Sjældne jordarters orthoferrit LnFeO3 nanopartikler til bioimaging

Magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) har vist sig som et af de mest kraftfulde kliniske billeddannelsesværktøjer på grund af dens fremragende rumlige opløsning og bløddelskontrast, især ved brug af kontrastmidler. I den European Journal of Inorganic Chemistry , forskere har præsenteret en ny slags nanopartikelkontrastmiddel, der kombinerer to kontrastmiddelklasser - jernoxid og sjældne jordarters metalioner - i en kemisk forbindelse. Disse sjældne jordarters orthoferriter blev opnået i en sol-gel-proces efterfulgt af autoforbrænding.

Under en MR-scanning, patienten skubbes ind i et "rør", hvori der er et stærkt magnetfelt. Dette styrer det nukleare spin af brintatomerne i vandmolekylerne i patientens væv. Når et vekslende magnetfelt overlejres, det "skubber" nogle af spins ud af den foretrukne orientering, så de synkront "spin". Når vekselfeltet er slået fra, spins vender tilbage til deres foretrukne orientering og mister deres synkronicitet. Den tid det tager for disse to processer, omtalt som T1 og T2 afslapningstider, kan ses separat. Disse tider afhænger af omgivelserne for spinningen, giver mulighed for differentiering mellem væv med forskellige egenskaber, såsom tumorer.

Kontrasten mellem normalt og sygt væv kan forbedres dramatisk ved brug af kontrastmidler, som påvirker magnetfeltet. Paramagnetiske forbindelser af sjældne jordarters metaller såsom gadolinium (Gd) forkorter T1-afslapningstider; hvorimod superparamagnetiske jernoxidbaserede nanopartikler virker som T2-forkortende midler. Der er en stærk interesse i at udvikle nye nanopartikelbaserede kontrastmidler med forbedrede T1-T2 bimodale afslapningsegenskaber. Kerneskalpartikler og jernoxidnanopartikler med indlejrede Gd2O3-klynger er sådanne midler.

Nanopartikler lavet af jern og sjældne jordarters metalioner forbundet til enkelte kemiske forbindelser, kendt som sjældne jordarters orthoferriter, tilbyde et lovende alternativ. Alligevel er syntesen af ​​de specifikke orthoferritfaser meget udfordrende, da uønskede faser med forskellige sammensætninger kan eksistere side om side. Forskere fra universiteterne i Aveiro og Coimbra (Portugal), og CNRS, Université Bordeaux (Pessac, Frankrig) har nu udviklet en ny tilgang til fremstilling af monofasiske orthoferriter i nanostørrelse LnFeO3 (Ln =europium, terbium, og gadolinium).

Metoden er baseret på en sol-gel / auto-forbrændingsmetode:Forstadierne opløses i salpeter/citronsyre og denne "sol" opvarmes til 200 °C for at give en porøs tør "gel". Gelen behandles med en flamme, indtil den brænder fuldstændigt til et løst pulver (autoforbrænding). Derefter opvarmes og formales to gange og til sidst kalcineres ved 800 °C. Pulverne blev karakteriseret som de ønskede orthoferriter, udviser en krystalstruktur af perovskit-typen. Deres magnetiske adfærd viste sig at være resultatet af bidraget fra to magnetiske undergitter:et antiferromagnetisk jernoxidgitter med spins koblet gennem en Fe ³⁺ –O ₂ – Fe ³⁺ super udvekslingsmekanisme, og et paramagnetisk bidrag fra ikke-koblet Ln ³⁺ ioner. I vandige dispersioner, ingen væsentlig udvaskning af Ln ³⁺ ioner blev observeret. Dette minimerer deres toksicitet. Dyrkede Hela-celler internaliserede nanopartiklerne hurtigt. Ingen cytotoksicitet blev observeret.

Holdene ledet af Marie-Hélène Delville og Carlos F.G.C. Geraldes forventer, at disse egenskaber markerer deres orthoferriter som potentielt nyttige T2-vejede MRI-kontrastmidler til yderligere biomedicinske anvendelser.