Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування

Синтеза суперпарамагнетних наночастинок для медико-біологічного застосування зараз інтенсивно розвивається. Суттєвий прогрес, особливо протягом останнього десятиріччя, був досягнутий у синтезі магнетних наночастинок, що покриває широкий діяпазон їх складу, розмірів та властивостей....

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Date:	2009
Main Author:	Дудченко, Н.О.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2009
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76811
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування / Н.О. Дудченко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 4. — С. 1027-1059. — Бібліогр.: 64 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860220250810744832
author	Дудченко, Н.О.
author_facet	Дудченко, Н.О.
citation_txt	Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування / Н.О. Дудченко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 4. — С. 1027-1059. — Бібліогр.: 64 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	Синтеза суперпарамагнетних наночастинок для медико-біологічного застосування зараз інтенсивно розвивається. Суттєвий прогрес, особливо протягом останнього десятиріччя, був досягнутий у синтезі магнетних наночастинок, що покриває широкий діяпазон їх складу, розмірів та властивостей. Різні типи монодисперсних нанокристалів з визначеним розміром, складом та фізико-хемічними характеристиками частинок було синтезовано та модифіковано за допомогою широкого ряду хемічних синтетичних метод. Однак синтеза магнетних наночастинок високої якости, а саме, що призводить до утворення гомодисперсної популяції магнетних зернин контрольованого розміру, стабільних, неаґльомерованих частинок з покриттям, придатним для різних середовищ (водного, сольового, культур клітин та біологічного), досі залишається складною задачею. Тобто необхідно розробляти нові стратегії синтези для утворення наночастинок з відповідними властивостями. В цьому огляді розглянуто можливі методи синтези магнетитових наночастинок для медико-біологічного застосування (метода співосадження, гідротермічні та високотемпературні реакції, електрохемічні методи та ін.), методи стабілізації синтезованих магнетитових наночастинок, методи модифікації поверхні наночастинок, методи дослідження структури та фізико-хемічних характеристик синтезованих наночастинок, їх можливе застосування, а також перспективи розвитку в галузі нанотехнології. Synthesis of superparamagnetic nanoparticles for medical-biological applications is now intensively developed. Essential progress, especially throughout the last decade, has been achieved in the synthesis of magnetic nanoparticles that leads to the wide range of nanoparticles’ structure, sizes and properties. Different types of monodisperse nanocrystals with certain size, structure and physical and chemical characteristics of the particles were synthesized and modified by a wide range of chemical synthetic methods. However, synthesis of magnetic nanoparticles of high quality, namely, homodispersed population of magnetic grains with controlled size, which are stable, nonagglomerate, with the coating for various media (water, salt, cell cultures, and biological ones) remains till now a challenge. Therefore, it is necessary to develop new strategies of synthesis of nanoparticles with appropriate properties. In this review, the possible methods of synthesis of magnetite nanoparticles for medical and biological use (co-precipitation, hydrothermal and high-temperature reactions, electrochemical methods etc.), methods of synthesized magnetite-nanoparticles’ stabilization, methods of a nanoparticles’ surface modification, methods of investigation of the structure and physical and chemical characteristics of synthesized nanoparticles, the possible use of synthesized nanoparticles, and also development perspectives in the field of nanotechnology are considered. Синтез суперпарамагнитных наночастиц для медико-биологического использования сейчас интенсивно развивается. Существенный прогресс, особенно на протяжении последнего десятилетия, был достигнут в синтезе магнитных наночастиц, который покрывает широкий диапазон их состава, размеров и свойств. Разные типы монодисперсных нанокристаллов с определённым размером, составом и физико-химическими характеристиками частиц были синтезированы и модифицированы с помощь широкого ряда химических синтетических методов. Однако синтез магнитных наночастиц высокого качества, а именно, который приводит к образованию гомодисперсной популяции магнитных зёрен контролированного размера, стабильных, неагломерированных частиц с покрытием для разных сред (водной, солевой, культур клеток и биологической), до сих пор остаётся сложной задачей. То есть необходимо разрабатывать новые стратегии синтеза для образования наночастиц с соответствующими свойствами. В этом обзоре рассмотрены возможные методы синтеза магнетитовых наночастиц для медико-биологического использования (метод соосаждения, гидротермические и высокотемпературные реакции, электрохимические методы и др.), методы стабилизации синтезированных магнетитовых наночастиц, методы модификации поверхности наночастиц, методы исследования структуры и физико-химических характеристик синтезиранных наночастиц, их возможное использование, а также перспективы развития в области нанотехнологии.
first_indexed	2025-12-07T18:17:37Z
format	Article
fulltext	1027 PACS numbers: 75.75.Cd, 81.07.-b, 81.16.-c, 81.20.-n, 82.35.-x, 82.70.-y, 87.85.-d Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування Н. О. Дудченко Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М. П. Семененка НАН України, просп. Акад. Палладіна, 34, 03680 Київ, Україна Синтеза суперпарамагнетних наночастинок для медико-біологічного за- стосування зараз інтенсивно розвивається. Суттєвий прогрес, особливо протягом останнього десятиріччя, був досягнутий у синтезі магнетних наночастинок, що покриває широкий діяпазон їх складу, розмірів та вла- стивостей. Різні типи монодисперсних нанокристалів з визначеним роз- міром, складом та фізико-хемічними характеристиками частинок було синтезовано та модифіковано за допомогою широкого ряду хемічних син- тетичних метод. Однак синтеза магнетних наночастинок високої якости, а саме, що призводить до утворення гомодисперсної популяції магнетних зернин контрольованого розміру, стабільних, неаґльомерованих частинок з покриттям, придатним для різних середовищ (водного, сольового, куль- тур клітин та біологічного), досі залишається складною задачею. Тобто необхідно розробляти нові стратегії синтези для утворення наночастинок з відповідними властивостями. В цьому огляді розглянуто можливі мето- ди синтези магнетитових наночастинок для медико-біологічного застосу- вання (метода співосадження, гідротермічні та високотемпературні реак- ції, електрохемічні методи та ін.), методи стабілізації синтезованих маг- нетитових наночастинок, методи модифікації поверхні наночастинок, методи дослідження структури та фізико-хемічних характеристик синте- зованих наночастинок, їх можливе застосування, а також перспективи розвитку в галузі нанотехнології. Synthesis of superparamagnetic nanoparticles for medical-biological applica- tions is now intensively developed. Essential progress, especially throughout the last decade, has been achieved in the synthesis of magnetic nanoparticles that leads to the wide range of nanoparticles’ structure, sizes and properties. Different types of monodisperse nanocrystals with certain size, structure and physical and chemical characteristics of the particles were synthesized and modified by a wide range of chemical synthetic methods. However, syn- thesis of magnetic nanoparticles of high quality, namely, homodispersed Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2009, т. 7, № 4, сс. 1027—1059 © 2009 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 1028 Н. О. ДУДЧЕНКО population of magnetic grains with controlled size, which are stable, non- agglomerate, with the coating for various media (water, salt, cell cultures, and biological ones) remains till now a challenge. Therefore, it is necessary to develop new strategies of synthesis of nanoparticles with appropriate proper- ties. In this review, the possible methods of synthesis of magnetite nanopar- ticles for medical and biological use (co-precipitation, hydrothermal and high-temperature reactions, electrochemical methods etc.), methods of syn- thesized magnetite-nanoparticles’ stabilization, methods of a nanoparticles’ surface modification, methods of investigation of the structure and physical and chemical characteristics of synthesized nanoparticles, the possible use of synthesized nanoparticles, and also development perspectives in the field of nanotechnology are considered. Синтез суперпарамагнитных наночастиц для медико-биологического ис- пользования сейчас интенсивно развивается. Существенный прогресс, особенно на протяжении последнего десятилетия, был достигнут в синтезе магнитных наночастиц, который покрывает широкий диапазон их соста- ва, размеров и свойств. Разные типы монодисперсных нанокристаллов с определённым размером, составом и физико-химическими характери- стиками частиц были синтезированы и модифицированы с помощь широ- кого ряда химических синтетических методов. Однако синтез магнитных наночастиц высокого качества, а именно, который приводит к образова- нию гомодисперсной популяции магнитных зёрен контролированного размера, стабильных, неагломерированных частиц с покрытием для раз- ных сред (водной, солевой, культур клеток и биологической), до сих пор остаётся сложной задачей. То есть необходимо разрабатывать новые стра- тегии синтеза для образования наночастиц с соответствующими свойст- вами. В этом обзоре рассмотрены возможные методы синтеза магнетито- вых наночастиц для медико-биологического использования (метод сооса- ждения, гидротермические и высокотемпературные реакции, электрохи- мические методы и др.), методы стабилизации синтезированных магнети- товых наночастиц, методы модификации поверхности наночастиц, мето- ды исследования структуры и физико-химических характеристик синте- зированных наночастиц, их возможное использование, а также перспек- тивы развития в области нанотехнологии. Ключові слова: магнетитові наночастинки, синтеза, модифікація поверх- ні, методи дослідження, використання. (Отримано 10 вересня 2009 р.) 1. ВСТУП Протягом останнього десятиріччя синтеза суперпарамагнетних на- ночастинок інтенсивно розвивається не тільки в інтересах фунда- ментальної науки, а також для багатьох технологічних застосувань [1], наприклад, як магнетних носіїв даних, магнетних чорнил для принтерів, для біосенсорних та медичних застосувань. Суперпара- МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1029 магнетні наночастинки оксиду заліза з відповідною поверхнею мо- жуть бути використані для багатьох in vivo застосувань, таких як підсилення контрасту ЯМР-зображень, відновлення тканин, імуно- аналіза, детоксикація біологічних рідин, гіпертермія, направлене доставляння ліків та сепарація клітин [2]. Всі ці біомедичні засто- сування вимагають, щоб наночастинки мали достатньо високі рівні магнетованости, розмір менше за 100 нм та достатньо вузьке розпо- ділення за розміром. Ці застосування також потребують відповід- ного покриття поверхні магнетних наночастинок, яке повинно бути нетоксичним та біосумісним і селективним до цільової біоорганіч- ної сполуки. До того ж, потрібно контролювати розміри нанодиспе- рсних частинок, тому що властивості нанокристалів сильно зале- жать від їх розміру. Велику кількість варіянтів синтези магнетних наночастинок описано в літературі [3, 4]. Для синтези нанокомпозитів на основі магнетиту переважно за- стосовуються три основних методичних підходи: преципітація в умовах окиснювальної гідролізи сульфату заліза (ІІ) в кислому се- редовищі; преципітація в умовах лужної гідролізи хльоридів заліза (ІІ) та (ІІІ); осадження преципітатів з розчинів хльоридів заліза (ІІ) та (ІІІ) під час лужної гідролізи сечовини. Кожен з трьох підходів залежно від тривалости процесу, швидкости формування преципі- тату дозволяє одержувати частинки магнетиту з розмірами від де- кількох до сотень нм. Відомо також, що шляхом модифікації умов синтези магнетитового ядра та формування його оболонки можна одержати широкий спектер магнетних носіїв, що відріжняються не тільки загальними розмірами, співвідношенням ядро/оболонка, магнетною сприйнятливістю але й різною складністю рельєфу по- верхні та сорбційними властивостями. 