Магнітна рідина на основі доксорубіцину для застосування в онкотерапії
Тhе water colloids nanocomposite particles of magnetite /hydroxyapatite/doxorubicin/polyethylene glycol/sodium oleate are produced. Particle represented as a structure of core-shell and contained magnetite nanoparticles on the surface modifier, the drug - an anthracycline antibiotic doxorubicin and...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2014
|
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/551 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291696806690816 |
|---|---|
| author | Abramov, N. V. |
| author_facet | Abramov, N. V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "N. V. Abramov",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Abramov, N. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:37:09Z |
| description | Тhе water colloids nanocomposite particles of magnetite /hydroxyapatite/doxorubicin/polyethylene glycol/sodium oleate are produced. Particle represented as a structure of core-shell and contained magnetite nanoparticles on the surface modifier, the drug - an anthracycline antibiotic doxorubicin and combined stabilizer. It is shown that the magnetization curves are in the form of colloids characteristic superparamagnets and calculations within the framework of the Langevin theory of paramagnetism in satisfactory agreement with the experimental data . By magnetic measurements with higher reliability determined by the geometrical parameters of the synthesized nanocomposite particles that correlate with the experimental results independent researchers . The resulting actual material will be useful in the practical use of magnetic colloids and nanocomposites in cancer therapy . |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2014. Вып. 6(21). С. 241–258 241
УДК 544.72
МАГНИТНАЯ ЖИДКОСТЬ НА ОСНОВЕ
ДОКСОРУБИЦИНА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЙ
В ОНКОТЕРАПИИ
Н.В. Абрамов
Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко НАН Украины ул. Генерала Наумова, 17,
Киев, 03164, Украина, E-mail: abramovnv@rambler.ru
Изготовлены водные коллоиды нанокомпозитных частиц состава магнетит/
гидроксиапатит/доксорубицин/полиэтиленгликоль/олеат натрия. Частицы представляют
собой структуру типа ядро–оболочка и содержат на поверхности магнетита модификатор,
лекарственный препарат – антрациклиновый антибиотик доксорубицин и комбинированный
стабилизатор. Показано, что кривые намагничивания водных коллоидов нанокомпозитов
имеют форму характерную для суперпарамагнетиков и их расчеты в рамках теории
парамагнетизма Ланжевена удовлетворительно согласуются с экспериментальными
данными. По магнитным измерениям определены с высокой достоверностью геометрические
параметры синтезированных нанокомпозитных частиц, которые коррелируют с
экспериментальными результатами независимых исследователей. Полученный фактический
материал будет полезен при практическом использовании нанокомпозитов и магнитных
коллоидов в онкотерапии.
Введение
Магнитные жидкости в виде коллоидов ферро- или ферримагнитных частиц
применялись с начала тридцатых годов прошлого столетия [1–5] для выявления
доменных структур в ферромагнетиках. Систематическое изучение самих магнитных
жидкостей было проведено в начале шестидесятых годов [6] в связи с
технологическими потребностями и космическими программами. В настоящее время
они используются в машиностроении, электротехнике, химической и
горнодобывающей промышленности [7, 8]. Магнитные коллоиды (МК), содержащие
нанокомпозитные частицы, широко применяются в медицине, в частности, для
гипертермии [9, 10], магнитной резонансной томографии [11] и направленной доставки
лекарств [12]. Убедительное доказательство биологической совместимости магнетита
[13] и технологические разработки по направленному транспорту лекарственных
препаратов магнитными носителями существенно расширили сферу его применения, в
том числе в виде нанокомпозитных частиц, представляющих собой структуру типа
ядро–оболочка, в которой ядром служит наночастица магнетита (НЧМ), а оболочка
состоит из слоя модификатора, лекарственного препарата и стабилизатора. Одним из
способов доставки в организм нанокомпозитных частиц магнетита (НКЧМ) является
введение их коллоидов, известных в физике как магнитные жидкости.
Препараты на основе доксорубици́на (ДР) – одни из наиболее перспективных и
широко употребляемых в онкологии лекарственных средств. Поэтому исследование
процессов адсорбции данного типа химических структур на поверхность
магнитоуправляемого носителя, а также влияние их на магнитные свойства НЧМ –
актуальное и многообещающее направление при создании новой формы
лекарственного препарата [14–20]. В работе исследованы магнитные свойства
коллоидов составов НЧМ/Ol. Na∪ПЭГ + H2O, НЧМ/ГАП/Ol. Na∪ПЭГ + H2O и
НЧМ/ГАП/ДР/Ol. Na∪ПЭГ + H2O, где ГАП – слой гидроксиапатита, ДР – слой
доксорубици́на, Ol. Na∪ПЭГ – объединённый слой олеата натрия и
242
полиэтиленгликоля, а также магнитные характеристики их сухих остатков.
Перспективность магнитных коллоидов, содержащих лекарственные препараты,
доказана экспериментальными исследованиями в Институте экспериментальной
патологии, онкологии и радиобиологии им. Р.Е. Кавецкого НАН Украины [21, 22].
Цель работы – изучение структурных и магнитных свойств ферримагнитных
наночастиц магнетита, нанокомпозитных частиц магнетита, а также магнитных
коллоидов на их основе пригодных для использования в качестве модельных систем в
онкотерапии.
Материалы и методы
НЧМ получали методом химической конденсации из раствора солей двух- и
трёхвалентного железа, действуя на него избытком щелочи, согласно реакции,
предложенной Элмором [4, 7]:
Fe2+ + 2Fe3+ + 8NH4OH Fe3O4 + 4H2O + 8NH4
+. (1)
Синтез НЧМ подробно изложен в [23]. Часть полученных НЧМ модифицировали ГАП
(Ca10(PO4)6(OH)2) [24], который в медицинской практике обычно применяется как
наполнитель, замещающий части удаленной кости, а также как покрытие имплантатов,
активирующее процесс её нарастания. Для предотвращения коагуляции частиц в
несущей жидкости НЧМ и НЧМ/ГАП стабилизировали Ol. Na (C8H17CH = CH(CH2)7CO
– O-Na) при температуре 80 °С в динамическом режиме в течение 1 ч. Полученный МК
дополнительно стабилизировали в динамическом режиме в течение 3 ч
полиэтиленгликолем (ПЭГ-2000) из расчета 1 весовая часть ПЭГ-2000 к 10 частям МК
[25]. Стабилизирующий слой (Ol. Na ∪ ПЭГ) считали непрерывным толщиной ≈ 3 нм в
МК и ≈ 1 нм в сухих остатках. Исследовали четыре водных МК с различными
статистическими параметрами коллоидных частиц. Магнитные, структурные и
механические характеристики МК, их сухих остатков, а также синтезированных НЧМ
даны в табл. 2.
Рентгенофазовый анализ (РФА) проводили методом порошковой дифрактометрии
на автоматизированном приборе ДРОН-УМ1 с геометрией съемки по Бреггу–Брентано
в излучении Cо K линии анода (λ = 0,179021 нм) с Fe-фильтром в отражённом пучке.
Значения средних размеров DXRD кристаллитов оксидов железа были рассчитаны по
уравнению Шерера [26].
Удельную площадь поверхности образцов (Sуд) определяли по термодесорбции
азота на приборе KELVIN 1042 фирмы “COSTECH Instruments”.
Размеры (DTEM) и форму частиц в образцах изучали методом просвечивающей
электронной микроскопии (ПЭМ) на приборе Transmission Electron Microscope JEOL
2010. В качестве подложки для образцов использовали углеродные пленки с круглыми
отверстиями на медных сеточках.
Петли гистерезиса магнитного момента образцов измеряли с помощью
лабораторного вибрационного магнитометра фонеровского типа при комнатной
температуре. Описание установки и методика измерений изложены в [27]. Образцами
для исследований служили МК и их, специально подготовленные, размагниченные
сухие остатки. Для сравнения использовали материалы с известным значением
удельной намагниченности насыщения (σs): тестированный образец никеля и
наночастицы Fe3O4 (98 %) производства фирмы “Nanostructured & Amorphous Materials
Inc.”, USA. Погрешность измерения σs по отношению к эталонному образцу не
превышала 2.5 %.
