نانوذرات مغناطيسي؛ معرفي و کاربر

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: نانوذرات مغناطيسي
نانوذرات مغناطيسي؛ معرفي و کاربرد
1. مقدمه
واژه مغناطيس کلمه.اي يوناني است که به بعضي سنگ.هاي طبيعي اکسيد آهن اطلاق مي.شد. اين سنگ.ها از اين خاصيت برخوردارند که بر يکديگر و بر ذرات آهن يا فولاد نيرو وارد مي.آورند. يونانيان باستان، بيش از 2500 سال پيش با پديده.ي آهنربايي آشنا بودند. تالس که اغلب از او به عنوان پدر علم يونان ياد مي.شود، ماده.ي کاني مگنتيت (Fe3O4) که آهن را مي.ربايد، مي.شناخت. اين کاني بيشتر در مگنزيا (ترکيه امروزي) يافت مي.شده است و نام مگنتيت نيز از همين اسم گرفته شده است. چيني.هاي باستان نيز با ويژگي.هاي مغناطيسي برخي از سنگ.هاي آهنربا آشنايي داشتند و تکه.هايي از اين سنگ.ها را به صورت قطب.نماهاي ساده در دريانوردي به کار مي.بردند.
اولين تحقيق علمي در مورد مغناطيس توسط ويليام گيلبرت انجام شد که تصوير دقيقي از ميدان مغناطيسي زمين ايجاد کرد و بسياري از خرافات گذشته را از بين برد. سپس در سال 1825 اولين الکترومگنت به وسيله کشف بزرگ هانس کريستين اورستد ايجاد شد. اورستد دريافت که همواره در فضاي اطراف رساناهاي جريان يا ذرات باردار متحرک، ميدان مغناطيسي پديد مي.آيد.
خواص مغناطيسي مواد نتيجه ممان..هاي مغناطيسي حاصل از الکترون.هاست. هرالکترون در يک اتم داراي ممان مغناطيسي است، که از دو منبع ايجاد مي.شود: يکي مربوط به حرکت اوربيتالي الکترون حول هسته است و ديگري ناشي از چرخش الکترون به دور محور خودش که حرکت اسپيني ناميده مي.شود. بنابراين هر الکترون در يک اتم با ممان.هاي اوربيتالي و اسپيني مي.تواند به طور دائم مانند آهنرباي کوچکي عمل نمايد.
2. نانوذارت مغناطيسي
مي.دانيم که همه.ي مواد در مقياس نانو، خواصي متفاوت از خود بروز مي.دهند. مواد مغناطيسي نيز از اين قاعده مستثني نيستند. در واقع؛ خاصيت مغناطيسي از جمله خواصي است که به مقدار بسيار زيادي به اندازه.ي ذره وابسته است. به عنوان مثال، در مواد فرومغناطيس وقتي اندازه.ي ذره از يک حوزه.ي مغناطيسي ِ منفرد کوچک.تر گردد، پديده.ي سوپرپارامغناطيس به وقوع مي.پيوندد. نانوذرات سوپرپارامغناطيس مي.توانند کاربردهاي بالقوه.ي زيادي در فروسيال.ها، تصويرسازي.هاي رنگي، سردسازي مغناطيسي، سم.زدايي از سيال.هاي بيولوژيکي، انتقال کنترل شده.ي داروهاي ضد سرطان، MRI و جداسازي.هاي سلولي مغناطيسي داشته باشند.
هر ماده.ي مغناطيس در حالت توده، از حوزه.هاي مغناطيسي تشکيل شده است. هر حوزه حاوي هزاران اتم است که در آن جهت چرخش الکترون.ها يکسان و ممان.هاي مغناطيسي به صورت موازي جهت يافته.اند. اما جهت چرخش الکترون ِ هر حوزه با حوزه.هاي ديگر متفاوت است. هرگاه، يک ميدان مغناطيسي بزرگ، تمام حوزه.هاي مغناطيسي را هم.جهت کند، تغيير فاز مغناطيسي رخ داده و مغناطش به حد اشباع مي.رسد.
