Universitatea “Alexandru Ioan Cuza” din Iași
Facultatea de Fizică
REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT
MATERIALE AVANSATE CU APLICAŢII BIOMEDICALE
Conducător ştiinţific: Prof. Dr. Felicia Iacomi Doctorand: Gigel-Gicu Nedelcu
Iaşi 2014
2
3
O teză de doctorat este rareori rezultatul muncii unei singure
persoane, de cele mai multe ori fiind consecința activității unui grup de
cercetători. De aceea, aș dori să mulțumesc celor care, pe diverse căi, au
contribuit la finalizarea acestei teze.
În primul rând, doresc să exprim sincere mulțumiri doamnei Prof.
Dr. Felicia Iacomi pentru că mi-a oferit posibilitatea de a lucra în grupul
dumneaei de cercetare, ghidându-mi cu răbdare activitatea științifică și pentru
încurajările date pe parcursul celor trei ani ai studiilor doctorale.
Mulțumiri speciale adresez domnului Conf. Dr. Habil. Liviu Leontie
pentru sprijinul acordat, precum și membrilor comisiei de îndrumare pentru
indicațiile științifice prețioase de pe toată durata cercetării doctorale.
Multe mulțumiri adresez doamnei CS I Dr. Maria Cazacu din cadrul
Institutului de Chimie Macromoleculară “Petru Poni” din Iași și doamnei CS II
Dr. Adriana Popa din cadrul Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare
pentru Tehnologii Izotopice și Moleculare din Cluj-Napoca pentru analizele
efectuate.
Mulțumesc domnului CS I Dr. Horia Chiriac din cadrul Institutului
de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică din Iași pentru ajutorul dat prin
facilitarea efectuării unei părți din experimentele din teză.
Nu în ultimul rând, mulțumesc tuturor colaboratorilor și colegilor de
la Facultățile de Fizică și Chimie din cadrul Universității „Alexandru Ioan
Cuza” din Iași.
Doresc să dedic această teză de doctorat soției mele.
4
În atenţia ................................................................................................
UNIVERSITATEA “ALEXANDRU IOAN CUZA”, IAŞI
Vă facem cunoscut că în data de 18 decembrie 2014, ora 1000, în Amfiteatrul IV.13, domnul Gigel-Gicu Nedelcu va susţine, în şedinţă publică, teza de doctorat cu titlul:
“MATERIALE AVANSATE CU APLICAŢII BIOMEDICALE” în vederea obţinerii titlului ştiinific de doctor în domeniul fundamental Ştiinţe Exacte, domeniul FIZICĂ. Comisia de doctorat are următoarea componeţă: Prof.univ.dr. Diana MARDARE Preşedinte
Director Şcoală Doctorală Universitatea “Alexandru Ioan Cuza” din Iaşi
Prof.dr. Felicia IACOMI Conducător ştiinţific Facultatea de Fizică Universitatea “Alexandru Ioan Cuza” din Iaşi
Prof.dr. Dorina CREANGĂ Referent Facultatea de Fizică Universitatea “Alexandru Ioan Cuza” din Iaşi
CS I dr. Maria CAZACU Referent Institutul de Chimie Macromoleculară “Petru Poni” din Iaşi
Conf. dr. Iosif DEAC Referent Facultatea de Fizică, Universitatea “Babeş - Bolyai” din Cluj-Napoca
Vă invităm pe această cale să participaţi la şedinţa publică de susţinere a tezei.
5
CUPRINS INTRODUCERE 5 I CERCETĂRI ACTUALE ÎN DOMENIUL
MATERIALELOR AVANSATE CU APLICAȚII BIOMEDICALE
8
1.1. Nanoparticule magnetice. Elemente de magnetism și rezonanță feromagnetică
8
1.1.1 Elemente de magnetism. Starea superparamagnetică a particulelor
8
1.1.2 Rezonanța feromagnetică 16 1.2. Structura nanoparticulelor magnetice.
Proprietăți dielectrice 19
1.2.1 Structura nanoparticulelor de ferită și hematită
19
1.2.2 Nanoparticule magnetice izolate pentru aplicații biomedicale
23
1.2.3 Proprietățile dielectrice ale nanoparticulelor de ferită
25
Bibliografie 27 II METODE DE SINTEZĂ ȘI CARACTERIZARE
STRUCTURALĂ ȘI FUNCTIONALĂ A MATERIALELOR AVANSATE CU APLICATII BIOMEDICALE
31
2.1 Metode chimice de sinteză și acoperire a nanoparticulelor
31
2.1.1 Metoda poliol 31 2.1.2 Metoda coprecipitării chimice 32 2.1.3 Metoda sol-gel cu auto-combustie 32 2.1.4 Metodă de acoperire a particulelor
magnetice prin polimerizare în emulsie
33
2.1.5 Tipuri de polimeri utilizați în biocompatibilizarea nanoparticulelor
33
2.2. Metode de investigare a structurii cristaline
6
36 2.2.1 Metoda difractometrică 36 2.2.2 Spectroscopia în infraroşu cu
transformată Fourier (FTIR) 39
2.3 Metode de investigare a morfologiei şi compoziţiei chimice
41
2.3.1 Microscopia electronică de scanare (SEM)
41
2.3.2 Microscopia electronică de transmisie (TEM)
43
2.3.3 Spectroscopia fotoelectronilor de radiaţie X (XPS)
43
2.4. Metode de investigare a proprietăţilor electrice şi magnetice
45
2.4.1 Magnetometrul cu probă vibrantă (VSM)
45
2.4.2 Spectroscopia de rezonanță electronică de spin (RES)
46
2.4.3 Investigarea proprietăților dielectrice ale particulelor magnetice de ferită prin spectroscopie de impedanță
49
Bibliografie 50 III SINTEZA ȘI CARACTERIZAREA UNOR
NANOPARTICULE MAGNETICE CU APLICAȚII BIOMEDICALE
52
3.1 Sinteza unor nanoparticule magnetice pentru aplicaţii biomedicale
52
3.1.1 Sinteza nanoparticulelor magnetice cu metoda sol-gel de auto-combustie
52
3.1.2 Sinteza nanoparticulelor de magnetită prin coprecipitare
54
3.2. Studiul structurii, morfologiei şi compoziţiei chimice a nanoparticulelor magnetice
57
3.2.1 Caracterizarea structurală a
7
nanoparticulelor magnetice 57 3.2.2 Investigarea morfologiei și
compoziției chimice a nanoparticulelor magnetice cu aplicații biomedicale
69
Bibliografie 79 IV STUDIUL PROPRIETĂȚILOR FUNCȚIONALE
ALE NANOPARTICULELOR MAGNETICE 81
4.1. Investigarea proprietăților magnetice ale nanoparticulelor magnetice
81
4.1.1 Studiul proprietăților magnetice prin magnetometrie cu probă vibrantă
81
4.1.2 Studiul proprietăților magnetice prin rezonanță electronică de spin
89
4.2. Investigarea proprietăților dielectrice ale nanoparticulelor magnetice
97
4.3. Studiul potenţialului de aplicare al nanoparticulelor pentru hipertermia magnetică
110
Bibliografie 113 Concluzii 117 Anexe 120
8
Introducere Nanoparticulele magnetice sunt materiale avansate ce
prezintă un real interes în domeniul biomedical. Particulele magnetice nanometrice de ferită preparate cu stabilizatori de suprafaţă alcătuiesc fluidele magnetice, cunoscute de asemenea şi ca ferofluide. În cazul în care aceste particule sunt înglobate într-un material biocompatibil, cum ar fi un polimer, ele pot fi introduse în sistemul circulator uman. Când aceste particule sunt plasate într-un câmp magnetic, ele pot fi direcționate către țesuturi țintă pentru diferite scopuri cum sunt: ca agenți de încălzire a unui țesut tumoral, ca agenți de contrast pentru imagistica prin rezonanță magnetică nucleară sau ca purtători magnetici de medicamente în cazul particulelor funcționalizate [1-5].