243
Результаты и обсуждение
Исследовали ансамбли НЧМ, полученные согласно реакции (1), при молярном
соотношении ионов Fe2+/Fe3+ = ½. В работе [28] реакцию Элмора при указанном
соотношении катионов проводили при комнатной температуре при различных
фиксированных значениях молярной концентрации ионов Fe2+ от 0,05 до 0,25 М и
получали частицы Fe3O4 со значением средней арифметической диаметра (d0) от 10,0 ±
2,8 нм до 14,6 ± 3,2 нм. В настоящей работе при фиксированных температурах
реакционного раствора 20 и 50 С и молярной концентрации ионов Fe2+, равной 0,1 М,
синтезированы НЧМ-20 и НЧМ-50 с d0 10,78 и 9,76 нм соответственно. В табл. 1
приведены статистические параметры ансамблей М20 (рис. 2а) и М50 (рис. 2в)
образцов НЧМ-20 и НЧМ-50 соответственно.
Таблица 1. Статистические параметры ансамблей наночастиц М20 и М50
Образец/ансамбль N d0 , нм σd , нм (lnd)0 σlnd
НЧМ-20/М20 271 10,78 2,93 2,34 0,28
НЧМ-50/М50 256 9,76 2,91 2,23 0,30
Примечание. N – количество частиц в ансамбле; d0 и (lnd)0 – средняя арифметическая
диаметра и логарифма диаметра соответственно; σd, и σlnd – среднеквадратическое
отклонение (СКО) диаметра и логарифма диаметра соответственно.
На рис. 1 приведены дифрактограммы НЧМ-20 (а) и образца сравнения Fe3O4
(98 %) (б), а также значения DXRD. Дифракционные максимумы соответствуют
кристаллической фазе магнетита (JCPDS file, No. 19-0629) [29].
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
1000
2000
3000
, град
I,
о
тн
. е
д.
(220)
(311)
(400) (511)
(440)
(422)
D
XRD
= 10,5 нм
(а)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
4000
8000
D
XRD
27,0 нм
I,
о
тн
. е
д.
, град
(220)
(311)
(400)
(422)
(511)
(440)
(б)
Рис. 1. Дифрактограммы НЧМ-20 (а) и образца сравнения Fe3O4 (98 %) (б).
Cтатистический анализ ПЭМ изображений НЧМ осуществляли с помощью
функции нормального распределения F(x) (закон Гаусса–Лапласа) и плотности F-
распределения f(x):
2
2
1
( ) ,
2
x t
F x e dt
2
' 2
1
( ) ( ) ,
2
t
F x f x e
(2)
где t = [x – M(x)]/σx; M(x) и σx – математическое ожидание и СКО величины x
соответственно. Нормированная случайная величина t связана с функцией ошибок
Лапласа соотношением F(t) = Erf(t/20,5).
Согласно эмпирическим функциям вероятности (рис. 2б, рис. 2г, кр-е 2)
распределение по диаметрам НЧМ-20 близко к логнормальному (т. е. нормально
распределены логарифмы диаметров частиц), а НЧМ-50 распределены почти
244
нормально. Анализ распределений НЧМ может служить средством для проверки
гипотез о характере их роста в процессе химической конденсации [30].
а
1,6 2,0 2,4 2,8 3,2
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
w
lnd
1
2
3
4
б
в
г
Рис. 2. а, в – ПЭМ изображения ансамблей М20 и М50 соответственно; б, г: кривые 1
– нормальные функции вероятности, кривые 2 – эмпирические функции
вероятности, кривые 3 – плотности вероятности, кривые 4 – полигоны
относитеьных частостей логарифмов диаметров частиц ансамбля М20 и
диаметров частиц ансамбля М50 соответственно. На вставках – гистограммы
распределения частиц ансамблей по диаметрам и логарифмам диаметров.
Магнетит кристаллизуется в структуре обращённой шпинели [31, 32], которая
может рассматриваться как кубическая почти плотная упаковка ионов кислорода
радиусом r(О2-) ~ 1,36 Å [33, 34]. Ионы Fe2+ и половина ионов Fe3+ находятся в
октаэдрических междоузлиях В, вторая половина ионов Fe3+ – в тетраэдрических
междоузлиях А. Ниже ферромагнитной точки Кюри θf ≈ 585 °C [36], магнитные
моменты ионов Fe3+, находящиеся в узлах подрешеток А и В, направлены
антипаралельно (Fe3+←)A[→Fe3+Fe2+→]BО
2-
4. Постоянная решетки (а) Fe3O4 составляет
(8,393 – 8,396) Å, плотность заполнения пространства анионами ~ 74 % [35],
кислородный параметр u = 0,379 ± 0,001 (u = 3/8 = 0,375 соответствует идеальной
кубической упаковке). Радиусы тетра- и октаэдрических пустот можно рассчитать по
значениям а, u и r(О2-). Магнитный момент «молекулы» Fe3O4 при T→ 0 °К составляет
~ 4,1μВ. Элементарная ячейка состоит из восьми «молекул» Fe3O4, содержит 32
междоузлия В и 64 междоузлия А. При температуре Tv ≈ 119 К в магнетите происходит
переход Вервея [36] – структурный фазовый переход первого рода, сопровождающийся
увеличением на два порядка электросопротивления, аномалией удельной теплоёмкости
и изменением вблизи точки перехода (≈130 К) знака константы магнитной
кристаллографической анизотропии [37]. При температурах больших TV ионы Fe3+ и
245
Fe2+ статистически распределены по позициям В. Однако при охлаждении магнетита
ниже Tv валентности ионов упорядочиваются и симметрия решетки понижается от
кубической к триклинной [38] (имеет место сжатие решётки на ≈ 0,03% в направлении
с, ≈ 0,07% – в направлении а и удлинение на ≈ 0,06% в направлении b. Плотность
магнетита (ρ) по рентгеновским данным составляет ≈ 5,238 г/см3 [13]. Монокристалл
магнетита при температуре 300 К характеризуется σs ~ 92 Гс · см3/г, которая стремится
к величине ~ 98 Гс · см3/г при T → 0 К [39]. Экспериментально наблюдается понижение
значения σs частиц магнетита по мере уменьшения их диаметра. Например, σ частиц
Fe3O4 с d0 4,8 нм, стабилизированных диэтиленгликолем (C4H10O3), распределённых в
матрице из парафина (5 % вес.), составляет σ(10 кЭ) = 50 Гс·см3·г-1 , σ(50 кЭ) = 58
Гс·см3·г-1 при Т = 300 К и σ(10 кЭ) = 71 Гс·см3·г-1 , σ(50 кЭ) = 75 Гс·см3·г-1 при Т = 5 К
[40]. В [41] показано, что НЧМ с d < 50 нм при температуре 300 К являются абсолютно
однодоменными (намагниченность частицы при любых значениях и направлениях
магнитного поля остаётся однородной по всему её объёму), а также проведён
литературный анализ и получена подгоночная кривая намагниченности насыщения
монодисперсий магнетита в области размеров 4 нм ≤ d ≤ 40 нм:
1
1 exp ,d c
s fM a b
(3)
где a = 430 Гс, b = 488 Гс, c = 6.5 нм, f = 3.0 нм.
Время релаксации τ магнитного момента однодоменной частицы с одноосной
анизотропией впервые получил Л. Неель [42]
2
0
1 exp 1
2
s k
N k
VJ H H
f
kT H
, (4)
где f0 = τ0
-1
– частотный фактор (f0 ≈ 109 Гц [55], V – объём частицы, Js –
намагниченность насыщения, Hk – внутренняя коэрцитивная сила, kB = 1,38062·10-16
эрг/град – постоянная Больцмана, Т – температура. Бин и Ливингстон [43] ввели
понятие суперпарамагнетизма и предложили модель дискретных ориентаций, в которой
вектор μ находится основное время в энергетическом минимуме, а переход в другой
минимум совершается практически мгновенно, что аппроксимирует τN выражением
0 expN
E
kT
, (5)
в котором при одноосной анизотропии E = KV, где K – константа анизотропии.