هر چه تعداد حوزه.ها کم.تر باشد، نيرو و ميدان کمتري نيز براي هم.جهت ساختن حوزه.ها مورد نياز است، و چنانچه ماده.اي تنها داراي يک حوزه باشد، بنابراين نيازي به هم.جهت کردن آن با ديگر حوزه.ها نخواهد بود. از آنجا که قطر اين حوزه.ها در محدوده يک تا چند هزار نانومتر است، هر ذره.اي که تنها شامل يک حوزه باشد، مي.تواند نانوذره به شمار رود. نانوذرات مغناطيسي داراي تعداد حوزه.هاي کمي هستند و مغناطش آن.ها ساده.تر مي.باشد. از طرف ديگر، بر اساس قانون دوم ترموديناميک "بي نظمي در يک سيستم منزوي، در يک فرآيند خودبخودي، افزايش مي.يابد." بنابراين، موادي که از حالت طبيعي خارج مي.شوند، تمايل شديدي براي برگشت به وضعيت طبيعي خود را دارند و مغناطش مثالي در اين مورد است. اما چون نانوذرات مغناطيسي نياز به نيروي زيادي براي مغناطش ندارند، خيلي از حالت طبيعي فاصله نمي.گيرند و پس از مغناطيس شدن تمايل چنداني براي از دست دادن خاصيت مغناطيسي و بازگشت به وضعيت اوليه را ندارند.
3. مثالي از کاربردها
3-1. ذخيره اطلاعات
نانوذرات مغناطيسي با اندازه 2 تا 20 نانومتر مي.توانند به عنوان ابزاري براي ذخيره اطلاعات در کارت.هاي مغناطيسي استفاده شوند.
3-2. فروسيال.ها (محلول.هاي مغناطيسي)
فروسيال.ها، محلول.هايي هستند که در آن نانوذرات مغناطيسي (مانند: آهن و کبالت)، به صورت کلوئيد در مايعي معلق مي.باشند و به آن خاصيت مغناطيسي مي.بخشند. هر چه اندازه.ي نانوذرات مغناطيسي کوچک.تر باشد، محلول خاصيت مغناطيسي بيشتري از خود نشان مي.دهد.
از جمله کاربردهاي فروسيال.ها مي.توان به عنوان خنک. کننده نام برد. هم.چنين از اين محلول.ها براي به حرکت در.آوردن سيال.ها در چيپ.ها به وسيله.ي نيروي مغناطيسي استفاده مي.شود.
3-3. نانوکامپوزيت.هاي مغناطيسي
با توزيع و اندازه دانه.ي مناسب نانوذرات مغناطيسي در بستر مواد پليمري مي.توان نانوکامپوزيت.هايي با خاصيت مغناطيسي به دست آورد. ميزان و نوع نانوذرات و هم.چنين نحوه.ي توزيع آن مي.تواند بر خواص نهايي نانوکامپوزيت و کاربرد آن اثر بگذارد. نانوکامپوزيت.هاي مغناطيسي کاربردهاي بالقوه.ي زيادي را در سنسورها، پوشش.هاي الکترومغناطيس و مواد جاذب امواج دارا مي.باشند.
3-4. دارو رساني هدفمند
بحث دارو رساني هدفمند بيشتر در رابطه با درمان سرطان مطرح است. چرا که چالش عمده در درمان سرطان، هدف.گيري و از بين بردن سلول.هاي سرطاني است؛ به طوري.که تا حد امکان کمترين تأثير را بر سلول.هاي سالم داشته باشد. يکي از اهداف نانوفناوري سوار کردن داروها بر روي مواد حامل (نانوذره) و سپس فرستادن و رها کردن آن.ها به درون سلول هدف مي.باشد که به آن دارو رساني هدفمند اطلاق مي.شود.
با استفاده از نانوذرات مغناطيسي و ايجاد يک ميدان مغناطيسي مي.توان دارو را به صورت هوشمند به بافت مورد نظر رسانده و سبب بهبود بافت، بدون صدمه به بافت.هاي ديگر شد. در يک مثال موردي، محققان اسيد فوليک را بر روي نانوذرات مغناطيسي قرار داده. و سپس با داغ کردن نانوذرات سبب افزايش دماي سلول سرطاني و انهدام آن شده.اند.
نظر به اين.که، سلول.هاي سرطاني در سطح خود گيرنده.هاي اسيد فوليک دارند، ابتدا نانوذرات مغناطيسي حامل ِ اسيد فوليک را جذب مي.کنند. سپس، محققان با استفاده از ميدان مغناطيسي متناوب اين نانوذرات را داغ مي.کنند، که سبب افزايش دماي سلول تا بيش از 43 درجه سانتي.گراد و مرگ سلول خواهد شد.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 1534]