Tuning af de magnetiske egenskaber af multifunktionelle jern nanotråde

Smarte nanomaterialer, der reagerer på en ekstern stimulus, er en ny type materiale, der kan ryste næsten alle områder af videnskaben fra sundhedspleje til tung industri. Et forskerhold ledet af King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudi Arabien, har tilberedt en ny måde at lave magnetfelt-responsive nanotråde, hvis egenskaber kan skræddersyes til en specifik opgave blot ved at justere, hvor længe de bages i en ovn.

De smarte nanotråde er nemme og billige at lave, sagde Jürgen Kosel fra universitetets Sensing Magnetism and Microsystems Group og som også ledede forskningen. Holdet skabte en porøs aluminiumoxidskabelon og brugte en elektrisk strøm til at trække jern ind i porerne, danner nanotråde. Ved at justere forholdene, holdet kunne danne enkelt-krystal jern nanotråde en mikrometer lange eller polykrystallinske jern nanotråde 15 mikrometer lange.

Disse polykrystallinske nanotråde har et stort potentiale som et biomedicinsk forskningsværktøj, bemærkede Kosel. Efter at have frigjort ledningerne fra skabelonen, forskerne bagte nanotrådene ved 150 °C, en temperatur, der oxiderer ydersiden af ​​nanotråden for at danne en biokompatibel jernoxidskal. Jo længere nanotrådene bages, jo tykkere skallen og jo lavere remanens, den resterende magnetisme beholder nanotrådene, efter at et eksternt magnetfelt er påført og derefter fjernet.

Lav remanens gør dem perfekte til celleadskillelse, hvor magnetiske partikler bruges til at trække visse celler fra en blanding, sagde Kosel. Hvis partiklerne bibeholdt en høj restmagnetisme, de ville klumpe sammen i stedet for at sprede sig blandt målcellerne.

"Endnu, de skal have en høj magnetisering, når der påføres et magnetfelt, " bemærkede han. "Dette er præcis, hvad disse nanotråde giver."

Enkeltkrystaljernsnanotrådene opfører sig anderledes. Hvor længe de er bagt i ovnen, de danner kun en tynd jernoxidskal, og de bevarer en stærk restmagnetisme. Denne robuste magnetiske opførsel gør dem velegnede til industrielle applikationer med høj temperatur, sagde Kosel. "I boringer, magnetiske perler bruges til at detektere effektiviteten af ​​brønde. Vores nanotråde kan overleve højere temperaturer og give en stærkere magnetisk signatur, " han tilføjede.

Holdets næste skridt vil være at skræddersy nanotrådene til behandling af kræft, at indstille dem til at varme op og selektivt dræbe tumorceller, når et magnetfelt påføres. Nanowire-baserede sensorer er en anden forskningsvej. "Evnen til at tune egenskaberne af nanotrådene er den vigtigste opdagelse af vores arbejde, " sagde Kosel. "Det giver mulighed for omkostningseffektiv fremstilling af én type nanotråd og skræddersy den til mange applikationer ved blot at sætte den i en ovn."