Nanoparticule de oxid de fier

Introducere – Generalitati despre oxizii de fier-

Sistemele de nanoparticule magnetice pe baza de fier au constituit de-a lungul ultimilor ani subiecte de cercetare de mare interes, atat stiintific (datorita noilor fenomene implicate), cat si aplicativ.datorita numeroaselor aplicatii in microelectronica, biomedicina si senzoristica. Progresul semnificativ din ultimii ani, este legat pe de o parte de dezvoltarea si rafinarea metodelor de sinteza a nanoparticulelor si pe de alta parte, de dezvolatarea unor tehnici de caracterizare cat mai complexe si a unor metodologii de analiza specifice si eficiente.

Dezvoltarea experimentala cuplata cu dezvoltarea modelelor teoretice a permis elucidarea unor mecanisme neasteptate si propunerea de noi solutii care sa conduca la materiale cu proprietati performante, in raport cu diversele aplicatii. Este de mentionat ca proprietatile specifice si remarcabile ale sistemelor de nanoparticule magnetice sunt rezultatul a trei contributii majore, aflate uneori in interconexiune si anume: (i) proprietatile intrinseci ale componentelor, (ii) efectele de dimensiune si (iii) interactiile interfazice sau intercomponente. In cazul concret, proprietatile magnetice ale unui sistem de nanoparticule depind de proprietatile magnetice ale nanoparticulelor constituente, dependente de structura de faza a fiecarei nanoparticule, de dimensiunile nanoparticulelor componente (presupuse toate ca fiind 0- dimensionale) si de modul in care fie nanoparticulele interactioneaza intre ele, fie exista un cuplaj interfazic in interiorul nanoparticulelor. Este de mentionat aici ca dimensiunea nanoparticulelor influenteaza semnificativ raspunsul lor magnetic prin doua efecte majore si anume prin efectul de relaxare superparamagnetica si respectiv prin structura dezordonata de spin introdusa la suprafata nanoparticulelor (cu cat volumul este mai mic, cu atat ponderea pozitiilor de suprafata caracterizate prin asimetriii cristaline si legaturi de suprafata nesatisfacute, este mai mare).Magnetita (Fe3O4) este o structura mai mai stabila, aproximativ (depinzand de stoichiometrie) o treime din ionii de fier fiind ioni Fe2+ . Din punct de vedere structural, magnetita prezinta o structura spinelica. Este de mentionat ca si maghemita cristalizeaza in structura cubica spinelica si in acest sens, poate fi privita ca o magnetita defecta (cu deficit de Fe2+). Ca urmare, daca din punct de vedere experimental se poate arata ca o nanoparticula de oxid de fier, cu structura spinelica contine magnetita si se asteapta si un gradient al gradului de reducere, combinatia cea mai probabila de oxizi constituienti este de trecere de la magnetita (in centrul nanoparticulei) spre maghemita (la margine).Nanoparticulele de magnetita, un produs intermediar in obtinerea nanofluidelor, vor avea aplicatii multiple in domeniul obtinerii de materiale nanocompozite industriale si biomedicale, un domeniu in plina dezvoltare.

Datorită aplicaţiilor în biomedicină, nanoparticulele de magnetită trebuie să prezinte proprietăţi de biocompatibilitate, paramagnetism, scopuri specifice şi stabilitate în soluţii apoase. În cazul nanoparticulelor foarte fine, rapoartele mari între suprafaţa specifică şi volum conduc întotdeauna la aglomerarea acestora, problemă care apare frecvent în obţinerea fluidelor magnetice stabile. Prodedeul de modificare utilizat de obicei, are la bază interacţiile stabilite între suprafaţa nanoparticulelor magnetice şi grupările funcţionale ale moleculelor organice. Materialele magnetice modificate sunt compuse dintr-un miez de oxid de fier, acoperit fie cu molecule organice, fie anorganice. Miezul de oxid de fier se obţine sub forma unei pudre fine de particule nanometrice, cu proprietăţi superparamagnetice. Grupările funcţionale, destinate unor scopuri specifice, sunt depuse sub forma unui strat de molecule în jurul miezului.Un agent de silanizare, utilizat este 3-aminopropiltrietoxisilan (APTS), este considerat candidatul perfect pentru modificarea nanoparticulelor de magnetită, datorită avantajelor pe care le prezintă şi anume: biocompatibilitate şi număr mare de grupări funcţionale –NH2, care permit cuplarea altor molecule. În literatura de specialitate, se găsesc foarte multe studii referitoare la modificarea nanoparticulelor magnetice cu compuşi organici . Procesul de modificare a suprafeţei, prin reacţii de silanizare, este foarte complex. Nanoparticulele sunt comparabile, ca dimensiune, cu proteinele. Organismele vii sunt alcătuite din celule care au in general dimensiunea de 10 µm, componentele celulare sunt, ca dimensiune, din domeniul sub-micronic, iar proteinele sunt și mai mici, având, în general, în jur de 5 nm.