2. СИНТЕЗА МАГНЕТНИХ НАНОЧАСТИНОК Багато хемічних метод можуть бути використані для синтези маг- нетних наночастинок для медико-біологічного призначення: синте- за в мікроемульсіях [5], золь-ґелева синтеза [6], хемічні реакції з використанням ультразвуку [7], гідротермічні реакції [8], гідроліза та термоліза прекурсорів [9], проточно-ін’єкційна синтеза [10], еле- ктрохемічна синтеза [11]. Ці методи використовуються для вигото- влення наночастинок гомогенного складу та з вузьким розподілом за розмірами. Однак, найбільш розповсюдженою методою одер- жання магнетитових наночастинок була і залишається метода хе- мічного співосадження солей заліза [12, 13, 14, 15]. Синтеза супер- парамагнетних наночастинок є комплексним процесом завдяки йо- го кольоїдній природі. Першою критичною точкою є визначення експериментальних умов синтези, що призводять до утворення мо- нодисперсних магнетних ґрануль відповідного розміру. Друга кри- 1030 Н. О. ДУДЧЕНКО тична точка – вибір відтворюваного процесу, який може бути за- стосований для промислового виробництва без складних процедур очищення, таких як ультрацентрифуґування, ґель-фільтраційна хроматографія, магнетна фільтрація. 3. КЛАСИЧНА СИНТЕЗА МЕТОДОЮ СПІВОСАДЖЕННЯ Метода співосадження є, ймовірно, найбільш простою та найбільш ефективною хемічною методою для одержання магнетних наночас- тинок. Оксиди заліза (Fe3O4, або γ-Fe2O3) зазвичай готують шляхом преципітації стехіометричних сумішей дво- та тривалентного залі- за у водному середовищі. Хемічна реакція утворення Fe3O4 може бути записана у вигляді рівнання (1): Fe+2 + Fe+3 + 8OH− → Fe3O4 + 4H2O. (1) Відповідно до термодинаміки цієї реакції, повне осадження Fe3O4 по- винно відбуватися при рН між 8 та 14, а також при стехіометрично- му співвідношенні Fe+3/Fe+2 = 2:1 у безкисневому середовищі. Магне- тит (Fe3O4) є дуже чутливим до окиснення та трансформується в маг- геміт (γ-Fe2O3) в присутності кисню (рівнання (2)): Fe3O4 + 2H+ → γ-Fe2O3 + Fe+2 + H2O. (2) В маггеміті, йони заліза розподілені в октаедричних (Oh) та тет- раедричних (Th) сайтах шпінельної структури, але маггеміт відріз- няється від магнетиту присутністю катіонних вакансій в октаедри- чному сайті (формула (1)): Fe3O4: [Fe+3]Td[Fe+3Fe+2]OhO4, γ-Fe2O3: 0,75[Fe+3]Td[Fe+3 5/3V1/3]OhO4. (3) 4. СТАДІЇ РЕАКЦІЇ Основною перевагою процесу співосадження є велика кількість на- ночастинок, які можна одночасно синтезувати. Однак, контроль за розподілом розмірів частинок обмежений, тому що ріст кристалів контролюють тільки кінетичні фактори. Процес співосадження складається з двох стадій: швидкий спалах ядроутворення відбува- ється, коли концентрації реаґентів досягають точки критичного пе- ренасичення, а потім, відбувається повільний ріст ядер завдяки ди- фузії реаґентів до поверхні кристалів. Для синтези монодисперсних наночастинок оксиду заліза ці дві стадії повинні бути відокремлени- ми, а саме, треба уникати ядроутворення в період росту кристалів. МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1031 5. ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ПЕРЕБІГ РЕАКЦІЇ В перенасиченому розчині, коли ядра утворюються в один і той са- мий час, подальший ріст цих ядер призводить до утворення части- нок з дуже вузьким розподілом за розміром. Тобто контроль за кі- лькістю частинок повинен виконуватися впродовж дуже короткого періоду ядроутворення, тому що кінцева кількість частинок визна- чається по закінченні ядроутворення та не змінюється впродовж росту частинок. Багато факторів можна змінювати впродовж синте- зи оксиду заліза для контролю за розмірами, магнетними характе- ристиками, або властивостями поверхні. Багато досліджень було пов’язано з вивченням впливу цих факторів [16, 17, 18, 19]. Напри- клад, форму та розмір наночастинок можна реґулювати за допомо- гою зміни рН, йонної сили, температури, типу солей заліза (перх- льорати, хльориди, сульфати та нітрати), а також співвідношенням концентрацій Fe+2/Fe+3. До того ж, додавання хелатуючих органіч- них аніонів (глюконова, олеїнова або цитринова кислоти) або полі- мерних комплексуючих аґентів (декстран, гідроксиетилкрохмаль та ін.) впродовж утворення магнетиту допомагає контролювати розмір наночастинок. В залежності від молярного співвідношення між органічними йонами та йонами солей, хелатування цих органі- чних йонів на поверхні оксидів заліза може або запобігати ядроут- воренню (це призводить до утворення великих частинок), або стри- мувати ріст кристалічного ядра (що призводить до утворення малих частинок). Вперше контрольована синтеза суперпарамагнетних частинок оксиду заліза, використовуючи лужне осадження хльоридів заліза (ІІ) і (ІІІ), була виконана Масаром [20]. В ориґінальній синтезі час- тинки магнетиту були сферичними з діяметром 8 нм (визначений методою Рентґенової дифракції). Інші дослідження показали, що зміна рН та йонної сили вихідних розчинів може призводити до утворення частинок розміром від 2 до 15 нм [21]. Треба зауважити, що розроблений Масаром процес швидкої синтези гомогенних на- ночастинок γ-Fe2O3 дозволяє модифікувати поверхню цих частинок різноманітними мономерними речовинами, а саме, амінокислота- ми, цитроновою, тартаровою та глюконовою кислотами, дімеркап- тосукциніловою кислотою (ДМСА) та ін. Ще один процес, за допомогою якого можна контролювати роз- мір наночастинок – процес, в якому розчин електроліту або оса- джувача додають до стабільного кольоїдного розчину наночастинок з метою порушення його стабільности, що спонукає великі частин- ки осаджуватися, а маленькі та майже монодисперсні частинки – залишатися в супернатанті. Цей процес сортування за розміром був використаний на наночастинках Масара за допомогою азотної кис- лоти в якості електроліту, що дозволило фракціонувати частинки 1032 Н. О. ДУДЧЕНКО за розміром з дуже добрим виходом [22]. Жоліве із співробітниками [23] дослідив вплив співвідношення Fe+2/Fe+3 на склад, розмір, морфологію та магнетні властивості співо- саджених нанорозмірних частинок. Було виявлено, що маленькі значення співвідношення x = Fe+2/Fe+3 призводять до утворення ге- титу. Так, при x = 0,3 співіснують дві окремі фази: перша, яка схожа на оксогідроокис з розмірами частинок біля 4 нм та з низьким вміс- том Fe+2, і друга, яка є нестехіометричним магнетитом з великим розміром частинок. При x = 0,35 існує тільки остання фаза, а x = 0,5 відповідає стехіометрії магнетиту. При співвідношенні x = 0,5 утво- рюються частинки, що є гомогенними за складом та розміром. Бейбс та інші дослідники [23, 24, 25], що також вивчали вплив різних параметрів на утворення магнетитових наночастинок, вка- зують на те, що найважливішим у цьому процесі є молярне співвід- ношення Fe+2/Fe+3, а саме, середній розмір наночастинок підвищу- ється з підвищенням співвідношення Fe+2/Fe+3, в той час як вихід препарату зменшується. Другим найважливішим фактором, що впливає на синтезу, є кон- центрація заліза. Було показано, що оптимальні концентрації залі- за знаходяться в інтервалі від 39 до 78 мМ. Як вже було згадано раніше, середній розмір магнетитових нано- частинок сильно залежить від рН та йонної сили середовища [26]. Чим вищий рН та йонна сила середовища, де протікає реакція оса- дження, тим менший розмір синтезованих наночастинок та більш вузький розподіл за розмірами. Це відбувається завдяки тому, що ці параметри визначають хемічний склад поверхні кристалу та, відповідно, електростатичний заряд поверхні частинок. Так, було показано [27], що при синтезі магнетиту в присутності водного роз- чину 1 М NaCl утворюються наночастинки на 1,5 нм менші за роз- міром, ніж у відсутності NaCl. До того ж, ці менші наночастинки (що утворилися при більшій йонній силі розчину) мають менші значення магнетної насичености (63 A⋅м2/кг), ніж ті, що були утво- рені у відсутності NaCl (71 A⋅м2/кг). Вважають, що зменшення зна- чень магнетованости відбувається завдяки зменшенню розмірів ча- стинок, що були одержані в середовищі з високою йонною силою. Інші фактори, що впливають на розмір наночастинок: 1) збіль- шення швидкости перемішування розчинів призводить до зменшен- ня розмірів частинок; 2) порядок змішування розчинів, а саме, зме- ншення розмірів та полідисперсности синтезованих наночастинок спостерігали у випадку додавання основи до суміші солей заліза, а не навпаки [20]; 3) підвищення температури для оптимального росту кристалів [28]. Показано, що кількість утворених магнетитових час- тинок зменшується з підвищенням температури [29]. Ці досліджен- ня підтверджують теорію про ядроутворення та ріст частинок. Ще один фактор, що впливає на склад та розміри синтезованих МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1033 наночастинок шляхом співосадження – присутність/відсутність кисню в реакційній суміші. Показано, що продування газоподібно- го азоту через розчини не тільки захищає кристали магнетиту від окиснення, але й зменшує розмір частинок в порівнянні з метода- ми, в яких не видаляли кисень з реакційної суміші [30, 31]. 6. РЕАКЦІЇ В ОБМЕЖУЮЧИХ СЕРЕДОВИЩАХ Через те, що наночастинки, одержані методою співосадження ма- ють досить широкий розподіл за розмірами, зараз почався розвиток метод синтези наночастинок з більш однорідними розмірами. Було здійснено декілька спроб синтезувати нанорозмірні оксиди заліза визначеного розміру за допомогою синтетичних та біологічних на- нореакторів. Використовували наступні обмежуючі середовища для синтези магнетних оксидів заліза: амфотерні сурфактанти, що утворюють міцелярні структури в неполярних розчинниках [32, 33, 34, 35], білкові порожнини апоферитину [36, 37, 38, 39], дендриме- ри [40], циклодекстріни [41, 42], а також фосфоліпідні мембрани, що утворюють пухирці з наночастинками оксиду заліза [43, 44]. Було також створено магнетні наночастинки шляхом біомінералі- зації, а саме, бактеріальні магнетні магнетосоми одержували з клі- тин магнетних бактерій Magnetospirillum grysphiswaldense після інкубації бактерій в середовищі, що містило 50 мкМ цитрату заліза, з подальшим руйнуванням клітин бактерій [45]. Таким чином було створено наночастинки з діяметром 42±9 нм. 7. ГІДРОТЕРМІЧНІ ТА ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНІ РЕАКЦІЇ Гідротермічну синтезу наночастинок магнетиту виконують у вод- них середовищах у реакторах або автоклявах, де тиск може бути вищим за 1⋅107 Па, а температура може бути вища за 200°С. Існує два основних шляхи утворення феритів у гідротермічних умовах: гідроліза з подальшим окисненням або нейтралізація суміші гідроксидів металів. В цих процесах, умови реакції, такі як розчин- ник, температура та час реакції, зазвичай мають величезний вплив на продукти реакції [46]. Взагалі, було показано, що розмір частинок магнетиту зростає з подовшанням часу реакції, а підвищений вміст води призводить до осадження більш великих за розміром частинок заліза. В гідротермічних процесах, розмір частинок при кристаліза- ції контролюється, переважно, швидкостями ядроутворення та рос- ту частинок, які конкурують між собою. Ці швидкості залежать від температури реакції при інших рівних умовах. Так, ядроутворення при високих температурах відбувається швидше, ніж ріст кристалів, що призводить до зменшення розмірів частинок. З іншого боку, по- 1034 Н. О. ДУДЧЕНКО довшання часу реакції буде сприяти росту частинок. Наночастинки з високим ступенем монодисперсности та з конт- рольованим розміром ядер можуть бути одержані шляхом високо- температурного розкладу органічних прекурсорів, таких як Fe(CO)5 (пентакарбоніл заліза), Fe(acac)3 (ацетилацетонат заліза) з викорис- танням органічних розчинників. 