-inflammatory effectiveness of ZnO-NP was determined by the nanoparticle size as well as various experimental conditions. Therefore, the author suggests that pharmaceutical therapy with the ZnO-NP is one of the possible strategies to overcome the inflammatory reactions. However, further studies should be performed to maximize the anti-inflammatory effect of ZnO-NP to apply as a potential agent in biomedical applications.
We have investigated the effects of post annealing on iron oxide nanoparticles synthesized by the novel hydrothermal synthesis method with the $FeSO_4{\cdot}7H_2O$. To investigate the post annealing effect, the as-synthesized iron oxide nanoparticles were annealed at different temperatures in a vacuum chamber. The morphological, structural and magnetic properties of the iron oxide nanoparticles were investigated with high resolution X-ray powder diffraction (XRD), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Mossbauer spectroscopy, and vibrating sample magnetometer analysis. According to the XRD and HRTEM analysis results, as-synthesized iron oxide nanoparticles were only magnetite ($Fe_3O_4$) phase with face-centered cubic structure but post annealed iron oxide nanoparticles at $700^{\circ}C$ were mainly magnetite phase with trivial maghemite ($\gamma-Fe_2O_3$) phase which was induced in the post annealing treatment. The crystallinity of the iron oxide nanoparticles is enhanced by the post annealing treatment. The particle size of the as-synthesized iron oxide nanoparticles was about 5 nm and the particle shape was almost spherical. But the particle size of the post annealed iron oxide nanoparticles at $700^{\circ}C$ was around 25 nm and the particle shape was spherical and irregular. The as-synthesized iron oxide nanoparticles showed superparamagnetic behavior, but post annealed iron oxide nanoparticles at $700^{\circ}C$ did not show superparamagnetic behavior due to the increase of particle size by post annealing treatment. The saturation of magnetization of the as-synthesized nanoparticles, post annealed nanoparticles at $500^{\circ}C$, and post annealed nanoparticles at $700^{\circ}C$ was found to be 3.7 emu/g, 6.1 emu/g, and 7.5 emu/g, respectively. The much smaller saturation magnetization value than one of bulk magnetite can be attributed to spin disorder and/or spin canting, spin pinning at the nanoparticle surface.
Objective: To explore the effect of lysine-coated oxide magnetic nanoparticles (Lys@MNPs) on viability and apoptosis of A549 lung cancer cells. Methods: Transmission electron microscopy (TEM), vibrating sample magnetometer (VSM) and Zeta potentiometric analyzer were employed to characterize Lys@MNPs. Then Lys@MNPs and lung cancer A549 cells were co-cultured to study the effect of Lys@MNPs on cell viability and apoptosis. The pathway of Lys@MNPs entering A549 cells was detected by TEM and cell imaging by 1.5 T MRI. Results: Lys@MNPs were 10.2 nm in grain diameter, characterized by small size, positive charge, and superparamagnetism. Under low-dose concentration of Lys@MNPs (< $40{\mu}g/mL$), the survival rate of A549 cells was decreased but remained higher than 95% while under high-dose concentration ($100{\mu}g/mL$), the survival ratewas still higher than 80%, which suggested Lys@MNPs had limited influence on the viability of A549 cells, with good biocompatibility and and no induction of apoptosis. Moreover, high affinity for cytomembranes, was demonstrated presenting good imaging effects. Conclusion: Lys@MNPs can be regarded as a good MRI negative contrast agents, with promising prospects in biomedicine.
Objective: The purpose of this study was to evaluate the magnetic resonance (MR) characteristics and applicability of new, uniform, extremely small iron-based nanoparticles (ESIONs) with 3-4-nm iron cores using contrast-enhanced magnetic resonance angiography (MRA). Materials and Methods: Seven types of ESIONs were used in phantom and animal experiments with 1.5T, 3T, and 4.7T scanners. The MR characteristics of the ESIONs were evaluated via phantom experiments. With the ESIONs selected by the phantom experiments, animal experiments were performed on eight rabbits. In the animal experiments, the in vivo kinetics and enhancement effect of the ESIONs were evaluated using half-diluted and non-diluted ESIONs. The between-group differences were assessed using a linear mixed model. A commercially available gadolinium-based contrast agent (GBCA) was used as a control. Results: All ESIONs showed a good T1 shortening effect and were applicable for MRA at 1.5T and 3T. The relaxivity ratio of the ESIONs increased with increasing magnetic field strength. In the animal experiments, the ESIONs showed peak signal intensity on the first-pass images and persistent vascular enhancement until 90 minutes. On the 1-week follow-up images, the ESIONs were nearly washed out from the vascular structures and organs. The peak signal intensity on the first-pass images showed no significant difference between the non-diluted ESIONs with 3-mm iron cores and GBCA (p = 1.000). On the 10-minutes post-contrast images, the non-diluted ESIONs showed a significantly higher signal intensity than did the GBCA (p < 0.001). Conclusion: In the phantom experiments, the ESIONs with 3-4-nm iron oxide cores showed a good T1 shortening effect at 1.5T and 3T. In the animal experiments, the ESIONs with 3-nm iron cores showed comparable enhancement on the first-pass images and superior enhancement effect on the delayed images compared to the commercially available GBCA at 3T.
