לדלג לתוכן

ננו-חלקיקים מגנטיים – הבדלי גרסאות

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
Baranesk (שיחה | תרומות)
Baranesk (שיחה | תרומות)
שורה 66: שורה 66:


== יישומים ==
== יישומים ==
במגוון רחב של תחומים משתמשים בננו-חלקיקים מגנטיים{{הערה|שם=אחד}}{{הערה|Tartaj, P., Morales, M. P., Veintemillas-Verdaguer, S., Gonz´alez-Carre ˜no, T. and Serna, C. J. (2003). "The preparation of magnetic nanoparticles for applications in biomedicine". ''Journal of Physics D: Applied Physics'' 36:R182-R197. doi:10.1088/0022-3727/36/13/202.}}{{הערה|Reddy, L. H., Arias, J. L., Nicolas, J. and Couvreur, P. (2012). "Magnetic nanoparticles: design and characterization, toxicity and biocompatibility, pharmaceutical and biomedical applications". ''Chemical Reviews'' 112:5818-5878. doi:10.1021/cr300068p. PMID 23043508.}}{{הערה|Akbarzadeh, A., Samiei, M. and Davaran, S. (2012). "Magnetic nanoparticles: preparation, physical properties, and applications in biomedicine". ''Nanoscale Research Letters'' 7:144. doi:10.1186/1556-276X-7-144. PMID 22348683.}}{{הערה|Li, L. et al. (2006). "Synthesis, Properties, and Environmental Applications of Nanoscale Iron-Based Materials: A Review". ''Critical Reviews in Enviromental Science and Technology'' 36:405-431 . doi:10.1080/10643380600620387.}}, להלן מספר דוגמאות לכך:
במגוון רחב של תחומים משתמשים בננו-חלקיקים מגנטיים(1,11-14), להלן מספר דוגמאות לכך:


=== אחסון מידע ===
=== אחסון מידע ===
שורה 72: שורה 72:


=== אבחון רפואי ===
=== אבחון רפואי ===
מעצם היותם מגנטיים, ננו-חלקיקים אלה יכולים לשמש ב[[דימות תהודה מגנטית|דימות תהודה מגנטית (MRI)]] לאבחון רפואי(15).
מעצם היותם מגנטיים, ננו-חלקיקים אלה יכולים לשמש ב[[דימות תהודה מגנטית|דימות תהודה מגנטית (MRI)]] לאבחון רפואי{{הערה|Hadjipanayis, C. G. et al.(2008). "Metallic iron nanoparticles for MRI contrast enhancement and local hyperthermia". ''Small'' 4:1925-1929. doi:10.1002/smll.200800261. PMID 18752211.}}.


במחקר מסוים ייצרו ננו-חלקיקים עם ליבה מתכתית ששימשו לטיפול סרטני מוכוון על ידי העברת תרופה לתאים הסרטניים(16). בנוסף, אותם חלקיקים עזרו באיתור המיקום המדויק של התאים הסרטניים באמצעות דימות כך שניתן לעקוב בזמן אמת אחר הטיפול.
במחקר מסוים ייצרו ננו-חלקיקים עם ליבה מתכתית ששימשו לטיפול סרטני מוכוון על ידי העברת תרופה לתאים הסרטניים{{הערה|Santra, S., Kaittanis, C., Grimm, J. & Perez, J. M. (2009). "Drug/dye-loaded, multifunctional iron oxide nanoparticles for combined targeted cancer therapy and dual optical/magnetic resonance imaging". ''Small'' 5:1862-1868. doi:10.1002/smll.200900389. PMID 19384879.}}. בנוסף, אותם חלקיקים עזרו באיתור המיקום המדויק של התאים הסרטניים באמצעות דימות כך שניתן לעקוב בזמן אמת אחר הטיפול.


=== סימון תאי ===
=== סימון תאי ===
סימון תאים באמצעות ננו-חלקיקים מגנטיים הינו שיטה מקובלת כיום להפרדת והכוונת תאים(6). ניתן לסמן את התאים באמצעות חיבור הננו-חלקיקים לשטח התא(17) או באמצעות כניסתם לתא באנדוציטוזה(18).
סימון תאים באמצעות ננו-חלקיקים מגנטיים הינו שיטה מקובלת כיום להפרדת והכוונת תאים{{הערה|שם=שש}}. ניתן לסמן את התאים באמצעות חיבור הננו-חלקיקים לשטח התא{{הערה|Tada, D. B. et al. (2007). "Methylene blue-containing silica-coated magnetic particles: a potential magnetic carrier for photodynamic therapy". ''Langmuir'' 23:8194-8199. doi:10.1021/la700883y. PMID 17590032.}} או באמצעות כניסתם לתא באנדוציטוזה{{הערה|Bi, S., Wei, X., Li, N. & Lei, Z. (2008). "In-situ formation of <math>Fe_3O_4</math> nanoparticles within the thermosensitive hairy hybrid particles". ''Materials Letters'' 62:2963-2966. doi:10.1016/j.matlet.2008.01.084.}}.