8. ЗОЛЬ—ҐЕЛЬ-СИНТЕЗА Золь—ґель-процес – більш складний шлях для синтези нанострук- турованих оксидів металів [47, 48, 49]. Цей процес базується на гід- роксилуванні та конденсації молекулярних прекурсорів у розчи- нах, що породжує «золь» наномерних частинок. Подальша конден- сація та неорганічна полімеризація призводить до утворення три- вимірної сітки оксиду металу, яку називають «вологим ґелем». Оскільки ця реакція перебігає за кімнатної температури, то для до- сягнення остаточного кристалічного стану необхідно подальше те- плове оброблення [50]. В експериментальних дослідженнях пока- зано, що властивості ґелю сильно залежать від структури, яка була створена на стадії «золь». Основними параметрами, що впливають на кінетику, реакцію росту, гідролізу, реакції конденсації, та, від- повідно, на структуру та властивості ґелю є розчинник, температу- ра, природа та концентрації солі-прекурсора, а також рН та пере- мішування [51, 52]. 9. ПОЛІОЛОВА МЕТОДА Поліолова метода (метода з використанням високомолекулярних спиртів) [53], яка також може бути віднесена до типу золь-ґелевих метод є універсальним хемічним підходом для синтези нано- та мік- рочастинок з добре визначеною формою та контрольованим розміром частинок [54, 55, 56, 57]. Розчинники типу поліолів (наприклад, по- ліетиленгліколь) мають досить цікаві властивості: завдяки їх висо- кій діелектричній константі, вони відіграють роль розчинників, які здатні розчиняти неорганічні речовини, а завдяки їх відносно висо- ким точкам кипіння, вони можуть забезпечити досить широкий дія- пазон температур реакцій (від 25°С до точки кипіння) для синтези неорганічних наночастинок. Поліоли слугують відновлюючими аґе- нтами, а також стабілізаторами для контролю за ростом частинок та запобігають аґреґації частинок. В процесі синтези наночастинок поліоловою методою, речовина- прекурсор суспендується в рідкому поліолі. Одержану суспензію пе- ремішують та нагрівають до точки кипіння поліолу. Впродовж цієї реакції металевий прекурсор стає розчинним у поліолі, утворює ін- МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1035 термедіати, а потім відновлюється з утворенням металевого ядра, яке слугує центром кристалізації. У такий спосіб можуть бути син- тезовані частинки субмікрометрового розміру шляхом підвищення температури реакції або за допомогою введення сторонніх ядер [53]. Більш того, гетерогенне ядроутворення дозволяє, деякою мірою, ко- нтролювати розмір частинок у субмікрометровому діяпазоні. В порівнянні з водними методами, цей підхід має декілька пере- ваг. По-перше, поверхня частинок синтезованого магнетиту вкри- вається гідрофільними поліольними ліґандами вже в реакційній суміші, і, тому, наночастинки можуть бути легко дисперґовані в водних розчинах або в інших полярних розчинниках. По-друге, ві- дносно висока температура реакції такої системи сприяє утворенню наночастинок з більш високою кристалічністю, а, тому, з більш ви- сокою магнетованістю, зрештою, розподіл за розмірами таких на- ночастинок більш вузький, ніж у тих, які можна одержати тради- ційними методами. 10. ПРОТОЧНО-ІН’ЄКЦІЙНА СИНТЕЗА Обмеження реакційної зони різноманітними «матрицями», такими як емульсії та ін. було запропоновано для одержання частинок з ву- зьким розподілом за розміром та, в деяких випадках, для досягнен- ня визначеної морфології частинок. Однак, специфічний дизайн реактора може слугувати альтернативою обмеженню реакційної зони так званими «матрицями». Наприклад, Альварес із співробіт- никами [10] розробили нову методу синтези магнетитових наночас- тинок, яка базується на технології проточно-ін’єкційної синтези. Технологія полягає у безперервному або частковому змішуванні ре- аґентів у режимі лямінарного плину в капілярному реакторі. Така технологія проточно-ін’єкційної синтези має деякі переваги, а са- ме, висока відтворюваність завдяки проточному режиму та ляміна- рним умовам, висока гомогенність та можливість точного зовніш- нього контролю за процесом. 11. ЕЛЕКТРОХЕМІЧНІ МЕТОДИ На основі електрохемічної методи, розробленої Рейтсом, було виго- товлено [58] частинки маггеміта розміром 3—8 нм з вузьким розпо- ділом за розмірами в органічному середовищі. Згідно цієї методи, залізна анода вивільняє йони заліза в розчин, де вони відновлюють- ся в присутності стабілізаторів за допомогою електронів, які виді- ляє катода. Після цього, ці стабілізовані часточки металу окисню- ються киснем, що створюється завдяки електрохемічному розкладу води. Розмір частинок в цьому випадку контролювали реґулюючи 1036 Н. О. ДУДЧЕНКО густину електричного току. Одержані наночастинки стабілізували з утворенням кольоїдної суспензії за допомогою катіонних сурфак- тантів. Електрохемічне осадження в окиснювальних умовах було також використано в роботі інших авторів для виготовлення нано- частинок маггеміту та магнетиту [59]. 12. МЕТОДА АЕРОСОЛЯ/ВИПАРОВУВАННЯ Аеросольні технології, такі як струменева або лазерна піроліза, є привабливими завдяки тому, що ці технології є безперервними хе- мічними процесами, які дозволяють ефективно одержувати частин- ки. У струменевій піролізі, розчини солей заліза та відновлюючого аґента в органічному розчиннику вприскуються у послідовність ре- акторів, в яких аеросольний розчин конденсується, а розчинник ви- паровується. Одержаний сухий залишок складається з частинок, розмір яких залежить від початкового розміру первісних крапель. Такою методою з використанням різних прекурсорів заліза в спир- товому середовищі було одержано частинки маггеміту з розмірами від 5 до 60 нм, які мали різну форму [60]. Лазерна піроліза може бути використана для зменшення об’єму реакції. Лазер нагріває газоподібну суміш прекурсорів заліза, і про- точна суміш цього газу утворює маленькі, неаґреґовані наночастин- ки, що мають вузький розподіл за розміром. У такий спосіб можна одержувати наночастинки маггеміту розмірами від 2 до 7 нм. 13. ХЕМІЧНІ РЕАКЦІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ УЛЬТРАЗВУКУ (СОНОЛІЗА) Оксиди заліза можуть бути одержані шляхом розкладу (термоліза або соноліза) органометалічних прекурсорів (полімери, органічні аґенти). При швидкому руйнуванні створених за допомогою ульт- развуку пухирців, утворюються області з дуже високою температу- рою, які дозволяють перетворити органометалічні прекурсори у ма- гнетні наночастинки. Соноліза водного розчину пентакарбонілу за- ліза в присутності додецилсульфату призводить до утворення стабі- льних аморфних наночастинок магнетиту [61]. До того ж, суперпа- рамагнетні наночастинки оксиду заліза з високою магнетованістю та кристалічністю було синтезовано за допомогою сонохемічної ме- тоди [7]. 14. СТАБІЛІЗАЦІЯ МАГНЕТНИХ НАНОЧАСТИНОК Стабілізація частинок оксиду заліза є дуже важливою для одер- жання кольоїдних феромагнетних рідин, які є стабільними до аґре- МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1037 ґації як в біологічних середовищах, так і в магнетних полях. Стабі- льність магнетних кольоїдних суспензій досягається шляхом дося- гнення рівноваги між силами притягання та відштовхування. Тео- ретично, чотири типи сил можуть робити внесок у потенціял між частинками в цій системі. Ван дер Ваальсови сили спричиняють си- льне короткодіюче ізотропне притягання. Електростатичні відшто- вхуючі сили можуть бути частково екрановані додаванням солей в суспензію. Теоретичний опис цих двох сил відомий як теорія Деря- гіна—Ландау—Вервея—Овербіка (ДЛВО) [62]. У випадку магнетних суспензій до цих сил ще додаються магнетні диполярні взаємодії між двома частинками, і сили стеричного відштовхування [63]. Стабілізація магнетних частинок досягається за допомогою одні- єї або обох сил відштовхування: електростатичного та стеричного відштовхування. Контроль інтенсивности цих сил є ключовим па- раметром для одержання частинок високої стабільности. Силу сте- ричного відштовхування важко спрогнозувати та виміряти. Для полімерів вона достатньо добре описана теоретично. Вона залежить, зокрема, від молекулярної маси полімеру та його густини [64]. Сила електростатичного відштовхування може бути одержана з інфор- мації про електрохемічні потенціяли, які будуть дуже близькі до зета-потенціялів [65, 66], а також радіюса Дебая—Гюккеля, що, зде- більшого, залежить від йонної сили та рН розчинів. В оксидах заліза, поверхневі атоми заліза координуються з моле- кулями, які можуть бути донорами пари спарених електронів. То- му, в водних розчинах, атоми заліза координуються з водою, яка швидко дисоціює та функціоналізує поверхню оксиду заліза гідро- ксильними групами. Ці гідроксильні групи є амфотерними, тобто можуть реаґувати і як кислоти, і як основи. Залежно від рН розчи- ну, поверхня магнетиту може бути заряджена позитивно або неґа- тивно (ізоелектрична точка при рН = 6,8) [67]. В цій точці (точка нульового заряду), густина заряду поверхні дуже мала, а частинки вже нестабільні в воді та випадають в осад. Тобто використовуючи і електростатичну, і стеричну стабіліза- цію, можна одержати стабільні наночастинки оксиду заліза. 15. МОНОМЕРНІ ТА НЕОРГАНІЧНІ СТАБІЛІЗАТОРИ Відомо, що функціональні групи, включаючи карбоксилати, фос- фати та сульфати можуть зв’язуватися з поверхнею магнетиту. До того ж, наночастинки оксиду заліза можуть бути вкриті силікою, золотом та ґадолінієм (ІІІ). Таке покриття не тільки забезпечує ста- більність наночастинок у розчинах, але й допомагає приєднувати різноманітні біологічні ліґанди до поверхні наночастинок. Такі ча- стинки мають внутрішнє ядро з оксиду заліза та зовнішню оболон- ку з металів або неорганічних матеріялів. 1038 Н. О. ДУДЧЕНКО Карбоксилати. Поверхня наночастинок магнетиту може бути ста- білізована у водному середовищі шляхом адсорбції цитринової кис- лоти [68]. Ця кислота може адсорбуватися на поверхні магнетова- них наночастинок шляхом координування однієї або двох функціо- нальних груп в залежності від стеричної необхідности та кривини поверхні. Таким чином, хоча б одна карбоксильна кисла група за- лишається в розчиннику, що робить поверхню неґативно зарядже- ною та гідрофільною. Було показано [69] впродовж синтези оксидів заліза в присутності цитринової кислоти, що підвищена концент- рація цитринової кислоти призводить до значного зменшення кри- сталічности утворюваного оксиду заліза. Фосфати. Деякі дослідники вивчали можливість використання ал- кансульфонової та алканфосфонової кислих сурфактантів як ефек- тивних ліґандів на поверхні наночастинок маггеміту та як стабілі- заторів для наночастинок, дисперґованих в органічних розчинни- ках [70, 71]. Було запропоновано дві ймовірні схеми зв’язування фосфонатних йонів з Fe+3, а саме: один або два атоми кисню фосфо- натної групи зв’язуються з поверхнею. Було також показано [72], що алкілфосфонати та фосфонати (олеінова кислота, лауринова ки- слота, додецилфосфонова кислота, гексадецилфосфонова кислота) можуть бути використані для одержання термодинамічно стабіль- них суспензій магнетних феритових наночастинок. Треба зауважи- ти, що прийнятна біосумісність фосфонатних та фосфатних ліґандів може бути використана при створенні магнетних наночастинок для медичних використань. Силіка. Силіка широко використовується для покриття магнетних наночастинок [73, 74, 75, 76]. Інертне покриття з силіки на поверхні наночастинок магнетиту запобігає їх аґреґації в рідинах, підвищує їх хемічну стабільність та забезпечує кращий захист від токсичности [77]. Це покриття стабілізує наночастинки магнетиту двома різними шляхами [78]. Перший – екранування магнетних дипольних взає- модій за допомогою оболонки з силіки. З іншого боку, наночастинки силіки неґативно заряджені, тому покриття силікою підсилює куло- нівське відштовхування магнетних наночастинок. Три різних підходи були використані для створення силіка-магнет- них наночастинок. Перша метода – добре відомий процес Штьобера, в якому такі наночастинки формуються в реакційній суміші шляхом гідролізи та конденсації золь-ґелевих прекурсорів, наприклад, тетра- етоксисилану (ТЕОС) [79, 80]. Дослідження Іма та співробітників [80] показали, що кінцевий розмір силіка-магнетитових кольоїдів зале- жить від концентрації наночастинок оксиду заліза та типу розчинни- ка. Більші частинки були одержані при нижчій концентрації оксидів заліза та в спиртах з високою молекулярною масою. Друга метода ґрунтується на осадженні