Браун [44], полагая вектор μ движущимся непрерывно под действием случайных
сил, решил кинетическое уравнение типа Фоккера–Планка, в котором уравнение
Ландау–Лифшица играло роль динамического соотношения, определяющего
регулярное изменение вектора μ, и получил асимптотическую формулу
1/2
0 expN KV
kT
, (6)
которая справедлива при σ ≥2, где τ0 – время затухания ларморовской прецессии [45]
0 ,
2
sM
К
(7)
с безразмерным параметром затухания α= 10-2, который был определён по ширине
линии естественного (т. е. при H = 0) резонансного поглощения в коллоидной
246
суспензии никеля в диэтилфталате [46], γ ≈ 1,757·107 Э-1с-1 – гиромагнитное отношение
для электрона (фактор спектроскопического расщепления g = 2). Аарони [47]
распространил результат Брауна на случай кубической анизотропии. Следует сказать,
что энергию естественной кристаллографической анизотропии кубического кристалла
можно представить в виде бесконечного ряда Ean = K0 + K1(αx
2αy
2 + αy
2αz
2 + αx
2αz
2) +
K2αx
2αy
2αz
2 + …, где K0, K1, K2 – константы кристаллографической магнитной
анизотропии, определяемые экспериментально; αx,
αy, αz – направляющие косинусы
вектора намагниченности по отношению к координатным осям, совпадающим с
основными кристаллографическими направлениями кубической решетки кристалла.
При K1 > 0 и |K2| < |K1|9/4 легкими направлениями намагничивания являются [100]
(рёбра куба), трудными – [111] (диагонали куба); при K1 < 0 и |K2| < |K1|9/4 легкими
являются направления [111], трудными – [100][48–51]. Монокристалл Fe3O4 при 293 К
имеет K1 = -1,07·105 и K2 = -0,28·105эрг/см3 [39], следовательно, в кристалле магнетита
легкими являются направления [111], трудными – [100]. При охлаждении кристалла
ниже TV анизотропия становится одноосной [52] с лёгким направлением [001].
Эффективную энергию анизотропии не взаимодействующей однодоменной частицы
можно представить в виде Ean = KvV + KsS, где Kv и Ks – соответственно одноосная
объёмная и поверхностная анизотропия, V и S – соответственно объём и площадь
поверхности частицы. Тогда для сферической частицы диаметра d K = Kv + 6Ks/d.
Авторы [56] исследовали ансамбли частиц магнетита с d0 (по данным TEM) 5,1 нм (σd =
0,42 нм), 7,0 нм (σd = 0.58 нм) и 10.5 нм (σd = 0.60 нм) в полимерных оболочках и
определиили значения их K (рис. 3а) по уравнению для одноосной анизотропии [57, 58]
M(H) = Ms(T)[1 – kBT/Ms(T)VH –4K2/15Ms(T)2H2] + χ0H, где χ0 – восприимчивость при
высоких полях. На рис. 3а представлены температурная зависимость K1 и K2
массивного монокристалла магнетита и значения K1, определённые для наночастиц
различного размера при различных температурах, согласно литературным данным.
Так как характер зависимости τN от V/T является экспоненциальным, были
введены понятия температуры блокировки Tb [42], при которой выполняется условие τm
= τN, и объёма блокирования Vb для суперпарамагнитного состояния [53, 54]:
0lnb
B m
KV
T
k
, (8а)
0ln
,B m
b
k T
V
K
(8б)
где τm – время измерения магнитной характеристики.
На рис. 3б изображены зависимость диаметра блокированной частицы магнетита
(K = 1,4·105 эрг/см3 [43]) при T = 300 K от логарифма τm, вычисленная по формуле (8б)
(кр. 1) и полигон относительных частот диаметров частиц в ансамбле М20 (кр. 2).
Частицы ансамбля М20 диаметром 4.5 нм ≤ d ≤ 20.0 нм при τm ≥ 10 с находятся в
суперпарамагнитном состоянии. Одной из причин существования коэрцитивной силы
Нс ≈ 65 Э, характерной для не- взаимодействующих и не имеющих вращательных и
поступательных степеней свободы НЧМ-20 (рис. 8, нижняя вставка), вероятно является
наличие (≈ 2 % от общего числа) частиц диаметром 20,0 нм ≤ d ≤ 22,0 нм. Следует
сказать, что они занимают ≈ 16 % суммарного объёма частиц ансамбля.
Коллоидная частица, одновременно с поступательным, совершает хаотическое
вращательное движение, характер которого определяется броуновским временем
вращательной диффузии [59]:
3 / ( )B ч BV k T , (9)
247
где η – эффективная вязкость МК; dч = d + 2δ и Vч = πdч
3/6 – диаметр и объём
коллоидной частицы соответственно; δ = hмод + hлек + hст – толщина оболочки частицы;
hмод, hлек, hст – толщина слоя модифицирующего, лекарственного и стабилизирующего
веществ соответственно.
0 100 200 300 400 500
-2
-1
0
1
2
K
1, K
2, 1
05 э
рг
/с
м
3
T, K
natural crystals [53]
synthesized crystals [53]
[54]
5 nm [41]
[42]
10 nm [55]
[42], [53]
K1 [54]
K2 [54]
-Keff, [56]
5 nm
10 nm
7 nm
K
1
K
2
(а)
-8 -4 0 4 8
0
10
20
30
log
m
d,
n
m
T = 300 K
0
10
20
30
d,
n
m
0 0,25 0,5
w
d,
n
m
1
2
(б)
Рис. 3. Температурная зависимость K1 и K2 массивного монокристалла магнетита и
значения K1 наночастиц различного размера при различных температурах
согласно литературным данным (a); зависимость диаметра блокированной
частицы магнетита (K = 1.4·105 эрг/см3 [43], τ0 = 10-9 с) при T = 300 K и τm = 10
с от логарифма времени измерения (1); полигон относительных частот
диаметров частиц ансамбля М20 (2).
В настоящей работе исследованы четыре водных МК с различными
статистическими параметрами коллоидных частиц (табл. 2). Условия модифицирования
поверхности магнетита гидроксиапатитом изучены в [24]. Близкие к оптимальным
покрытия ГАП на поверхности магнетита получены из раствора ацетата кальция.
Установлено, что фаза ГАП характеризуется соотношением Ca/P ~ 1,7. Толщина её
слоя на поверхности наночастиц магнетита, оцененная по отношению площадей Fe2p-
/Fe3p-линий и приросту массы нанокомпозита, составляла hмод ~ 4 нм. Плотность ГАП
– (3.14 – 3.21) г/см3, кристалл относится к фёдоровской группе симметрии P63/m
гексагонально-дипирамидального вида [33] с параметрами решётки a = 9,41 Å, c = 6,88
Å. Молекулы доксорубицина хлорида C27H29NO11HCl прививали на слой ГАП.
Толщина слоя ДР составила hлек ~ 3 нм. Авторы [60] методом ПЭМ высокого
разрешения определили толщину слоя ДР на поверхности ГАП. Она составила от 3,9 до
8,7 нм в зависимости от исходной концентрации ДР хлорида в растворе. Доксорубицин
хлорид производства «Pfizer Italia S.r.I.» диамагнитен, его удельная намагниченность в
поле 3 кЭ составляет – 0,01200 Гс·см3/г [61].
В МК при τN << τВ магнитный момент частицы релаксирует по механизму Нееля
(внутренний суперпарамагнетизм), а в случае τN >> τВ – по броуновскому механизму
(внешний суперпарамагнетизм). Оба механизма описывают релаксацию момента к
равновесному состоянию и приводят к одинаковому наблюдаемому
суперпарамагнитному поведению по закону Ланжевена. Равенство характерных времен
τN = τΒ определяет критический размер d* для суперпарамагнитного состояния частицы,
взвешенной в жидкости с вязкостью η. Отличительной чертой суперпарамагнитного
поведения ансамбля частиц, кроме отсутствия гистерезиса, является приблизительное
совмещение кривых намагничивания, измеренных при различных температурах T > Tb,
выраженных через H/T.
