Summary
We rapporteren een eenpotige hydrothermale synthese van mangaan ferrietclusters (MFC's) die onafhankelijke controle biedt over de materiaaldimensie en -samenstelling. Magnetische scheiding maakt een snelle zuivering mogelijk, terwijl oppervlaktefunctionalisatie met behulp van gesulfoneerde polymeren ervoor zorgt dat de materialen niet-aggregerend zijn in biologisch relevant medium. De resulterende producten zijn goed gepositioneerd voor biomedische toepassingen.
Abstract
Mangaan ferrietclusters (MFC's) zijn bolvormige assemblages van tientallen tot honderden primaire nanokristallen waarvan de magnetische eigenschappen waardevol zijn in diverse toepassingen. Hier beschrijven we hoe deze materialen kunnen worden gevormd in een hydrothermaal proces dat de onafhankelijke controle van de grootte van de productcluster (van 30 tot 120 nm) en het mangaangehalte van het resulterende materiaal mogelijk maakt. Parameters zoals de totale hoeveelheid water die aan de alcoholische reactiemedia wordt toegevoegd en de verhouding tussen mangaan en ijzerprecursor zijn belangrijke factoren bij het bereiken van meerdere soorten MFC-producten op nanoschaal. Een snelle zuiveringsmethode maakt gebruik van magnetische scheiding om de materialen terug te winnen, waardoor de productie van grammen magnetische nanomaterialen vrij efficiënt is. We overwinnen de uitdaging van magnetische nanomateriaalaggregatie door sterk geladen sulfonaatpolymeren toe te passen op het oppervlak van deze nanomaterialen, wat colloïdaal stabiele MFC's oplevert die zelfs in zeer zoute omgevingen niet-aggregerend blijven. Deze niet-aggregerende, uniforme en afstembare materialen zijn uitstekende toekomstige materialen voor biomedische en milieutoepassingen.
Introduction
De opname van mangaan als een dopant in een ijzeroxiderooster kan, onder de juiste omstandigheden, de magnetisatie van het materiaal op hoog toegepaste velden verhogen in vergelijking met zuivere ijzeroxiden. Als gevolg hiervan zijn mangaan ferriet (MnxFe3-xO4) nanodeeltjes zeer wenselijke magnetische nanomaterialen vanwege hun hoge verzadigingsmagnetisatie, sterke respons op externe velden en lage cytotoxiciteit1,2,3,4,5. Zowel single domain nanokristallen als clusters van deze nanokristallen, multidomeindeeltjes genaamd, zijn onderzocht in diverse biomedische toepassingen, waaronder medicijnafgifte, magnetische hyperthermie voor kankerbehandeling en magnetische resonantie beeldvorming (MRI)6,7,8. De Hyeon-groep gebruikte bijvoorbeeld in 2017 single-domein mangaan ferriet nanodeeltjes als fentonkatalysator om kankerhypoxie te induceren en maakte gebruik van het T2contrast van het materiaal voor MRI-tracking9. Het is verrassend in het licht van deze en andere positieve studies van ferrietmaterialen dat er weinig in vivo demonstraties zijn in vergelijking met zuivere ijzeroxide (Fe3O4) nanomaterialen, en geen gerapporteerde toepassingen bij mensen9,10.
Een immense uitdaging bij het vertalen van de kenmerken van ferriet nanomaterialen naar de kliniek is het genereren van uniforme, niet-aggregerende clusters op nanoschaal11,12,13,14. Hoewel conventionele synthetische benaderingen van monodomein nanokristallen goed ontwikkeld zijn, zijn multidomeinclusters van het type interesse in dit werk niet gemakkelijk te produceren op een uniforme en gecontroleerde manier15,16. Bovendien is de ferrietsamenstelling meestal niet-stoichiometrisch en niet alleen gerelateerd aan de beginconcentratie van de voorlopers en dit kan de systematische structuur-functiekarakterisering van deze materialen verder verdoezelen9,12,13,17. Hier pakken we deze problemen aan door een synthetische benadering te demonstreren die onafhankelijke controle oplevert over zowel de clusterdimensie als de samenstelling van mangaan ferriet nanomaterialen.
Dit werk biedt ook een middel om de slechte colloïdale stabiliteit van ferriet nanomaterialen18,19,20 te overwinnen. Magnetische nanodeeltjes zijn over het algemeen gevoelig voor aggregatie als gevolg van sterke deeltjes-deeltjesaantrekking; ferrieten hebben meer last van dit probleem omdat hun grotere netto magnetisatie de deeltjesaggregatie versterkt. In relevante biologische media leveren deze materialen voldoende grote aggregaten op die de materialen snel verzamelen, waardoor hun blootstellingsroutes voor dieren of mensen worden beperkt20,21,22. Hilt et al. vonden een ander gevolg van deeltjes-deeltjesaggregatie in hun studie van magnetothermische verwarming en kleurstofdegradatie23. Bij iets hogere deeltjesconcentraties, of een langere tijd van blootstelling aan het veld, werd de effectiviteit van de materialen verminderd naarmate materialen in de loop van de tijd werden geaggregeerd en de actieve deeltjesoppervlakken afnamen. Deze en andere toepassingen zouden baat hebben bij clusteroppervlakken die zijn ontworpen om sterische barrières te bieden die deeltjes-deeltjesinteracties uitsluiten24,25.
Hier rapporteren we een synthetische benadering om mangaan ferrietclusters (MFC's) te synthetiseren met controleerbare afmetingen en samenstelling. Deze multidomeindeeltjes bestaan uit een samenstel van primaire mangaan ferriet nanokristallen die hard geaggregeerd zijn; de nauwe associatie van de primaire nanokristallen verbetert hun magnetische eigenschappen en zorgt voor een totale clustergrootte, 50-300 nm, goed afgestemd op de optimale afmetingen voor een nanogeneeskunde. Door de hoeveelheid water en mangaanchloridevoorloper te veranderen, kunnen we de totale diameter en samenstelling onafhankelijk regelen. De methode maakt gebruik van eenvoudige en efficiënte hydrothermale reacties met één pot die frequente experimenten en materiaaloptimalisatie mogelijk maken. Deze MFC's kunnen gemakkelijk worden gezuiverd tot een geconcentreerde productoplossing, die verder wordt gewijzigd door gesulfoneerde polymeren die colloïdale stabiliteit geven. Hun tunability, uniformiteit en stabiliteit van de oplossingsfase zijn allemaal kenmerken van grote waarde bij toepassingen van nanomaterialen in biomedische en milieutechniek.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Synthese van MFC's met controle over de totale diameter en ferrietsamenstelling van MFC's
- Was en droog al het glaswerk grondig om te gebruiken in de synthese. De hoeveelheid water in de synthese heeft invloed op de afmetingen van de MFC's, dus het is cruciaal om ervoor te zorgen dat het glaswerk geen restwater bevat16,26.