силіки з розчинів кремнійової кислоти [81]. В багатьох дослідженнях було показано, що ця метода є набагато МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1039 більш ефективною, ніж метода з використанням ТЕОС [82]. Ця метода дуже легка у виконанні та розмір частинок можна контролювати від десятків до декількох сотень нанометрів шляхом зміни співвідношен- ня SiO2/Fe3O4 або повторюючи процедуру покриття. Третя метода – емульсійна метода, в якій міцели або зворотні міцели використовують для обмежування та контролювання за покриттям силікою. Усклад- нення цієї методи полягає в тому, що необхідно багато зусиль для ві- докремлення наночастинок від великої кількости сурфактантів, асо- ційованих з системою емульсій [83]. Магнетитові наночастинки, що синтезовані методою співосаджен- ня солей заліза (ІІ) та (ІІІ) за допомогою аміяку, можуть бути стабілі- зовані за допомогою силіки з утворенням високодисперсних силіка- магнетитових наносфер. Перевагою покриття силікою є встановлена хемія поверхні при модифікації поверхні силікою. Гідроксильні по- верхневі групи можуть бути хемічно модифіковані з утворенням різ- них активних груп для біокон’юґації, таких як аміногрупи або кар- боксильні групи. Наприклад, в експериментальних роботах [82, 84] аміносилан був ковалентно зв’язаний з поверхнею силіка-магнетних наночастинок та активований глутаровим альдегідом для подальшої іммобілізації альбуміну сироватки бика. А в роботі [85] також вка- зують, що введення аміногруп на поверхню вкритих силікою магне- тованих наночастинок може відбуватися шляхом конденсації (амі- нопропіл)триетоксисилана (АПТС) та підкреслюють, що такі моди- фіковані наночастинки успішно використовували в експериментах для селективної сорбції нуклеїнових кислот. Тобто дуже важливою однією з переваг збагачення поверхні силі- кою є присутність силанольних груп, які можуть легко реаґувати з різноманітними зв’язуючими аґентами для ковалентного приєдну- вання специфічних ліґандів до цих магнетних наночастинок [86—88]. 16. ПОЛІМЕРНІ СТАБІЛІЗАТОРИ Декілька підходів було розроблено для покриття наночастинок ок- сидів заліза полімерами, а саме: покриття в реакційній суміші та пост-синтетичне покриття. В першому підході, наночастинки по- криваються впродовж синтези. Метода пост-синтетичного покриття полягає у прикріпленні полімерів на поверхню уже синтезованих наночастинок [89]. Найбільш розповсюдженими полімерними ста- білізаторами для магнетних наночастинок є декстран, карбоксиме- тилдекстран, карбоксидекстран, крохмаль, глікозаміноглікан, по- ліетиленгліколь, полівініловий спирт, альгінати, та ін [90, 91]. Декстран. Декстран – полісахаридний полімер, який складається виключно з одиниць α-D-глюкопіранозилу із змінним ступенем зшивки та довжини ланцюга. Декстран часто використовують як полімерне покриття завдяки його біосумісності [92, 93]. Важливим 1040 Н. О. ДУДЧЕНКО фактором для вибору декстрану виявляється сприятливий розмір декстранових ланцюжків, які забезпечують оптимальні полярні взаємодії (переважно завдяки хелатуванню та водневим зв’язкам) з поверхнями оксидів заліза. Хоча одиничні водневі зв’язки є відно- сно слабкими, загальна енергія зв’язування водневих зв’язків для полісахаридної молекулі може бути дуже високою завдяки великій кількості гідроксильних груп на молекулю. Однак, молекулі дек- страну можуть бути десорбовані з поверхні оксидів заліза шляхом нагрівання до 120°С або розведення [94]. Зазвичай, для запобігання десорбції декстрану, використовують епіхльоргідрин, який має пе- рехресно зшивальні властивості. Поліетиленгліколь. Поліетиленгліколь – гідрофільний, водороз- чинний, біосумісний полімер. Деякі дослідники [90, 95, 96, 97, 98] використовують поліетиленгліколь для збільшення біосумісности оксидів заліза, а також для збільшення часу циркуляції в крові [99]. Полівініловий спирт. Полівініловий спирт – гідрофобний, біосу- місний полімер. Полівініловий спирт на поверхні наночастинок за- побігає їх аґльомерації та сприяє росту монодисперсних частинок [100, 101, 102]. Полівініловий спирт є унікальним синтетичним по- лімером, який може трансформуватися в полімерний ґель, що є ма- кромолекулярною мережею з унікальними властивостями. Альгінати. Альгінати – електролітичні полісахариди з великою кількістю карбоксильних груп. Дослідники вважають, що ці СОО - групи альгінату і йони заліза будуть взаємодіяти, а, завдяки цьому, електростатичне відштовхування може зробити цю систему стабіль- ною [103, 104]. Стандартна хемічна синтеза вкритих альгінатом на- ночастинок складається з трьох пунктів: 1) ґелеутворення альгінату і йонів заліза (ІІ), 2) осадження гідроксиду заліза (ІІ) в реакційній суміші шляхом лужного оброблення альгінату, 3) окиснення гідро- ксиду заліза (ІІ) окиснювальним аґентом, наприклад, О2 або Н2О2. Хітозан. Хітозан – лужний, нетоксичний, гідрофобний, біосуміс- ний та біодеґрадуючий полімер. Сьогодні, приготування магнетних наночастинок, вкритих хітозаном викликає великий інтерес [105, 106, 107, 108]. Наприклад, мікросфери, що складаються з суперпа- рамагнетних наночастинок оксиду заліза та хітозану, були викорис- тані як новітній матеріял для ЯМР-детектування. Такі наночастин- ки показали сильне підсилення контрасту в ЯМР-томографії. 17. ІНШІ СТРАТЕГІЇ СТАБІЛІЗАЦІЇ НАНОЧАСТИНОК Іншою методою синтези полімерних магнетних наночастинок є вико- ристання синтетичного полімеру як матриці для контролю за утво- ренням магнетитових ядер [109]. Останні досягнення в синтезі магне- тних наночастинок в присутності полімеру базуються на використан- ні полімерних ґелів. Переваги використання полімерних ґелів чис- МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1041 ленні, але найбільш важливою є те, що ядроутворення та ріст оксидів заліза можуть бути проконтрольовані за допомогою стримуючої архі- тектури полімерного ґелю [110]. Тобто ґель слугує нанореактором, де наночастинки оксиду заліза формуються в реакційній суміші. 18. МЕТОДИ ВЕКТОРИЗАЦІЇ НАНОЧАСТИНОК Багато біовекторів використовують для молекулярного відтворен- ня, а саме: антитіла або їх фраґменти, олігосахариди, білки, пепти- ди, та ін. Різноманітні процеси використовують для з’єднання цих біовекторів (фармакофорів) з різними типами наночастинок оксиду заліза (контрастофорами). Першим кроком у векторизації наночастинок була електростати- чна хемосорбція антитіл або білків на поверхні оксидів заліза. Од- нак, таке нековалентне зв’язування не є достатньо прийнятним, тому що в такій системі важко контролювати відтворюваність про- цесу, стабільність наночастинок в біологічному середовищі, по- криття та кількість зв’язаного фармакофору [111]. Тому, було роз- роблено декілька стратегій ковалентної кон’юґації з використан- ням аміно-, карбоксил-, альдегідних та тіолових груп на поверхні наночастинок оксидів заліза [112, 113, 114]. Процес, що зазвичай використовують, базується на стратегії оки- снювальної кон’юґації, що створює альдегідні групи на карбогідра- тній поверхні, такий як, наприклад, у декстрана. Цей окиснюваль- ний процес з використанням перйодатного окиснення з подальшим відновленням основ Шиффа, був використаний для ковалентного зв’язування різних видів пептидів, білків, моноклональних антитіл [115] або полімерів [116] на поверхні вкритих декстраном частинок оксидів заліза. Було також розроблено багатоцільову неокиснювальну техноло- гію, що дозволяю вводити в процес різноманітні хемічні лінкери. Вперше, декстранові наночастинки були перехресно зшиті за допо- могою епіхлоргідрина та аміяку [117]. Потім, пептиди або білки бу- ли приєднані до аміногруп перехресно зшитого декстрану. Нещо- давно Сан та співробітники [118] розробили азид-алкільну реакцію для векторизації наночастинок оксидів заліза за допомогою мале- ньких молекуль. Інші дослідники використовували декстранові наночастинки, що були перехресно зшиті за допомогою епіхльоргі- дрину [119] з прямим заміщенням термінальних аміногруп фарма- кофором. Але застосування цього процесу в промисловому вироб- ництві стикається з великою проблемою завдяки тому, що зшиваю- чий аґент, епіхльоргідрин, є канцерогенною, мутагенною та токси- чною речовиною. Підсумовуючи, процес векторизації наночастинок оксидів заліза можна описати наступним чином: на поверхні наночастинок окси- 1042 Н. О. ДУДЧЕНКО дів заліза, вкритих певними стабілізуючими аґентами (неорганічні або органічні полімери) хемічним шляхом утворюють активні гру- пи (зазвичай, це аміно- або карбоксильні групи), до яких потім при- єднують відповідні біовектори (антитіла або їх фраґменти, олігоса- хариди, білки, пептиди та ін.). 19. СТРУКТУРНІ ТА ФІЗИКО-ХЕМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ Магнетні властивості наночастинок залежать від їх фізичної струк- тури: розміру, форми частинок та від хемічної фази, в якій вони знаходяться. Більш того, біологічна поведінка магнетних наночас- тинок також сильно залежить від їх розміру, форми, полідисперс- ности, заряду та природи їх покриття. Можна використовувати різні методи для визначення розміру на- ночастинок. Хоча, поняття «розмір» не є однозначним. По-перше, він може визначати різні частини наночастинки: кристалічну части- ну ядра, ціле ядро (кристалічна та аморфна частини), ядро з оболон- кою, або ядро з гідратованим шаром. По-друге, в майже всіх випад- ках, наночастинки є полідисперсними. Ця гетерогенність розмірів веде до одержання різних значень розміру ядра залежно від методи, за допомогою якої ці значення були одержані. Для визначення цих параметрів використовують наступні фізи- ко-хемічні методи. 20. ТРАНСМІСІЙНА ЕЛЕКТРОННА МІКРОСКОПІЯ Розмір ядра наночастинок можна визначити за допомогою мікро- фотографій, одержаних методою трансмісійної електронної мікро- скопії [120, 121, 122]. Ця метода дає уявлення про загальний розмір ядра (кристалічна та аморфна частини) та про його середнє значен- ня. Більш того, вона дає інформацію про розподіл за розмірами та про форму наночастинок [123, 124]. При приготуванні зразків для трансмісійної електронної мікроскопії треба уникати аґреґації на- ночастинок, тому що в такому випадку неможливо буде одержати інформацію про дійсний розмір та розподіл наночастинок. Трансмісійна електронна мікроскопія високої роздільчої здатно- сти дає доступ до атомового впорядкування. Вона може бути вико- ристана для вивчення льокальних мікроструктур (вакансії та дефе- кти ґратниці, осі обертання та ін.) та поверхневого атомового впо- рядкування кристалічних наночастинок [125, 126]. 21. ДИФРАКЦІЯ РЕНТҐЕНОВИХ ПРОМЕНІВ Ця метода використовується для одержання даних про кристалічну МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1043 структуру частинок. У дифракційній діяграмі, інтенсивність піків може бути використана для визначення кількости та типу оксиду заліза, що утворився в суміші шляхом порівняння інтенсивностей експериментальних та референсних піків. Розмір кристалів також можна розрахувати із розширення ліній діяграми за допомогою фо- рмули Шеррера [26]. 22. МАЛОКУТОВЕ РОЗСІЯННЯ НЕВТРОНІВ Ця потужна метода для одержання інформації про розмір, полідис- персність, форму та навіть структуру наночастинок [127]. Особли- вістю невтронів є те, що вони взаємодіють з атомами, що присутні в зразку. Метода контрастного відхилення полягає у ріжниці між розсіянням невтронів на атомах водню та девтерію. Використовую- чи відповідні співвідношення H2O/D2O, можливо досягти розсіяння від частини наночастинки (зазвичай, ядра або оболонки), що дорів- нює розсіянню від атомів розчинника, і, таким чином, виключити розсіяння від розчинника. Цей підхід може бути використаний для дослідження незалежно розміру ядра або оболонки наночастинок. 