Scopul acestei lucrări constă în prepararea și studiul proprietăților nanoparticulelor de ferită de Ni, Co, Mg, de magnetită şi hematită, neizolate şi izolate superficial cu polimeri biocompatibili, care se pot dispersa și stabiliza în diferite lichide biocompatibile cum ar fi serul fiziologic. Au fost alese aceste tipuri de nanoparticule deoarece, din studiile care s-au efectuat în ultimii ani, acestea sunt cel mai puțin toxice pentru mediul biologic uman. Prin experimentele și studiile asupra caracteristicilor acestor tipuri de particule cercetarea descrisă aici se dorește a fi o contribuție importantă în cercetarea pe plan național și internațional în ce privește aplicațiile biomedicale ale particulelor magnetice.
Teza este structurată pe patru capitole precedate de o introducere şi urmate de concluzii. În primele două capitole sunt prezentate unele aspecte teoretice legate de particule magnetice, de metodele de sinteză şi tehnicile actuale utilizate pentru investigarea structurală şi funcţională. Capitolele trei şi patru cuprind contribuțiile personale aduse acestui domeniu.
9
Capitolul I Cercetări actuale în domeniul materialelor avansate cu
aplicaţii biomedicale
Petru a analiza proprietăţile magnetice ale nanoparticulelor într-un mod satisfăcător este necesar să se obţină date legate de geometria (dimesiunea, forma, compoziţia, structura cristalină) şi comportarea acestora în câmp magnetic (dependenţa de temperatură a magnetizării, magnetizarea de saturaţie, magnetizarea remanentă, câmpul coercitiv, temperatura de blocare).
Există două aspecte care domină proprietăţile magnetice ale nanoparticulelor şi care le impun anumite proprietăţi speciale: a) Efectele dimensiunii finite (structuri mono-domeniu, multi- domeniu şi confinarea cuatică a electronilor); b) Efectele de suprafaţă, care rezultă din ruperea simetriei structurii cristaline la suprafaţa particulei, oxidarea, existenţa surfactanţilor, tensiunea de suprafaţă, structuri chimice şi fizice diferite la suprafaţă sau în interiorul nanoparticulei.
În particulele mari există o structură multi-domeniu unde regiunile de magnetizare uniformă sunt separate de pereţii de domeniu, procesul de formare a pereţilor de domeniu fiind determinat de echilibrul a doi factori: a) Energia magnetostatică externă, care creşte volumul particulei; b) Energia peretelui de domeniu, care creşte cu creşterea ariei interfaciale dintre domenii.
Dacă dimensiunea particulei este micşorată, există un volum critic sub care este necesară o energie mai mare pentru a crea un perete de domeniu. Sub acest diametru critic particula ar consta dintr-un singur domeniu (de ordinul zecilor de nanometri).
Particulele magnetice utilizate în aplicaţii biomedicale sunt cele de oxid de fier, precum magnetita (Fe3O4) şi doi produşi oxidaţi precum maghemita tetragonală (γ-Fе2Оз) şi hematita hexagonală (α-Fе2Оз).
10
Un interes special pentru aplicaţiile medicale îl prezintă nanoparticulele de ferită.
Celula elementară a feritelor spinelice este formată din 32 anioni O2- şi 24 cationi (Fe2+, Zn2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, Mg2+, Fe3+, Gd3+). Există 96 de poziţii posibile pentru cationi în celula elemetară. Poziţiile octaedrice sunt mai mari decât cele tetraedrice şi de aceea doar 8 poziţii tetraedrice din 16 sunt ocupate de cationi (bivalenţi sau trivalenţi)
Structura generală a structurii spinel este (A)[B2]O4. În această structură parantezele rotunde reprezintă poziţiile tetraedrice iar parantezele drepte poziţiile octaedrice. Atunci când toţi atomii bivalenţi ocupă poziţiile tetraedrice iar cei trivaleţi poziţiile octaedrice structura se numeşte spinel normal, dacă însă toţi atomii divalenţi ocupă poziţiile octaedrice iar jumătate din ionii trivaleţi ocupă poziţiile tetraedrice şi jumătate din cele octaedrice structura se numeşte spinel invers, de forma(B)[AB]O.
Deşi s-au efectuat o multitudine de studii asupra proprietăţilor magnetice ale nanoparticulelor de ferită, comportametul lor magnetic nu este bine înţeles. Studiile recente au sugerat apariţia defectelor de structură de suprafaţă, care impun o dezordine magnetică ce se extinde în miezul particulei pe o anumită grosime şi care determină micşorarea magnetizării nanoparticulelor în comparaţie cu materialele masive.
S-a evidenţiat că dimensiunea nanoparticulelor de ferită, metodele şi condiţiile de sinteză pot conduce la diferite grade de inversie a structurii spinel, nonstoichiometria compoziţiei chimice, modificări în parametrul celulei elementare, apariţia unor faze secundare [6-10].
Protecţia nanoparticulelor include acoperirea lor cu specii organice (surfactanţi, polimeri) sau cu un strat anorganic (silice, carbon).
Modificarea chimismului suprafeţei are efect asupra dimensiunii hidrodinamice a particulei, modificând proprietăţile de transport şi biodistribuţie.
Acoperirea creşte stabilitatea coloidală a particulelor faţă de agregare şi depunere şi reduce forţele de interacţiune dipol-dipol.
11
În general acoperirile sunt realizate cu derivaţi ai dextranului, polivinilalcoolului sau polietilen glicolului.
Capitolul II
Metode de sinteză şi caracterizare structurală şi funcţională a materialelor avansate cu aplicații biomedicale
Implementarea nanoparticulelor magnetice, MNPs, în
biomedicină necesită un control al dimesiunii, formei, stoichiometriei şi structurii suprafeţei. Se cunosc o serie de metode de sinteză pentru producerea de naoparticule, majoritatea însă nu pot cotrola structura suprafeţei.
În acest capitol sunt descrise metodele de sinteză (metoda poliol, co-precipitării chimice, sol-gel cu autocombustie) şi acoperire a nanopulberilor magnetice, polimerii utilizați la acoperirea lor, precum şi tehnicile de analiză a proprietăților structurale (difracţia de radiaţie X, spectroscopia FTIR), morfologice (microscopia electronică de scanare, microscopia electronică de trasmisie), compoziționale (spectroscopia fotoelectronilor de radiaţie X), magnetice (magnetometrie cu probă vibrantă, spectroscopie electronică de spin) şi dielectrice (spectroscopie de impedanţă).