- Om het glaswerk te wassen, spoel af met water en afwasmiddel en schrob met een kolfborstel om vuil te verwijderen. Grondig spoelen om alle wasmiddel te verwijderen en eindigen met een spoeling van gedeïoniseerd water.
- Om het glaswerk te drogen, schud je waterdruppels van het oppervlak van het glaswerk en plaats je het in een oven op 60 °C tot het helemaal droog is.
- Spoel de met polyfenyleen beklede (PPL) reactoren met 37% zoutzuur om vuil van eerder gebruik te verwijderen. Om dit te doen, plaatst u de reactoren en hun doppen in een groot bekerglas en vult u met zoutzuur totdat de reactoren volledig onder water staan. Laat dit 30 minuten zitten voordat je het zoutzuur uitschenkt. Spoel het bekerglas met de reactoren continu af met water gedurende 1-2 minuten en plaats de reactoren vervolgens in de oven om te drogen.
- Gebruik een automatische pipet om 20 ml ethyleenglycol over te brengen in een bekerglas van 50 ml met een magnetische roerstaaf.
- Weeg de vereiste hoeveelheid ijzer(III)chloride (FeCl3·6H2O, vast) af om een eindconcentratie van 1,3 mM te bereiken en voeg deze toe aan het bekerglas. Leg het bekerglas op een roerplaat en zet het aan bij 480 tpm om te beginnen met continu roeren van het bekerglas.
OPMERKING: Omdat dit een hydraat is, moet het snel worden gemeten en toegevoegd om ongewenste absorptie van water uit de omgevingslucht te voorkomen. - Weeg 250 mg polyacrylzuur (PAA, Mw ~6.000, poeder) af en voeg het toe aan het bekerglas. Na de toevoeging van PAA wordt de oplossing ondoorzichtig en iets lichter van kleur.
- Weeg 1,2 g ureum (CO(NH2)2, poeder) af en voeg dit toe aan het bekerglas.
- Voeg met een pipet 0,7 mM mangaan(II)chloride (MnCl2·6H2O aq, 3,5 M, 0,2 ml) toe aan het bekerglas.
- Voeg ten slotte met een pipet de vereiste hoeveelheid (0,5 ml) ultrazuiver water toe aan het bekerglas.
- Laat de oplossing 30 minuten roeren en merk de kleurverandering op. Het zal zich presenteren als een doorschijnende, donkeroranje kleur.
- Breng het reactiemengsel over in de met polyfenyleen beklede (PPL)-reactor. Merk op dat nadat de oplossing heeft geroerd, sommige vaste stoffen zich aan de zijkanten van het bekerglas kunnen hebben opgehoopt.
- Gebruik een magneet (kubieke permanente zeldzame aardmagneet, 40 x 40 x 20 mm, hierna een "magneet" genoemd voor alle scheidings- en magnetische opvangprocedures) om de roerstaaf rond de wanden van het bekerglas te slepen om ervoor te zorgen dat alle vaste stoffen die zich aan de zijkanten hebben opgehoopt, in de reactieoplossing worden verspreid.
- Zodra de oplossing is gemengd en klaar is, brengt u deze over in de met PPL beklede reactor van 50 ml.
- Gebruik een klem en hendel om de reactor in de roestvrijstalen autoclaaf zo goed mogelijk af te sluiten. Klem het reactorvat vast aan een stabiel oppervlak en duw de reactor met behulp van een staaf die als hefboom in de dop is gestoken om af te sluiten. Merk op dat de verzegelde reactor niet met de hand mag kunnen worden geopend. Dit is cruciaal omdat de hogedrukomgeving van de oven een strakke afdichting van de reactor vereist.
- Plaats de reactor gedurende 20 uur in een oven bij 215 °C.
- Nadat de hydrothermale reactie is voltooid, verwijdert u de reactor uit de oven en laat u deze afkoelen tot kamertemperatuur. Door de druk van de oven kan de reactor met de hand worden geopend. Merk op dat de reactor op dit punt het MFC-product zal bevatten dat is gedispergeerd in ethyleenglycol met andere onzuiverheden, zoals niet-gereageerd polymeer, en een ondoorzichtige zwarte oplossing zal zijn. Het product wordt in de volgende stappen geïsoleerd.
2. Magnetische scheiding en zuivering van MFC's
- Doe 200 mg staalwol in een glazen injectieflacon. Vul de glazen injectieflacon halverwege met het reactiemengsel van de reactor. Vul de rest van de injectieflacon met aceton en schud goed. Merk op dat de staalwol de magnetische veldsterkte in de injectieflacon verhoogt en de magnetische scheiding van de nanoclusters van de oplossing zal helpen.
- Plaats de injectieflacon op een magneet zodat er magnetische opvang kan plaatsvinden. Het resultaat is een doorschijnende oplossing met neerslag aan de onderkant.
- Giet de bovennatuurlijke oplossing af terwijl de MFC's magnetisch worden opgesloten door de staalwol door de magneet tijdens het gieten op de bodem van de injectieflacon te houden. Ethyleenglycol zal in deze stap grotendeels worden verwijderd.
- Begin met wassen met de lage verhouding van aceton tot water en verhoog de verhouding in volgende wasbeurten tot ze zuiver zijn. Doe dit 3-4 keer.
- Verwijder de injectieflacon uit de magneet en vul deze met water. Schud goed om de MFC's op te lossen. Nu zal het product volledig worden gedispergeerd in water.
- Herhaal de vorige twee stappen meerdere keren totdat de waterige oplossing van de MFC's geen bubbels produceert wanneer ze worden geschud. Het resultaat is een donkere, ondoorzichtige ferrofluïde die sterk zal reageren op magneten.
OPMERKING: In een typische synthese met 20 ml ethyleenglycol wordt ongeveer 80 mg MFC-product verkregen.