23. ФОТОННА КОРЕЛЯЦІЙНА СПЕКТРОСКОПІЯ Фотонна кореляційна спектроскопія, яку ще називають динаміч- ним розсіянням світла, або квазиеластичним розсіянням світла, теж використовується для одержання інформації про розмір нано- частинок. Визначення коефіцієнта дифузії наночастинок в розчині дає інформацію про гідродинамічний радіюс відповідних частинок, а також про полідисперсність кольоїдного розчину. Цей радіюс про- порційний середньому розміру наночастинок. Оскільки магнетні наночастинки магнетно- та оптично-одновіс- ні, то в розчині вони будуть вишиковуватися вздовж достатньо си- льного магнетного поля. Як тільки вони вишикувались, вони наді- ляють все середовище оптичним подвійним променезаломленням. Якщо поле зменшується, то магнетні наночастинки випадково дез- орієнтуються, а магнетооптичне подвійне променезаломлення ос- лаблюється з часом залежно від часу обертової дифузії частинок, що дає інформацію про гідродинамічний радіюс. До того ж, магне- тометричні та релаксометричні профілі, що записані в широкому діяпазоні магнетних полів можуть бути використані для визначен- ня середнього розміру кристалу. 24. ІНШІ ФІЗИКО-ХЕМІЧНІ МЕТОДИ Для досліджень властивостей поверхні покритих наночастинок ок- 1044 Н. О. ДУДЧЕНКО сидів заліза також використовуються такі методи як: атомова та хемічна силові мікроскопії, термоґравіметрична аналіза, диферен- ційна сканівна кальориметрія, фотоелектронна спектроскопія Рен- тґенових променів, термально запрограмована десорбція, інфраче- рвона спектроскопія, кондуктометрія, потенціометрія, ЯМР твер- дого стану та ін. Всі ці методи описують природу та силу зв’язку між поверхнею оксиду заліза та покриттям, а також використову- ються для дослідження впливу покриття на магнетні властивості наночастинок. 25. ПРАКТИЧНИЙ ІНТЕРЕС ЯДРОВОЇ МАГНЕТНОЇ РЕЛАКСАЦІЇ ДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУПЕРПАРАМАГНЕТНИХ КОЛЬОЇДІВ Дослідження ядрової магнетної релаксації наночастинок представ- ляє два основних інтереси. Перший крок в характеристиці нових суперпарамагнетних кольоїдів – оцінка його релаксометричних властивостей, які визначають їх потенційну ефективність для ви- користання в ЯМР-томографії. Більш того, аналіза профілів ЯМР дає цікавий інструмент для контролю відтворюваности та оптимі- зації параметрів синтези наночастинок [128], що є дуже важливим для промислового впровадження. Математичне оброблення профі- лів ЯМР за допомогою відповідних теорій надає інформацію про наномагнетний кристал, а саме: його середній радіюс, характерна магнетованість, енергія анізотропії і час Неєлевої релаксації [129]. 26. МАГНЕТНІ ВЛАСТИВОСТІ Згідно кристалографічним даним, магнетит – мінерал з структу- рою зворотної шпінелі та феромагнетними властивостями. Магне- тованість насичення, або спонтанна магнетованість, є фундамента- льною властивістю феромагнетних матеріялів незалежною від роз- міру частинок [130]. Для магнетиту вона складає приблизно 90 А⋅м2/кг. Магнетованість насичення є функцією від температури та тиску. Максимальне значення магнетованість насичення при- ймає при 0 К. При нагріванні зразка, магнетованість зменшується та досягає нуля в Кюрійовій точці, в якій теплова енергія дорівнює енергії феромагнетного з’єднання. У випадку магнетиту, темпера- тура в Кюрійовій точці дорівнює приблизно 850 К. При дослідженнях наномагнетиту, необхідно звернути увагу на так званий доменний стан наночастинок. Виділяють чотири основні доменні стани (які визначаються за кількістю магнетних домен, що містяться в частинці), а саме: мультидоменний (МД), псевдооднодо- менний (ПОД), магнетностабільний однодоменний (ОД) і суперпа- МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1045 рамагнетний (СП). Доменний стан визначає магнетні властивості наночастинок. Тобто магнетні домени – області всередині магнетної наночастинки, де напрямок спонтанної магнетованости є однорід- ним, хоча різні домени всередині частинки можуть мати різні на- прямки. Отже, мультидоменні частинки можуть мати нульову за- лишкову магнетованість, якщо напрямки магнетованости скасову- ють один одного. Магнетностабільні однодоменні частинки, з іншо- го боку, завжди магнетовані до насичення і мають залишкову маг- нетованість за кімнатної температури. А суперпарамагнетні части- нки, завдяки своєму маленькому розміру, втрачають свою залишко- ву магнетованість впродовж секунд або, навіть, наносекунд, тому можна вважати, що такі частинки мають тільки індуковану магне- тованість в магнетному полі. Найбільш корисною методою визна- чення доменного стану магнетитових наночастинок є метода низь- котемпературного міряння коерцитивности, залишкової магнето- ваности і низькопольової магнетної сприйнятливости. Магнетна сприйнятливість мультидоменних частинок практично не зміню- ється між Кюрійовою і Вервеєвою температурами, однак, біля Вер- веєвої температури магнетна сприйнятливість підвищується і утво- рює характерний пік. Витягнуті однодоменні частинки виявляють незначне зниження магнетної сприйнятливости з підвищенням те- мператури. Суперпарамагнетні частинки виявляють найбільш си- льні зміни магнетної сприйнятливости з температурою, а саме, між температурами 300 К і 4 К значення магнетної сприйнятливости та- ких наночастинок може змінюватися майже в 200 разів. Для того, щоб утворилася кольоїдна суспензія, розмір феромаг- нетних частинок повинен бути набагато меншим за 1 мкм. Зазви- чай, діяметер магнетних кристалів лежить в діяпазоні від 4 до 18 нм для ізольованого кристалу, або більше – для аґльомерованих кристалів. Через те, що кожен кристал феро- або феримагнетного матеріялу, який знаходиться в кольоїдному вигляді, набагато ме- нше розміру однодоменности, він повністю магнетований. В умовах кольоїдного розчину, повернення магнетованости до рівноваги визначається двома процесами, а саме, Неєлевими та Бровновими релаксаціями, які характеризують в’язке обертання наночастинки. Для великих частинок час Бровнової релаксації менший за час Неєлевої релаксації, тому що Бровнова компонента магнетної релаксації пропорційна об’єму кристала, а Неєлева рела- ксація є експоненційною функцією від об’єму. Тому в’язке обер- тання наночастинки стає домінантним процесом, що визначає зага- льну релаксацію, яка стає швидшою для сухих порошків. В цих умовах, крива магнетованости абсолютно оборотня завдяки тому, що швидка магнетна релаксація дозволяє системі завжди бути в термодинамічній рівновазі. Ця поведінка була названа Біном і Лі- вінгстоном «суперпарамагнетизм» [131]. Коли ці умови рівноваги 1046 Н. О. ДУДЧЕНКО повністю виконуються, матеріял є суперпарамагнетиком. Отже, магнетні властивості кольоїдного розчину здебільшого ви- значаються діяметром кристалу, його магнетованістю насичення і часом Неєлевої релаксації, що залежить від константи анізотропії. 27. ЗАСТОСУВАННЯ МАГНЕТНИХ НАНОЧАСТИНОК ЯМР (МІЧЕНІ КЛІТИНИ, МОЛЕКУЛЯРНЕ ВІДОБРАЖЕННЯ) Молекулярне відображення є одним з найбільш перспективних за- стосувань для векторизованих наночастинок оксидів заліза. Різно- манітні використання векторизованих наночастинок оксидів заліза були оцінені in vitro та в експериментах на тваринах. Різноманітні антитіла, або їх фраґменти, афінні до деяких типів рецепторів (міозин, лімфоцити, селектін та ін.) були приєднані до наночастинок оксиду заліза та протестовані in vitro та in vivo. Спе- цифічне зв’язування з пухлиною in vivo оцінювали шляхом порів- няння кількости зв’язаних векторизованих наночастинок до кіль- кости незв’язаних невектризованих наночастинок. Поки викону- ються пробні проєкти, їх застосування на людині ще недоступне. Маленькі фармакофори, такі як пептиди або маленькі органічні ліґанди, є перспективними для таких застосувань. Відібрані пепти- ди синтезуються і кон’юґуються з молекулею-кореспондентом для подальшого детектування за допомогою ЯМР. Цей підхід відкриває широкий діяпазон цільових можливостей, але найважче – це обра- ти найбільш перспективний фармакофор для клінічного викорис- тання, беручи до уваги чутливість ЯМР, що обмежує вибір біологі- чних цілей, які присутні в малих кількостях. Іншим успішним застосуванням наночастинок оксиду заліза в ЯМР є специфічне слідкування за клітинами. Здатність наванта- жувати достатньо магнетних наночастинок (мікромолярні концен- трації заліза) в культури клітин шляхом проникаючих у клітини пептидів або переносу аґентів, сполучених з неґативно зарядженою поверхнею магнетних наночастинок забезпечує корисний підхід для мічення та слідкування за клітинами in vivo за допомогою ЯМР [132]. Перші дослідження по відображенню клітин були виконані за допомогою нефункціоналізованих наночастинок оксидів заліза для мічення лейкоцитів, лімфоцитів та ін. [133, 134]. Якщо клітина може бути суттєво навантажена магнетними наночастинками, ЯМР дозволяє слідкувати за клітиною з розділенням, що наближається до розміру клітини. Для підвищення надходження магнетних час- тинок оксиду заліза до клітини, частинки повинні бути векторизо- вані за допомогою різноманітних пептидів, фраґментів білків, або вкриті дендримерами [135]. Наприклад, фолієву кислоту викорис- товують для прикріплення до магнетних частинок для досягнення фолатних рецепторів [136]. МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1047 Були розроблені кон’юґати магнетних наночастинок, які потен- ційно можуть слугувати і як контрастуючі аґенти для ЯМР-томогра- фії, і як носії ліків для контрольованого доставляння ліків, направ- лені на діягностику й терапію раку. Кон’юґати складаються з наноча- стинок оксиду заліза, які ковалентно зв’язані з метотрексатом, хемо- терапевтичним медикаментом, що може досягати багатьох ракових клітин, які експресують фолатні рецептори на їх поверхні. Наночас- тинки було спочатку вкрито (3-амінопропіл)триетоксисиланом для утворення самоупорядкованого моношару, а потім було кон’юґовано метатрексатом шляхом амідування між карбоксильними групами метотрексату і аміногрупами на поверхні наночастинок [137]. У наших власних дослідженнях розподілу та кінетики біотранс- формації у тканинах мозку експериментальних тварин препаратів на основі сполук заліза, що збільшують контраст в ЯМР-томографії була підтверджена ефективність синтезованого магнетного наноп- репарату на основі магнетиту як посилювача Т2-релаксації прото- нів. В експериментах на щурах була встановлена здатність наноди- сперсного магнетитового композиту слугувати контрастуючим аґе- нтом для діягностики та визначення морфологічної льокалізації зон порушення гематоенцефалічного бар’єру [138]. Так, після вве- дення контрольній групі щурів препарату магнетитових наночас- тинок, останні накопичувалися в усіх внутрішніх органах за ви- ключенням тканин мозку. Введення цього препарату тваринам з експериментально пошкодженим гематоенцефалічним бар’єром супроводжувалось накопиченням магнетних наночастинок у зонах руйнації кровоносних судин, тобто саме в зонах морфологічного де- фекту бар’єру кров—мозок. У щурів з експериментальними гліаль- ними пухлинами введення магнетитових препаратів супроводжу- валось накопиченням магнетної мітки в пухлинних тканинах та перифокальній по відношенню до пухлини зонах мозку в кількос- тях достатніх для підвищення контрасту Т2-зважених ЯМР-зобра- жень пухлин. Одержані результати свідчать про можливість кліні- чного застосування магнетитових наночастинок для діягностики порушень функції та цілісности мозкових судин різної генези, са- ме: струс мозку, геморагічні та ішемічні інсульти, черепномозкові травми, пухлинний процес та метастази. Біосумісні наночастинки з функціоналізованою поверхнею було розроблено для детектування фосфатидилсерина, що утворюється в апоптозних клітинах [139]. Описані магнетні наноматеріяли мо- жуть бути корисними для багатьох біомедичних застосувань, включаючи детектування апоптозу in vivo. Нещодавно магнетні наночастинки були перетворені в чутливі суперпарамагнетні аґенти. Ці наносенсори були розроблені для де- тектування молекулярних взаємодій в біологічних середовищах після приєднання біомолекуль до їх поверхні [140, 141]. Поверхне- 1048 Н. О. ДУДЧЕНКО ві біомолекулі в присутності біологічної цілі підвищують або аґре- ґацію, або розсіяння наносенсорів. Цей об’єднаний процес аґреґації чи дезаґреґації викликає зміни часів спін-спінової релаксації, T2, молекуль води, які можуть бути задетектовані шляхом вимірів ма- гнетної релаксації або ЯМР [142]. Цей механізм був використаний для детектування біомолекуль в гомогенних зразках без потреби в очищенні білків або підсилення сиґналу. Такою методою було ви- значено деякі олігонуклеотидні послідовності, білки, активність ензимів, патогени (наприклад, віруси герпесу або аденовірус), йони кальцію, аналіти (глюкоза) та ін. 28. БІОСЕПАРАЦІЯ IN VITRO Іншим важливим застосуванням наночастинок оксидів заліза є фу- нкціоналізація для виділення білків або клітин in vitro. Методи ма- гнетної сепарації мають декілька переваг у порівнянні з традицій- ними процедурами сепарації. Стандартні методи сепарації біоорга- нічних сполук є довготривалими, потребують застосування спеціа- льного обладнання. Схеми виділення біоорганічних сполук вклю- чають процеси гомогенізації, екстракції розчинниками, центрифу- ґування, різні види хроматографії і т.