Capitolul III
Sinteza şi caracterizarea unor nanoparticule cu aplicaţii biomedicale
3.1. Sinteza unor nanoparticule magnetice pentru aplicaţii
biomedicale 3.1.1 Sinteza nanopulberilor de ferită şi hematită prin metoda sol-gel cu auto-combustie
S-au sintetizat nanopulberi de ferită de nichel, ferită de cobalt, ferită de magneziu şi hematită folosid metoda sol-gel cu autocombustie. Condiţiile de sinteză şi codul probelor sunt prezentate în tabelul 3.1. Ca agent de chelatizare/combustie s-a utilizat glicina, C2H5NO2.
12
Reactivii au fost dizolvați în apă distilată rezultând soluţii cu raportul molar nitrat Me (II)/nitrat de fier (III)/agent de chelatizare/combustie de 1:2:3 (Me = Ni, Co, Mg, Fe).
Fiecare amestec a fost supus la încălzire la temperatura de 348K sub agitare magnetică pe o plită electrică timp de câteva ore pentru deshidratare şi formarea xerogelului. Xerogelul a fost tratat termic pe o baie de nisip de la 373K la 623K cu etape de încălzire de 50 de grade pe oră, timp în care a avut loc deshidratarea acestuia. În timpul tratamentului termic, la 573K a avut loc procesul de auto-combustie [11].
Tabelul 3.1. Condiţiile de sinteză şi tratament termic ale
nanoparticulelor de ferită şi hematită Proba Condiţii de sinteză Tratament termic
NF-773K Ni(NO3)2 • 6H2O/Fe(NO3)3 • 9H2O/ C2H5NO2= 1:2:3 348K, agitare magnetică - xerogel, încălzire baie de nisip 373K - 623K 50K/h, autocombustie la 573K
773K, 2h
NF-973K 773K, 2h la 973K, răcire în cuptor
NF-1173K 773K, 2h la 1173K, răcire în cuptor
CF-773K Co(NO3)2 • 6H2O/Fe(NO3)3 • 9H2O/ C2H5NO2=1:2:3 348K, agitare magnetică - xerogel, încălzire baie de nisip 373K - 623K 50K/h autocombustie la 573K
773K, 2h
CF-973K 773K, 2h la 973K răcire în cuptor,
CF-1173K 773K, 2h la 1173K, răcire în cuptor
MF-773K Mg(NO3)2 • 6H2O/Fe(NO3)3 • 9H2O/ C2H5NO2=1:2:3 348K, agitare magnetică - xerogel, încălzire baie de nisip 373K - 623K 50K/h autocombustie la 573K
773K, 2h
MF-973K 773K, 2h la 973K răcire în cuptor,
MF-1173K 773K, 2h la 1173K, răcire în cuptor
H-773K Fe(NO3)2 • 6H2O/Fe(NO3)3 • 9H2O/ C2H5NO2=1:2:3 348K, agitare magnetică - xerogel, încălzire baie de nisip 373K - 623K 50K/h autocombustie la 573K
773K, 2h
H-973K 773K, 2h la 973K răcire în cuptor,
H-1173K 773K, 2h la 1173K, răcire în cuptor
13
3.1.2 Sinteza nanoparticulelor de magnetită acoperite cu polimeri
Sinteza nanoparticulelor de magnetită
Nanoparticulele de magnetită (NP) au fost preparate prin co-precipitarea clorurii feroase (FeCl2.4H2O) şi a clorurii ferice (FeCl3.6H2O) cu ajutorul unei soluții alcaline de hidroxid de sodiu (NaOH). Echipamentul de reacție a constat dintr-un balon cu fund plat şi un agitator suspendat. Probele au fost preparate cu raportul molar Fe2+: Fe3+ = 1: 2. 120 ml soluție apoasă a sărurilor de Fe2+ și Fe3+ (total 1,25 M) și 120 ml de soluție NaOH 5 M s-au adăugat în reactorul cu 160 ml de apă distilată agitată puternic (1000 rot / min) la temperatura de 80°C. Formarea NP a fost dovedită de apariția unui precipitat negru care a fost agitat continuu timp de 2 ore la pH = 12, timp în care s-au adăugat lent 10 ml de 25% (w/w) hidroxid de tetrametilamoniu (TMAOH) pentru a stabiliza NP.
Acoperirea MNP cu polimetilmetacrilat (PMMA)
Acoperirea cu polimer a fost realizată prin polimerizare în emulsie cu un raport ridicat al concentrației între surfactant și monomer. S-a studiat influenţa raportului greutății monomer/surfactant alegând un amestec de monomeri, metil metacrilat (MMA) şi acid acrilic (AAc) în raport al greutății de 90/10 (Tabel 3.2).
În procesul de polimerizare s-a folosit ca surfactant, dodecil sulfat de sodiu (SDS), care s-a adăugat la suspensia de magnetită sintetizată anterior (2% wt). După adaosul amestecului de monomeri la această dispersie, amestecul astfel format a fost pus într-o baie cu ultrasunete, timp de aproximativ o jumătate de oră, pentru a se asigura dispersia NP şi a monomerilor. Ca iniţiator al polimerizării s-a utilizat persulfatul de potasiu (KPS). După adăugarea iniţiatorului, amestecul a fost supus procesului de
14
polimerizare, într-o baie de apă sub agitare la o temperatură constantă de 65°C, timp de 24 ore. După polimerizare, NP acoperite cu PMMA (NPP) au fost curățate prin spălare cu metanol şi apă de mai multe ori pentru a îndepărta surplusul de surfactant şi monomerii nereacționați. NPP au fost colectate cu ajutorul unui magnet şi spălate cu apă distilată de mai multe ori. După acest procedeu, particulele au fost plasate într-o soluție de H2SO4 0,1 M timp de 24 ore pentru a separa NP care nu au fost acoperite cu un strat de polimer. În ultima etapă particulele acoperite cu polimer s-au spălat de câteva ori cu apă deionizată.
Tabelul 3.2. Condiţiile de polimerizare (v-viteza de agitare) Proba Fe2+/Fe3+ SDS
(%w) MMA+AAc
(%w) T
(K) v
(rpm) NPP1 1:2 2 6,34 338K 24h 300 NPP2 1:2 4 6,34 338K 24h 300 NPP3 1:2 2 12,68 338K 24h 300
Sinteza nanoparticulelor de magnetită acoperite cu dextran, polietilen glicol şi polivinilalcool
Pentru realizarea nanoparticulelor de magnetită acoperite cu dextran (NP-D), polietilenglicol (NP-PEG) și polivinilalcool (NP-PVA) s-a procedat ca în etapa anterioară: sinteza nanoparticulelor urmată de acoperirea lor cu polimeri. Pentru sinteza nanoparticulelor de magnetită s-au preparat următoarele soluţii:
- soluție de clorură ferică obținută prin solubilizarea a 13,5 g FeCl3·6H2O în 50 ml HCl 2M; - soluție de clorură feroasă obținută prin solubilizarea a 5 g FeCl2·4H2O în 12,5 ml HCl 2M; - soluție de NaOH 10%. Pentru acoperirea nanoparticulelor s-au preparat următoarele
soluții polimerice: - 4 ml soluție de dextran de concentrație 5 %; - 88 ml soluție de PEG de concentrație 0,1 %; - 5 ml soluție de PVA de concentrație 5 %.
