Slide 1

Universitatea de Vest din TimioaraFacultatea de Fizic

Cadru didactic:Student:Conf.univ.dr. Ctlin MarinAdrian Robu

iunie 2015Aplicaii ale coloizilor magnetici n medicinCuprinsFluidele magnetice. Stadiul actual al cercetrii n domeniuPrepararea fluidelor magnetice. Metode de obinereFolosirea radiaiilor electromagnetice i a fluidelor magnetice asupra unor organisme. Efecte biologiceConcluziiBibliografieFluidele magnetice. Stadiul actual al cercetrii n domeniun domeniul nanotehnologiilor, aplicaiile prezint o dezvoltare din ce n ce mai rapid, progresiv, astfel c, n ultimii ani, nanomaterialele au reprezentat i reprezint baza cercetrii n acest domeniu. Pentru nelegerea comportamentului sau a rolului pe care nanoparticulele l prezint n mediul nconjurtor, fie n urma absorbiei n organismele vii sau a distribuiei nanoparticulelor n acestea, este foarte important s realizm un studiu al acestor nanoparticule.Un alt aspect interesant de abordat este fierul, cunoscut drept al patrulea element ca rspndire n scoara terestr, care reprezint una din principalele premise ale contaminrii magnetice celulare i a esuturilor din organismele vii, pe lng materialele sterile de laborator (lichide i alimente) sau detectarea din aerosoli a particulelor magnetice.

Unul din subiectele tratate n cercetarea modern l reprezint materialele magnetice moi, care sunt tot nite coloizi magnetici, dar care nu se gsesc n stare natural. Acestea sunt preparate n laborator, prin metode diverse de sintez. Materialele magnetice moi pot forma materiale nanostructurale stabile, avnd proprieti paramagnetice i constnd n suspensii coloidale de particule magnetice cu un caracter fin, fiind funcionalizate cu molecule de surfactant nemagnetice, scopul acestei funcionalizri fiind de a mpiedica agregarea particulelor din sistem (agregare ireversibil).

Trebuie reinut faptul c n aplicaiile cu caracter medical sau biomedical sunt folosite doar particulele de magnetit, constnd n suspensii apoase. De asemenea, trebuie luat n considerare o potenial contaminare magnetic cu nanoparticule din surse diverse (naturale, din mediu, industriale) n cazul pulberilor magnetice care se studiaz.

II.Prepararea fluidelor magnetice. Metode de obineren cele ce urmeaz vor fi prezentate doar cteva din metodele experimentale de obinere a coloizilor magnetici, avnd n vedere c n prezent exist nenumrate metode.

Astfel, deosebim urmtoarele metode de obinere a acestora:metoda precipitrii chimice, care este cea mai utilizat metod de obinere a fluidelor magnetice n prezent;

metoda mcinrii coloidale, care nu este des folosit n prezent, ns are importan din punct de vedere istoric;

c. metoda descompunerii termice a carbonililor, folosit n vederea obinerii de coloizi magnetici cu particule metalice de fier, nichel sau cobalt.Metoda precipitrii chimice

Aceast metod reprezint una dintre metodele cele mai des utilizate n vederea obinerii coloizilor magnetici. Pentru a obine particulele de magnetit, se precipit ntr-o soluie apoas (n prezena unei substane alcaline) dou tipuri de ioni (Fe2+ i Fe3+), n urmtoarea proporie stoichiometric: Fe3+ = 1,75Fe2+; aceast proporie stoichiometric s-a ales din dorina de a obine un maxim de magnetizare de saturaie a coloidului obinut, cu scopul de a se forma un amestec de oxizi de fier.

Precipitnd ionii de fier n soluia apoas n vederea formrii particulelor de magnetit, aciditatea mediului de reacie este afectat, astfel, pentru a evita acest neajuns, este necesar ca soluia alcalin s fie adugat rapid peste cea apoas, fiind urmat o agitare puternic a soluiilor n caz contrar (dac soluia alcalin este adugat lent peste cea apoas), se formeaz un precipitat nemagnetic, care este de nedorit. Concluzia care se poate trage n cadrul acestei metode este cea de pregtire a soluiilor cu atenie, pentru a evita eventualele evenimente nedorite.

Metoda mcinrii coloidaleAceast metod de obinere a coloizilor magnetici este bazat pe reducerea, n prezena stabilizantului, a granulaiei particulelor magnetice, astfel, studii anterioare au artat c un rol deosebit de important n procesul de reducere a dimensiunii particulelor l are natura mediului n care se desfoar mcinarea particulelor magnetice.

n mcinarea coloidal, surfactantul acioneaz n vederea fragmentrii grunilor, adernd la suprafaa acestora i apoi ptrunznd prin crpturile de la suprafaa acestora.

O mrime fizic important n cadrul acestei metode de obinere este presiunea astfel, n interiorul unei crpturi se exercit o presiune, care depinde de natura surfactantului, aceast dependen fiind stabilit de coeficientul de tensiune superficial. Astfel, este recomandat mcinarea coloidal bazat pe utilizarea surfactantului.