ін., що супроводжується зна- чними втратами та пошкодженнями матеріялу. Традиційні способи виділення нуклеїнових кислот до того ж потребують обов’язкової їх денатурації, яка для частини матеріялу буває незворотною. Метода магнетної сепарації робить процедуру виділення біоорганічних спо- лук одноетапною, не потребує спеціального обладнання, значно її прискорює, спрощує та робить суттєво дешевшою. Особливою пере- вагою цієї методи є одночасне з виділенням біологічної речовини її концентрування, що зводить втрати матеріялу в процесі очищення до мінімуму [143]. Фан та його співробітники [144] розробили магнетні наночастин- ки, вкриті біпірідиновими карбоновими кислотами та біотином. Такі функціоналізовані наночастинки було використано для афін- ного виділення міченого флюоресцеїном білка авідина. Така ж стратегія з використанням допаміну була використана Ху та спів- робітниками [145]. Зазвичай, такі функціональні групи як −OH, −SH та −NH2, використовують для їх взаємодії з оксидами металів у складі покривних аґентів для магнетних ядер. Наприклад, аміно- групи ванкоміцина були використані для іммобілізації антибіотика на поверхні магнетних частинок. Ці функціональні −OH, −SH та −NH2 групи можуть бути введені шляхом реакцій поверхневого об- міну на частинках оксидів заліза, вкритих різними функціональ- ними групами [146, 147], або шляхом співосадження солей заліза (ІІ) та (ІІІ) в присутності органічних груп [148]. Наприклад, наноча- стинки, стабілізовані олеатами, можуть бути переведені з органіч- МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1049 ної до водної фази шляхом модифікації поверхні циклодекстрином [149]. Магнетоліпосоми (наночастинки оксидів заліза, вкриті фос- фоліпідами) також можуть бути корисними для виділення білків з біологічних сумішей [150]. В наших власних дослідженнях було показано високу ефектив- ність синтезованих силіка-магнетитових наночастинок для виді- лення ДНК з різних біологічних об’єктів [151, 152]. Синтезовані силіка-магнетні наночастинки було апробовано в порівнянні з ко- мерційними наборами для виділення ДНК та РНК різних виробни- ків. Так, наприклад, визначення найбільш поширених вірусних захворювань цукрових буряків показало, що виділення ДНК нано- магнетним сорбентом дозволяє одержати значно більшу кількість копій праймерних вірусних послідовностей та більш чітку картину електрофоретичного виділення ампліконів у порівнянні з тради- ційним немагнетним сорбентом [153]. Окрім того, одержані магнетні наноматеріяли було апробовано для виділення ДНК з кисломолочних продуктів харчування для встано- влення спектра біфідобактерій, що використовують в харчових тех- нологіях та виявлення умовно патогенної мікрофлори [154]. Була показана більш висока роздільча здатність одержаних матеріялів у порівнянні з результатами аналогічної діягностики, що була вико- нана на основі комерційних наборів. Використання синтезованих нанокомпозитів для виконання більш складного варіянту ампліфі- кації нуклеотидних послідовностей, а саме, зворотної транскрипції з послідовною полімеразною ланцюговою реакцією (ЗТ-ПЛР) проде- монструвало ефективність досліджуваних наноматеріялів для швид- кого ефективного виділення вірусної РНК та одержання кодуючої ДНК з крові сільськогосподарських тварин (класична чума свиней). 29. ДОСТАВЛЯННЯ ЛІКІВ Магнетне спрямоване доставляння ліків з використанням наночас- тинок як носіїв ліків є перспективним видом терапії раку, що запо- бігає стороннім ефектам, які притаманні традиційній хемотерапії. Наночастинки діяметром від 10 до 100 нм є оптимальними для вну- трішньовенного введення та мають найбільш довгий час циркуляції в крові. Ці частинки достатньо малі для того, щоб уникнути атаки з боку ретикулоендотеліальної системи, а також для того, щоб про- никати в маленькі капіляри тканин та показують найбільш ефек- тивне розподілення в тканинах. Наночастинки оксиду заліза, вкри- ті похідними крохмалю з фосфатними групами, до яких приєдна- ний мітоксантрон були використані для хемотерапії. А дослідники [155] показали, що великий ґрадієнт магнетного поля в області пу- хлини підвищує акумуляцію наночастинок в цій області. В наших власних дослідженнях щодо концентрування магнет- 1050 Н. О. ДУДЧЕНКО них носіїв в області-цілі за допомогою високоґрадієнтного магнет- ного поля було показано, що синтезовані магнетні наночастинки можна ефективно використовувати для спрямованого доставляння ліків до органу-цілі [156]. Для дослідження динаміки біорозподілу магнетних наночастинок в організмі експериментальних тварин без та з накладанням магнетного поля аплікатора (B3,5 cм = 75 мТл, gradB3,5 cм = 2,9 мТл/мм) [157] експериментальним кролям (вага – 3 кг, вік – 6 місяців) вводили визначену кількість (2 мл) суспензії магнетного препарату (що складається з 99% Fe3O4, стабілізованого γ-амінопропілтриетоксисиланом з покриттям окисленим гідрокси- етилкрохмалем; вміст заліза в зразку рівний 0,693 г заліза/г зраз- ка; магнетованість насичення зразка дорівнює 147±4 A⋅м2/кг Fe; середній розмір кристалітів дорівнює 41,5 нм) внутрішньовенно (в вушну артерію). Ґрадієнту 2,9 мТл/мм на віддалі 35 мм від робочої поверхні достатньо для утримання препарату магнетних наночас- тинок у капілярах нирок, селезінки, серця, печінки та легенів кро- ля, так як центр серця знаходиться на віддалі від робочої поверхні – 20 мм, печінки – 20 мм, нирки – 30 мм, селезінки – 30 мм, ле- генів – 20 мм. Концентрацію магнетних наночастинок в тканинах лаборатор- них кролів визначали за допомогою методи низькотемпературної спектроскопії електронного парамагнетного резонансу (ЕПР). По- казано, що через 60 хвилин після введення магнетних наночасти- нок в організм кролів, без накладання магнетного поля аплікатора, відбувається накопичення препарату здебільшого в печінці і селе- зінці та в меншому ступені в легенях. Було також досліджено динаміку біорозподілу тих самих магне- тних наночастинок в організмі експериментальних кролів при на- кладанні магнетного поля аплікатора на область нирок [158]. Пока- зано, що при накладанні високоґрадієнтного магнітного поля про- тягом 30 хв. на область нирок відбувається значний перерозподіл магнетного препарату на користь органу-цілі в порівнянні з його розподілом без накладання магнетного поля та контрольними да- ними (без введення магнетного препарату). Тобто накладання висо- коґрадієнтного магнетного поля на орган-ціль протягом 30 хв. спричиняє акумуляцію магнетних наночастинок саме в органі-цілі, а не в печінці, а саме, спостерігали підвищення концентрації пре- парату в нирках в середньому в 10 разів. Колер та співробітники [159] показали, що біостабільні, іммобі- лізовані метатрексатом наночастинки оксиду заліза потенційно можуть бути використані для моніторингу за направленим достав- лянням ліків в реальному часі за допомогою ЯМР-томографії. Ме- тотрексат в цьому випадку був іммобілізований на поверхні магне- тних наночастинок, вкритих поліетиленгліколем. Галло та співробітники [160] показали, що після введення в мо- МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1051 зок магнетних мікросфер, що містили оксантрозол, мозок містить в 100—400 разів більше оксантразолу, ніж після введення туди ж роз- чину оксантрозолу, що підтверджує успішність доставки ліків на магнетних носіях. 30. ГІПЕРТЕРМІЯ Використання магнетних рідин для лікування гіпертермією було вперше розглянуть в роботі Джордана та співробітників у 1993 р. [161]. Це дослідження експериментально підтвердило високу ефек- тивність суспензії суперпарамагнетних кристалів адсорбувати ене- ргію осцилюючого магнетного поля та перетворювати її на тепло. Ця властивість може бути використана in vivo для підвищення тем- ператури пухлинної тканини та для руйнування патологічних клі- тин за допомогою гіпертермії, тому що пухлинні клітини більш чу- тливі до підвищення температури, ніж здорові клітини [162]. Більш класичний підхід полягає в опроміненні пацієнта електро- магнетною хвилею з частотою декількох сотень МГц. Термовида- лення пухлини може також бути досягнуто за допомогою електро- магнетної хвилі, яку випромінює електрода, імплантована в пато- логічну область. Менш інвазивна метода полягає в опроміненні па- тологічної зони за допомогою сукупности зовнішніх резонансних мікрохвильових диполярних випромінювачів. Преклінічні та клі- нічні дані вказують на те, що гіпертермія є можливою та ефектив- ною у комбінації з радіяційною терапією. Селективна віддалена інактивація ракових клітин за допомогою магнетного поля змінного струму було продемонстровано in vivo [163]. Цей новий підхід для льокалізованої термотерапії, індукова- ною магнетним полем придатний як для гіпертермії, так і для тер- модеструкції. В ідеальному варіянті, суперпарамагнетні кристали для гіпертермії повинні бути вміщені разом з ліками у ліпосому. Опромінення осцилюючим магнетним полем цієї ліпосоми буде під- вищувати її температуру, і, таким чином, може бути досягнута те- мпература фазового переходу ліпосомної мембрани. В цьому випад- ку, ліки масивно та селективно будуть звільнятися в область, на яку діє магнетне поле [164]. Підсумовуючи, суперпарамагнетні кольоїди можуть бути дуже перспективними аґентами для гіпертермії, але ця нова область їх застосування потребує вдосконалення відтворюваности та контро- лю розміру під час синтези наночастинок. 31. ПЕРСПЕКТИВИ Суттєвий прогрес, особливо протягом останнього десятиріччя, був 1052 Н. О. ДУДЧЕНКО досягнутий у синтезі магнетних наночастинок, що покриває широ- кий діяпазон їх складу та розмірів. Різні типи монодисперсних на- нокристалів з визначеним розміром та складом частинок було син- тезовано за допомогою широкого діяпазону хемічних синтетичних метод. Однак синтеза магнетних наночастинок високої якости, а саме, що призводить до утворення гомодисперсної популяції магне- тних зернин контрольованого розміру та детальне розуміння меха- нізмів ядроутворення та росту впродовж формування частинок досі залишається складною задачею. До того ж, застосування у промис- ловому виробництві процесу одержання кристалічних наночасти- нок з високою магнетованістю насичення та високою кристалічніс- тю потребує подальшого удосконалення. Окрім цього, ще однією проблемою стає притаманні наночастинкам нестабільність протя- гом довгого періоду часу. Такі маленькі частинки мають тенденцію до утворення аґльомератів для зниження своєї енергії, пов’язаної з високим співвідношенням площа поверхні/об’єм. Тобто необхідно розробляти стратегії покриття для спрощення процесу та ефектив- ного запобігання аґреґації та седиментації суперпарамагнетних на- ночастинок та одержанням у результаті стабільного розчину для ін’єкцій або ліофілізованого порошку, який легко знов перетворити в розчин. Розуміння поверхневого зв’язування покриття з поверх- нею наночастинок може бути дуже корисним для створення стабі- льних, неаґльомерованих частинок з покриттям придатним для рі- зних середовищ (водного, сольового, культур клітин та біологічно- го) за допомогою електростатичного, стеричного або електростери- чного відштовхування. Розроблення поверхневого моделю взаємо- дій між покриттям та поверхнею оксиду заліза буде дуже корисною для вдосконалення раціонального дизайну нових стабільних по- криттів. Для цього, необхідно вдосконалювати нові фізико-хемічні методи дослідження фундаментальних характеристик поверхні су- перпарамагнетних наночастинок, таких як склад поверхні, повер- хневий заряд, гідрофільність та гідрофобність. Ключовим питанням досліджень суперпарамагнетних наночас- тинок стає встановлення складних взаємозв’язків між їх структу- рою та фармакокінетикою. Природа поверхневого покриття, а та- кож геометричне оточення покриття на поверхні оксиду заліза буде не тільки визначати розмір кольоїдів, але також грати важливу роль в фармакокінетиці, метаболічних властивостях і біорозподі- ленні та буде модулювати їх захват ретикулоендотеліальною систе- мою або дифузію в тканини пухлин. Що стосується біовекторизації магнетних наночастинок, то про- цеси модифікації поверхні, що використовують зараз для приєд- нання біовекторів також необхідно вдосконалювати для досягнення високої відтворюваности та для введення встановленої кількости біовекторів. Це питання є вирішальним для оптимізації ступеня МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1053 споріднености суперпарамагнетних наночастинок до біологічних цілей. Тобто, коли поверхнева густина біовекторів варіюється, то можливо підвищити ступінь споріднености наночастинок до їх біо- логічної цілі, та, відповідно, змодулювати їх біологічну поведінку. Для цієї мети повинні бути розроблені нові аналітичні засоби, що дозволять визначити кількість біовекторів на поверхні наночасти- нок. Також треба розуміти взаємодію наночастинок з імунною сис- темою та оптимізувати молекулярні взаємодії кон’юґованих з на- ночастинками рецепторів або ліґандів in vivo. До того ж необхідно проводити подальші додаткові преклінічні та клінічні дослідження по відношенню до різних експерименталь- них моделів та захворювань. І, зрештою, дослідження безпечности та біосумісности, особливо дослідження довготривалої токсичнос- ти, мають бути також виконані. