نانو ذرات مگنتیت

  نانوذرات مگنتیت

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. 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.

کاربرد نانوذرات مگنتیت :

- تصفیه‌ی آب و پساب از آلاینده‌ها

آلودگی آب به‌وسیله‌ی فلزات سنگین و رنگ‌ها به دلیل اثرات نامطلوب آن برروی سیستم‌های زیست‌محیطی و سلامت انسان تبدیل به یک مشکل جدی شده‌است. فلزاتی مانند سرب، کروم، جیوه و آرسنیک نمونه‌ای از فلزات سنگین هستند که حتی در غلظت‌های پایین هم برای بدن سمی هستند. آلوده شدن آب با آلاینده‌های رنگی خطر مرگ آبزیان و احتمال سرطان برای انسان را در پی دارد. بیش از صد هزار نوع رنگ وجود دارد که در صنایعی نظیر کاغذ، پلاستیک، چرم، نساجی و... مورد استفاده قرار می‌گیرند. با توجه به خطرات زیست‌محیطی و اثرات بهداشتی فلزات سنگین و رنگ‌ها فناوری‌های گوناگونی نظیر ترسیب شیمیایی، تبادل یون و جذب سطحی برای حذف فلزات سنگین و رنگ‌ها توسعه داده شده‌اند. در بین این روش‌ها ‌جذب متداول‌ترین روش برای حذف آلاینده‌هاست. در بین جاذب‌های استفاده شده، نانوذرات مغناطیسی به علت مزایایی نظیرکارایی بالا، قابلیت بازیابی سریع، مساحت سطح بالا، حمل و نقل راحت و هزینه‌ی پایین توجه زیادی را به خود جلب کرده‌است.

- تصویربرداری سلولی

تصویر‌برداری رزونانس مغناطیسی27 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 تنی28 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 پایه29 به‌گونه‌ای که از فعالیت کاتالیزور نیزکاسته 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 شده‌است. کاتالیزور طراحی شده پس از اتمام واکنش با استفاده از میدان مغناطیسی خارجی از محیط واکنش جدا و به‌وسیله‌ی مخلوطی از کلروفرم و اتانول شسته شد. نتایج نشان داد که این کاتالیزور می‌تواند هفت بار بازیابی و بدون تغییر قابل توجه در بهره‌ی واکنش‌ها مجدداً استفاده شود .

- گرمادرمانی

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. برای کاربرد‌های پزشکی لازم است که نانو‌ذرات سوپرپارامغناطیس باشند؛ یعنی با حذف میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی شدن26 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 .