3. Oppervlaktefunctionalisatie van MFC's naar ultrahoge colloïdale stabiliteit
OPMERKING: De synthese van nitro-dopamine en Poly (AA-co-AMPS-co-PEG) is te vinden in ons vorige werk16. Het copolymeer wordt gemaakt door polymerisatie van vrije radicalen. Voeg 0,20 g 2,2′-Azobis(2-methylpropionitril) (AIBN), 0,25 g acrylzuur (AA), 0,75 g 2-Acrylamido-2-methylpropaansulfonzuur (AMPS) en 1,00 g Poly(ethyleenglycol)methyletheracrylaat (PEG) toe aan 10 ml N,N-Dimethylformamide (DMF). Verwarm het mengsel gedurende 1 uur in een waterbad van 70 °C en breng het over in een dialysezak (Cellulosemembraan, 3 kDa) in water. De gewichtsverhouding van AA, AMPS en PEG is 1:3:4. Polymerisatie voor deze monomeren heeft een conversiepercentage van 100% zoals bevestigd door vriesdrogen en wegen.
- Combineer 10 ml gezuiverde nanodeeltjes (ongeveer 100 mg) in een injectieflacon van 20 ml met 10 ml verzadigde N-[2-(3,4-dihydroxyfenyl)ethyl]nitramide (nitro-dopamine) oplossing (~1 mg/ml). Wacht 5 minuten.
- Was de nitro-dopamine gecoate MFC's met behulp van magnetische scheiding. Giet het lichtgele supernatant uit. Voeg water toe en schud krachtig. Giet vervolgens water uit met behulp van de magneet om het product vast te houden. Herhaal deze wasbeurt meerdere keren en laat de donkerbruine verzameling in de injectieflacon achter.
OPMERKING: Bereid een waterige oplossing met een concentratie van 20 mg/ml, een bufferoplossing met een concentratie van 100 mg/ml en een poly(AA-co-AMPS-co-PEG) polymeeroplossing met een concentratie van 20 mg/ml. - Meng 1 ml EDC-oplossing, 1 ml MES-buffer en 3 ml polymeeroplossing. Roer licht door het mengsel te draaien en laat het ongeveer 5 minuten zitten. Het moet een heldere en kleurloze oplossing zijn wanneer het volledig wordt gecombineerd.
- Voeg dit mengsel toe aan de MFC-collectie en plaats de injectieflacon in een ijsbad. Laat de sonde sonicator in de oplossing zakken en schakel deze vervolgens in (250 watt vermogen bij 20 kHz).
- Voeg na een ultrasoonapparaatbehandeling van 5 minuten ongeveer 5 ml ultrazuiver water toe aan de injectieflacon terwijl de sonicator nog steeds draait. Blijf het schip controleren om ervoor te zorgen dat er geen product morst. Houd het ijs in het ijs-watermengsel omdat een deel van het initiële ijs zal smelten als gevolg van de intensiteit en hitte van de ultrasoonapparaat.
- Laat het mengsel nog eens 25 minuten ultrasoon trekken, gedurende een totaal van 30 minuten.
- Plaats de injectieflacon bovenop een magneet om de MFC's te scheiden en giet de supernatantoplossing uit.
- Was de gemodificeerde MFC's meerdere keren met gedeïoniseerd water.
- Vul de injectieflacon met de MFC's met ultrazuiver water. Pipetteer deze vloeistof in een vacuümfiltratiesysteem met een polyethersulfonmembraanfilter van 0,1 μm om onomkeerbaar geaggregeerde MFC's te verwijderen. Zorg ervoor dat u de wanden van de trechter doorspoelt om productverlies te minimaliseren.
- Vacuümfilter de oplossing. Herhaal dit proces 2-3 keer. Het resultaat is een gezuiverde waterige oplossing van monodispersed MFC's.
OPMERKING: Ongeveer 10% van het product wordt onomkeerbaar geaggregeerd en dit materiaal blijft op het filter zitten en moet worden weggegooid.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Na hydrothermale behandeling verandert het reactiemengsel in een viskeuze zwarte dispersie zoals te zien is in figuur 1. Wat na zuivering ontstaat, is een sterk geconcentreerde MFC-oplossing die zich gedraagt als een ferrofluïde. De vloeistof in de injectieflacon reageert binnen enkele seconden wanneer deze in de buurt van een handmagneet (<0,5 T) wordt geplaatst en een macroscopische zwarte massa vormt die kan worden verplaatst terwijl de magneet op verschillende locaties wordt geplaatst.
Deze synthese levert producten op waarvan de afmeting en ferrietsamenstelling afhankelijk zijn van de hoeveelheid toegevoegd water en de verhouding van mangaan tot ijzerprecursor in het reactiemengsel. Figuur 2 illustreert hoe de clustermorfologie afhankelijk is van de concentratie water en precursoren; het beschrijft ook de reactiecondities die zijn gebruikt om de in tabel 1 vermelde monsters te verkrijgen. We vinden dat de MFC-diameter wordt beïnvloed door de hoeveelheid toegevoegd water en de MFC-samenstelling hangt af van de verhouding van ijzer en mangaan in de voorlopers. Beide parameters kunnen dus onafhankelijk worden bestuurd om een bibliotheek van MFC's te maken met verschillende afmetingen en mangaangehalte.
Hoewel dit een zeer eenvoudige synthetische procedure is, kunnen fouten in de uitvoering van de methode leiden tot mislukte producten. Figuur 3 toont monsters met onregelmatige MFC-morfologieën. In figuur 3A ontstaan oneven MFC's als water volledig is uitgesloten van de reactieomgeving. Het gebrek aan water belemmert de dynamische assemblage van de primaire nanokristallen en resulteert in een zeer brede verdeling van nanoclusterdimensie en niet-bolvormige vormen16. De monsters in figuur 3B hadden onvoldoende reactietijd (6-12 uur) en hadden als gevolg daarvan onvoldoende primaire nanokristalgroei. Deze slechte resultaten tonen aan dat een passende hoeveelheid van de reactant, evenals reactietijd, nodig is om consistente en uniforme clusters te bereiken.