=== טיהור מים ===
=== טיהור מים ===
לננו-חלקיקים מגנטיים יש פוטנציאל גבוה לטיפול בזיהומים שונים במים בזכות יכולת ההפרדה שלהם על ידי הפעלת שדה מגנטי ובזכות יחס שטח לנפח גבוה(19). במחקר זה השתמשו בננו-חלקיקים מגנטיים על מנת להרחיק מתכות כבדות מתמיסות או מים מזוהמים.
לננו-חלקיקים מגנטיים יש פוטנציאל גבוה לטיפול בזיהומים שונים במים בזכות יכולת ההפרדה שלהם על ידי הפעלת שדה מגנטי ובזכות יחס שטח לנפח גבוה{{הערה|Koehler, F. M. et al. (2009). "Magnetic EDTA: coupling heavy metal chelators to metal nanomagnets for rapid removal of cadmium, lead and copper from contaminated water". ''Chemical Communications'' 32:4862-4864. doi:10.1039/b909447d. PMID 19652806.}}. במחקר זה השתמשו בננו-חלקיקים מגנטיים על מנת להרחיק מתכות כבדות מתמיסות או מים מזוהמים.


=== הנדסה גנטית ===
=== הנדסה גנטית ===

גרסה מ־20:39, 28 במאי 2013

ננו-חלקיקים מגנטיים

ננו-חלקיקים מגנטיים הינם חלקיקים בגודל ננומטרי (לרוב בין 1 ננומטר ל-100 ננומטר) העשויים מחומרים בעלי תכונות מגנטיות, כך שהם יכולים להיות מושפעים משדה מגנטי חיצוני המופעל עליהם ואף להראות פאראמגנטיות על. היתרון בחלקיקים מגנטיים בגודל זה נובע מכך שככל שמקטינים את גודל החלקיק המגנטי הוא רוכש מבנה פשוט יותר של התחום המגנטי בו ישנה מגנטיזציה אחידה ובכך מגדיל את היכולת להיות מכוון לפי השדה הגנטי המושרה עליו, בשונה מהחומר בממדו הגדול בו יש צבר גדול של תחומים מגנטיים.

היכולת לשלוט במהלך הסינתזה של החלקיקים חשובה בכדי להתאים את גודלם, הרכבם ופעילות פני שטחם[1].תכונות אלה יקנו לחלקיקים את יכולת המגנטיזציה ואת האפשרות לאבד אותה לאחר הסרת השדה החיצוני בהתאם לצורך לו הם נועדו. כמו כן, מאחר ולננו-חלקיקים מתכתיים ישנה אנרגיית פני שטח גבוהה, יש צורך בסנתוז של שכבת הגנה שתאפשר פסיבציה של פני השטח.

הננו-חלקיקים המגנטיים השכיחים ביותר כיום מורכבים בעיקר מברזל (Fe), זאת בזכות יכולת המגנטיזציה הגבוהה של מתכת זו והשימוש הנרחב בננו-חלקיקים אלה בתחומים רבים בתעשייה וברפואה.

היסטוריה

ננו-חלקיקים מגנטיים מתכתיים מקובלט זמינים כבר מזה 50 שנה[2].

סינתזת ננו-חלקיקים מגנטיים

ישנן שיטות סינתזה רבות להכנת ננו-חלקיקים מגנטיים, חלקן פשוטות ובעלות שלב אחד וחלקן ארוכות ומורכבות יותר. מוצגות להלן מספר שיטות מקובלות להכנת החלקיקים:

תגובת שיקוע (פרסיפיטציה)

זוהי אחת השיטות הישנות יותר ליצירת ננו-חלקיקים בעלי תכונות מגנטיות ובגודל מבוקר. השיטה מתבססת על שליטה ברמת החומציות (pH) של תמיסת יוני המתכת בה משתמשים להכנת החלקיקים. באופן זה נוצרים חלקיקים של תחמוצת המתכת בגדלים שיכולים להגיע ל-5 ננומטר. שיטה זו פשוטה ואינה דורשת מכשור מיוחד.