15
Pentru obținerea NP acoperite cu dextran, s-au amestecat soluțiile de clorură ferică şi feroasă și au fost puse sub agitare magnetică (500 rpm) la 60°C. Soluția de dextran s-a amestecat cu soluţia NaOH şi s-a încălzit la 55°C, adăugâdu-se picătură cu picătură în primul amestec. S-a obținut un precipitat de culoare închisă, care a fost supus ultrasonării timp de 15 minute. După ce nanoparticulele au fost sedimentate cu ajutorul unui magnet, s-au spălat cu apă bidistilată până la un pH ≈ 7. Proba astfel obţinută s-a notat cu NP-D În mod similar s-a procedat pentru a obține nanoparticulele acoperite cu polietilen glicol şi polivinilalcool, care s-au notat cu NP-PEG, respectiv cu NP-PVA.
3.2 Studiul structurii, morfologiei şi compoziţiei chimice a
nanoparticulelor magnetice 3.2.1. Caracterizarea structurală a nanoparticulelor magnetice
Din difractogramele de radiații X s-au putut observa picurile de difracţie tipice structurii de tip spinel pentru toate probele tratate termic, evidenţiindu-se aspectul nanostructurat al probelor. Prin creşterea severităţii tratamentului termic se constată o creştere a intensităţii picurilor de difracţie, precum și o uşoară creştere a parametrilor celulei elementare şi a dimensiunilor nanoparticulelor pulberii de ferită determinate din difractograme (Fig. 3.1). În figura 3.2 sunt prezentate difractogramele pentru probele nanoparticulelor de magnetită neacoperite și cât și pentru cele acoperite cu dextran (NPM-D), PEG (NPM-PEG) și PVA (NPM-PVA). Comparând cele trei probe acoperite cu polimeri, se observă că maximele corespunzătoare probei NPM neacoperite sunt bine păstrate, neexistând practic nici o diferență între ele, cu excepția intensității picurilor.
16
Figura 3.1. Difractogramele nanopulberii NF (ferita de nichel) tratată la
diferite temperaturi.
Figura 3.2. Difractogramele probelor de magnetită neacoperită NPM
(albastru); NPM-D (verde); NPM-PEG (roz); NPM-PVA (negru). Investigarea structurală cu ajutorul spectrometriei în infraroşu (FTIR) a demonstrat formarea fazei de tip spinel. S-a urmărit de asemenea dispariția după fiecare tratament termic efectuat a reziduurilor organice şi anorganice (Fig. 3.3). Se observă benzi de vibrație la 3435 cm-1 și 1633 cm-1. Acestea pot fi atribuite modurilor de vibraţie de întindere ale grupărilor OH si de deformare ale apei. Se constată că apare o creştere sau o scădere a
17
intensităţii benzilor de vibraţie de la 1370 cm-1 şi 1396 cm-1 datorită tratamentului termic. Se mai pot observa benzile de vibraţie de la 587,4 cm-1 şi 398,9 cm-1 care sunt atribuite vibraţiei de întindere a legăturii Me-O din pozițiile tetraedrice și octaedrice.
Studiul FTIR al nanoparticulelor de magnetită acoperite cu
PMMA (proba NPP3) a evidențiat alături de benzile de vibrație tipice magnetitei, de la 572 cm-1 și 407 cm-1 benzile de vibrație de la ~3416 cm-1, atribuite vibrațiilor de întindere ale grupărilor OH, dubletul de la 2850-2900 cm-1 atribuit legăturii CH din grupele CH2 și CH3, iar la 1440 cm-1 maxime datorate vibrațiilor legăturii C-O caracteristice pentru PMMA. (Fig. 3.4).
Din analiza TEM a nanopulberilor s-a constatat că particulele constituente au dimensiune nanometrică (Fig. 3.5).
a) b)
c) Figura 3.3. Spectrele FTIR ale probelor NF-773K, NF-973K și NF-1173K: a) 3000-3800 cm-1; b) 1000 - 1800 cm-1 ; c) 350-800 cm-1
18
a)
b)
c)
Fig. 3.4. Spectrele FTIR ale nanoparticulelor acoperite cu PMMA (NPP3) în domeniile: a) 3000-3800 cm-1; b) 1000 - 1800 cm-1 ; c)350-
800 cm-1.
Analizând imaginile SEM (Fig. 3.6) se constată că, o dată cu creşterea temperaturii la care se efectuează tratamentul termic, aspectul pufos al pulberii se diminuează, ca o consecinţă a creşterii dimensiunii nanoparticulelor de ferită. Spectrul EDAX
a)
b)
Figura 3.5. a) Micrografia TEM a probei MF-973K; b) distribuția nanoparticulelor de MF.
19
evidenţiază prezenţa atomilor de fier, magneziu şi oxigen. Din spectrul EDAX s-au determinat concentraţiile atomice efective şi s-a costatat omogenitatea distribuţiei diferitelor elemente constitutive ale sistemului Mg – Fe – O. În Tab. 3.1 este prezentată compoziţia chimică a probei exprimată în procente de greutate şi atomice. Nu s-au evidenţiat alte elemente chimice prezente ca impuritate în afară de carbon.
Tabelul 3.1. Compoziţia chimică elementală a probei MF-1173K.
Element Wt% At%
CK 10,74 18,91 OK 42,12 55,68
MgK 15,38 13,38 FeK 31,75 12,02
Analiza SEM a oferit informații cu privire la structura morfologică a particulelor de magnetită neacoperite, cât și a celor înglobate în polimetacrilat de metil (PMMA) (Fig. 3.7). Particulele de magnetită neacoperite sunt mai dispersate și mai mici decât particulele de magnetită acoperite cu polimer. Dimensiunea particulelor crește odată cu creșterea concentrației de surfactant, dar mai ales de polimer, însă dimensiunea particulelor se menține sub 50 nm în toate probele.
a) b) c)
d) Figura 3.6. Micrografiile probelor a) MF-773K; b) MF-973K; c) MF-
1173K; d) spectrul EDAX.
20
Spectrele XPS sunt prezentate în Fig. 3.8. Se observă o dependență a spectrelor de tratamentul termic al probelor. In concordanță cu rezultatele FTIR liniile oxigenului atribuite oxigenului adsorbit sunt mai intense la ferita de magneziu și cel mai puțin intense la ferita de cobalt. Prezența satelitului din spectrul XPS al Co 2p indică prezența Co2+. Intensitatea spectrului XPS al Co 2p este mică fiind în acord cu rezultatele EDAX.
a)
b)
c)
d) Figura 3.7. Analiza SEM a nanoparticulelor de magnetită: a)
neacoperite cu polimer (NPM); b), c) și d) acoperite cu PMMA cu diferite concentrații de surfactant și monomeri (NPP1, NPP2 și
NPP3).