Na voltooiing van de hydrothermale synthese werden de ferriet-MFC's gescheiden en gezuiverd met behulp van magnetische scheiding. Een magneet werd onder de oplossing geplaatst om hun verzameling op de bodem van het vat te forceren. Onzuiverheden en niet-magnetische bijproducten gevormd in de synthese, samen met het overtollige oplosmiddel, kunnen vervolgens worden gedecanteerd om zuivere en monodispersed MFC's27 te verkrijgen. Figuur 4 illustreert de tijd die nodig is voor een bijna volledige magnetische verzameling van de MFC's met en zonder toevoeging van staalwol. De staalwol die tijdens de magnetische scheiding in de injectieflacon wordt geplaatst, verhoogt de gradiënt van het magnetisch veld in de injectieflacon, waardoor een veel snellere scheiding mogelijk is28.
De MFC's die zijn gezuiverd met behulp van magnetische scheiding vertonen een hoge mate van uniformiteit in vergelijking met die gezuiverd met behulp van een meer conventioneel ultracentrifugatieproces. Figuur 5 toont de grootteverdeling van MFC's verkregen met behulp van magnetische scheiding (A en B) in vergelijking met die met ultracentrifugatie (5.000 g gedurende 30 min) (C en D). Magnetische scheiding resulteert in een smallere clusterdiameterverdeling in vergelijking met ultracentrifugatie en is de voorkeurszuiveringsstrategie voor de MFC's.
De as-gesynthetiseerde MFC's zijn gecoat met polyacrylaat (PAA), wat zorgt voor een negatief geladen oppervlak en een zekere mate van interdeeltjeafstoting die interdeeltjesaggregatie voorkomt (figuur 6A). Door echter een ligandvervangingsreactie uit te voeren met nitrodopamine (figuur 6B), kunnen we de PAA-coating vervangen door een copolymeercoating van P (AA-co-AMPS-co-PEG), die zorgt voor een grotere stabiliteit in oplossingen met een hogere ionische sterkte. Figuur 7 toont het schema van dit oppervlaktefunctionalisatieproces. De colloïdale stabiliteit van de MFC's gedispergeerd in een PBS-buffer is zichtbaar in figuur 8. As-gesynthetiseerde MFC's gecoat met PAA aggregeren en scheiden zich snel binnen 30 minuten van de oplossing en zijn van weinig nut in biologische toepassingen. Daarentegen bleven MFC's gefunctionaliseerd met een polysulfonaatcoating gedurende meer dan 2 dagen goed gedispergeerd in deze oplossing zonder enig teken van aggregatie. De hier beschreven oppervlaktemodificatie na synthese biedt een route voor het vormen van homogene oplossingen van MFC's die geschikt zijn voor introductie in biologische omgevingen.
Figuur 1: Het schema voor de synthese van mangaan ferriet nanoclusters. De reagentia, ijzer(III)chloride, mangaan(II)chloride, polyacrylzuur (PAA), ureum, water en ethyleenglycol worden onder hydrothermale omstandigheden gecombineerd tot de mangaan ferriet nanoclusters. Dit product vormt een stabiele colloïdale oplossing in zuiver water zoals weergegeven in het midden. De hoeveelheid water die in de synthese wordt toegevoegd en de verhouding mangaan tot ijzer in de voorlopers wordt gebruikt om respectievelijk de clustergrootte en ferrietsamenstelling af te stemmen. Na magnetische scheiding vormen de nanoclusters een ferrofluïde zoals rechts weergegeven, wat aangeeft dat ze zeer gevoelig zijn voor zelfs kleine toegepaste magnetische velden. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) beelden van de mangaan ferriet nanoclusters en hun diameterverdelingen. In afbeeldingen A-D neemt de clusterdiameter (Dc) toe als gevolg van het verminderen van de hoeveelheid water die in de synthese wordt toegevoegd. De gemiddelde clusterdiameter is respectievelijk 31, 56, 74 en 120 nm voor A, B, C en D, met een constante samenstelling van Mn0.15Fe2.85O4. In afbeeldingen E-H verandert de ferrietsamenstelling monotoon in verhouding tot de Mn/Fe-verhouding van de voorlopers. Ondanks hun verschillende samenstellingen wordt een bijna equivalente clusterdiameter bereikt. Onze synthese zorgt voor onafhankelijke controle over zowel de clusterdiameter als de ferrietsamenstelling, beide kenmerken die belangrijk zijn voor de magnetische eigenschappen van ferrieten op nanoschaal. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Etiket in figuur 2 | H2O (ml) | FeCl3 (mmol) | MnCl2 (mmol) | Ferriet Samenstelling | Dc (nm) | |
| Een | 1.5 | 1.3 | 0.7 | Mn0.15Fe2.85O4 | 34 | |
| B & G | 0.7 | 1.3 | 0.7 | Mn0.15Fe2.85O4 | 56 | |
| C | 0.5 | 1.3 | 0.7 | Mn0.15Fe2.85O4 | 74 | |
| D | 0.1 | 1.3 | 0.7 | Mn0.15Fe2.85O4 | 120 | |
| E | 1.3 | 2 | 0 | Fe3O4 | 56 | |
| F | 0.6 | 1.5 | 0.5 | Mn0.06Fe2.94O4 | 56 | |
| H | 2 | 1 | 1 | Mn0.6Fe2.4O4 | 55 | |
Tabel 1: Reactiecondities voor de synthese van de nanoclustermonsters in figuur 2. Andere syntheseparameters zijn: 20 ml ethyleenglycol, 250 mg PAA en 1,2 g ureum. De reactiemengsels worden hydrothermisch verwarmd bij 200 °C gedurende 20 uur. Voor A, B, C en D resulteerde het verlagen van het watergehalte terwijl andere parameters constant bleven in clusters van grotere diameters. Voor E, F, G en H resulteerde het verhogen van de verhouding van MnCl2 tot FeCl3in het beginreactiemengsel in clusters met hogere verhoudingen mangaan in de clusterstructuur. Het tegelijkertijd variëren van de hoeveelheid water E, F, G en H maakt clusters van verschillende samenstelling maar in de buurt van equivalente diameters mogelijk.