Metoda descompunerii termice a carbonililor

Aceast metod a fost propus de J.R. Thomas n vederea obinerii coloizilor magnetici cu particule de cobalt, ns ulterior, aceast metod a fost folosit de asemenea, n cazul coloizilor magnetici cu particule de fier, dar i de nichel. Coloizii magnetici se pot obine prin descompunerea termic a carbonililor (care sunt compui ai oxidului de carbon cu metale de tranziie) n vid, n medii gazoase sau n medii organice lichide diverse. De menionat este faptul c descompunerea termic a carbonililor realizat n prezena unui polimer cu o mas molecular mare i a unui solvent inert, dar i particule avnd diametre mai mici de 15-20 nm, determin n cele din urm mpiedicarea formrii de aglomerri, condiii necesare n vederea preparrii unui coloid magnetic cu o stabilitate ridicat.

III.Folosirea radiaiilor electromagnetice i a fluidelor magnetice asupra unor organisme. Efecte biologicen prezent, sunt vehiculate tehnicile ce folosesc radiaii electromagnetice i fluide magnetice n scopuri medicale pe organisme, ns trebuie tiut faptul c organismele, n fazele lor ontogenetice (strile care cuprind toate transformrile organismului respectiv, de la stadiul de embrion pn la sfritul existenei sale), sunt receptive la aciunea factorilor fizici de natur magnetic, rspunznd de obicei prin modificri de ordin fiziologic. Astfel, experimentele n acest caz s-au bazat pe simularea unei contaminri magnetice folosind fie radiaiile electromagnetice, fie folosirea unor coloizi magnetici pe baz de ap, ce au fost anterior sintetizai n laborator folosindu-se ca metod de obinere a acestora metoda de precipitare chimic; n cadrul unor experimente folosind coloizii magnetici s-a urmrit rspunsul organismelor la nivelul concentraiei de pigmeni fotosintetizatori.

Astfel, n cazul experimentelor pe plante, s-a artat c modificrile induse de ionii de cobalt din nanoparticule se muleaz pe studii de specialitate care prezint efectul stimulator al ionilor de cobalt n ceea ce privete biosinteza clorofilelor. De precizat este c aceste experimente s-au fcut nti pe plante, n vederea diminurii contaminrii oamenilor cu coloizi magnetici.

Ipotezele fenomenologice care au aprut ulterior i care stau la baza efectelor observate n cazuri diverse, trebuie s fie n legtur cu influena magnetic ce este exercitat de particulele nanometrice, particule ce interfer cu structurile biologice ale organismului (indiferent de acesta) i cu impactul pe care l au ionii de cobalt i de fier asupra metabolismului celular.

Un exemplu succint care ofer informaii cu privire la folosirea coloizilor magnetici asupra organismului uman i efectele biologice ale acestora l reprezint scderea rapid a concentraiei n snge a unor particule de oxid de fier care au fost surfactate cu dextran i care ulterior s-au acumulat n splin i n ficat. Acetia reprezint factori deosebit de importani, care minimizeaz fezabilitatea metoda aleas de tratare a cancerului folosind hipertermia magnetic a esuturilor. n vederea depirii acestor neajunsuri, se recomand dou variante:

i. combinarea particulelor magnetice cu nite anticorpi specifici tumorali precum lipoproteine sau liposomi, asigurnd astfel acumularea particulelor n regiunea tumoral;

ii. injectarea coloidului magnetic n esutul tumoral, aplicnd ulterior un cmp magnetic (static i local) n zona tumoral.IV. ConcluziiAceast prezentare nglobeaz ntr-o variant succint informaii cu privire la utilizarea coloizilor magnetici n medicin, metodele de formare a acestora, precum metoda precipitrii chimice, metoda mcinrii coloidale sau metoda descompunerii termice a carbonililor. n acest proiect s-a conchis i faptul c pulberile magnetice au condus la formarea de coloizi magnetici destinai experimentelor ce privesc impactul contaminrii magnetice a organismelor aflate n stadii ontogenetice, prin stabilizarea n ap a unor molecule diverse; de asemenea, a fost observat faptul c procesul de fotosintez la nivelul organismelor vegetale poate fi influenat de prezena fluidului magnetic.

Fluidele magnetice prezint impactul pe care l au ionii de cobalt i de fier asupra metabolismului celular, astfel, utilizarea n medicin a acestor fluide magnetice au o importan deosebit, datorit faptului c acestea pot combina particulele magnetice cu nite anticorpi specifici tumorali precum lipoproteine sau liposomi, asigurnd astfel acumularea particulelor n regiunea tumoral sau, prin injectarea coloidului magnetic n esutul tumoral, aplicnd ulterior un cmp magnetic (static i local) n zona tumoral, se poate realiza dirijarea coloidului n funcie de necesitile prezentate.

V. BibliografieC. Marin, Coloizi cu aplicaii biomedicale - notie de curs

I. Bica, Obinerea lichidelor magnetice, Tipografia Universitii de Vest din Timioara, 1992

M. Ursache, Tez de doctorat, Universitatea Alexandru Ioan Cuza din Iai, 2011

A. Jordan, R. Scholz, P. Wust, H. Fahling, R. Felix, Magnetic fluid hyperthermia (MFH): cancer treatment with AC magnetic field induced excitation of biocompatible superparamagnetic nanoparticles, J. Magn. Magn. Mater. 1999, 201:413www.wikipedia.org