248
На рис. 4 изображены размерные зависимости τB частиц МК4 и МК1 (кр. 1 и кр. 2
соответственно) и τN НЧМ-20 (ядер частиц МК1, МК3 и МК4), вычисленная по
формуле Брауна (формула (6)) при K = |K1| = 1,1 105 эрг/см3 и τ0 из (7) и Ms из (3). .Для
частиц МК1 и МК4 (табл. 2) с оболочкой δ = 3,0 и 10,0 нм в среде с η = 1,14 и 0,91
мПа·с при 300 К d* ~ 17,2 и 18,2 нм соответственно (рис. 4). В МК, содержащих
частицы c d < d* (следовательно, τN < τВ) равновесная ориентация магнитных моментов
устанавливается в основном благодаря внутреннему суперпарамагнетизму, т. е. время
релаксации ≈ τN. Для сравнения d* частиц железа (К1 ~ 4,8·105 эрг/см3) и
гексагонального кобальта (К1 ~ 4.5·106 эрг/см3) в водном коллоиде (η = 1 мПа·с) равен
соответственно 8.5 и 4.0 нм при Т ~ 300 К и η = 1 мПа·с [45].
4 8 12 16 20
0
1
2
d*
МК1
N
,
B
, = 10 nm
t 1
05 , с
d, нм
d*
МК4
B
, = 3 nm
1
2
3
Рис. 4. Размерные зависимости τB частиц МК4 (кр. 1), МК1 (кр. 2) и τN (кр. 3) М20,
вычисленная по формуле (6) при K = 1,1 105 эрг/см3 с τ0 из (7) и Ms из (3). d*МК1
и d*МК4 – критические размеры (условие τN = τΒ) суперпарамагнитного
состояния частиц МК1 и МК4 с оболочкой δ = 3,0 и 10,0 нм соответственно в
среде с η = 1,14 и 0,91 мПа·с соответственно при 300 К ~ 17,2 и 18,2 нм
соответственно.
Исследованные МК – это ультрамикрогетерогенные системы (золи), в которых
диффузионные потоки частиц преобладают над седиментационными. По прошествии
длительного периода времени (годы) в монодисперсном золе потоки становятся
равными и устанавливается диффузионно-седиментационное равновесие (ДСР), при
котором распределение частиц по высоте сосуда подчинятся гипсометрическому
закону:
0
( )
exp exp ,ч ч осh
B
V ghv h
v Lk T
(10)
где νh и ν0 – концентрация частиц на высоте h и на уровне дна сосуда соответственно, ρч
и ρос – плотности частицы и жидкой основы соответственно, L – гипсометрическая
высота (высота, на которой ν0/νh = e).
Гипсометрическая высота является мерой термодинамической
седиментационной устойчивости (ТСУ) [62]. В полидисперсных системах ДСР
устанавливается для каждой фракции частиц. Порядок величины времени установления
ДСР (tb) в МК1 – МК4 вычисляли по формуле tb = L0
2/D0 [45], где D0 =
(1/N)∑kBT/(3πηdчi) – средний коэффициент диффузии; L0 = (1/N)∑kBT/[Vчi(ρчi - ρос)g] –
средняя L, где ρчi рассчитывали по формулам (14). Динамическую вязкость (η)
249
концентрированных МК1 и МК2 определяли с помощью лабораторного вискозиметра
(время истечения жидкости через стеклянный капилляр диаметром 0,2 мм составляло
порядка 300 с), а также согласно экспериментальным данным Розенцвейга [6]. Для
разбавленных МК3 и МК4 η рассчитывали по формуле Эйнштейна: η/η0 = 1 + 5φ/2, где
η0 – динамическая вязкость несущей жидкости (η0 воды составляет 0,890 мПа·с при
температуре 25 °C). Оценочные значения tb в МК1 – МК4 составляют от 9 лет и выше
(табл. 2). Этот факт служил обоснованием того, что для расчётов кривых
намагничивания МК использовали полигоны частот статистически распределённых в
несущей жидкости частиц с ядрами М20 и М50. Плотность МК определяли методом
гидростатического взвешивания. Объёмную концентрацию Fe3O4 в МК рассчитывали
по намагниченности φМ = М∞/Мs, где М∞ и Мs – намагниченности насыщения МК и
НЧМ соответственно, которые были получены путём представления
экспериментальных значений намагниченности в зависимости от Н-1 (рис. 8, верхняя
вставка). Объёмную концентрацию твёрдой фазы в МК определяли также по её
плотности [7]:
2 2 / / / /МК H O H O НЧМ мод НЧМ мод лек ст лек ст , (11)
где ρH2O и φH2O, ρНЧМ/мод и φНЧМ/мод, ρлек/ст и φлек/ст, а также ρМК и φМК – плотность и
объёмная концентрация жидкой основы, модифицированного магнитного носителя,
объединённого лекарственного и стабилизирующего слоя, а также МК соответственно,
при φМК = 1 и φлек/ст = 1 – (φH2O + φНЧМ/мод). В случае равенства плотностей жидких
компонент МК ρлек/ст ≈ ρH2O (11) принимает вид
φρ= (ρМК –ρH2O)/[ρмод–α3(ρНЧМ –ρмод) – ρH2O], (12)
где α3 = [d0/(d0 + 2hмод)]
3.
Зависимости коэффициентов диффузии, гипсометрических высот и плотностей
коллоидных частиц от их диаметра для МК1 и МК4 представлены на рис. 5. На
вставках даны распределения коэффициентов диффузии и гипсометрических высот для
МК1 и МК4. Геометрические параметры коллоидных частиц даны в табл. 2. Например,
плотность НКЧМ чi состава М20/ГАП/ДР/Ol. Na∪ПЭГ по ансамблю М20,
содержащего N = 271 частицу вычисляли по формулам (14) при НЧМ = ρМ20 ≈ 5,18 г/см3
[56], ρмод = ρГАП ≈ 2,71 г/см3 [60], ρлек = ρДР ≈ 1,00 г/см3, ρст = ρOl. Na∪ПЭГ ≈ 1,18 г/см3
(определена экспериментально), hГАП ≈ 4 нм, hДР ≈ 3 нм, hOl. Na∪ПЭГ ≈ 3 нм.
Средние значения плотности ансамбля НКЧМ рассчитывали по формуле
3
1
3
1
( 2 )
,
( 2 )
N
чi i
i
НКЧМ N
i
i
d
d
(13)
где
/ / / / /
1 1
/ / /
2 2
/
3 3
1
1
1
НЧМ мод лек ст НЧМ мод лек
чi i i ст
НЧМ мод лек НЧМ мод
i i лек
НЧМ мод
i НЧМ мод
250
3
1
3
2
3
3
2 2
2 2 2
2
2 2
2
i мод лек
i мод лек cт
i мод
i мод лек
i
i мод
d h h
d h h h
d h
d h h
d
d h
16 20 24 28 32
2
3
4
1,8 2,7 3,6
0
20
40
C
ou
nt
s
Diffusion coefficient (10
-7
sm
2
/s)
D
,
1
0
-7
с
м
2 /с
d
ч
, нм
MF1
а
б
в
24 27 30 33 36 39 42
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
d
ч
, нм
ч
, г
/с
м
3
0
5
10
15
20
25
0 8 16 24
0
20
40
60
C
ou
nt
s
Hypsometric height (sm)
L
, см
MF4
г
Рис. 5. a и в – Зависимости коэффициентов диффузии от диаметра коллоидной частицы в
МК1 и МК4 соответственно, на вставках – распределение коэффициентов диффузии
в МК1 и МК4; б и г – зависимости плотности и гипсометрических высот от диаметра
коллоидной частицы в МК1 и МК4 соответственно, на вставках – распределение
гипсометрических высот в МК1 и МК4.
Средние значения удельной намагниченности насыщения и удельной
поверхности ансамбля НКЧМ рассчитывали по формулам:
3
1
3
1
,
( 2 )
N
i
НКЧМ НЧМ iНЧМ
s s N
НКЧМ
i
i
d
d
2
1
3
1
( 2 )
6 .
( 2 )
N
i
i
уд N
i i
i
d
S
d
(14)
251
Таблица 2. Магнитные, структурные и механические характеристики водных МК, их
сухих остатков и наночастиц магнетита.