Figuur 3: TEM-beelden van mislukte en onvolledige reacties. De kleine, lage contrastkenmerken die in deze afbeeldingen worden waargenomen, zijn primaire nanokristallen die zich niet hebben ontwikkeld tot nanoclusters. Het monster in figuur 3A werd bereid zonder extra water, terwijl het in figuur 3B getoonde materiaal een onvoldoende reactietijd van vier uur had. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Vergelijking van magnetische scheiding van nanoclusters. Vergelijking van magnetische scheiding van nanoclusters zonder (A) en met (B) de toevoeging van staalwol in de container. Staalwol verhoogt de gradiënt van het magnetisch veld in de injectieflacon om een snellere magnetische scheiding van de nanoclusters mogelijk te maken. Hierdoor is het mogelijk om de productie van nanoclusters efficiënt op te schalen zonder dat dit ten koste gaat van de monsterkwaliteit. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Vergelijking van ultracentrifugatie en magnetische scheiding. Vergelijking van ultracentrifugatie (A,B) en magnetische scheiding (C,D) en hun impact op de uniformiteit van de gezuiverde clusters. A en C zijn de TEM-beelden van de gezuiverde clusters en B en D zijn de grootteverdelingen van de clusters in respectievelijk A en C. De y-as vertegenwoordigt het aantal getelde clusters en voor elke steekproef werden in totaal 150 clusters onderzocht. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: De structuur van poly(acrylzuur) (PAA) (A) en nitro-dopamine (B) gebruikt in de oppervlaktemodificatiestap. De initiële PAA-coating die bij de synthese wordt gebruikt, is niet ideaal in biologische of zure media omdat het carbonzuur gemakkelijk kan worden geprotoneerd. Nitro-dopamine wordt gebruikt om de PAA-coating te vervangen en een functionele groep te creëren om een gesulfoneerd copolymeer te verankeren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: Schema's van het clusteroppervlakmodificatieproces. (A) originele PAA-coating, (B) intermediaire nitro-dopaminecoating en (C) de uiteindelijke P(AA-co-AMPS-co-PEG)-coating. In (C) vertegenwoordigen de blauwe, rode en groene curven respectievelijk de AA-, AMPS- en PEG-eenheden. De samenstelling van het cluster kan Fe3O4 of MnxFe3-xO4 zijn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 8: Oppervlaktefunctionalisatie van de nanoclusters met polysulfaat leidt tot materialen die colloïdaal stabiel zijn onder veel verschillende waterige omstandigheden. Clusters met twee verschillende oppervlaktecoatings, as-gesynthetiseerde PAA-gecoate (A) en P (AA-co-AMPS-co-PEG) oppervlak gefunctionaliseerd (B) worden opgelost in de PBS-bufferoplossing die relevant is voor biologische omgevingen en waargenomen voor hun colloïdale stabiliteit in de loop van de tijd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dit werk demonstreert een gemodificeerde polyolsynthese van mangaan ferriet nanokristallen geclusterd in uniforme aggregaten op nanoschaal29. In deze synthese ondergaan ijzer(III)chloride en mangaan(II)chloride een geforceerde hydrolysereactie en -reductie, waarbij moleculair MnxFe3-xO4 wordt gevormd. Deze ferrietmoleculen vormen primaire nanokristallen onder de hoge temperatuur en hoge druk in de reactoren en assembleren uiteindelijk tot bolvormige aggregaten die hier magnetiet ferrietclusters (MFC's) worden genoemd. Zonder voldoende reactietijd of voldoende water kan het aggregatieproces niet volledig worden voltooid, wat leidt tot niet-uniforme, slecht gevormde deeltjes. Omgekeerd, met voldoende tijd en voldoende water, is het kristallisatie- en assemblageproces van metaaloxide voltooid en levert het een uniforme bolvormige cluster op die tientallen tot honderden primaire nanokristallen omvat. De primaire nanokristallen in deze materialen zijn hard geaggregeerd en delen enkele kristallijne interfaces, wat leidt tot een hoge initiële gevoeligheid en een uitgesproken magnetische respons, zelfs op de kleine velden die beschikbaar zijn van handheld permanente magneten27. Als gevolg hiervan hebben deze materialen een groot potentieel voor toepassingen in medicijnafgifte, magnetische hyperthermie, magnetische resonantie beeldvorming en magnetische deeltjesbeeldvorming30,31,32.
We vinden dat de hoeveelheid water die aan het eerste reactiemengsel wordt toegevoegd, de diameter van de geassembleerde clusters regelt. Naarmate het watergehalte in de reactanten toeneemt, neemt de diameter van de clusters en het aantal geaggregeerde primaire nanokristallen af. Het optimale bereik is 0,8 M tot 5,0 M water, omstandigheden die respectievelijk clusterdiameters opleveren variërend van 150 nm tot 30 nm. Water speelt een belangrijke rol in dit proces omdat het noodzakelijk is om te zorgen voor een snelle hydrolyse van de metaalprecursoren, een snellere aggregatie van primaire kristallieten en bijgevolg kleinere clusters16. Omdat de synthese buitengewoon gevoelig is voor water, kunnen reactanten die worden gehanteerd onder omgevingsomstandigheden met variabele vochtigheid verschillende hoeveelheden water uit de lucht absorberen. Dit kan van invloed zijn op de daaropvolgende afmetingen en morfologie van het product. Hoewel de vochtigheidsregeling in de meeste onderzoekslaboratoria (bijv. 30% -60% RV) voldoende is om dit probleem te minimaliseren, is dit een bron van systematische fouten in de gerapporteerde procedure. Controle van de mangaan-ijzerverhouding in het product wordt bereikt door de verhouding van mangaan tot ijzerprecursoren te variëren. Dit is verrassend omdat in veel hydrothermale reacties het dopinggehalte van producten vaak niet alleen verband houdt met de stoichiometrie van de uitgangsmaterialen4,6,8,12,13,17. Voor deze omstandigheden wordt de productsamenstelling echter goed voorspeld door de verhouding van de metaalprecursoren. Alles bij elkaar is onafhankelijke controle van zowel de clusterdiameter als de samenstelling ervan mogelijk door eenvoudige manipulatie van de beginnende reactantmengsels.