21
a) d)
b) e)
c) f) Figura 3.8. Spectrele XPS ale O 1s, Mg 2p, Co 2p, Fe 2p:
a-c ferita de magneziu, MF; d-f ferita de cobalt, CF.
22
Analiza chimică determinată din spectrele XPS arată că suprafața nanoparticulelor este foarte apropiată de una stoichiometrică, fiind in concordanță cu analiza chimică elementală doar pentru continutul în nichel al feritei de nichel, pentru cobalt fiind mult mai mare (Tab.3.2). Diferențele se pot datora distribuției predominante a acestor elemente fie pe suprafata nanoparticulei fie în miezul acesteia.
Tabelul 3.2. Compoziția chimică elementală obținută din spectrele XPS
pentru probele tratate la diferite temperaturi.
773K 973K 1173K Me/Fe Element At% At% At% 773K 993K 1173K
MF O 55,0 54,9 55,1
0,43 0,44 0,42 Fe 30,3 32,7 31,6 Mg 13,0 14,4 13,3
CF OK 44,9 46,5 43,5
0,45 0,53 0,59 FeK 37,9 35,0 35,5 CoK 17,2 18,4 21,0
Capitolul IV. Studiul proprietăților funcționale ale nanopulberilor
magnetice
În acest capitol sunt prezentate rezultatele experimentale și discuțiile asupra proprietăților magnetice și dielectrice în contextul utilizării nanopulberilor sintetizate în aplicații biomedicale. Este studiată la final aplicația nanoparticulelor magnetice de magnetită în hipertermia cu fluide magnetice utilizată în tratamentul tumoral.
Proprietățile magnetice ale particulelor de ferită sunt dependente de compoziția chimică, forma și dimensiunea particulelor, metoda de sinteză, cristalinitatea, direcția de magnetizare și distribuția de cationi [10].
S-a constatat că valorile magnetizației de saturație (MS) ale compușilor supuși tratametelor termice sunt semnificativ mai
23
mici decât valoarea MS în starea bulk [12, 13], variind odata cu temperatura tratamentului termic (Fig. 4.1). Variațiile MS se datorează creșterii efectului de suprafață (efectul de spin canting) sau dezordinii de spin [14] odată cu descreșterea dimensiunii particulelor [15].
Valorile câmpului coercitiv se modifică semnificativ, iar în urma tratamentului termic diferențele dintre coercitivitățile particulelor pot fi atribuite în principal morfologiei diferite a particulelor, de asemenea prezenței anizotropiei de formă care poate intensifica semnificativ proprietățile magnetice [16, 17], cât și scăderii conţinutului de ioni Fe2+ de pe poziţiile tetraedrice şi a migrării ionilor de Ni2+ pe aceste poziţii [18] (Tab.4.1).
a) b) Figura 4.1. Curbele de histerezis ale nanopulberilor de ferită de a)Ni și
b)Mg.
Tabelul 4.1. Parametrii magnetici ai nanopulberilor de NF și MF.
Proba Ms(emu/g) Mr(emu/g) Hc (Oe) Mr/Ms
NF-773K 19,8 5,1 151 0,26
NF-973K 33,8 9 160 0,27
NF-1173K 25 7,3 134 0,29
MF-773K 13 1,8 56 0,14 MF-973K 16,1 3,3 75 0,20 MF-1173K 15,1 4 75 0,26
24
În figura 4.2 sunt prezentate curbele de histerezis pentru nanoparticulele de magnetită simplă și acoperite cu PMMA sintetizate prin polimerizare în emulsie. Se poate observa că cele două cicluri nu prezintă histerezis, comportarea nanoparticulelor fiind în ambele cazuri superparamagnetică (Tab.4.2).
Figura 4.2. Curbele de histerezis pentru probele NP și NPP3. Tabelul 4.2. Parametrii magnetici ai probelor NP și NPP3.
Proba Ms(emu/g) Mr(emu/g) Hc (Oe) Mr/Ms NP 15,3 0,4 neglijabil 0,03
NPP3 23,4 0,02 neglijabil 9·10-4
a) b)
c) d) Figura 4.3. Curbele de histerezis ale nanoparticulelor de: a)magnetită
simplă și ale celor acoperite cu diferite tipuri de polimeri b)dextran, c)PEG și d)PVA.
25
Din analiza ciclurilor de histerezis pentru nanoparticulele de magnetită biocompatibilizate cu dextran, PEG și PVA se observă comportamentul superparamagnetic al acestora (Fig. 4.3).
Se poate constata că Ms și Mr scad după acoperirea cu polimeri a NP, datorită existenței stratului diamagnetic polimeric care înconjoară NP și care reduce momentele magnetice ale acestora (Tab.4.3).
Din analiza spectrelor de rezonanță electronică de spin
reiese faptul că linia RES este asimetrică pentru toate probele, fiind rezultatul suprapunerii a cel puţin două semnale RES. Se poate observa că lărgimea liniei este dependentă de temperatură. Această dependenţă poate fi datorată unei distribuții largi a formei şi dimensiunilor particulelor dar şi creşterii anizotropiei efective a sistemului şi prezenței interacțiunilor dintre particule (Fig. 4.4 și 4.5). Lărgimea liniei semnalului RES în funcție de temperatură este prezentată în figura 4.6 unde se observă că ΔB crește odată cu scăderea temperaturii pentru probele tratate termic. Această creștere liniară se datorează dependenței temperaturii de magnetizare în paralel cu creșterile momentelor magnetice din interiorul particulelor. Devierile observate se pot produce din cauza interacțiunilor dipolare dintre particulele de ferită de magneziu, scăderea heterogenității câmpurilor dipolare producându-se datorită dispunerii sau ordonării particulelor în sistem.
Tabelul 4.3. Parametrii magnetici ai probelor NP, NP-D, NP-PEG și NP-PVA.
Proba MS(emu/g) MR(emu/g) Hc (Oe) MR/MS NP 57 16,5 neglijabil 0,29
NP-D 47,1 12,1 neglijabil 0,26 NP-PEG 53,4 15,7 neglijabil 0,29 NP-PVA 51,4 14,7 neglijabil 0,29
26
Figura 4.4. Spectrele RES în funcţie
de temperatură ale probelor NF-773K, NF-973K și NF-1173K.
Figura 4.5. Spectrele RES în funcţie de temperatură ale probelor MF-773K, MF-973K și MF-1173K.
27
Figura 4.6. Dependența de temperatură a lărgimii liniei semnalului RES pentru probele
MF-773K, MF-973K și MF-1173K.
Valorile câmpului de rezonanță în funcție de temperatură se pot observa în figura 4.7, unde valorile probei tratate termic la 1173K sunt cele mai scăzute, constatându-se că valorile câmpului de rezonanță scad odată cu creșterea temperaturii tratamentului termic. Câmpul de rezonanță scade monoton cu temperatura până la 120 K unde apare o deviere a pantei graficului foarte probabil datorită modificării anizotropiei magnetice la temperaturi sub 140 K, fenomen relatat și în alte studii din literatură [19]. Această schimbare a câmpului de rezonanță este un indiciu al prezenței câmpului indus, care este principala cauză a dezordinii de spin a sistemului magnetic format din particulele magnetice de ferită de magneziu.