דרך נוספת ליצירת החלקיקים בשיקוע הינה על ידי הוספת בסיס לתמיסת מלח של יוני המתכת על פי התגובה הבאה (עבור יוני ברזל):

שליטה בגודל ובצורת החלקיקים תלויה בחומרי המוצא, ברמת החומציות, בטמפרטורה, ביחסי היונים ובחוזקם[1][3]. החיסרון בשיטה זו שאין אחידות בגודל החלקיקים המתקבלים. בנוסף, קשה לצפות את הננו-חלקיקים לאחר הסינתזה בשכבה נוספת עקב התגבשות החומר עליהם.

מנגנון מיצלה הפוכה

יצירת מיצלה הפוכה מתבססת על ממס לא פולרי (שאינו מימי), כך שהראש ההידרופילי של המולקולה פונה כלפי ליבת המיצלה והקצוות ההידרופובים פונים כלפי חוץ. במצב זה המרכיבים האי-אורגניים (לדוגמה, ברזל כלורידי) של התגובה ימצאו במרכז המיצלה ושם יווצרו הננו-חלקיקים.

שיטה זו מאפשרת שליטה טובה על גודל החלקיקים הנוצרים בתוך המיצלה, כך שמתקבלת אחידות בגודלם. כמו כן, ניתן להוסיף שכבת ציפוי מגנה לננו-חלקיקים אלה במהלך הסינתזה.

החיסרון בשיטה הינו שטווח הגדלים של החלקיקים מוגבל לגודל המיצלה ושלא ניתן להוסיף שכבה אורגנית על גבי החלקיקים מאחר והחומר האורגני יישאר בפאזה של הממס האורגני.

בשיטה זו נוצרו ננו-חלקיקים מגנטיים מקובלט [1][4].

התעבות אדים כימית (CVC)

סינתזה של הננו-חלקיקים בעקבות התפרקות תרכובת מתכת נדיפה המחוממת בגז אינרטי. שיטה זו מאפשרת יצירת ננו-חלקיקים מגנטיים באיכות גבוהה, אך דורשת מכשור מתאים ולעיתים שימוש בתרכובות רעילות מהם מייצרים את החלקיקים [5][6].

פירוק תרמי

כאשר תחמוצת מלח מתכתית מחוממת לטמפרטורה מסוימת, היא מתפרקת לננו-חלקיקים של תחמוצת המתכת היכולים להתפרק בתהליך חיזור לננו-חלקיקים של המתכת עצמה על פי המשוואות הבאות [6][7]:

שיטה זו שכיחה בעיקר בתעשייה.

סינתזת תרסיס להבה

סינתזה באמצעות פירוליזה של תרסיס להבה המהווה את אחת השיטות היותר מבטיחות כיום ביצירת ננו-חלקיקים מגנטיים בזכות איכות החלקיקים וטווח גודלם המצומצם[8][9]. באיור הבא מופיעים תנאי סינתזה שונים והשפעתם על מבנה הננו-חלקיקים המתקבלים:

סוגי ננו-חלקיקים מגנטיים

ישנם שלושה סוגי ננו-חלקיקים מגנטים שמיוצרים כיום:

תחמוצת

ננו-חלקיקים אלה עשויים מתחמוצת המתכת והם הננו-חלקיקים המגנטיים הנחקרים ביותר כיום. כאשר ננו-חלקיקים אלה קטנים מ-128 ננומטר הם בעלי פאראמגנטיות על[1], דבר המונע מהם להתאגד מאחר והם מתמגנטים רק כאשר מושרה עליהם שדה מגנטי חיצוני[10]. לאחר כיבוי השדה החיצוני, הם מאבדים את המגנטיות.

דוגמאות לננו-חלקיקים נפוצים מסוג זה: , .

מתכתיים

ננו-חלקיקים מגנטיים ממתכת בלבד הם הפחות מועדפים עקב חסרונותיהם הרבים. ננו-חלקיקים אלה פעילים מאוד ונוטים להגיב באופן ספונטני עם אוויר ומים, כמו כן הם מגיבים עם תחמוצות שונות. תכונה זו מקשה על האחסון, הטיפול והאחזקה של החלקיקים.

מתכתיים עם קליפה

ננו-חלקיקים אלה בעלי ליבה מתכתית וקליפת הגנה המאפשרת פסיבציה של פני השטח של החלקיק(1). דוגמא לננו-חלקיקים עם ליבת קובלט ומעטפת של גרפן מובאת בתמונה[9]. היתרונות בהשוואה לסוגי הננו-חלקיקים המגנטים האחרים הינם במגנטיזציה הגבוהה שלהם, ביציבות גבוהה בתמיסות שונות (חומציות, בסיסיות ואורגניות) ובכימיה של מעטפת הגרפן שמוכרת כבר.

