Magnetiske nanopartikler i biologiske køretøjer individuelt karakteriseret for første gang

Forestil dig et lille køretøj med en nanomagnetisk struktur, som kan styres gennem den menneskelige krop via eksterne magnetfelter. Når køretøjet ankommer til sin destination, kan det frigive et lægemiddel eller opvarme kræftceller uden at påvirke sundt væv. Forskere fra forskellige discipliner arbejder på denne vision. En tværfaglig forskergruppe ved Universidad del País Vasco, Leioa, Spanien, udforsker talenterne hos såkaldte magnetotaktiske bakterier, som har den overraskende egenskab at danne magnetiske jernoxidnanopartikler inde i deres celler. Disse partikler, med diametre på omkring 50 nanometer (100 gange mindre end blodceller), arrangerer i bakterien en kæde. Det spanske hold forfølger ideen om at bruge sådanne "magnetiske bakterier" som magnetiske hypertermimidler til at behandle kræft:Styret til kræftstedet skal de magnetiske nanostrukturer opvarmes af eksterne felter for at brænde kræftcellerne.

Nu har forskerne samarbejdet med et hold fysikere ledet af Sergio Valencia ved HZB for at udforske disse magnetiske egenskaber i detaljer. Graden af ​​succes for alle disse applikationer afhænger af de individuelle nanomagneters magnetiske egenskaber. Men da signalerne, der stammer fra disse super bittesmå magnetiske strukturer, er ret svage, er det nødvendigt at gennemsnitsværdier over tusindvis af sådanne strukturer for at få meningsfulde data.

Gennemsnitlige værdier er ikke nok

Indtil nu kunne kun disse gennemsnitsværdier måles, hvilket sætter nogle begrænsninger i designet af tilpassede nanomagnetapplikationer. Men dette har nu ændret sig. Den spanske fysiker Lourdes Marcano har udviklet en ny metode. "Vi kan nu få præcis information om de magnetiske egenskaber af flere individuelle nanomagneter på en samtidig måde," siger hun.

Magnetisk anisotropi for hver enkelt partikel

Metoden tillader måling af de magnetiske egenskaber af individuelle magnetiske nanostrukturer, selv når de er indlejret i biologiske enheder. Magnetisk billeddannelse ved scanningstransmissionsrøntgenmikroskopet MAXYMUS ved BESSY II giver ved hjælp af teoretiske simuleringer information om den såkaldte magnetiske anisotropi af hver enkelt nanopartikel inden for mikroskopets synsfelt. Metoden er blevet bevist ved at bestemme den magnetiske anisotropi af magnetiske nanopartikler inde i en bakterie. Den magnetiske anisotropi er en vigtig parameter til styring og styring af magnetiske nanopartikler, da den beskriver, hvordan en magnetisk nanopartikel reagerer på eksterne magnetiske felter påført i en vilkårlig retning.

Fremtidig standard laboratorieteknik

"Faktisk kræver magnetisk billeddannelse af magnetiske nanopartikler inde i en biologisk celle med tilstrækkelig rumlig opløsning brug af røntgenmikroskoper. Desværre er dette kun muligt på forskningsfaciliteter i stor skala, som BESSY II, der giver tilstrækkelig intens røntgenstråling. I i fremtiden, men med udviklingen af ​​kompakte plasma røntgenkilder, kan denne metode blive en standard laboratorieteknik," siger Sergio Valencia. Forskningen blev offentliggjort i ACS Nano . + Udforsk yderligere

Visualisering af oprindelsen af ​​magnetiske kræfter ved atomopløsningselektronmikroskopi