Vaak is de zuivering van nanodeeltjes uit de reactiemedia de meest tijdrovende en ingewikkelde stap in het genereren van hoogwaardige materialen. Ultracentrifugatie wordt vaak toegepast voor dit doel en hoewel dit effectief is in het scheiden van nanodeeltjes van moleculaire bijproducten, is het slecht geschikt voor het verwijderen van ongewenste vaste producten. Wanneer hier toegepast op de zuivering van nanomaterialen, produceert de ultracentrifugatie relatief polydisperse deeltjes met variabele afmetingen en vormen. Het is veel efficiënter om te profiteren van de magnetische respons van deze materialen door magnetische scheiding toe te passen om de uniformiteit en zuiverheid van het eindproduct te verbeteren. We versnellen de magnetische scheiding door zeer hoge gradiënten van magnetische velden in de macroscopische injectieflacon te creëren met behulp van staalwol ondergedompeld in de oplossing en een zeldzame aarden permanente magneet die buiten de monstercontainers wordt aangebracht. Deze opstelling maakt het mogelijk om uniforme monsters in minder dan dertig minuten met hoge opbrengsten (~ 90%) te herstellen. Het is belangrijk om de hoeveelheid staalwol die in de oplossing wordt geïntroduceerd, af te stemmen op de verwachte MFC-clusterdiameters. Een MFC met een gemiddelde diameter van 40 nm vereist bijvoorbeeld tussen de 100 en 200 mg staalwol voor een snelle scheiding, terwijl grotere materialen veel minder of zelfs geen staalwol nodig hebben. Het staat vast dat kleinere magnetische nanodeeltjes minder reageren op toegepaste velden vanwege hun kleinere magnetische volume15,17,26. Het magnetische scheidingsproces biedt dus een middel om de uniformiteit van deze materialen aan te scherpen, omdat kleinere clusters niet zo efficiënt worden vastgehouden door het proces16. Het gebruik van deze magnetische scheidingsmethode bespaart niet alleen tijd in het laboratorium, maar resulteert ook in producten met een grotere uniformiteit in diameter.
Hoewel de as-gesynthetiseerde MFC's stabiel zijn in zuiver water, vertonen ze een slechte colloïdale stabiliteit in oplossingen met een lagere pH of hogere ionische sterkte. Mangaan ferrieten hebben grote magnetisatiedichtheden, en als gevolg daarvan bezitten de clusters voor deze diameters magnetische dipolen die leiden tot interdeeltjesaantrekking. De inheemse polyacrylaatcoating die wordt gebruikt tijdens de vorming van de materialen geeft een negatieve lading aan de deeltjesoppervlakken en helpt aggregatie tussen deeltjes te voorkomen. Bij een lagere pH zijn de carbongroepen echter volledig geprotoneerd en verwijderen ze in feite de elektrostatische afstoting die nodig is om homogene MFC-dispersies te behouden; als alternatief, in media met een hogere ionische sterkte, wordt de ladingsafstoting verminderd, wat leidt tot meer deeltjesaggregatie. Aggregatie van de MFC's creëert macroscopische materialen die niet homogeen gedispergeerd zijn in de oplossing, waardoor het een uitdaging is om de materialen in vivo te gebruiken of in toepassingen die grote en beschikbare nanodeeltjesoppervlakken vereisen. Om deze redenen introduceren we een tweede polymeer in de reactie om de originele PAA-coating te vervangen. Het copolymeer, P (AA-co-AMPS-co-PEG), bevat neutrale polyethyleenglycol (PEG) om biocompatibiliteit en een zekere mate van sterische belemmering te bieden. Bovendien biedt de polysulfaatcomponent (PAMPS) zowel een grotere ladingsdichtheid dan het polyacrylaat als een functionele groep met een veel lagere pKa en bijgevolg een groter werkend pH-bereik (pKa ~ 1,2)24. Mangaan ferrietclusters gemodificeerd met deze oppervlaktecoatings vertonen een dramatisch verhoogde stabiliteit in zure en biologische media. De procedure om de juiste oppervlaktemodificatie te garanderen is echter gedetailleerd en moet zorgvuldig worden gevolgd om ervoor te zorgen dat de monsters effectief worden gecoat. In het bijzonder vereist de methode een constante bewaking van het reactiemengsel terwijl het wordt behandeld met een sonde-sonicator om homogene, volledige vervanging van de initiële polyacrylaatcoating te garanderen. Het is ook belangrijk om glaswerk van de juiste grootte te gebruiken om productverlies tijdens krachtige ultrasoonapparaat te minimaliseren en een ijsbad aan te brengen op het ultrasoonapparaatmengsel om de thermische degradatie van de polymeren veroorzaakt door sondesoonapparaat te minimaliseren.
Kortom, deze methode maakt de snelle en efficiënte productie van mangaan ferrietclusters (MFC's) met instelbare diameters en mangaan-naar-ijzersamenstellingen mogelijk. Het gehalte aan reactief water en de verhouding tussen ijzer en mangaan zijn belangrijke parameters bij het definiëren van de producteigenschappen van het materiaal. Een eenvoudige magnetische scheidingstechniek met behulp van een handmagneet en staalwol biedt een efficiënt middel om het product na synthese te zuiveren, wat meer uniforme clusters oplevert. Ten slotte wordt een gesulfoneerd PEG-copolymeer op de materialen aangebracht om ervoor te zorgen dat ze niet-aggregerend blijven in een verscheidenheid aan verschillende pH- en ionische sterktemedia. De verhoogde magnetische responsiviteit van deze mangaan-gedopeerde ijzeroxiden in vergelijking met zuivere ijzeroxide (Fe3O4) nanomaterialen maakt het eenvoudiger, goedkoper en gemakkelijker om apparaten te ontwikkelen voor het toepassen van externe velden om de materialen in vivo te manipuleren. Hun verbeterde oppervlaktecoatings zijn ook belangrijk omdat toepassingen voor magnetische nanodeeltjes in medicijnafgifte, watersanering en geavanceerde beeldvormingssystemen allemaal materialen vereisen die niet-aggregerend en homogeen zijn in een verscheidenheid aan biologische en omgevingsmedia.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd genereus ondersteund door Brown University en het Advanced Energy Consortium. We bedanken Dr. Qingbo Zhang dankbaar voor zijn gevestigde synthetische methode van ijzeroxide MFC's.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.1 Micron Vaccum Filtration Filter | Thermo Fisher Scientific | NC9902431 | for filtration of aggregated clusters after synthesis and surface coating to achieve a uniform solution |