În figura 4.8 se observă dependența de temperatură a factorului giromagnetic g pentru probele de ferită de magneziu tratate termic. Graficul ne arată o creștere a lui g odată cu scăderea temperaturii, atingând valoarea de 2,7 ce corespunde unei valori scăzute a câmpului de rezonanță Br. Odată cu creșterea temperaturii tratamentului termic, cresc dimensiunile și distribuția de dimensiuni ale particulelor fenomen care poate duce la fluctuații ale valorilor factorului giromagnetic (Tab.4.4).
28
Figura 4.7. Dependența de temperatură a câmpului de rezonanță pentru pentru probele MF-773K, MF-973K și MF-1173K.
Figura 4.8. Factorul giromagnetic în funcție de temperatură pentru probele MF-773K, MF-973K și MF-1173K.
Tabelul 4.4. Lărgimea liniei semnalului RES (ΔB), câmpul de rezonanță
(Br) și factorul giromagnetic (g) pentru probele MF la diferite temperaturi.
29
Pentru probele de magnetită simplă și acoperită cu
PMMA, intensitatea semnalului RES crește și lărgimea liniei de rezonanță scade odată cu creșterea concentrației de surfactant în probele NPP2, dar mai ales cu creșterea concentrației de polimer în proba NPP3 (Fig. 4.9b) și c)). Lărgimea pronunțată a liniei spectrelor RES poate fi datorată unei largi distribuții de formă și dimensiuni a particulelor de magnetită și, în principal, datorită creșterii anizotropiei efective și prezenței interacțiunilor dintre particule (Fig. 4.9a)). Pentru toate probele, se observă lărgirea liniei semnalului la răcire precum și faptul că ΔH crește aproape liniar cu scăderea temperaturii (Fig. 4.10). De asemenea, o dată cu scăderea temperaturii câmpul de rezonanță scade monoton până la 130-140 K (Fig. 4.11).
a) b)
c) Figura 4.9. Spectrele RES în funcţie de temperatură ale probelor NPM,
NPP2 și NPP3.
30
Figura 4.10. Dependența de temperatură a lărgimii liniei
semnalului RES pentru probele NP, NPP2 și NPP3.
Figura 4.11. Dependența de temperatură a câmpului de
rezonanță pentru pentru probele NP, NPP2 și NPP3.
Măsurătorile dielectrice s-au efectuat numai pentru
nanoparticulele de ferită și hematită neacoperite cu polimeri. Tendința tuturor probelor investigate este ca valorile
permitivității electrice, partea imaginară și partea reală, precum și ale tangentei unghiului de pierderi, să descrească odată cu creșterea frecvenței (Fig. 4.12, 4.13 și 4.14) [20-22].
Acest comportament dielectric este normal la particulele de ferită și este datorat polarizării interfaciale Maxwell-Wagner în concordanță cu teoria lui Koops [23]. Valoarea mare a constantei dielectrice observată la frecvențe joase este atribuită eterogenității probelor tratate termic la 773K, 973K și 1173K cum ar fi impuritățile, structura grăunților sau prezenței porilor [24]. După o anumită frecvență, transferul de electroni între ionii de Fe2+ și Fe3+ nu poate urmări frecvența câmpului electric aplicat, valorile constantei dielectrice și ale tangentei unghiului de pierderi devenind aproape constante la frecvențe mari [25].
Se poate constata din figura 4.15 variația bruscă a conductivității cu frecvența pentru proba NF-773K. Conductivitatea manifestă o creștere graduală la frecvențe mici, pe când la frecvențe mai mari conductivitatea crește exponențial (Tab.4.5).
31
a) b) Figura 4.12. Partea reală a permitivității (ε’) funcţie de frecvenţă a
probelor NF-773K, NF-973K și NF-1173K: a) 40Hz – 10,5MHz; b) 0,5MHz – 10,5MHz.
a) b) Figura 4.13. Partea imaginară a permitivității (ε’’) funcţie de frecvenţă a probelor NF-773K, NF-973K și NF-1173K: a) 40Hz – 10,5MHz; b)
0,5MHz – 10,5MHz.
a) b) Figura 4.14. Tangenta unghiului de pierderi dielectrice (tan δ) funcţie de
frecvenţă a probelor NF-773K, NF-973K și NF-1173K: a) 40Hz – 10,5MHz; b) 0,5MHz – 10,5MHz.
32
Tabelul 4.5. Comparație a valorilor mărimilor dielectrice măsurate pentru nanopulberile de NF în funcție de două valori extreme ale
frecvenței.
4.3 Studiul potenţialului de aplicare al nanoparticulelor pentru hipertermia magnetică Testarea la încălzire a nanoparticulelor magnetice în
vederea utilizării în hipertermia cu fluide magnetice s-au utilizat doi coloizi magnetici, primul coloid, magnetită în soluție de PEG iar al doilea, magnetită în soluție de MEG (monoetilenglicol). Probele au fost încălzite prin inducție utilizând dispozitivul experimental din figura 4.16.
Temperatura probelor a fost măsurată cu un termometru cu alcool pentru a nu influenţa gradul de încălzire al particulelor. Figurile 4.17 şi 4.18 prezintă variaţiile de temperatură în funcţie de timp ale celor două concentraţii de coloizi magnetici [26]. În
a) b) Figura 4.15. Conductivitatea electrică (σ) funcţie de frecvenţă a
probelor NF-773K, NF-973K și NF-1173K .
33
ambii coloizi, particulele magnetice se află în suspensie uniformă. Intervalul de temperatură la care s-au analizat probele a fost cuprins între 309K (temperatura minimă a organismului uman) şi 319K (temperatura maximă de necrozare a celulelor tumorale). Acest interval a fost preferat pentru a cuprinde toate transformările pe care le suferă ferofluidul sub acţiunea câmpului magnetic alternativ în organism [27].
Primul coloid a avut o comportare la încălzire funcţie de timp aproape liniară, temperatura având o creştere rapidă în intervalul 309 – 319K timp de 90 s (Fig. 4.17). Al doilea coloid a avut o evoluţie la încălzire mult mai lentă. Variaţiile bruşte s-au produs după aproximativ 100 s de la începutul experimentului la 309,5K (temperatură care corespunde cu temperatura normală a corpului uman) şi după 300 s la 315K (temperatură care coincide cu temperatura de necrozare a celulelor tumorale) ( Fig. 4.18).
S-a constatat că încălzirea nanoparticulelor de magnetită
depinde de frecvenţa câmpului aplicat, de timpul de expunere, precum şi de dimensiunile particulelor şi de mediul de suspensie.
Figura 4.16. Schema dispozitivului experimental.
Figura 4.17. Evoluţia temperaturii
în funcţie de timp în coloidul I (magnetita + PEG) [26].
Figura 4.18. Evoluţia temperaturii în funcţie de timp pentru coloidul
II (magnetita + MEG) [26].