Образец Состав d0+δ, нм σ, нм
МК1 М20/Ol. Na∪ПЭГ 16.8 2.93
МК2 М50/Ol. Na∪ПЭГ 15.8 2.91
МК3 М20/ГАП/Ol. Na∪ПЭГ 24.8 2.93
МК4 М20/ГАП/ДР/Ol. Na∪ПЭГ 30.8 2.93
Водные магнитные коллоиды
Образ
ец
ρМК,
г/см3
φρ δ,
нм
η,
мПа·
с
D0·107,
см2/с
σ*)·108,
см2/с
L0, см σ, см tb, год M∞, Гс
МК1 1.142 0.034 3 1.14 2.51 4.17 24.76 27.89 77.4 14.1
МК2 1.122 0.029 3 1.08 2.62 4.78 36.22 40.66 158.7 11.8
МК3 1.044 0.004 7 0.92 1.64 1.89 6.67 3.65 8.6 3.5
МК4 1.023 0.002 10 0.91 1.31 1.21 6.67 3.65 10.7 1.9
Сухие остатки (СО) МК и наночастицы магнетита
Образец D0, нм hмод,
нм
hлек,
нм
hст,
нм
ρНКЧМ,
г/см3
Sуд, м
2/г σ(H=10кЭ),
Гс·см3/г
σs, Гс·см
3/г
НЧМ-20 10.8 0 0 0 5.2 115.5 61.3 62.6
НЧМ-50 9,8 0 0 0 5.2 129.7 55.4 56.7
СО1 10,8 0 0 1**) 2.1 147.9 32.5 32.9
СО2 9,8 0 0 1 1.8 170.3 36.1 36.6
СО3 10,8 4 0 1 2.67 104.8 12.9 13.2
СО4 10,8 4 3 1 1.75 121.9 8.6 9.9
*) σ: стандартное отклонение, σ = [Σni(Di–DTEM)2/(N-1)]0.5, ni - число частиц, имеющих
диаметр Di, DTEM - средний диаметр D0 = (ΣniDi)/N.
**) В МК hст ≈ 3 нм.
Примечание. D0 = d0 + 2δ, ρМК - плотность МК; φρ - объёмная концентрация твёрдой
фазы (Fe3O4 или Fe3O4/ГАП) в МК по плотности рассчитанная по формуле (12); η -
динамическая вязкость МК; δ - толщина оболочки частицы.
Вычисление удельной площади поверхности частицы типа «ядро–оболочка» (Sуд.
= 6/(ρd), где ρ = ρ1λ + ρ2(1-λ), λ = [d1/(d1+2h)]3, d = d1+2h.) показывает, что при
фиксированном значении диаметра ядра (d1) (рис. 6а, вставка), плотности ядра (ρ1) и
оболочки (ρ2), при определённом значении толщины оболочки (слоя) (h) существует
максимум Sуд для каждого значения плотности слоя – на рис. 6а максимумы соединяет
ломаная (1). Например, при ρ1 = 5.2 г/см3 и d1 = 10.8 нм, ρ2 = 0.3 г/см3 и h = 12.6 нм Sуд ≈
425 м2/г. Согласно расчётам по формулам (13),(14) при фиксированных значениях
толщины слоёв модификатора и лекарственного препарата, например hГАП = 4 нм и hДР
= 3 нм, значение НКЧМ
s по ансамблю М20 монотонно уменьшается с увеличением
толщины слоя стабилизатора (кр. 2, рис. 6б), а для величин удS наблюдается
максимум ≈ 126 м2/г(НКЧМ) при hOl. Na∪ПЭГ ≈ 3,2 нм. Также при фиксированных
значениях толщины слоёв модификатора и стабилизатора, например hГАП = 4 нм и hOl.
Na∪ПЭГ ≈ 1 нм, НКЧМ
s по ансамблю М20
252
монотонно уменьшается с увеличением толщины слоя лекарственного препарата (кр. 2,
рис. 6в), а для удS наблюдается максимум ≈ 125 м2/г(НКЧМ) при hДР ≈ 5,5 нм.
0 5 10 15 20 25
0
100
200
300
400
S
уд
,
м
2 /г
h
ст
, нм
19,0 g/cm^3
10,4
5,2
2,6
1,7
1,0
0,5
0,3
1
2
hd
1
1
= 5,2 g/cm3
1
а
0 2 4 6 8 10
0
8
16
24
hлек, нм
s ,
Г
с
см
3 /г
(Н
К
Ч
М
)
100
110
120
НЧМ-20
h
мод
= 4 нм
h
ст
= 1 нм
S
уд , м
2/г
(Н
К
Ч
М
)
1
2
б
0 2 4 6 8 10
0
8
16
24
h
лек
, нм
s ,
Г
с
см
3 /г
(Н
К
Ч
М
)
100
110
120
НЧМ-20
h
мод
= 4 нм
h
ст
= 1 нм
S
уд , м
2/г
(Н
К
Ч
М
)
1
2
в
Рис. 6. Средние значения удельной
намагниченности насыщения и
площади удельной поверхности
ансамбля частиц структуры типа
ядро-оболочка, в которой ядром
служит наночастица магнетита
(НЧМ-20), а оболочка состоит из
слоя модификатора,
лекарственного препарата и
стабилизатора в зависимости от
толщины слоя: (а) –
стабилизатора; (б) –
лекарственного препарата. Серые
прямоугольники и кружки –
область экспериментальных
значений σs и Sуд соответственно
для сухих остатков составов (а) -
МК4, (б) - МК3.
Методом магнитной гранулометрии [63], который основывается на
сопоставлении экспериментальной кривой намагничивания с ланжевеновской кривой
при заданных законах распределения частиц по размерам и их магнитных параметрах, в
частности намагниченности насыщения материала частиц и толщины размагниченного
слоя, по кривой намагничивания МК находили распределение по размерам НЧМ в
коллоиде. Для анализа кривых намагничивания МК применяли известное уравнение
[64, 65]:
3 3
0 0
1
3
1
( 2 ) ( 2 )
6( )
,
k
s
i i i
i B
k
s
i i
i
M H
n d a L d a
k TM H
M
n d
(15)
где di и ni – диаметр и количество частиц магнетита в i-й фракции соответственно,
которые определяли по гистограмме, а0 – толщина твёрдого немагнитного слоя; L(ξ) ≡
cthξ - 1/ξ – функция Ланжевена. Интервальную частоту ni, приходящуюся на середину k-
го интервала, рассчитывали по формуле: ni = hNf(t)/σlnd, где t = [(lnd)i - (lnd)0]/σlnd, (lnd)i =
lndmin + (2i - 1)h/2. Диаметр частицы магнетита в i-й фракции di = exp((lnd)i. В качестве
253
ширины интервала (h = 0,2) выбирали ближайшую несложную дробь числа (lndmax –
lndmin)/(1 + 3,322lgN) ≈ 0,1894 (формула Стэрджеса [66]).
На рис. 7 показаны петли гистерезиса МК1 – МК4 (1-4), а также теоретические
зависимости (1t–4t), полученные по формуле (15) с использованием полигонов частот
НЧМ-20 для МК1, МК3, МК4 и НЧМ-50 для МК2. Толщину размагниченного слоя
принимали равной значению постоянной решетки магнетита (а0 = 0,8395 нм).
Совмещение кривых свидетельствует о совпадении экспериментальных и заданных
параметров.
-10 -5 0 5 10
-15
-10
-5
0
5
10
15
5 10 15 20
0,00
0,15
0,30
n
/N
d, нм
1
2
-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
-5,0
-2,5
0,0
2,5
5,0
M
,
Гс
Н, кЭ
M
,
Г
с
Н, кЭ
1
2
3
4
1t
2t
3t
4t
Рис. 7. Петли гистерезиса МК1 – МК4 (1-
4) и зависимости, полученные по
формуле (15) (1t – 4t) с
использованием
соответствующих полигонов
частот.
На вставках показаны: верхней –
полигоны частот НЧМ-20 (1) и
НЧМ-50 (2), нижней – начальная
область кривых намагничивания.