| 2-Acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPS, 99%) | Sigma-Aldrich | 282731-250G | reagent used in copolymer to surface coat nanoclusters and functionalize them for biological media |
| 2,2′-Azobis(2-methylpropionitrile) (AIBN) | Sigma-Aldrich | 441090-100G | reagent used in copolymer making as the free ridical generator |
| 4-Morpholineethanesulfonic acid, 2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid (MES) | Sigma-Aldrich | M3671-250G | acidic buffer used to stabilize nanocluster surface coating process |
| Acrylic acid | Sigma-Aldrich | 147230-100G | reagent used in copolymer to surface coat nanoclusters and functionalize them for biological media; anhydrous, contains 200 ppm MEHQ as inhibitor, 99% |
| Analytical Balance | Avantor | VWR-205AC | used to weigh out solid chemical reagents for use in synthesis and dilution |
| Digital Sonifier and Probe | Branson | B450 | used to sonicate nanocluster solution during surface coating to break up aggregates |
| Dopamine hydrochloride | Sigma-Aldrich | H8502-25G | used in surface coating for ligand exchange reaction |
| Ethylene glycol (anhydrous, 99.8%) | Sigma-Aldrich | 324558-2L | reagent used as solvent in hydrothermal synthesis of nanoclusters |
| Glass Vials (20mL) | Premium Vials | B1015 | container for nanocluster solution during washing and surface coating as well as polymer solutions |
| Graduated Beaker (100mL) | Corning | 1000-100 | container for mixing of solid and liquid reagents during hydrothermal synthesis (to be transferred into autoclave reactor before oven) |
| Handheld Magnet | MSC Industrial Supply, Inc. | 92673904 | 1/2" Long x 1/2" Wide x 1/8" High, 5 Poles, Rectangular Neodymium Magnet low strength magnet used to precipitate nanoclusters from solution (field strength is increased with steel wool when needed) |
| Hydrochloric acid (ACS grade, 37%) | Fisher Scientific | 7647-01-0 | for removing leftover nanocluster debris and cleaning autoclave reactors for next use |
| Hydrothermal Autoclave Reactor | Toption | TOPT-HP500 | container for finished reagent mixture to withstand high temperature and pressure created by the oven in hydrothermal synthesis |
| Iron(III) Chloride Hexahydrate (FeCl3·6H2O, ACS reagent, 97%) | ACS | 236489-500G | reagent used in synthesis of nanoclusters as source of iron (III) that becomes iron (II) in finished nanocluster product (keep dry and weigh out quickly to avoid water contamination) |
| Labware Washer Brushes | Fisher Scientific | 13-641-708 | used to wash and clean glassware before synthesis |
| Magnetic Stir Plate | Thermo Fisher Scientific | 50093538 | for mixing of solid and liquid reagents during hydrothermal synthesis |
| Manganese chloride tetrahydrate (MnCl2·4H2O, 99.0%, crystals, ACS) | Sigma-Aldrich | 1375127-2G | reagent used in synthesis of nanoclusters as source of manganese |
| Micropipette (100-1000μL) | Thermo Fisher Scientific | FF-1000 | for transferring liquid reagents such as water and manganese chloride |
| N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC) | Sigma-Aldrich | 25952-53-8 | used in surface coating to assist in ligand exchange of copolymer (keep bulk chemical in freezer and diluted solution in refrigerator) |
| N,N-Dimethylformamide (DMF) | Sigma-Aldrich | 227056-2L | reagent used in copolymer making as the solvent |
| Polyacrylic acid sodium salt (PAA, Mw~6,000) | PolyScience Inc. | 06567-250 | reagent used in hydrothermal synthesis to initially coat the nanoclusters (eventually replaced in surface coating step) |
| Poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate | Sigma-Aldrich | 454990-250ML | reagent used in copolymer to surface coat nanoclusters and functionalize them for biological media; average Mn 480, contains 100 ppm BHT as inhibitor, 100 ppm MEHQ as inhibitor |
| Reagents Acetone, 4L, ACS Reagent | Cole-Parmer | UX-78920-66 | used as solvent to precipitate nanoclusters during washing |
| Single Channel Pipette, Adjustable 1-10 mL | Eppendorf | 3123000080 | for transferring ethylene glycol and other liquids |
| Steel Wool | Lowe's | 788470 | used to increase the magnetic field strength in the vial to aid in precipitation of nanoclusters for washing and surface coating |
| Stirring Bar | Thomas Scientific | 8608S92 | for mixing of solid and liquid reagents during hydrothermal synthesis |
| Table Clamp | Grainger | 29YW53 | for tight sealing of autoclave reactor to withstand high pressure of oven during hyrothermal synthesis |
| Urea (ACS reagent, 99.0%) | Sigma-Aldrich | U5128-500G | reagent used in hydrothermal synthesis to create a basic solution |
| Vaccum Filtration Bottle Tops | Thermo Fisher Scientific | 596-3320 | for filtration of aggregated clusters after synthesis and surface coating to achieve a uniform solution |
| Vacuum Controller V-850 | Buchi | BU-V850 | for filtration of aggregated clusters after synthesis and surface coating to achieve a uniform solution |
| Vacuum Oven | Fisher Scientific | 13-262-51 | used to create high temperature and pressure needed for nanocluster formation in hydrothermal synthesis |
References
- Makridis, A., et al. In vitro application of Mn-ferrite nanoparticles as novel magnetic hyperthermia agents. Journal of Materials Chemistry B. 2 (47), 8390-8398 (2014).
- Nelson-Cheeseman, B., Chopdekar, R., Toney, M., Arenholz, E., Suzuki, Y. Interplay between magnetism and chemical structure at spinel-spinel interfaces. Journal of Applied Physics. 111 (9), 093903 (2012).
- Otero-Lorenzo, R., Fantechi, E., Sangregorio, C., Salgueiriño, V. Solvothermally driven Mn doping and clustering of iron oxide nanoparticles for heat delivery applications. Chemistry-A European Journal. 22 (19), 6666-6675 (2016).
- Mohapatra, J., et al. Enhancement of magnetic heating efficiency in size controlled MFe 2 O 4 (M= Mn, Fe, Co and Ni) nanoassemblies. Rsc Advances. 5 (19), 14311-14321 (2015).
- Qi, Y., et al. Carboxylic silane-exchanged manganese ferrite nanoclusters with high relaxivity for magnetic resonance imaging. Journal of Materials Chemistry B. 1 (13), 1846-1851 (2013).
- Anandhi, J. S., Jacob, G. A., Joseyphus, R. J. Factors affecting the heating efficiency of Mn-doped Fe3O4 nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 512, 166992 (2020).
