چرا نانوذرات مغناطیسی برای تصویربرداری MRI مناسب هستند؟

نانوذرات مغناطیسی دسته‌ای از نانومواد هستند که مزایای انحصاری در تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) دارند.

کد خبر: ۱۰۴۳۷۴۰

شنبه - ۲۸ آبان ۱۴۰۱ / November 19, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، نانوذرات مغناطیسی دسته‌ای از نانومواد هستند که مزایای انحصاری در تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) دارند. ویژگی‌های اساسی نانوذرات مغناطیسی در این نوع تصویربرداری چیست و چگونگی این نانوذرات تشخیص‌های پزشکی دقیق را تسهیل می‌کنند؟

یکی از ویژگی‌های تعیین‌کننده نانوذرات این است که اندازه آن‌ها باعث می‌شود تا به طرز عجیبی عمل کنند. به عنوان مثال، خواص یک نانوذره مس به طور قابل توجهی با خواص مس حجیم و توده‌ای متفاوت است. این خواص اغلب به طور قابل توجهی به اندازه یک نانوذره بستگی دارد.

برخی از این ویژگی‌های عجیب، ناشی از کوچکی ذرات هستند که نسبت سطح به حجم بسیار بالایی دارند، به این معنی که اثرات سطحی تمایل دارند بر اثرات توده‌ای غالب شوند. آن‌ها همچنین تمایل به نشان دادن خواص مکانیکی بسیار متنوع در مقایسه با جامدات حجیم دارند.

سایر خواص از محصور شدن ذرات زیراتمی مانند الکترون‌ها، پروتون‌ها و فوتون‌ها با نانوذرات ناشی می‌شود. این‌ها شامل تشدید پلاسمون سطحی در فلزات خاص و سطوح انرژی الکترونیکی کوانتیزه شده در نانوذرات نیمه هادی با قطر کمتر از ۱۰ نانومتر است.

نانوذرات مغناطیسی نیز رفتار متمایزی به ویژه پدیده‌ای به نام سوپرپارامغناطیس از خود نشان می‌دهند، این ویژگی مغناطیسی به این معنی است که نانوذرات مغناطیسی می‌توانند نقش اساسی به‌عنوان عوامل کنتراست در کاربرد‌های MRI ایفا کنند. نانوذرات مغناطیسی همچنین کاربرد‌های متنوع دیگری در کاتالیست‌ها، زیست پزشکی و حسگری دارند.

مواد فرومغناطیسی توده‌ای مانند آهن معمولاً با «دامنه‌های» مغناطیسی جدا می‌شوند، گروه‌هایی از اتم‌ها که هم‌ترازی مغناطیسی یکسانی دارند. این حوزه‌ها از نظر مغناطیسی آسیب‌پذیر هستند، به این معنی که یک میدان مغناطیسی خارجی می‌تواند جهت‌گیری آن‌ها را تغییر دهد. این مغناطیس تا زمانی که ماده به دمای کوری (Curie) خود، معمولاً صد‌ها درجه سانتیگراد (در آهن ۷۷۰ درجه سانتیگراد) گرم شود، ادامه خواهد یافت.

تولید نانوذرات مغناطیسی از مواد فرومغناطیسی باعث تغییراتی می‌شود. اولاً، از آنجایی که نانوذرات مغناطیسی بسیار کوچک هستند، یک نانوذره مغناطیسی یک حوزه مغناطیسی را تشکیل می‌دهد، به این معنی که نظم مغناطیسی نمی‌تواند در یک نمونه از نانوذرات مغناطیسی رخ دهد. علاوه‌براین، کاهش حجم یک نانوذره مغناطیسی، دمای کوری آن را کاهش می‌دهد. در نانوذرات مغناطیسی، انرژی حرارتی در دمای اتاق کافی است تا به طور خود به خود مغناطش نانوذرات را تغییر دهد.

نتایج حاصل می‌تواند نانوذرات ابرپارامغناطیس باشد. نانوذرات حساسیت بالایی به میدان‌های مغناطیسی خارجی نشان می‌دهند، اما نانوذرات مغناطیسی برخلاف آهن‌ربا‌های ماکرو، پس از حذف میدان، این مغناطش را حفظ نمی‌کنند.

MRI یک روش تصویربرداری پزشکی است که هسته‌های اتم را در بدن مغناطیسی می‌کند و “زمان آرامش” مورد نیاز برای تغییر جهت آن‌ها را اندازه‌گیری می‌کند.

نانوذرات مغناطیسی، به‌ویژه آن‌هایی که از اکسید آهن تشکیل شده‌اند، مواد کنتراست‌دهنده عالی برای MRI هستند. این موضوع به دلیل خواص مغناطیسی منحصربه‌فرد آن‌ها است. علاوه‌براین این نانوذرات زیست سازگاری و زیست‌تخریب‌پذیری عالی ارائه می‌دهند و می‌توانند برای انواع خاصی از بافت‌های بدن طراحی شوند.

عامل‌دار کردن نانوذرات مغناطیسی با لیگاند‌هایی مانند آنتی‌بادی‌ها، قند‌ها یا زنجیره‌های پپتیدی کوتاه آن‌ها را قادر می‌سازد ترجیحاً به بافت‌ها یا ساختار‌های خاصی در بدن متصل شوند. نانوذرات مغناطیسی متصل را می‌توان بدون زحمت از طریق MRI شناسایی کرد و به این ساختار‌ها اجازه می‌دهد تا با جزئیات بهتر تصویربرداری شوند.