Relaxivity of magnetic iron oxide nanoparticles containing diamagnetic cations

Abstract

Magnetické nanočástice se staly častým předmětem biomedicínského výzkumu, např. jako potenciální konstrastní látky pro T2-vážené zobrazování pomocí mag- netické rezonance. Schopnost kontrastní látky zvýšit relaxační rychlosti 1 H ve svém okolí je kvantitativně popsána relaxivitou. Cílem této práce bylo změřit metodou ja- derné magnetické rezonance příčnou relaxivitu nanočástic ε-Fe2−x Alx O3 obalených amorfní silikou (SiOx (OH)y ) nebo stabilizovaných citrátem, konkrétně její závislost na vnějším magnetickém poli, teplotě a tloušt'ce obalu ze siliky. Obsah hliníku byl stanoven z XRF na x = 0.23(1), dále byl materiál charakterizován pomocí XRPD, Mössbauerovy spektroskopie, DLS, TEM a magnetických měření. Velikost magnetic- kého jádra byla ∼ 21 nm, tloušt'ka obalu ze siliky pak ∼ 6,10,17 a 21 nm. Magne- tizace nanočástic ε-Fe2−x Alx O3 vzrostla oproti ε-Fe2O3 o ∼ 30 %. Saturační trend závislosti relaxivity na vnějším magnetickém poli a její lineární pokles s rostoucí tloušt'kou siliky nelze popsat teoretickým modelem motional averaging regime (re- žim pohybového středování, MAR), nicméně teplotní závislost naměřená v 0.47 T a 11.75 T by se jím dala vysvětlit. Ze srovnání s nanočásticemi ε-Fe2O3 vyplývá, že zkoumané vzorky s obalem tenčím než 10 nm dosáhly vyšší relaxivity...

Magnetic nanoparticles have received extensive attention in the biomedical research, e.g. as prospective contrast agents for T2-weighted magnetic resonance imaging. The ability of a contrast agent to enhance the relaxation rate of 1 H in its vicinity is quantified by relaxivity. The main aim of this thesis is to evaluate the transversal re- laxivity of ε-Fe2−x Alx O3 nanoparticles coated with amorphous silica or citrate - its dependence on external magnetic field, temperature and thickness of silica coating - by means of nuclear magnetic resonance. The aluminium content x = 0.23(1) was determined from XRF, the material was further characterised by XRPD, Möss- bauer spectroscopy, DLS, TEM and magnetic measurements. The size of magnetic cores was ∼ 21 nm, the thickness of silica coating ∼ 6,10,17 and 21 nm. Magne- tization of the ε-Fe2−x Alx O3 nanoparticles increased by ∼ 30 % when compared to ε-Fe2O3. The saturating dependence of relaxivity on external magnetic field and on the linear decrease with increase of thickness of silica coating contravene the theo- retical model of motional averaging regime (MAR); nevertheless, the temperature dependence acquired in 0.47 T and 11.75 T may be explained by MAR. In compari- son to ε-Fe2O3 nanoparticles, the relaxivity of examined samples was higher for par-...