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. S. Laurent, D. Forge, M. Port et al., Chem. Rev., 108, No. 6: 2064 (2008). 2. A. K. Gupta and M. Gupta, Biomaterials, 26, No. 18: 3995 (2005). 3. M. A. Willard, L. K. Kurihara, E. E. Carpenter, S. Calvin et al., Encyclope- dia of Nanoscience and Nanotechnology (Ed. H. S. Nalwa) (American Scien- tific Publishers: Valencia CA: 2004), vol. 1, p. 815. 4. P. Tartaj, M. P. Morales, S. Veintemillas-Verdaguer, T. Gonzalez-Carreno et al., Synthesis, Properties and Biomedical Applications of Magnetic Nanopar- ticles. Handbook of Magnetic Materials (Amsterdam: Elsevier: 2006), p. 403. 5. A. B. Chin and I. I. Yaacob, J. Mater. Process. Technol., 191, No. 1—3: 235 (2007). 6. C. Albornoz and S. E. Jacobo, J. Magn. Magn. Mater., 305, No. 1: 12 (2006). 7. E. H. Kim, H. S. Lee, B. K. Kwak, and B. K. Kim, J. Magn. Magn. Mater., 289: 328 (2005). 8. J. Wan, X. Chen, Z. Wang, X. Yang et al., J. Cryst. Growth, 276, No. 3—4: 571 (2005). 9. M. Kimata, D. Nakagawa, and M. Hasegawa, Powder Technol., 132, No. 2: 112 (2003). 10. G. S. Alvarez, M. Muhammed, and A. A. Zagorodni, Chem. Eng. Sci., 61, No. 14: 4625 (2006). 11. S. Basak, D.-R. Chen, and P. Biswas, Chem. Eng. Sci., 62: 1263 (2007). 12. I. Martinez-Mera, M. E. Espinosa, R. Perez-Hernandez, and J. Arenas- Alatorre, Mater. Lett., 61, No. 23—24: 4447 (2007). 13. Y.-K. Sun, M. Ma, Y. Zhang, and N. Gu, Colloids Surf. A, 245, No. 1—3: 15 (2004). 14. J. Qiu, R. Yang, M. Li, and N. Jiang, Mater. Res. Bull., 40, No. 11: 1968 (2005). 15. S.-J. Lee, J.-R. Jeong, S.-C. Shin, J.-C. Kim et al., J. Magn. Magn. Mater., 282: 147 (2004). 16. M. Tominaga, M. Matsumoto, K. Soejima, and I. Taniguchi, J. Colloid Inter- face Sci., 299, No. 2: 761 (2006). 1054 Н. О. ДУДЧЕНКО 17. H. Itoh and T. Sugimoto, J. Colloid Interface Sci., 265, No. 2: 283 (2003). 18. D. Thapa, V. R. Palkar, M. B. Kurup, and S. K. Malik, Mater. Lett., 58, No. 21: 2692 (2004). 19. H. Pardoe, W. Chua-Anusorn, T. G. St. Pierre, and J. Dobson, J. Magn. Magn. Mater., 225, No. 1—2: 41 (2001). 20. R. Massart, IEEE Trans. Magn., 17, No. 2: 1247 (1981). 21. J. P. Jolivet, C. Froidefond, A. Pottier, C. Chaeneac et al., J. Mater. Chem., 14, No. 21: 3281 (2004). 22. S. Lefebure, E. Dubois, V. Cabuil, S. Neveu et al., J. Mater. Res., 13, No. 10: 2975 (1998). 23. J. P. Jolivet, P. Belleville, E. Tronc, and J. Livage, Clays Clay Miner., 40, No. 5: 531 (1992). 24. L. Babes, B. Denizot, G. Tanguy, J. J. Le Jeune et al., J. Colloid Interface Sci., 212, No. 2: 474 (1999). 25. E. Tronc, P. Belleville, J.-P. Jolivet, and J. Livage, Langmuir, 8, No. 1: 313 (1992). 26. W. Jiang, H.-C. Yang, S. Y. Yang, H. E. Horng et al., J. Magn. Magn. Ma- ter., 283, No. 1: 210 (2004). 27. X. Qui, Chin. J. Chem., 18: 834 (2000). 28. S. Sun and H. Zeng, J. Am. Chem. Soc., 124, No. 28: 8204 (2002). 29. N. M. Gribanow, E. E. Bibik, O. V. Buzunov, and V. N. Naumov, J. Magn. Magn. Mater., 85, No. 1—3: 7 (1990). 30. A. K. Gupta and S. Wells, IEEE Trans. Nanobiosci., 3, No. 1: 66 (2004). 31. D. K. Kim, Y. Zhang, W. Voit, K. V. Rao et al., J. Magn. Magn. Mater., 225, No. 1—2: 30 (2001). 32. P. A. Dresco, V. S. Zaitsev, R. J. Gambino, and B. Chu, Langmuir, 15, No. 6: 1945 (1999). 33. S. Santra, R. Tapec, N. Theodoropoulou, J. Dobson et al., Langmuir, 17, No. 10: 2900 (2001). 34. M. Gobe, K. Kon-No, K. Kandori, and A. Kitahara, J. Colloid Interface Sci., 93, No. 1: 293 (1983). 35. L. Liz, M. A. Lopez-Quintela, J. Mira, and J. Rivas, J. Mater. Sci., 29: 3797 (1994). 36. F. C. Meldrum, B. R. Heywood, and S. Mann, Science, 257, No. 5069: 522 (1992). 37. D. P. E. Dickson, S. A. Walton, S. Mann, and K. Wong, Nanostruct. Mater., 9, No. 1: 595 (1997). 38. K. K. W. Wong, T. Douglas, S. Gider, D. D. Awschalom et al., Chem. Ma- ter., 10, No. 1: 279 (1998). 39. M. Uchida, M. L. Flenniken, M. Allen, D. A. Willits et al., J. Am. Chem. Soc., 128, No. 51: 16626 (2006). 40. E. Strable, J. W. M. Bulte, B. Moskowitz, K. Vivekanandan et al., Chem. Mater., 13, No. 6: 2201 (2001). 41. D. Bonacchi, A. Caneschi, D. Dorignac, A. Falqui et al., Chem. Mater., 16, No. 10: 2016 (2004). 42. Y. Hou, H. Kondoh, M. Shimojo, E. O. Sako et al., J. Phys. Chem. B, 109, No. 11: 4845 (2005). 43. C. Sangregorio, J. K. Wiemann, C. J. O’Connor, and Z. Rosenzweig, J. Appl. Phys., 85, No. 8: 5699 (1999). 44. M. De Cuyper and M. Joniau, Langmuir, 7, No. 4: 647 (1991). 45. M.-C. Lisy, A. Hartung, C. Lang, D. Schu�ler et al., Invest. Radiol., 42, No. МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1055 4: 235 (2007). 46. T. Hyeon, S. S. Lee, J. Park, Y. Chung et al., J. Am. Chem. Soc., 123, No. 51: 12798 (2001). 47. Z. Dai, F. Meiser, and H. Mo�hwald, J. Colloid Interface Sci., 288, No. 1: 298 (2005). 48. L. Durães, B. F. O. Costa, J. Vasques, J. Campos et al., Mater. Lett., 59, No. 7: 859 (2005). 49. A. A. Ismail, Appl. Catal. B, 58, No. 1—2: 115 (2005). 50. X. Q. Liu, S. W. Tao, and Y. S. Shen, Sens. Actuators A, 40, No. 2: 161 (1997). 51. G. Ennas, A. Musinu, G. Piccaluga, D. Zedda et al., Chem. Mater., 10, No. 2: 495 (1998). 52. G. M. da Costa, E. de Grave, P. M. A. de Bakker, and R. E. Vandeberghe, J. Solid State Chem., 113, No. 2: 405 (1994). 53. F. Fievet, J. P. Lagier, B. Blin, B. Beaudoin et al., Solid State Ionics, 32, No. 1: 198 (1989). 54. V. K. Tzitzios, D. Petridis, I. Zafiropoulou, G. Hadjipanayis et al., J. Magn. Magn. Mater., 294, No. 2: 95 (2005). 55. G. Viau, F. Ravel, O. Acher, F. Fiévet-Vincent et al., J. Magn. Magn. Ma- ter., 140—144, No. 1: 377 (1995). 56. G. Viau, F. Fiévet-Vincent, and F. Fiévet, Solid State Ionics, 84, No. 3—4: 259 (1996). 57. L. K. Kurihara, G. M. Chow, and P. E. Schoen, Nanostruct. Mater., 5, No. 6: 607 (1995). 58. C. Pascal, J. L. Pascal, F. Favier, M. L. Elidrissi Moubtassim et al., Chem. Mater., 11, No. 1: 141 (1999). 59. H. R. Kahn and K. Petrikowski, J. Magn. Magn. Mater., 215—216: 526 (2000). 60. T. Gonzalez-Carreno, M. P. Morales, M. Gracia, and C. J. Serna, Mater. Lett., 18, No. 3: 151 (1993). 61. R. Abu Mukh-Qasem and A. Gedanken, J. Colloid Interface Sci., 284, No. 2: 489 (2005). 62. B. V. Derjaguin and L. Landau, Acta Physicochim. URSS, 14: 633 (1941). 63. B. Vincent, J. Edwards, S. Emment, and A. Jones, Colloids Surf., 18, No. 2— 4: 261 (1986). 64. D. H. Napper, J. Colloid Interface Sci., 32, No. 1: 106 (1970). 65. J. L. Ortega-Vinusea, A. Martin-Rodrigez, and R. Hidalgo-Alvarez, J. Col- loid Interface Sci., 184, No. 1: 259 (1996). 66. M. Kobayashi, M. Skarba, P. Galletto, D. Cakara et al., J. Colloid Interface Sci., 292, No. 1: 139 (2005). 67. J.-C. Bacri, R. Perzynski, and D. Salin, J. Magn. Magn. Mater., 85, No. 1— 3: 27 (1990). 68. Y. Sahoo, A. Goodarzi, M. T. Swihart, T. Y. Ohulchanskyy et al., J. Phys. Chem. B, 109, No. 9: 3879 (2005). 69. C. Liu and P. M. Huang, Soil Sci. Soc. Am. J., 63, No. 1: 65 (1999). 70. P. H. Mutin, G. Guerrero, and A. Vioux, Comptes Rendus Chimie, 6, No. 8— 10: 1153 (2003). 71. D. I. Kreller, G. Gibson, W. Novak, G. W. Van Loon et al., Colloids Surf., A., 212, No. 2—3: 249 (2003). 72. Y. Sahoo, H. Pizem, T. Fried, D. Golodnitsky et al., Langmuir, 17, No. 25: 7907 (2001). 1056 Н. О. ДУДЧЕНКО 73. M. D. Alcala and C. Real, Solid State Ionics, 177, No. 9—10: 955 (2006). 74. K. Woo, J. Hong, and J.-P. Ahn, J. Magn. Magn. Mater., 293, No. 1: 177 (2005). 75. G. A. van Ewijk, G. J. Vroege, and A. P. Philipse, J. Magn. Magn. Mater., 201, No. 1—3: 31 (1999). 76. I. J. Bruce, J. Taylor, M. Todd, M. J. Davies et al., J. Magn. Magn. Mater., 284: 145 (2004). 77. A. E. Lesnikovich, T. M. Shunkevich, V. N. Naumenko, S. A. Vorobyova et al., J. Magn. Magn. Mater., 85, No. 1—3: 14 (1990). 78. Y. Sun, L. Duan, Z. Guo, Y. DuanMu et al., J. Magn. Magn. Mater., 285, No. 1—2: 65 (2005). 79. Y.-H. Deng, C.-C. Wang, J.-H. Hu, W.-L. Yang et al., Colloids Surf. A, 262, No. 1—3: 87 (2005). 80. S. H. Im, T. Herricks, Y. T. Lee, and Y. Xia, Chem. Phys. Lett., 401, No. 1−3: 19 (2005). 81. M. D. Butterworth, S. A. Bell, S. P. Armes, and A. W. Simpson, J. Colloid Interface Sci., 183, No. 1: 91 (1996). 82. X. Liu, J. Xing, Y. Guan, G. Shan et al., Colloids Surf. A, 238, No. 1—3: 127 (2004). 83. P. Tartaj and C. J. Serna, J. Am. Chem. Soc., 125, No. 51: 15754 (2003). 84. X. Liu, Z. Ma, J. Xing, and H. Liu, J. Magn. Magn. Mater., 270, No. 1—2: 1 (2004). 85. I. J. Bruce and T. Sen, Langmuir, 21, No. 15: 7029 (2005). 86. S. Mornet, J. Portier, and E. Duguet, J. Magn. Magn. Mater., 293, No. 1: 127 (2005). 87. A. del Campo, T. Sen, J.-P. Lellouche, and I. J. Bruce, J. Magn. Magn. Ma- ter., 293, No. 1: 33 (2005). 88. M. Yamaura, R. L. Camilo, L. C. Sampaio, and M. A. Macedo, J. Magn. Magn. Mater., 279, No. 2—3: 210 (2004). 89. L. N. Okassa, H. Marchais, L. Douziech-Eyrolles, S. Cohen-Jonathan et al., Int. J. Pharm., 302, No. 1–2: 187 (2005). 90. Y. Zhang, N. Kohler, and M. Zhang, Biomaterials, 23, No. 7: 1553 (2002). 91. L. M. Lacava, Z. G. M. Lacava, M. F. Da Silva, O. Silva et al., Biophys. J., 80, No. 5: 2483 (2001). 92. C. C. Berry, S. Wells, S. Charles, and A. S. G. Curtis, Biomaterials, 24, No. 25: 4551 (2003). 93. L. F. Gamarra, G. E. S. Brito, W. M. Pontuschka, E. Amaro et al., J. Magn. Magn. Mater., 289: 439 (2005). 94. M. C. Bautista, O. Bomati-Miguel, M. P. Morales, C. J. Serna et al., J. Magn. Magn. Mater., 293, No. 1: 20 (2005). 95. D. K. Kim, Y. Zhang, J. Kehr, T. Klason et al., J. Magn. Magn. Mater., 225, No. 1—2: 256 (2001). 96. M. D. Shultz, S. Calvin, P. P. Fatouros, S. A. Morrison et al., J. Magn. Magn. Mater., 311, No. 1: 464 (2007). 97. M. D. Butterworth, L. Illum, and S. S. Davis, Colloids Surf. A, 179, No. 1: 93 (2001). 98. X. B. Ding, Z. H. Sun, G. X. Wan, and Y. Y. Jiang, React. Funct. Polym., 38, No. 1: 11 (1998). 99. L. X. Tiefenauer, A. Tschirky, G. Kühne, and R. Y. Andres, Magn. Reson. Imaging, 14, No. 4: 391 (1996). 100. M. Sairam, B. V. K. Naidu, S. K. Nataraj, B. Sreedhar et al., J. Membr. МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1057 Sci., 283, No. 1—2: 65 (2006). 101. B. Schöpf, T. Neuberger, K. Schulze, A. Petri et al., J. Magn. Magn. Ma- ter., 293, No. 1: 411 (2005). 102. B. Xue, and Y. Sun, J. Chromatogr. A, 921, No. 2: 109 (2001). 103. Y. Nishio, A. Yamada, K. Ezaki, Y. Miyashita et al., Polymer, 45, No. 21: 7129 (2004). 104. F. Llanes, D. H. Ryan, and R. H. Marchessault, Int. J. Biol. Macromol., 27, No. 1: 35 (2000). 105. Z. Jia, W. Yujun, L. Yangcheng, M. Jingyu et al., React. Funct. Polym., 66, No. 12: 1552 (2006). 106. P. Sipos, O. Berkesi, E. Tombacz, T. G. St. Pierre et al., J. Inorg. Biochem., 95, No. 1: 55 (2003). 