- Del Bianco, L., et al. Mechanism of magnetic heating in Mn-doped magnetite nanoparticles and the role of intertwined structural and magnetic properties. Nanoscale. 11 (22), 10896-10910 (2019).
- Padmapriya, G., Manikandan, A., Krishnasamy, V., Jaganathan, S. K., Antony, S. A. Enhanced catalytic activity and magnetic properties of spinel Mn x Zn 1−x Fe 2 O 4 (0.0≤x≤1.0) nano-photocatalysts by microwave irradiation route. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. 29 (8), 2141-2149 (2016).
- Kim, J., et al. Continuous O2-evolving MnFe2O4 nanoparticle-anchored mesoporous silica nanoparticles for efficient photodynamic therapy in hypoxic cancer. Journal of the American Chemical Society. 139 (32), 10992-10995 (2017).
- Silva, L. H., Cruz, F. F., Morales, M. M., Weiss, D. J., Rocco, P. R. Magnetic targeting as a strategy to enhance therapeutic effects of mesenchymal stromal cells. Stem Cell Research & Therapy. 8 (1), 1-8 (2017).
- Otero-Lorenzo, R., Ramos-Docampo, M. A., Rodriguez-Gonzalez, B., Comesaña-Hermo, M., Salgueiriño, V. Solvothermal clustering of magnetic spinel ferrite nanocrystals: a Raman perspective. Chemistry of Materials. 29 (20), 8729-8736 (2017).
- Aghazadeh, M., Karimzadeh, I., Ganjali, M. R. PVP capped Mn2+ doped Fe3O4 nanoparticles: a novel preparation method, surface engineering and characterization. Materials Letters. 228, 137-140 (2018).
- Li, Z., et al. Solvothermal synthesis of MnFe 2 O 4 colloidal nanocrystal assemblies and their magnetic and electrocatalytic properties. New Journal of Chemistry. 39 (1), 361-368 (2015).
- Guo, P., Zhang, G., Yu, J., Li, H., Zhao, X. Controlled synthesis, magnetic and photocatalytic properties of hollow spheres and colloidal nanocrystal clusters of manganese ferrite. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 395, 168-174 (2012).
- Pardo, A., et al. Synthesis, characterization, and evaluation of superparamagnetic doped ferrites as potential therapeutic nanotools. Chemistry of Materials. 32 (6), 2220-2231 (2020).
- Xiao, Z., et al. Libraries of uniform magnetic multicore nanoparticles with tunable dimensions for biomedical and photonic applications. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (37), 41932-41941 (2020).
- Choi, Y. S., Young Yoon, H., Sung Lee, J., Hua Wu, J., Keun Kim, Y. Synthesis and magnetic properties of size-tunable Mn x Fe3−x O4 ferrite nanoclusters. Journal of Applied Physics. 115 (17), (2014).
- Creixell, M., et al. The effect of grafting method on the colloidal stability and in vitro cytotoxicity of carboxymethyl dextran coated magnetic nanoparticles. Journal of Materials Chemistry. 20 (39), 8539-8547 (2010).
- Latorre, M., Rinaldi, C. Applications of magnetic nanoparticles in medicine: magnetic fluid hyperthermia. Puerto Rico Health Sciences Journal. 28 (3), (2009).
- Yeap, S. P., Lim, J., Ooi, B. S., Ahmad, A. L. Agglomeration, colloidal stability, and magnetic separation of magnetic nanoparticles: collective influences on environmental engineering applications. Journal of Nanoparticle Research. 19 (11), 1-15 (2017).
- Lee, S. -Y., Harris, M. T. Surface modification of magnetic nanoparticles capped by oleic acids: Characterization and colloidal stability in polar solvents. Journal of Colloid and Interface Science. 293 (2), 401-408 (2006).
- Yeap, S. P., Ahmad, A. L., Ooi, B. S., Lim, J. Electrosteric stabilization and its role in cooperative magnetophoresis of colloidal magnetic nanoparticles. Langmuir. 28 (42), 14878-14891 (2012).
- Wydra, R. J., Oliver, C. E., Anderson, K. W., Dziubla, T. D., Hilt, J. Z. Accelerated generation of free radicals by iron oxide nanoparticles in the presence of an alternating magnetic field. RSC Advances. 5 (24), 18888-18893 (2015).
- Bagaria, H. G., et al. Iron oxide nanoparticles grafted with sulfonated copolymers are stable in concentrated brine at elevated temperatures and weakly adsorb on silica. ACS Applied Materials & Interfaces. 5 (8), 3329-3339 (2013).
- Park, J. C., Park, T. Y., Cha, H. J., Seo, J. H. Multifunctional nanocomposite clusters enabled by amphiphilic/bioactive natural polysaccharides. Chemical Engineering Journal. 379, 122406 (2020).
- Hemery, G., et al. Tuning sizes, morphologies, and magnetic properties of monocore versus multicore iron oxide nanoparticles through the controlled addition of water in the polyol synthesis. Inorganic Chemistry. 56 (14), 8232-8243 (2017).
- Lartigue, L., et al. Cooperative organization in iron oxide multi-core nanoparticles potentiates their efficiency as heating mediators and MRI contrast agents. ACS Nano. 6 (12), 10935-10949 (2012).
- Yavayo, C. T., et al. Low-field magnetic separation of monodisperse Fe3O4 nanocrystals. Science. 314 (5801), 964-967 (2006).
- Matijević, E., Scheiner, P. Ferric hydrous oxide sols: III. Preparation of uniform particles by hydrolysis of Fe (III)-chloride,-nitrate, and-perchlorate solutions. Journal of Colloid and Interface Science. 63 (3), 509-524 (1978).
- Weizenecker, J., Gleich, B., Rahmer, J., Dahnke, H., Borgert, J. Three-dimensional real-time in vivo magnetic particle imaging. Physics in Medicine & Biology. 54 (5), 1 (2009).
- Zhu, X., Li, J., Peng, P., Hosseini Nassab, N., Smith, B. R. Quantitative drug release monitoring in tumors of living subjects by magnetic particle imaging nanocomposite. Nano Letters. 19 (10), 6725-6733 (2019).
- Tay, Z. W., et al. Magnetic particle imaging-guided heating in vivo using gradient fields for arbitrary localization of magnetic hyperthermia therapy. ACS Nano. 12 (4), 3699-3713 (2018).