Часть магнетита не стабилизированного олеатом натрия и пробы (~ 50 мл) из
водных МК1-МК4 просушивали в условиях, близких к стандартным, и получали
соответственно (НЧМ-20, НЧМ-50) и сухие остатки (СО1-СО4). НЧМ или СО
распределяли в матрице из парафина (для предотвращения межчастичного
взаимодействия) с φ = mСО/mпарафин ~ 0,1. Согласно экспериментальным кривым (рис. 7)
коэрцитивные силы (Нс) водных МК1 – МК4 составляют 2 – 3 Э. НЧМ и СО
распределённые в твёрдой немагнитной матрице характеризуются Нс = (65 – 70) Э
(рис. 8).
-10 -5 0 5 10
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
0,0 0,2 0,4
0
20
40
60
H-1, кЭ-1
-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
-10
-5
0
5
10
,
Г
с
см
3 /г
H, кЭ
,
Г
с
см
3 /г
H, кЭ
NPM-20
NPM-50
1
2
3
4
Рис. 8. Петли гистерезиса НЧМ-20 , НЧМ-
50, НЧМ-20/ГА/ПЭГ/Ol. Na (3),
НЧМ-20/ГА/ДР/ПЭГ/Ol. Na (4),
распределённые в матрице из
парафина.
На вставках показаны: верхней –
экспериментальные значения
намагниченности в зависимости от
Н-1, нижней – начальная область
кривых намагничивания.
Коэрцитивная сила распределённых в твёрдой немагнитной матрице НЧМ и
сухих остатков МК, вероятно, обусловлена или небольшим количеством достаточно
крупных частиц диаметром d > 21 нм или/и агрегатами частиц, объединённых диполь-
дипольным взаимодействием.
254
Выводы
Получены частицы магнетита с оптимальными для направленной доставки
лекарств параметрами. Размеры (в первом приближении – диаметры) частиц
составляют 4 – 22 нм, удельная намагниченность насыщения ~ 57 – 63 Гс см3/г.
Показано, что при синтезе НЧМ повышение температуры реакционного
раствора от 20 до 50 ºС ведёт к снижению средних значений σs частиц от 63 до 57 Гс
см3/г, диаметра – от 10,8 до 9,8 нм. Изменяется также закон распределения частиц по
размерам: от логнормального к нормальному.
Синтезированы новые композиты, представляющие собой наночастицы
магнетита, инкапсулированные в оболочки ГАП/ПЭГ∪Ol. Na, ГАП/ДР/ПЭГ∪Ol. Na и
новые магнитные коллоиды составов НЧМ-20/ГАП/ПЭГ∪Ol. Na + H2O (МК3) и НЧМ-
20/ГАП/ДР/ПЭГ∪Ol. Na + H2O (МК4).
Получены размерные зависимости неелевского времени релаксации магнитного
момента ядер и броуновских времён вращательной диффузии частиц МК3 и МК4, а
также определены для них значения критического размера ядер (17,2 нм ≤ d* ≤ 18,2 нм)
при переходе через который в сторону увеличения изменяется механизм релаксации
магнитного момента: от неелевского к броуновскому.
Рассчитаны размерные зависимости и распределения коэффициентов диффузии
частиц МК, а также гипсометрические высоты МК.
Вычислены средние значения плотности, удельной намагниченности насыщения
и площади удельной поверхности ансамблей частиц стуктуры типа ядро-оболочка, в
которой ядром служит наночастица магнетита, а оболочка состоит из слоя
модификатора, лекарственного препарата и стабилизатора в зависимости от толщин
слоёв лекарственного препарата и стабилизирующего вещества.
Методом магнитной гранулометрии показано, что НЧМ состоят из ядра,
намагниченного до насыщения (~ 90 Гс см3/г), и слабомагнитного слоя, толщина
которого составляет ~ 0,84 нм.
Полученные результаты могут быть полезны для разработки новых типов и
форм магниточувствительных носителей онкологических лекарственных препаратов.
Автор благодарит П.П. Горбика за многочисленные дискуссии и постоянное
внимание к работе, а также А.Л. Петрановскую за предоставление образцов и ценные
замечания. Работа выполнена в рамках целевой комплексной программы
фундаментальных исследований НАН Украины «Фундаментальные проблемы создания
новых веществ и материалов химического производства», проект 31/14.
Литература
1. Bitter F. On inhomogeneities in the magnetization of ferromagnetic materials // Phys.
Rev. – 1931. – V. 38. – P. 1903–1905.
2. Hamos L.V., Thiessen P.A. Uber die sichtbarmachung von bezirken verchiedenen
ferromagnetischen zustands fester korpen // Z. Phys. – 1932. –V. 71.–P. 442–444.
3. Elmorе W.C. Properties of the surface magnetization in ferromagnetic crystals // Phys.
Rev. – 1937. – V. 51. – P. 982–988.
4. Elmore W.C. The magnetization of Ferromagnetic Colloids // Phys. Rev. – 1938.– V.
54.– P. 1092–1095.
5. Williams H.J., Bozorth R.M., Shockley W. Magnetic domain patterns on single crystals
of silicon iron // Phys. Rev. – 1949. – V. 75. – P. 155–178.
6. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика. – Москва.: Мир, 1989. – 357 с.
7. Фертман В.Е. Магнитные жидкости. – Минск.: Высш. шк., 1988. – 184 с.
8. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С. Магнитные жидкости. – Москва.:
Химия, 1989. – 239 с.
255
9. Hergt R., Hiergeist R., Hilger I., Kaiser W.A., Lapatnikov Y., Margel S., Richter U.
Maghemite nanoparticles with very high AC–losses for application in Rf–magnetic
hyperthermia // J. Magn. Magn. Mater. – 2004. – V. 270. – P. 345–357.
10. Fortin J.P., Wilhelm C., Servais J., Menager C., Bacri J.C., Gazeau F. Size–sorted
anionic iron oxide nanomagnets as colloidal mediators for magnetic hyperthermia // J.
Am. Chem. Soc. – 2007. – V. 129. – P. 2628–2635.
11. Bautista M.C., Bomati–Miguel O., Zhao X., Morales M.P., Gonzalez–Carreno T., Alejo
R.P., Ruiz–Cabello J., Veintemillas–Verdaguer S. Comparative study of ferrofluids
based on dextran–coated iron oxide and metal nanoparticles for contrast agents in
magnetic resonance imaging // Nanotechnology – 2004. – V. 15. – P. S154–S159.
12. Carpenter E.E. Iron nanoparticles as potential magnetic carriers // J. Magn. Magn.
Mater. – 2001. – V. 225. – P. 17–20.
13. Биогенный магнетит и магниторецепция. Под ред. Киршвика Дж.. – Москва.:
Мир, 1990. – Т. 1. – 590 с.
14. Van P., Phan P., Chinh L., Truong N., Nhung H., Thanh N., Nguyen T., Hoang M.. Gia
V., Duong T., Thuy T. and Kim P. Downregulation of CD44 reduces doxorubicin
resistance of CD44 CD24−breast cancer cells // OncoTargets and Therapy - 2011. – V.
4. – P. 71-78.
15. Liu J., Zhang Yu, Wang Ch., Xu R., Chen Zh. and Gu N. Magnetically Sensitive
Alginate-Templated Polyelectrolyte Multilayer Microcapsules for Controlled Release of
Doxorubicin // J. Phys. Chem. C – 2010. -V. 114. - P. 7673–7679.
16. Pouponneau P., Leroux J. Ch., Soulez G., Gaboury L., Martel S. Co-encapsulation of
magnetic nanoparticles and doxorubicin into biodegradablemicrocarriers for deep tissue
targeting by vascular MRI navigation // Biomaterials – 2011. – V. – 32. - P. 3481-3486.
17. Mykhaylyk O.M., Dudchenko N.O., Dudchenko A.K. Pharmacokinetics of the
doxorubicin magnetic nanoconjugate in effects of the nonuniform stationary magnetic
field // Укр. Биохим. Журн. – 2005. – V. 77. - № 5. – P. 80-92.
18. Brulé S., Levy M., Wilhelm C., Letourneur D., Gazeau F., Ménager Ch., and Le Visage
C. Doxorubicin Release Triggered by Alginate Embedded Magnetic Nanoheaters: A
Combined Therapy // Adv. Mater. – 2011. – V. 23. P. 787–790.