יישומים

במגוון רחב של תחומים משתמשים בננו-חלקיקים מגנטיים[1][11][12][13][14], להלן מספר דוגמאות לכך:

אחסון מידע

ננו-חלקיקים מגנטיים מהווים אופציה יעילה וטובה לאחסון מידע על ידי כך שהם מאפשרים להגדיל את צפיפות המידע המוכנסת ליחידת שטח.

אבחון רפואי

מעצם היותם מגנטיים, ננו-חלקיקים אלה יכולים לשמש בדימות תהודה מגנטית (MRI) לאבחון רפואי[15].

במחקר מסוים ייצרו ננו-חלקיקים עם ליבה מתכתית ששימשו לטיפול סרטני מוכוון על ידי העברת תרופה לתאים הסרטניים[16]. בנוסף, אותם חלקיקים עזרו באיתור המיקום המדויק של התאים הסרטניים באמצעות דימות כך שניתן לעקוב בזמן אמת אחר הטיפול.

סימון תאי

סימון תאים באמצעות ננו-חלקיקים מגנטיים הינו שיטה מקובלת כיום להפרדת והכוונת תאים[6]. ניתן לסמן את התאים באמצעות חיבור הננו-חלקיקים לשטח התא[17] או באמצעות כניסתם לתא באנדוציטוזה[18].

טיהור מים

לננו-חלקיקים מגנטיים יש פוטנציאל גבוה לטיפול בזיהומים שונים במים בזכות יכולת ההפרדה שלהם על ידי הפעלת שדה מגנטי ובזכות יחס שטח לנפח גבוה[19]. במחקר זה השתמשו בננו-חלקיקים מגנטיים על מנת להרחיק מתכות כבדות מתמיסות או מים מזוהמים.

הנדסה גנטית

אחד השימושים הידועים בננו-חלקיקים מגנטיים בתחום הגנטיקה הינו בידוד מולקולות מסנגר רנ"א. בשיטה זו, קושרים את החלקיק לקצה פולי T. כאשר מתרחש הערבוב עם המסנגר רנ"א, הקצה פולי A של המסנגר ייצמד לקצה הפולי T המחובר לחלקיק וכך ניתן באמצעות מגנט למשוך את החלקיקים יחד עם מולקולות הרנ"א(20).

שימוש נוסף בגנטיקה הינו הכנסת ווקטור של דנ"א לתא באמצעות ננו-חלקיקים מגנטיים על ידי הפעלת שדה מגנטי חיצוני(21).

סכנות

כיום אין מידע רב לגבי הרעילות והסכנות שיש בננו-חלקיקים. מחקרים מראים כי החלקיקים יכולים להישאף על ידי מערכת הנשימה ולהגיע לאזורים שונים בגוף, כולל המוח(22).

מחקר על ננו-חלקיקים מגנטיים הראה כי דלעות שגודלו עם מים המכילים את הננו-חלקיקים קלטו אותם לרקמות של הצמח(23). מכאן, שישנה סכנה מפסולת של ננו-חלקיקים בעת שנפטרים ממנה, היכולה להגיע למי ההשקיה ומשם למזון אותו אנו אוכלים.

סיכון נוסף קיים מהשוני בתכונות החומר כאשר יורדים לרמה הננומטרית.