Nanofluid is a kind of new engineering material consisting of nanoparticles dispersed in base fluid. Nanofluids could have various applications such as magnetic fluids, heat exchanger working fluids, lubricants, drug delivery and so on in present study, various nanoparticles, such as MWCNT (Multi-walled Carbon Nanotube), fullerene, copper oxide, and silicon dioxide are used to produce nanofluids. As base fluids, DI-water, ethylene glycol, oil, and silicon oil are used. To investigate the thermo-physical properties of nanofluids, thermal conductivity and kinematic viscosity are measured. Stability estimation of nanofluid is conducted with UV-vis spectrophoto-meter. In this study, the high pressure homogenizer is the most effective method to produce nanofluid with the prepared nanoparticle and base fluid. Excellently stable nanofluids are produced with the magnetron sputtering system. Thermal conductivity of nanofluid increases with increasing particle volume fraction except water-based fullerene nanofluid which has lower thermal conductivity than base fluid due to its lower thermal conductivity, 0.4 W/mK. The experimental results can't be predicted by Jang and Choi model.
Magnetic multi-granule nanoclusters (MGNCs) were investigated as an inexpensive means to effectively remove arsenic from aqueous environment, particularly groundwater sources consumed by humans. Various size MGNCs were examined to determine both their capacity and efficiency for arsenic adsorption for different initial arsenic concentrations. The MGNCs showed highly efficient arsenic adsorption characteristics, thereby meeting the allowable safety limit of $10{\mu}g/L$ (ppb), prescribed by the World Health Organization (WHO), and confirming that 0.4 g and 0.6 g of MGNCs were sufficient to remove 0.5 mg/L and 1.0 mg/L of arsenate ($AsO_4{^{3-}}$) from water, respectively. Adsorption isotherm models for the MGNCs were used to estimate the adsorption parameters. They showed similar parameters for both the Langmuir and Sips models, confirming that the adsorption process in this work was active at a region of low arsenic concentration. The actual efficiency of arsenate removal was then tested against 1 L of artificial arsenic-contaminated groundwater with an arsenic concentration of 0.6 mg/L in the presence of competing ions. In this case, only 1.0 g of 100 nm MGNCs was sufficient to reduce the arsenic concentrations to below the WHO permissible safety limit for drinking water, without adjusting the pH or temperature, which is highly advantageous for practical field applications.
Co nanoparticles were prepared by the reverse micelle technique (NaBH₄reduction of cobalt chloride in a reversed micelle solution of didodecyldimethylammoniumbromide (DDAB)/toluene). The size and the shape of Co nanoparticles could be easily controlled by changing the water contents and micelle concentrations, and the solubility of Co nanoparticles was systematically tuned by choosing appropriate surface capping organic ligand molecules. Furthermore, a novel nanofabrication process was clearly demonstrated, which generated oxide over-coated Co nanorods from Co nanoparticles in organic solution by slow oxidation with an external magnetic field.
Iron nanoparticles were made by using the modified coprecipitation technique. Usually the characteristics of synthesised particles depend upon the process parameters such as the ratio of the iron ions, the pH of the solution, the molar concentration of base used, type of reactants and temperature. A modified coprecipitation method was adopted in this study. A magnetic stirrer was used for mixing and the morphology and nature of particles were observed after synthesis. Nanoparticles were characterised through XRD. Obtained nanoparticles showed the formation of magnetite and maghemite under citric acid and oxalic acid as stabilisers respectively. The size of nanoparticle was greatly affected by the use of different types of stabilisers. Results show that citric acid greatly reduced the obtained particle size. Particle size as small as 13 nm was obtained in this study. The effects of different kinds of nucleating agents were also observed and two different types of nucleating agents were used i.e. potassium hydroxide (KOH) and copper chloride ($CuCl_2$). Results show that the use of nucleating agent in general pushes the growth phase of nanoparticles towards the end of coprecipitation reaction. The particles obtained after addition of nucleating agent were greater in size than particles obtained by not utilising any nucleating agent. These particles have found widespread use in medical sciences, energy conservation and electronic sensing technology.
We have prepared $MnFe_2O_4$ nanoparticles with polyol method. The crystallographic and magnetic properties were measured by using X-ray diffraction(XRD), vibrating sample magnetometer(VSM) and $M\"{o}ssbauer$ spectroscopy. The high resolution transmission electron microscope(HRTEM) shows uniform nanoparticle-sizes with $6{\sim}8$ nm. The crystal structure is found to be single-phase cubic spinel with space group of Fd3m. The lattice constant of $MnFe_2O_4$ nanparticles is determined to be $8.418{\pm}0.001{\AA}$. $M\"{o}ssbauer$ spectrum of $MnFe_2O_4$ nanparticles at room temperature(RT) shows a superparamagnetic behavior. In VSM analysis, the diagnosis of the superparamagnetic behavior is also shown in hysteresis loop at RT. $M\"{o}ssbauer$ spectrum at 4.2K shows that the well developed two sextets are with different hyperfine field $H_{hfA}=498$(A-site) and $H_{hfB}=521$(B-site) kOe.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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