Innovativt nanopartiklerensningssystem anvender magnetfelter

Et team af forskere fra Penn State University har opfundet et nyt system, der bruger magnetisme til at rense hybrid nanopartikler - strukturer, der er sammensat af to eller flere slags materialer i en ekstremt lille partikel, der kun er synlig med et elektronmikroskop. Teamledere Mary Beth Williams, lektor i kemi, og Raymond Schaak, professor i kemi, forklarede, at metoden, der aldrig er prøvet, ikke kun vil hjælpe forskere med at fjerne urenheder fra sådanne partikler, det vil også hjælpe forskere med at skelne mellem hybrid nanopartikler, der ser ud til at være identiske, når de ses under et elektronmikroskop, men der har forskellig magnetisme - en stor udfordring i nyere nanopartikelforskning. Systemet holder løfte om at hjælpe med at forbedre lægemiddelleveringssystemer, narkotika-målrettet teknologi, medicinsk billeddannelsesteknologi, og elektroniske informationslagringsenheder. Papiret vil blive offentliggjort i tidsskriftet Agewandte Chemie og er tilgængelig på tidsskriftets tidlige online-websted.

Schaak forklarede, at rensning af hybrid nanopartikler udgør en enorm udfordring, især når nanopartikler er designet til menneskeligt brug - f.eks. til levering af lægemidler eller som et alternativ til kontrastfarve til patienter, der gennemgår MR-undersøgelser. "Problemet er, at selvom molekyler syntetiseres og renses ved hjælp af velkendte metoder, der ikke har været analoge metoder til rensning af nanopartikler, "Schaak sagde." Hybridpartikler er især udfordrende, fordi de metoder, der bruges til at gøre dem, ofte efterlader urenheder, der ikke let kan opdages eller fjernes. Urenheder kan ændre egenskaberne af en prøve, for eksempel, ved at gøre dem giftige, så det er en stor udfordring at finde måder at fjerne sådanne urenheder på. "

Holdet kombinerede kræfter for at finde ud af en måde at rense hybrid nanopartikler. "Vi var nødt til at finde en måde at adskille urenheder fra mål -nanopartiklerne, selv når disse partikler er ens i størrelse og form, på grund af de potentielt meget store konsekvenser af urenheder for den ultimative brug af nanopartikler, "Sagde Schaak. Teamets nye system gør netop det. Den innovative teknik bruger de magnetiske komponenter i nanopartikler til at adskille dem og adskille urenheder fra mål -nanopartikelstrukturer.

"Vores metode bruger magnetiske felter til at bremse strømmen af ​​partikler gennem små glasrør kaldet kapillærer, "Forklarede Williams." Vi bruger en magnet til at trække magnetiske partikler mod rørets væg og, når magnetfeltet reduceres, partiklerne strømmer ud af kapillæren. Magnetismen stiger, når partikelvolumen stiger, så små og gradvise ændringer i magnetfeltet lader os langsomt adskille og skelne mellem nanopartikler baseret på lige små magnetiske og strukturelle forskelle. "

Holdets papir viser, hvordan magnetiske felter kan bruges til at adskille og skelne mellem hybrid nanopartikler i en blanding af lidt forskellige strukturer og former. I et eksempel, forskerne adskilte "nano-blomster, "så opkaldt på grund af deres kronbladlignende arrangement omkring en solid kerne, fra sfærisk formede partikler. Williams forklarede, at partiklernes magnetisme afhænger af deres form, så partikler med en anden form klæber til kapillærvæggen, når forskellige magnetfelter påføres, og dermed give forskerne mulighed for at skelne mellem de forskellige partikler.

I et andet eksempel i avisen, forskerne viste, hvordan magnetfeltmetoden kan bruges med en klasse af nanopartikler kaldet "nano-oliven, "som er en sfærisk partikel bestående af to forskellige materialer, der er forbundet i en form, der minder om en oliven. Nano-oliven, som består af jern, platin, og ilt, kan se ens ud, men de kan have lidt forskellige interne sammensætninger, der er umulige at påvise under et mikroskop. "For eksempel, nogle kan have mere jernindhold, "Forklarede Schaak." Dette er en egenskab, vi kan bruge til rensning med vores metode, fordi disse nanopartikler er lidt mere magnetiske. De stikker lettere langs kapillarrørets vægge, mens flere magnetisk svage partikler flyder ud. "

Den nye rensnings- og separationsmetode har mange anvendelser, især inden for medicin og diagnostik. For eksempel, nanopartikler kunne bruges i stedet for kontrastfarve, når patienter gennemgår MR -billeddannelsesundersøgelser. Sådanne partikler kan bruges til at spore, hvor et lægemiddel færdes i menneskekroppen. "Nogle patienter er allergiske over for traditionelle kontrastfarver, så nanopartikler tilbyder et lovende alternativ, "Sagde Williams.

Williams forklarede også, at en af ​​de meget futuristiske drømme om nanopartikelforskning er, at den en dag kan bruges til at forbedre kræftbekæmpende lægemidler. "Desværre, kemoterapimedicin diskriminerer ikke:De angriber sundt væv, samt kræftvæv, "Sagde Williams." Hvis vi kunne bruge nanopartikelteknologi til at manipulere præcis, hvor stofferne går hen, hvilket væv de angriber, og som de efterlader alene vi kunne i høj grad reducere nogle af de dårlige bivirkninger af kemoterapi, såsom hårtab og kvalme. Men for at gøre dette skal vi være i stand til at adskille urenheder fra nanopartikler for at gøre dem sikre til medicinsk brug. Det er her, den nye teknologi kommer ind. "

Udover Williams og Schaak, andre medlemmer af forskerholdet inkluderer Jacob S. Beveridge, Matthew R. Buck, og James F. Bondi fra Institut for Kemi i Penn State; og Rajiv Misra og Peter Schiffer fra Institut for Fysik og Materials Research Institute i Penn State.