سنتز نانوذرات اکسید آهن

مگنتیت یکی از انواع اکسید آهن است که به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود در مقایسه با سایر نانومواد، توجهات زیادی را به خود جلب کرده است؛ این ماده کاربردهای گسترده ای در حوزه های مختلف دارد. روش های فیزیکی و شیمیایی متعددی برای تهیه نانوذرات مگنتیت وجود دارد. مگنتیت در ابعاد نانو دارای خاصیت سوپر پارامغناطیسی، نسبت سطح به حجم بالا و خاصیت زیست سازگاری است.

کاربردها

به دلیل این ویژگی های ممتاز، نانوذرات مگنتیت در حوزه هایی نظیر طراحی کاتالیست برای واکنش های آلی، تصفیه ی آب و پساب از آلاینده هایی همچون فلزات سنگین و رنگ ها، تصویر‌برداری از بافت تومور، دارورسانی هدفمند و… مورد استفاده قرار گرفته اند. امروزه تحقیقات گسترده‌ای برروی کاربرد نانو‌ذرات مگنتیت در زمینه‌ی پزشکی در حال انجام است؛ زیرا نانو‌ذرات مگنتیت سمیت چندانی برای بافت‌های بدن ندارند و هم‌چنین می‌توانند در تشخیص و درمان بیماری سرطان مورد استفاده قرار گیرند. نانو‌ذرات مگنتیت که از یک هسته معدنی اکسید آهن زیست سازگار تشکیل شده‌اند، به‌وسیله‌ی سلول‌ها و با استفاده از مسیر‌های بیوشیمی نرمال قابل بازیابی هستند. به دلیل ویژگی‌های منحصر به‌فرد نانو‌ذرات مگنتیت، نظیر توانایی پاسخ گویی به میدان مغناطیسی خارجی و نیز نسبت سطح به حجم بالا توجهات بسیاری را برای امکان سنجی کاربردشان در بسیاری از حوزه‌ها نظیر دارورسانی هدفمند، تصویربرداری سلولی، طراحی کاتالیزور برای واکنش‌های آلی و تصفیه آب و پساب به خود جلب کرده‌اند. سایر کاربردهای تخصصی این نانوذرات عبارتست از:

• دارو رسانی هدفمند

سمیت پایین و زیست سازگاری بالای نانو‌ذرات مگنتیت منجر به گسترش کاربرد نانو‌ذرات مگنتیت در دارورسانی هدفمند شده است. با استفاده از میدان مغناطیسی خارجی نانو‌ذرات می‌توانند به بافت مورد نظر هدایت شده و دارو را در محل هدف آزاد کنند. انتقال هدفمند دارو منجر به کاهش اثرات جانبی دارو به بافت‌های سالم اطراف شده همچنین دوز داروی مورد نیاز را کاهش می‌دهد. برای افزایش زیست سازگاری نانو‌ذرات مگنتیت جهت استفاده در حوزه دارورسانی، نانو‌ذرات مگنتیت به‌وسیله‌ی پوشش‌های آلی یا معدنی اصلاح می‌شوند. پوشش نانوذرات مگنتیت با ترکیب مناسب می‌تواند بارگذاری، تحویل دارو و نیز آزادسازی آن را کنترل کند. علاوه‌براین پوشش‌های مناسب می‌توانند از سمیت نانوذره کاسته و منجر به افزایش زیست سازگاری آن شوند. داروهای سرطانی زیادی از طریق برهمکنش‌های مختلف برروی حامل دارویی مغناطیسی بارگزاری شده‌اند. پوشش نانو‌ذرات مگنتیت با پلیمر‌ها یک روش ایده‌آل در دارورسانی است؛ زیرا علاوه ‌بر کاهش سمیت حامل، از لخته شدن نانو‌ذرات مگنتیت نیز جلوگیری می‌کند.

• گرمادرمانی (هایپرترمیا)