34
CONCLUZII
1. S-au efectuat cercetări sistematice asupra unor nanopulberi de ferită în care ionul Fe2+ a fost înlocuit cu alți ioni divalenți: Ni, Co, Mg și a nanoparticulelor de hematită și magnetită.
2. S-au utilizat tehnici experimentale diferite și de interpretare a rezultatelor (difracţia de raze X, microscopie electronică de baleiaj, magnetizare, XPS, spectroscopie FTIR, spectroscopie RES, de impedanţă).
3. S-au obținut numeroase date experimentale care pun în evidenţă aspecte originale asupra modificărilor de structură, microstructură, a proprietăţilor magnetice, dielectrice în nanopulberile magnetice studiate. Metodele de investigare s-au dovedit adecvate scopului propus, caracterizarea compuşilor sintetizaţi fiind riguroasă, la nivelul cerinţelor internaţionale din domeniul nanoparticulelor. 4. Nanopulberile de ferită și hematită au fost preparate prin
metoda sol-gel cu auto-combustie și metoda coprecipitării chimice. S-a procedat apoi la tratamente termice pentru a se elimina în totalitate reziduurile organice și pentru a se îmbunătăți omogenitatea probelor;
5. Spectrele FTIR au demonstrat formarea fazei de tip spinel caracteristică feritelor și dispariţia reziduurilor organice şi anorganice.
6. Structura feritei de nichel și parametrii caracteristici au fost determinați cu ajutorul difractometriei de radiații X care a confirmat formarea structurii de tip spinel după tratamentul termic. S-au determinat dimensiunile cristalitelor și s-a stabilit că parametru de rețea a se încadrează în datele din literatură cu dimensiunea de 8,3-8,4 Å. 7. Imaginile TEM și SEM au confirmat formarea de
particule nanometrice cu o distribuţie uniformă. Spectrul EDAX a oferit date despre procentajul greutății și procentajul atomic ale
35
elementelor constituente, precum și informații despre omogenitatea probelor.
8. Curbele de histerezis pentru nanopulberile de ferită de magneziu și nanoparticulele de magnetită acoperite cu polimeri indică faptul că acestea au un comportament superparamagnetic, având dimensiuni sub 25 nm.
9. S-au obținut nanopulberi feromagnetice de cobalt de dimensiuni nanometrice cu coercitivitate mare (2503 Oe), aceste două proprietăți fiind de dorit în aplicațiile precum hipertermia cu fluide magnetice pentru tratamentul tumoral.
10. S-a observat că după acoperirea nanoparticulelor de magnetită cu PMMA, magnetizația de saturație crește, proprietate importantă pentru aplicațiile la biosenzori deoarece aceștia utilizează nanoparticule magnetice cu magnetizație de saturație mare care le conferă sensibilitate înaltă și eficiență.
11. Proprietățile magnetice ale nanoparticulelor de magnetită acoperite cu dextran, polietilenglicol și polivinilalcool nu sunt influențate semnificativ după acoperirea cu polimeri, ceea ce înseamnă că ele au fost acoperite cu un strat optim de polimeri fără a le influența proprietățile magnetice.
12. Din spectrele RES ale probelor de ferită de nichel, magneziu, cobalt și magnetită s-a observat că graficele lărgimii liniei semnalului ΔB, valorile câmpului de rezonanță Br și factorul g descriu traiectorii normale pentru aceste tipuri de ferite.
13. Măsurătorile dielectrice au arătat că valorile parții reale, imaginare, cât şi ale tangentei unghiului de pierderi dielectrice descresc cu creşterea frecvenţei devenind constante la frecvențe înalte. Acest comportament datorându-se în principal migraţiei electronilor între Fe2+ și Fe3+.
14. S-a demonstrat că conductivitatea electrică are un comportament normal pentru ferite, crescând odată cu creșterea frecvenței, în special pentru probele tratate la 773K.
15. Valorile magnetizației de saturație, precum și valorile coercitivității și ale conductivității ne indică faptul că particulele de ferită, de hematită, precum și cele de magnetită acoperite cu polimeri pot fi utilizate în medicină ca purtători de medicamente
36
cu eliberare țintită, ca elemente detectabile în biosenzori sau în hipertermia magnetică.
16. S-au efectuat studii de încălzire a nanoparticulelor de magnetită dispersate în două soluții de polimeri în intervalul de temperatură 309K – 319K, observându-se o creștere liniară a temperaturii timp de 100s, respectiv 800s demonstrând faptul că ele se pot utiliza în hipertermia cu fluide magnetice pentru tratamentul tumorilor.
Bibliografie
[1] R. Sharma, A. Sharma, C.J. Chen, Open Nanomed. J. 3 (2011) 10-23. [2] R. Qiao, C. Yang, M.J. Gao, Mater. Chem. 19 (2009) 6274−6293. [3] A. Bhirde, J. Xie, M. Swierczewska, X. Chen, Nanoscale 3 (2011) 142−153. [4] P.V. Finotelli, D. Da Silva, M. Sola-Penna, A. Malta Rossi, M. Farina, L. Rodrigues Andrade, A. Yoshihaki Takeuchi, M.H. Rocha-Leão, Coll. Surfaces B: Biointerfaces 81 (2010) 206-211. [5] I. Koh, L. Josephson, Sensors 9 2009 8130-8145. [6] P.Chaudari, J. W.Matthews, Appl. Phys. Lett., 17, 115, 1970. [7] R. Massart, IEEE Trans. Magn., 17, 131, 1981. [8] A. K. Gupta and M. Gupta, Biomaterials, 26, 3995–4021, 2005. [9] C. Bergemann, D. Muller-Schulte, J. Oster, L. Brassard and A. S. Lubbe,J. Magn. Magn. Mater., 194, 45–52, 1999. [10] M. D. C. Belo, M. Walls, N.E. Hakiki, J. Corset, E. Picquenard, G. Sagon, D. Noël, Corrosion Science 40 (1988) 447–463. [11] G.G. Nedelcu, A. Druc, M. Iacob, A. Popa, P. Postolache, M. Cazacu, L. Leontie, F. Iacomi, Structural, magnetic and dielectric properties of sol-gel auto-combustion synthesized magnesium ferrite nanoparticles, Beilstein Journal of Nanotechnology, trimisă spre publicare 2014.