19. Tomuleasa C., Soritau O., Orza A., Dudea M., Petrushev B., Mosteanu O., Susman S.,
Florea A., Pall E., Aldea M., Kacso G., Cristea V., Berindan-Neagoe I., Irimiе A. Gold
Nanoparticles Conjugated with Cisplatin/Doxorubicin/ Capecitabine Lower the
Chemoresistance of Hepatocellular Carcinoma-Derived Cancer Cells // J. Gastrointestin
Liver Dis. – 2012. - V. 21. - № 2, - P. 187-196.
20. Горчакова Н.О., Чекман I.С., Власова Н.М., Головкова Л.П., Геращенко I. I.,
Максимчук О.О. Комплексоутворення доксорубiцину з бичачим сироватковим
альбумiном // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. – 2011. - №4. –С. 177-
181.
21. Наноматериалы и нанокомпозиты в медицине, биологии, экологии. Под ред. А.П.
Шпака, В.Ф. Чехуна. – Киев.: Наукова думка. - 2011. – С. 187–307.
22. Горбик П.П., Петрановська А.Л., Усов Д.Г., Сторожук Л.П. Нанокапсула з
функціями наноробота // Патент № 86322.
23. Горбик П.П., Мищенко В.Н., Абрамов Н.В., Трощенков Ю.Н., Усов Д.Г.
Магнитные свойства наночастиц Fe3O4 полученных методом химической
конденсации и твердофазным синтезом // Химия, физика и технология
поверхности: Межвед. Сб. Науч. Тр. Ин–т химии поверхности им. А.А. Чуйко НАН
Украины 2010;.– К.: Наукова думка, – Вып. 16. – С. 165–176.
24. Горбик П.П., Петрановская А.Л., Турелик М.П., Абрамов Н.В., Туранская С.П.,
Пилипчук Е.В., Чехун В.Ф., Лукьянова Н.Ю., Шпак А.П., Кордубан А.М. Проблема
256
направленного транспорта лекарственных препаратов: состояние и перспективы //
Хімія, фізика та технологія поверхні. – 2011. –Т. 2, № 4. – С. 433 – 441. С. 461-469
25. Горбик П.П., Абрамов Н.В., Петрановская А.Л., Турелик М.П., Пилипчук Е.В.,
Оранская Е.И., Кончиц А.А., Шевченко Ю.Б. Cинтез и свойства магнитных
жидкостей на основе наноразмерного Fе3O4 // Сб. научн. тр. «Поверхность» –
2011. – Вып. (3)18. – С. 287 – 297.
26. Scherrer P. Bestimmung der Grosse und der inneren Struktur von Kolloidteilchen
mittels Rontgenstrahlen // Nachr. Ges. Wiss. Gottingen, Math.–Phys. Kl. – 1918. –Bd.
2.–S. 98–100.
27. Борисенко Н.В., Богатырев В.М., Дубровин И.В., Абрамов Н.В., Гаевая М.В.,
Горбик П.П. Синтез и свойства магниточуствительных нанокомпозитов на основе
оксидов железа и кремния // Сборник трудов под ред. академика НАН Украины
А.П. Шпака и профессора П.П. Горбика “Физико–химия наноматериалов и
супрамолекулярных структур” – 2007. – К.: Наукова думка. – Т. 1, С. 394–406.
28. Thach C.V., Hai N.H. and Chau N. Size Controlled Magnetite Nanoparticles and Their
Drug Loading Ability // Journal of the Korean Physical Society.- 2008.-v. 52, No. 5.- P.
1332-1335.
29. Lopez J.A., González F., Bonilla F.A., Zambrano G., Góme M.E. Synthesis and
characterization of Fe3O4 magnetic nanofluid Revista Latinoamericana de Metalurgia y
Materiales.- 2010. – V. - 30 (1). - P 60-66.
30. Оленин А.Ю. Механизмы формирования металлических наночастиц // Российские
нанотехнологии – 2012. - Т. 7, №5 – 6. С. 53-55.
31. Bragg W.Н. // Nature 95, 561 (1915); Phil. Mag. 30, 305—315 (1915).
32. Nishikawa Shoji Structure of some crystals of the spinel group // Proc Math Phys Soc
Tokyo 1915; 8 : 199–209.
33. Бокий Г.Б. Кристаллохимия. М.: Наука. - 1971. - 400 с.
34. Крупчика С. Физика ферритов. - Т. 1. - М.: Мир. - 1976. 353 с.
35. Киттель Ч. Введение в физику твёрдого тела. М.: Наука. - 1978. - 791 с.
36. Vervey E.J.W. Electronic Conduction of Magnetite (Fe3O4) and its Transition Point at
Low Temperatures // Nature (London).- 1939.- V. 144.- P. 327 - 328.
37. Сетидзе Ю., Сато Х. Ферриты. – Москва.: Мир, 1964. - 408 с.
38. Medrano C., Schlenker, M., Baruchel J., Espeso J., Miyamoto Y. Domains in the low-
temperature phase of magnetite from synchrotron-radiation x-ray topographs // Phys.
Rev. B, 59(2), 1999, pp. 1185-1195
39. Таблицы физических величин. Справочник под ред. Кикоина И.К.- Mосква:
Атомиздат. - 1976. – 1006 с.
40. Kucheryavy P., He J., John V.T., Maharjan P.L.S., Goloverda G.Z., Kolesnichenko V.L.
Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles with Variable Size and an Iron Oxidation
State as Prospective Imaging Agents // Langmuir. – 2013. – V. 15. - 29(2). – P. 710–
716.
41. Абрамов Н.В., Горбик П.П. Свойства ансамблей наночастиц магнетита и
магнитных жидкостей для применений в онкотерапии // Сб. научн. тр.
Поверхность. - 2012. Вып. 4(19). С. 246–265.
42. Néel L. Théorie du traînage magnétique des ferromagnétiques en grains fins avec
applications aux terres cuites // Ann. Géophys. – 1949. - V. 5. P. 99–136.
43. Bean C.P., Livingstone J.D. Superparamagnetism // J. Appl. Phys.— 1959.— V. 30.—
№ 4.— P. 120S-129S.
44. Brown W.F. (jr.) Thermal Fluctuations of a Single-Domain Particle // Phys. Rev.- 1963.
- V. 130. - P. 1677-1686.
257
45. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости // УФН – 1974. – Т. 112. – Вып. 3. – С. 427 –
458.
46. Anderson J.C., Donovan В. Internal ferromagnetic resonance in nickel // Proc. Phys.
Soc. 1959. - V. B73. - p. 593.
47. Aharoni A. // Phys. Rev. - 1974, V. B7. - P. 1103–1107.
48. Акулов Н.С. Ферромагнетизм. М.:-Л. ГИТТЛ. - 1939. - 188 с.
49. Смит Я., Вейн Х. Ферриты. — М.: ИЛ, 1962. — 504 с.
50. Кринчик Г.С. Физика магнитных явлений. М: Изд-во Моск. ун-та. - 1985. - 336 с.
51. Cullity B.D. and Graham C.D., Jr., Introduction to Magnetic Materials, second edition,
Wiley-IEEE Press, 2008. - 544 р.
52. Yoon S. Determination of the Temperature Dependence of the Magnetic Anisotropy
Constant in Magnetite Nanoparticles // Journal of the Korean Physical Society.- V. 59,
No 5, P. 3069-3073.
53. Вонсовский С.В. Магнетизм. М: «Наука», 1971. - 1032 с.
54. Schuele W.J., Shtrikman S., and Treves D. // J. Appl. Phys.-1965. V. 36. p. 1010.
55. McNab T.K., Fox R.A., and Boyle A.F.J. Some magnetic properties of magnetite
(Fe304) microcrystals // J. Appl. Phys. -1968.- V. 39.- P. 5703-5711.
56. Thakur M., De K., Giri S., Si S., Kotal A., Mandal T.K. Interparticle interaction and
size effect in polymer coated magnetite nanoparticles // Journal of Physics: Condensed
Matter – 2006. – V. 18 (39). - p. 9093.
57. Akulov N. // Z. Physics.- 1931. V. 67.-p. 194.
58. Gans R. // Ann. Phys. (Leipzig).- 1932. V. 15. p. 28.
59. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. – Ленинград.: Наука, 1975. – 592
c.