یکی دیگر از کاربرد‌های نانو‌ذرات مگنتیت در حوزه‌ی پزشکی، درمان سلول‌های سرطانی با روش گرمادرمانی است. برای نابودی سلول‌های سرطانی با روش گرمادرمانی لازم است که دمای بافت مورد نظر افزایش یابد. در این روش درمانی بیمار تحت تابش امواج الکترومغناطیسی غیر یونیزه‌کننده قرار می‌گیرد و این تابش امواج سبب افزایش دما در بافت تومور می‌شود. از آنجا که سلول‌های سرطانی نسبت به سلول‌های سالم به افزایش دما حساس‌تر هستند، نابودی انتخابی سلول‌های سرطانی اتفاق می‌افتد. تابش الکترومغناطیسی که در روش گرمادرمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد، در محدوده‌ی امواج فرکانس رادیویی قرار دارد. این ناحیه از تابش کاملاً بی‌ضرر بوده و می‌تواند به اعماق بدن نفوذ کند. حساسیت بالاتر سلول‌های سرطانی به دمای بالاتر از42  درجه باعث می‌شود که فرآیند‌های آنزیمی طبیعی که سلول‌ها را زنده نگه می‌دارد، مختل و مرگ سلول‌های سرطانی رخ دهد. برای کاربرد‌های پزشکی لازم است که نانو‌ذرات سوپرپارامغناطیس باشند؛ یعنی با حذف میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی شدن آن‌ها صفر شود که در این صورت لخته شدن نانوذرات درون سیستم گردش خون اتفاق نمی‌افتد. به‌علاوه مغناطیسی شدن اشباع تاحد امکان باید زیاد باشد تا بتواند گرمای مورد نیاز برای فرایند گرمادرمانی را ایجاد کند.

• تصویربرداری سلولی

تصویر‌برداری رزونانس مغناطیسی یک روش مفید برای تصویر‌برداری از بافت‌های بدن، بدون استفاده از تابش یونیزه‌کننده و یا رادیواکتیو است. نانو‌ذرات مغناطیسی اکسید آهن می‌توانند به‌منظور تصویر‌برداری سلولی مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از نانو‌ذرات مگنتیت به عنوان عامل کنتراست درمقایسه با ذرات پارامغناطیس متداول باعث افزایش سرعت آسایش پروتون می‌شوند. از این رو مقدار کمتری از یک عامل سوپرپارامغناطیس نسبت به عامل پارامغناطیس برای افزایش وضوح تصویر مورد نیاز است. پارامتر‌هایی همچون شکل نانو‌ذره و میزان پوشش روی آن عوامل تأثیرگذار در رفتار مغناطیسی ذرات هستند. اندازه‌ی نانو برای اکسید مغناطیسی آهن منجر به افزایش نسبت سطح به حجم و به تبع آن افزایش انرژی سطحی نانوذره می‌شود. از سوی دیگر دستیابی به رفتار مناسب نانوذرات در محیط درون تنی نیازمند پوشش دهی مناسب نانو‌ذره است. بدون یک پوشش بی‌اثر نانوذرات به سرعت از سیستم گردش خون حذف می‌شوند. ترکیبات زیادی نظیر دکستران، کیتوسان ، پلی اتیلن گلیکول و دیگر پلیمر‌ها به منظور پوشش برای نانو‌ذرات مغناطیسی استفاده شده در تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

• کاتالیزور برای واکنش‌های آلی

قابلیت بازیابی و استفاده مجدد از کاتالیزور‌های همگن در نتیجه اتصال آن‌ها به یک پایه به‌گونه‌ای که از فعالیت کاتالیزور نیز کاسته نشود، امروزه تبدیل به یکی از تحقیقات مهم در زمینه طراحی کاتالیزور برای واکنش‌های شیمیایی شده‌است. اگرچه کاتالیزور حاصل از اتصال کاتالیزور هموژن به پایه پلیمری یا ترکیبات معدنی هردو مزایای کاتالیزور همگن و ناهمگن را دارد، عمدتاً در نتیجه اتصال از فعالیت کاتالیزور کاسته می‌شود. از این روتلاش‌ها برای رفع این مشکل منجر به استفاده از نانو‌ذرات مگنتیت به عنوان پایه برای کاتالیزور‌های همگن شد. نانوذرات مگنتیت به دلیل دارابودن نسبت سطح به حجم بالا و سطح تماس وسیعی که با واکنشگر‌ها خواهند داشت، سرعت واکنش را افزایش می‌دهند. همچنین درنتیجه استفاده از مگنتیت به عنوان پایه، کاتالیزور نهایی حاصل دارای خاصیت مغناطیسی خواهد بود و به راحتی تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی می‌تواند از محیط واکنش جدا شود. اتصال کاتالیزور همگن به نانو‌ذرات مگنتیت می‌تواند به‌صورت کوالانسی و یا غیرکوالانسی صورت گیرد. این کاتالیزور‌ها در طیف گسترده‌ای از واکنش‌های کاتالیزوری همچون هیدروژن‌دار کردن، اکسایش، واکنش‌های تشکیل پیوند C-C، C-S، C-N، حلقه زایی و… استفاده شده‌ است.