ראו גם

לקריאה נוספת

  • שם סופר, שם ספר, שם הוצאה, תאריך הוצאה

קישורים חיצוניים

הערות שוליים


שגיאות פרמטריות בתבנית:הערות שוליים

פרמטרים [ טורים ] לא מופיעים בהגדרת התבנית

  1. ^ 1 2 3 4 5 A. H. Lu, E. L. Salabas, F. Schuth (2007). "Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization, and application". Angewandte Chemie 46:1222-1244. doi:10.1002/anie.200602866. PMID 17278160.
  2. ^ J. R. Thomas (1966). "Preparation and Magnetic Properties of Colloidal Cobalt Particles". Journal of Applied Physics 37:2914. doi:10.1063/1.1782154
  3. ^ Fang, M., Strom, V., Olsson, R. T., Belova, L. & Rao, K. V. (2011). "Rapid mixing: A route to synthesize magnetite nanoparticles with high moment". Applied Physics Letters 99: 222501. doi:10.1063/1.3662965.
  4. ^ Rana, S. S. and Philip, B. R. (2010). "Micelle based synthesis of Cobalt Ferrite nanoparticles and its characterization using Fourier Transform Infrared Transmission Spectrometry and Thermogravimetry". Materials Chemistry and Physics 124:264-269. doi:10.1016/j.matchemphys.2010.06.029.
  5. ^ Choi, C. J., Dong, X. L. and Kim, B. K. (2001). "Microstructure and magnetic properties of Fe nanoparticles synthesized by chemical vapor condensation". Materials Transactions 42:2046-2049.
  6. ^ 1 2 3 McBain, S. C., Yiu, H. H. and Dobson, J. (2008). "Magnetic nanoparticles for gene and drug delivery". International Journal of Nanomedicine 3:169-180 . doi:10.2147/IJN.S1608.PMID 18686777.
  7. ^ Nurmi, J. T. et al. (2005). "Characterization and properties of metallic iron nanoparticles: spectroscopy, electrochemistry, and kinetics". Environmental Science & Technology 39: 1221-1230. doi: 10.1021/es049190u. PMID 15787360.
  8. ^ Athanassiou, E. K., Grass, R. N. and Stark, W. J. (2010). "Chemical Aerosol Engineering as a Novel Tool for Material Science: From Oxides to Salt and Metal Nanoparticles". Aerosol Science and Technology 44:161-172. doi:10.1080/02786820903449665.
  9. ^ 1 2 Grass, R. N. and Stark, W. J. (2006). "Gas phase synthesis of fcc-cobalt nanoparticles". Journal of Materials Chemistry 16:1825-1830. doi: 10.1039/B601013J.
  10. ^ Ruiz-Herna´ndez, E., Lo´pez-Noriega, A., Arcos, D. and Vallet-Regı´, M. (2008). "Mesoporous magnetic microspheres for drug targeting". Solid State Sciences 10:421-426. doi:10.1016/j.solidstatesciences.2007.11.026.
  11. ^ Tartaj, P., Morales, M. P., Veintemillas-Verdaguer, S., Gonz´alez-Carre ˜no, T. and Serna, C. J. (2003). "The preparation of magnetic nanoparticles for applications in biomedicine". Journal of Physics D: Applied Physics 36:R182-R197. doi:10.1088/0022-3727/36/13/202.
  12. ^ Reddy, L. H., Arias, J. L., Nicolas, J. and Couvreur, P. (2012). "Magnetic nanoparticles: design and characterization, toxicity and biocompatibility, pharmaceutical and biomedical applications". Chemical Reviews 112:5818-5878. doi:10.1021/cr300068p. PMID 23043508.
  13. ^ Akbarzadeh, A., Samiei, M. and Davaran, S. (2012). "Magnetic nanoparticles: preparation, physical properties, and applications in biomedicine". Nanoscale Research Letters 7:144. doi:10.1186/1556-276X-7-144. PMID 22348683.
  14. ^ Li, L. et al. (2006). "Synthesis, Properties, and Environmental Applications of Nanoscale Iron-Based Materials: A Review". Critical Reviews in Enviromental Science and Technology 36:405-431 . doi:10.1080/10643380600620387.
  15. ^ Hadjipanayis, C. G. et al.(2008). "Metallic iron nanoparticles for MRI contrast enhancement and local hyperthermia". Small 4:1925-1929. doi:10.1002/smll.200800261. PMID 18752211.
  16. ^ Santra, S., Kaittanis, C., Grimm, J. & Perez, J. M. (2009). "Drug/dye-loaded, multifunctional iron oxide nanoparticles for combined targeted cancer therapy and dual optical/magnetic resonance imaging". Small 5:1862-1868. doi:10.1002/smll.200900389. PMID 19384879.
  17. ^ Tada, D. B. et al. (2007). "Methylene blue-containing silica-coated magnetic particles: a potential magnetic carrier for photodynamic therapy". Langmuir 23:8194-8199. doi:10.1021/la700883y. PMID 17590032.
  18. ^ Bi, S., Wei, X., Li, N. & Lei, Z. (2008). "In-situ formation of nanoparticles within the thermosensitive hairy hybrid particles". Materials Letters 62:2963-2966. doi:10.1016/j.matlet.2008.01.084.
  19. ^ Koehler, F. M. et al. (2009). "Magnetic EDTA: coupling heavy metal chelators to metal nanomagnets for rapid removal of cadmium, lead and copper from contaminated water". Chemical Communications 32:4862-4864. doi:10.1039/b909447d. PMID 19652806.