60. Kundua B., Ghoshb D., Sinhaa M.K., Sena P.S., Ballaa V.K., Dasb N., Basua D.
Doxorubicin-intercalated nano-hydroxyapatite drug-deliverysystemfor liver cancer: An
animal model // Ceramics International.- 2013. V. 39.- Р. 9557–9566.
61. Орел В.Э., Шевченко А.Д., Богатырева Г.П., Лещенко, О.В, Романов А.В,
Рыхальський А.Ю, Дзятковская И.И., Николов Н.А, Дзятковская Н.Н., Щепотин
И.Б. Магнитные характеристики и противоопухолевая активность нанокомплекса,
состоящего из детонационного наноалмаза и доксорубицина // Сверхтвердые
материалы. - 2012. - № 3. - С. 42-51.
62. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 1989. – 463 с.
63. Bean, C.P. and Jacobs I.S. Magnetic granulometry and super-paramagnetism // J. of
Appl. Phys. – 1956. – V. 27. P. 1448–1452.
64. Kaiser R., Miscolezy G. Magnetic properties of staible dispertions of subdomain
magnetic particles // J. of Appl. Phys. - 1970 .- V. 1.- No3.- P. 1064-1072.
65. Бибик Ε.Ε., Μатыгуллин Б.Я., Ρайхер Ю.Л., Шлиомис Μ.И. Статические
магнитные свойства коллоидов магнетита // Магнит. гидродин. – 1973. - № 1, с.
68.
66. Математическая статистика. Под ред. Длина А.М., М., «Высш. школа».- 1975.
398 с.
258
МАГНІТНА РІДИНА НА ОСНОВІ ДОКСОРУБІЦИНУ
ДЛЯ ЗАСТОСУВАННЯ В ОНКОТЕРАПІЇ
М.В. Абрамов
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України
вул. Генерала Наумова, 17, Київ, 03164, Україна, abramovnv@rambler.ru
Виготовлені водні колоїди нанокомпозитних частинок складу
магнетит/гидроксиапатит/доксорубицин/полиэтиленгликоль/олеат натрію. Частинки
мають структуру типу ядро – оболонка і містять на поверхні наночастинок
магнетиту модифікатор, лікарський препарат – антрацикліновий антибіотик
доксорубіцин і комбінований стабілізатор . Показано, що криві намагнічування колоїдів
мають форму характерну для суперпарамагнетиків, а їх розрахунки в рамках теорії
парамагнетизму Ланжевена задовільно узгоджуються з експериментальними даними.
За магнітними вимірами визначені з високою достовірністю геометричні параметри
синтезованих нанокомпозитних частинок, які корелюють з експериментальними
результатами незалежних дослідників. Отриманий фактичний матеріал буде
корисний при практичному використанні нанокомпозитів і магнітних колоїдів в
онкотерапіі .
MAGNETIC FLUID DOXORUBICIN-BASED FOR APPLICATION
IN CANCER THERAPY
N.V. Abramov
Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine
17 General Naumov Str., Kyiv, 03164, Ukraine, abramovnv@rambler.ru
Тhе water colloids nanocomposite particles of magnetite
/hydroxyapatite/doxorubicin/polyethylene glycol/sodium oleate are produced. Particle
represented as a structure of core-shell and contained magnetite nanoparticles on the surface
modifier, the drug - an anthracycline antibiotic doxorubicin and combined stabilizer. It is
shown that the magnetization curves are in the form of colloids characteristic
superparamagnets and calculations within the framework of the Langevin theory of
paramagnetism in satisfactory agreement with the experimental data . By magnetic
measurements with higher reliability determined by the geometrical parameters of the
synthesized nanocomposite particles that correlate with the experimental results independent
researchers . The resulting actual material will be useful in the practical use of magnetic
colloids and nanocomposites in cancer therapy .
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-551 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-07-22T19:34:01Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/94/4cebc3074da1a39633079ffee803c294.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5512018-11-27T09:37:09Z Magnetic fluid doxorubicin-based for application in cancer therapy Магнитная жидкость на основе доксорубицина для применений в онкотерапии Магнітна рідина на основі доксорубіцину для застосування в онкотерапії Abramov, N. V. Тhе water colloids nanocomposite particles of magnetite /hydroxyapatite/doxorubicin/polyethylene glycol/sodium oleate are produced. Particle represented as a structure of core-shell and contained magnetite nanoparticles on the surface modifier, the drug - an anthracycline antibiotic doxorubicin and combined stabilizer. It is shown that the magnetization curves are in the form of colloids characteristic superparamagnets and calculations within the framework of the Langevin theory of paramagnetism in satisfactory agreement with the experimental data . By magnetic measurements with higher reliability determined by the geometrical parameters of the synthesized nanocomposite particles that correlate with the experimental results independent researchers . The resulting actual material will be useful in the practical use of magnetic colloids and nanocomposites in cancer therapy . Изготовлены водные коллоиды нанокомпозитных частиц состава магнетит/ гидроксиапатит/доксорубицин/полиэтиленгликоль/олеат натрия. Частицы представляют &nbsp;собой структуру типа ядро–оболочка и содержат на поверхности магнетита модификатор, лекарственный препарат – антрациклиновый антибиотик доксорубицин и комбинированный стабилизатор. Показано, что кривые намагничивания водных коллоидов нанокомпозитов имеют форму характерную для суперпарамагнетиков и их расчеты в рамках теории парамагнетизма Ланжевена удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. По магнитным измерениям определены с высокой достоверностью геометрические параметры синтезированных нанокомпозитных частиц, которые коррелируют с экспериментальными результатами независимых исследователей. Полученный фактический материал будет полезен при практическом использовании нанокомпозитов и магнитных коллоидов в онкотерапии. Виготовлені водні колоїди нанокомпозитних частинок складу магнетит/гидроксиапатит/доксорубицин/полиэтиленгликоль/олеат натрію. Частинки мають структуру типу ядро – оболонка і містять на поверхні наночастинок магнетиту модифікатор, лікарський препарат – антрацикліновий антибіотик доксорубіцин і комбінований стабілізатор . Показано, що криві намагнічування колоїдів мають форму характерну для суперпарамагнетиків, а їх розрахунки в рамках теорії парамагнетизму Ланжевена задовільно узгоджуються з експериментальними даними. За магнітними вимірами визначені з високою достовірністю геометричні параметри синтезованих нанокомпозитних частинок, які корелюють з експериментальними результатами незалежних дослідників. Отриманий фактичний матеріал буде корисний при практичному використанні нанокомпозитів і магнітних колоїдів в онкотерапіі . Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2014-09-07 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/551 Surface; No. 6(21) (2014): Surface; 241-258 Поверхность; № 6(21) (2014): Поверхность; 241-258 Поверхня; № 6(21) (2014): Поверхня; 241-258 3154-8091 3154-8083 ru https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/551/551 Авторське право (c) 2014 N.V. Abramov |
| spellingShingle | Abramov, N. V. Магнітна рідина на основі доксорубіцину для застосування в онкотерапії |
| title | Магнітна рідина на основі доксорубіцину для застосування в онкотерапії |
| title_alt | Magnetic fluid doxorubicin-based for application in cancer therapy Магнитная жидкость на основе доксорубицина для применений в онкотерапии |
| title_full | Магнітна рідина на основі доксорубіцину для застосування в онкотерапії |
| title_fullStr | Магнітна рідина на основі доксорубіцину для застосування в онкотерапії |
| title_full_unstemmed | Магнітна рідина на основі доксорубіцину для застосування в онкотерапії |
| title_short | Магнітна рідина на основі доксорубіцину для застосування в онкотерапії |
| title_sort | магнітна рідина на основі доксорубіцину для застосування в онкотерапії |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/551 |
| work_keys_str_mv | AT abramovnv magneticfluiddoxorubicinbasedforapplicationincancertherapy AT abramovnv magnitnaâžidkostʹnaosnovedoksorubicinadlâprimenenijvonkoterapii AT abramovnv magnítnarídinanaosnovídoksorubícinudlâzastosuvannâvonkoterapíí |