37
[12] Q. Liu, H. Huang, L. Lai, J. Sun, T. Shang, Q. Zhou, Z. Xu, Journal of Materials Science, 44 (2009) 1187–1191. [13] L. Shen, Y. Wang, P. Padhan, A. Gupta, Journal of the American Chemical Society, 129 (2007) 12374–12375. [14] P. Hankare, R. Patil, U. Sankpal, S. Jadhav, P. Lokhande, K. Jadhav, R. Sasikala, Investigation of structural and magnetic properties of nanocrystalline manganese substituted lithium ferrites, Journal of Solid State Chemistry, 182 (2009) 3217-3221. [15] D. Zhang, Z. Tong, G. Xu, S. Li, J. Ma, Solid State Science, 11 (2009) 113–117. [16] D.E. Zhang, X.J. Zhang, X.M. Ni, H.G. Zheng, D.D. Yang, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 292 (2005) 79–82. [17] C. Xiangfeng, J. Dongli, Z. Chenmou, Sensors and Actuators B, 123 (2007) 793–797. [18] L. Gama, E. Hernandez, D. Cornejo, A. Costa, S. Rezende, R. Kiminami, A. Costa, Magnetic and structural properties of nanosize Ni–Zn–Cr ferrite particles synthesized by combustion reaction, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 317 (2007) 29-33. [19] V.N. Nikiforov, Y.A. Koksharov, S.N. Polyakov, A.P. Malakho, A.V. Volkov, M.A. Moskvina, G.B. Khomutov, V.Y. Irkhin, J. Alloys and Comp. 569 (2013) 58-61. [20] A.C. Druc, A.I. Borhan, G.G. Nedelcu, L. Leontie, A.R. Iordan, M.N. Palamaru, Structure-dielectric properties relationships in copper-substituted magnesium ferrites, Materials Research Bulletin, 48 (2013) 4647-4654. [21] A.C. Druc, A.I. Borhan, A. Diaconu, A.R. Iordan, G.G. Nedelcu, L. Leontie, M.N. Palamaru, How cobalt ions substitution changes the structure and dielectric properties of magnesium ferrite?, Ceramics International, 40 (2014) 13573–13578. [22] S. Feraru, A. Borhan, P. Samoila, G. Nedelcu, A. Iordan, M. Palamaru, Influence of A-site cation on structure and dielectric properties in A2DyBiO6 (A=Mg, Ca, Sr, Ba) double perovskite, Australian Journal of Chemistry, 67 (2014) 250-255.
38
[23] C. Koops, On the dispersion of resistivity and dielectric constant of some semiconductors at audiofrequencies, Physical Review, 83 (1951) 121. [24] S. Upadhyay, D. Kumar, O. Prakash, Bulletin of Materials Science, 19 (1996) 513. [25] A.R. Reddy, R.G. Mohn, D. Ravinder, B. Boyanov, Journal of Materials Science, 34 (1999) 3169. [26] G. Nedelcu, The heating study of two types of colloids with magnetite nanoparticles for tumours therapy, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, Vol. 3, No.2, June 2008, p. 99 - 102. [27] G. Nedelcu, Magnetic nanoparticles impact on tumoral cells in magnetic fluid hyperthermia treatment, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures Vol. 3, No.3, September 2008, p. 103 - 107. Activitatea științifică Articole ISI publicate sau trimise spre publicare în domeniul tezei 1. G.G. Nedelcu, A. Druc, M. Iacob, A. Popa, P. Postolache, M. Cazacu, L. Leontie, F. Iacomi, Structural, magnetic and dielectric properties of sol-gel auto-combustion synthesized magnesium ferrite nanoparticles, Beilstein Journal of Nanotechnology, trimisă spre publicare 2014.(Factor de impact = 2,326; Scor de influență = 0,2249) 2. A.C. Druc, A.I. Borhan, G.G. Nedelcu, L. Leontie, A.R. Iordan, M.N. Palamaru, Structure-dielectric properties relationships in copper-substituted magnesium ferrites, Materials Research Bulletin, 48 (2013) 4647-4654. (Factor de impact = 1,968; Scor de influență = 0,5473) (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025540813006673) 3. A.C. Druc, A.I. Borhan, A. Diaconu, A.R. Iordan, G.G. Nedelcu, L. Leontie, M.N. Palamaru, How cobalt ions
39
substitution changes the structure and dielectric properties of magnesium ferrite?, Ceramics International, 40 (2014) 13573–13578.(Factor de impact = 2,086; Scor de influență = 0,5346) (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884214007949) 4. S. Feraru, A. Borhan, P. Samoila, G. Nedelcu, A. Iordan, M. Palamaru, Influence of A-site cation on structure and dielectric properties in A2DyBiO6 (A=Mg, Ca, Sr, Ba) double perovskite, Australian Journal of Chemistry, 67 (2014) 250-255. (Factor de impact = 1,644; Scor de influență = 0,5728) (http://www.publish.csiro.au/paper/CH13300.htm) 5. G. Nedelcu, The heating study of two types of colloids with magnetite nanoparticles for tumours therapy, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 3 (2008) 99 – 102. (Factor de impact = 1,123; Scor de influență = 0,2004)(http://www.chalcogen.ro/Nedelcu01.pdf) 6. G. Nedelcu, Magnetic nanoparticles impact on tumoral cells in magnetic fluid hyperthermia Treatment, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 3 (2008) 103 - 107. (Factor de impact = 1,123; Scor de influență = 0,2004) (http://www.chalcogen.ro/Nedelcu12.pdf) Lucrări prezentate la manifestări științifice internaționale 1. G.G. Nedelcu, A. Nastro, L. Filippelli, M. Cazacu, C. Oliviero Rossi, A. Popa, D. Toloman, F. Iacomi, Synthesis and structural characterization of copolymer embedded magnetite particles, International Conference on Physics of Advanced Materials, ICPAM-10, Iași – Romania, 22 – 28 September, 2014. 2. G.G. Nedelcu, M.L. Craus, F. Iacomi, Structural and magnetic properties of superparamagnetic magnetite nanoparticles superficially isolated with biocompatible polymers, 1st Autumn School on Physics of Advanced Materials, PAMS-1, Iași – Romania, 22 – 28 September, 2014. 3. Gigel Nedelcu, Alfonso Nastro, Luigi Filippelli, Cesare Oliviero Rossi, Adriana Popa, Dana Toloman, Felicia Iacomi,
40
Synthesis and characterization of polymer-coated magnetic nanoparticles for biomedical applications, TIM-13 Physics Conference, 21 – 24 November, Timișoara, 2013. 4. Alfonso Nastro, Gigel Nedelcu, Luigi Filippelli, Cesare Oliviero Rossi, Felicia Iacomi, Synthesis And Characterization Of Polymer-Coated Magnetic Nanoparticles For Biomedical Applications, prezentată poster la 9th International Conference on Physics of Advanced Materials – ICPAM 9, 20-23 september 2012, Iași, Romania. Lucrări prezentate la manifestări științifice naționale 1. Gigel Nedelcu, Alfonso Nastro, Luigi Filippelli, Cesare Oliviero Rossi, Felicia Iacomi, Properties of PMMA-coated magnetic nanoparticles prepared by emulsion polymerization for biomedical applications, 12th National Conference on Biophysics – CNB 2013, June 13-16, 2013, Iași, Romania. 2. A.C. Druc, A.I. Borhan, G.G. Nedelcu, L. Leontie, A.R. Iordan, M.N. Palamaru, Structure-dielectric properties relationships in copper-substituted magnesium ferrites, „International Conference of Applied Sciences, Chemistry and Chemical Engineering” Bacău 16-18 May 2013. 3. A.C. Druc, A.I. Borhan, G.G. Nedelcu, L. Leontie, A.R. Iordan, M.N. Palamaru, Structure-dielectric properties relationships in copper-substituted magnesium ferrites, “Chimia – frontieră deschisă spre cunoaștere”, ediția a IV-a, Iași.