107. E. H. Kim, Y. Ahn, and H. S. Lee, J. Alloys Compd., 434—435: 633 (2007). 108. S. R. Bhattarai, K. C. Bahadur, S. Aryal, M. S. Khill et al., Carbohydr. Po- lym., 69, No. 3: 467 (2007). 109. S. A. Gomez-Lopera, R. C. Plaza, and A. V. Delgado, J. Colloid Interface Sci., 240, No. 1: 40 (2001). 110. R. F. Ziolo, E. P. Giannelis, B. A. Weinstein, M. P. O’Horo et al., Science, 257, No. 5067: 219 (1992). 111. K. G. Go, J. W. Bulte, L. de Ley, T. H. The et al., Eur. J. Radiol., 16, No. 3: 171 (1993). 112. J. Zhou, C. Leuschner, C. Kumar, J. F. Hormes et al., Biomaterials, 27, No. 9: 2001 (2006). 113. P. F. Renshaw, C. S. Owen, A. E. Evans, and J. S. Leigh, Magn. Reson. Im- aging, 4, No. 4: 351 (1986). 114. Z. G. Peng, K. Hidajat, and M. S. Uddin, J. Colloid Interface Sci., 271, No. 2: 277 (2004). 115. M. A. Funovics, B. Kapeller, C. Hoeller, H. S. Su et al., Magn. Reson. Imag- ing, 22, No. 6: 843 (2004). 116. M. I. Papisov, A. Bogdanov, B. Schaffer, N. Nossiff et al., J. Magn. Magn. Mater., 122, No. 1—3: 383 (1993). 117. P. Wunderbaldinger, L. Josephson, and R. Weissleder, Acad. Radiol., 9, Suppl. 2: 304 (2002). 118. E. Y. Sun, L. Josephson, and R. Weissleder, Mol. Imaging, 5, No. 2: 122 (2006). 119. C. Burtea, S. Laurent, A. Roch, L. Vander Elst et al., J. Inorg. Biochem., 99, No. 5: 1135 (2005). 120. D. K. Kim, Y. Zhang, W. Voit, K. V. Rao et al., J. Magn. Magn. Mater., 225, No. 1—2: 30 (2001). 121. G. Thomas and A. Hutten, Nanostruct. Mater., 9, No. 1: 271 (1997). 122. J. A. Ascencio, C. Gutíerrez-Wing, M. E. Espinosa-Pesqueira, M. Marın et al., Surf. Sci., 396, No. 1—3: 349 (1998). 123. S. Tomita, M. Hikita, M. Fujii, S. Hayashi et al., Chem. Phys. Lett., 316, No. 5—6: 361 (2000). 124. W. Teunissen, F. M. F. de Groot, J. Geus, O. Stephan et al., J. Catal., 204, No. 1: 169 (2001). 125. S. Brice-Profeta, M. A. Arrio, E. Tronc, N. Menguy et al., J. Magn. Magn. Mater., 288: 354 (2005). 126. C. J. Serna, F. Bodker, S. Morup, M. P. Morales et al., Solid State Com- mun., 118, No. 9: 437 (2001). 1058 Н. О. ДУДЧЕНКО 127. P. Lindner and T. Zemb, Neutrons, X Ray and Light Scattering: Methods Applied to Soft Condensed Matter (Elsevier: 2002), p. 420. 128. A. Ouakssim, S. Fastrez, A. Roch, S. Laurent et al., J. Magn. Magn. Mater., 272—276: 1711 (2004). 129. R. N. Muller, L. Vander Elst, A. Roch, J. A. Peters et al., Adv. Inorg. Chem., 57: 239 (2005). 130. A. F. Davila, Detection and Function of Biogenic Magnetite (Ph. D. Thesis) (Munchen: Fakultat fur Geowissenschaften der Ludwig Maximilians Universtitat: 2005). 131. C. P. Bean and J. D. Livingston, J. Appl. Phys., 30, No. 4: 120S (1959). 132. A. S. Arbab, G. T. Yocum, H. Kalish, E. K. Jordan et al., Blood, 104, No. 4: 1217 (2004). 133. H. Kalish, A. S. Arbab, B. R. Miller, B. K. Lewis et al., Magn. Reson. Med., 50, No. 2: 275 (2003). 134. J. C. Sipe, M. Filippi, G. Martino, R. Furlan et al., Magn. Reson. Imaging, 17, No. 10: 1521 (1999). 135. A. D. Frankel and C. O. Pabo, Cell, 55, No. 6: 1189 (1988). 136. Y. Zhang, N. Kohler, and M. Zhang, Biomaterials, 23, No. 7: 1553 (2002). 137. N. Kohler, C. Sun, J. Wang, and M. Zhang, Langmuir, 21, No. 19: 8858 (2005). 138. О. М. Мykhaylyk, A. Cherchenko, A. Ilkin, N. Dudchenko et al., J. Magn. Magn. Mater., 225, No. 2: 241 (2001). 139. L. Quinti, R. Weissleder, and C. H. Tung, Nano Lett., 6, No. 3: 488 (2006). 140. J. M. Perez, T. O’Loughin, F. J. Simeone, and R. Weissleder, J. Am. Chem. Soc., 124, No. 12: 2856 (2002). 141. J. M. Perez, L. Josephson, T. O’Loughlin, D. Hogemann et al., Nat. Bio- technol., 20, No. 8: 816 (2002). 142. J. M. Perez, L. Josephson, and R. Weissleder, ChemBioChem., 5, No. 3: 261 (2004). 143. I. Safarik and M. Safarikova, Biomagn. Res. Technol., 2, No. 1: 7 (2004). 144. J. Fan, J. Lu, R. Xu, R. Jiang et al., J. Colloid Interface Sci., 266, No. 1: 215 (2003). 145. C. Xu, K. Xu, H. Gu, R. Zheng et al., J. Am. Chem. Soc., 126, No. 32: 9938 (2004). 146. D. W. Chen and M. H. Liao, J. Mol. Catal. B: Enzym., 16, No. 5—6: 283 (2002). 147. J. Lu, J. Fan, R. Xu, S. Roy et al., J. Colloid Interface Sci., 258, No. 2: 427 (2003). 148. D. Portet, B. Denizot, E. Rump, J. J. Lejeune et al., J. Colloid Interface Sci., 238, No. 1: 37 (2001). 149. Y. Wang, J. F. Wong, X. Teng, X. Z. Lin et al., Nano Lett., 3, No. 11: 1555 (2003). 150. S. Bucak, D. A. Jones, P. E. Laibinis, and T. A. Hatton, Biotechnol. Prog., 19, No. 2: 477 (2003). 151. N. N. Volkova, O. N. Derjabin, V. V. Yanishpolskii, and N. O. Dudchenko, Annales Universitatis Mariae Curie-Sklodowska. Chemia, LXII: 250 (2007). 152. О. Н. Дерябин, Н. Н. Волкова, В. В. Янишпольський, Н. А. Дудченко, Альм. клин. мед., 17, № 2: 321 (2008). 153. Н. Н. Волкова, В. В. Янишпольский, Н. А. Дудченко, Труды 3-го Меж- дународного радиоэлектронного форума «Прикладная радиоэлектроника. МАГНЕТНІ НАНОЧАСТИНКИ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ 1059 Состояние и перспективы развития» (22—24 октября 2008 г., Харьков), т. 4, с. 312. 154. N. N. Volkova, O. N. Derjabin, and N. O. Dudchenko, Наносистеми, нано- матеріали, нанотехнології, 6, вип. 3: 1001 (2008). 155. C. Alexiou, R. J. Schmid, R. Jurgons, M. Kremer et al., Eur. Biophys. J., 35, No. 5: 446 (2006). 156. O. M. Mykhaylyk, N. O. Dudchenko, and O. K. Dudchenko, J. Magn. Magn. Mater., 293, No. 1: 473 (2005). 157. О. К. Дудченко, Н. О. Дудченко, Ю. О. Алексєйцев, В. М. Будник, Маг- нітна система аплікатора для концентрації магнітних матеріалів у локальній області всередині біологічного об’єкта (Патент на корисну мо- дель UA 29313: 2008). 158. M. M. Budnyk, N. O. Dudchenko, Yu. D. Minov, P. G. Sutkovyi et al., Ma- terials Science and Engineering Technology (Materialwissenschaft und Werkstofftechnik), 40, No. 4: 302 (2009). 159. N. Kohler, C. Sun, A. Fichtenholtz, J. Gunn et al., Small, 2, No. 6: 785 (2006). 160. J. M. Gallo, P. Varkonyi, E. E. Hassan, and D. R. Groothius, J. Pharma- cokinet. Biopharm., 21, No. 5: 575 (1993). 161. A. Jordan, P. Wust, H. Fahling, W. John et al., Int. J. Hyperthermia, 9, No. 1: 51 (1993). 162. A. Jordan, R. Scholz, P. Wust, H. Fähling et al., J. Magn. Magn. Mater., 201, No. 1—3: 413 (1999). 163. A. Jordan, R. Scholz, P. Wust, H. Schirra et al., J. Magn. Magn. Mater., 194, No. 1—3: 185 (1999). 164. M. Babincova, P. Ciemanece, V. Altanerova, and C. Altaner, Bioelectrochem- istry, 55, No. 1—2: 17 (2002).
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76811
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T18:17:37Z
publishDate	2009
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	Дудченко, Н.О. 2015-02-12T17:41:26Z 2015-02-12T17:41:26Z 2009 Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування / Н.О. Дудченко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 4. — С. 1027-1059. — Бібліогр.: 64 назв. — укр. 1816-5230 PACS numbers: 75.75.Cd,81.07.-b,81.16.-c,81.20.-n,82.35.-x,82.70.-y,87.85.-d https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76811 Синтеза суперпарамагнетних наночастинок для медико-біологічного застосування зараз інтенсивно розвивається. Суттєвий прогрес, особливо протягом останнього десятиріччя, був досягнутий у синтезі магнетних наночастинок, що покриває широкий діяпазон їх складу, розмірів та властивостей. Різні типи монодисперсних нанокристалів з визначеним розміром, складом та фізико-хемічними характеристиками частинок було синтезовано та модифіковано за допомогою широкого ряду хемічних синтетичних метод. Однак синтеза магнетних наночастинок високої якости, а саме, що призводить до утворення гомодисперсної популяції магнетних зернин контрольованого розміру, стабільних, неаґльомерованих частинок з покриттям, придатним для різних середовищ (водного, сольового, культур клітин та біологічного), досі залишається складною задачею. Тобто необхідно розробляти нові стратегії синтези для утворення наночастинок з відповідними властивостями. В цьому огляді розглянуто можливі методи синтези магнетитових наночастинок для медико-біологічного застосування (метода співосадження, гідротермічні та високотемпературні реакції, електрохемічні методи та ін.), методи стабілізації синтезованих магнетитових наночастинок, методи модифікації поверхні наночастинок, методи дослідження структури та фізико-хемічних характеристик синтезованих наночастинок, їх можливе застосування, а також перспективи розвитку в галузі нанотехнології. Synthesis of superparamagnetic nanoparticles for medical-biological applications is now intensively developed. Essential progress, especially throughout the last decade, has been achieved in the synthesis of magnetic nanoparticles that leads to the wide range of nanoparticles’ structure, sizes and properties. Different types of monodisperse nanocrystals with certain size, structure and physical and chemical characteristics of the particles were synthesized and modified by a wide range of chemical synthetic methods. However, synthesis of magnetic nanoparticles of high quality, namely, homodispersed population of magnetic grains with controlled size, which are stable, nonagglomerate, with the coating for various media (water, salt, cell cultures, and biological ones) remains till now a challenge. Therefore, it is necessary to develop new strategies of synthesis of nanoparticles with appropriate properties. In this review, the possible methods of synthesis of magnetite nanoparticles for medical and biological use (co-precipitation, hydrothermal and high-temperature reactions, electrochemical methods etc.), methods of synthesized magnetite-nanoparticles’ stabilization, methods of a nanoparticles’ surface modification, methods of investigation of the structure and physical and chemical characteristics of synthesized nanoparticles, the possible use of synthesized nanoparticles, and also development perspectives in the field of nanotechnology are considered. Синтез суперпарамагнитных наночастиц для медико-биологического использования сейчас интенсивно развивается. Существенный прогресс, особенно на протяжении последнего десятилетия, был достигнут в синтезе магнитных наночастиц, который покрывает широкий диапазон их состава, размеров и свойств. Разные типы монодисперсных нанокристаллов с определённым размером, составом и физико-химическими характеристиками частиц были синтезированы и модифицированы с помощь широкого ряда химических синтетических методов. Однако синтез магнитных наночастиц высокого качества, а именно, который приводит к образованию гомодисперсной популяции магнитных зёрен контролированного размера, стабильных, неагломерированных частиц с покрытием для разных сред (водной, солевой, культур клеток и биологической), до сих пор остаётся сложной задачей. То есть необходимо разрабатывать новые стратегии синтеза для образования наночастиц с соответствующими свойствами. В этом обзоре рассмотрены возможные методы синтеза магнетитовых наночастиц для медико-биологического использования (метод соосаждения, гидротермические и высокотемпературные реакции, электрохимические методы и др.), методы стабилизации синтезированных магнетитовых наночастиц, методы модификации поверхности наночастиц, методы исследования структуры и физико-химических характеристик синтезиранных наночастиц, их возможное использование, а также перспективы развития в области нанотехнологии. uk Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування Article published earlier
spellingShingle	Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування Дудченко, Н.О.
title	Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування
title_full	Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування
title_fullStr	Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування
title_full_unstemmed	Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування
title_short	Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування
title_sort	магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76811
work_keys_str_mv	AT dudčenkono magnetnínanočastinkimedikobíologíčnogopriznačennâmetodisintezidoslídžennâvlastivosteizastosuvannâ

Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування

Institution

Similar Items