Interações magnéticas entre nanopartículas superparamagnéticas e sua influência sobre o fenômeno da hipertermia
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54910 |
Resumo: | O efeito do aquecimento de nanopartículas magnéticas a partir da aplicação de um campo magnético alternado tem despertado grande interesse na comunidade científica nos últimos anos. Na área biomédica, por exemplo, esse efeito é utilizado na terapia contra o câncer através da hipertermia magnética. No entanto, os fatores que podem influenciar o aquecimento destes materiais ainda não são completamente compreendidos e têm gerado várias discussões sobre o tema, com discrepâncias entre os resultados apresentados na literatura. Embora sistemas superparamagnéticos tenham sido amplamente explorados para aplicações em hipertermia magnética, na maioria dos casos, os efeitos das interações magnéticas entre nanopartículas sobre a eficiência de aquecimento destes materiais são completamente negligenciados. Neste trabalho, propõe-se uma investigação experimental sobre a existência de interações magnéticas entre nanopartículas superparamagnéticas e sua influência sobre a hipertermia magnética. A partir da produção e caracterização estrutural, morfológica, magnética e calorimétrica de nanopartículas de MgFe2O4, γ-Fe2O3, ZnFe2O4 e CuFe2O4 realizou-se uma investigação sistemática das propriedades magnéticas destas amostras e identificaram-se características associadas à existência de interações de troca no sistema. Para este estudo, primeiro foi confirmado que as amostras consistem de nanopartículas de ferritas puras, sem fases secundárias, e com comportamento superparamagnético a temperatura ambiente. No entanto, verificou-se que a resposta magnética destas amostras não é bem descrita pela conhecida função de Langevin, mesmo levando em consideração a distribuição de tamanho das nanopartículas. A fim de compreender as razões para tal desvio do comportamento não interagente de um sistema superparamagnético, a partir das medidas de magnetização de equílibrio e dinâmica, considerou-se uma abordagem téorica baseada numa aproximação de campo médio de Weiss modificada, a qual foi utilizada para descrever a natureza das interações presentes nas amostras. A partir dos resultados, encontraram-se valores positivos para o parâmetro θ associado ao campo médio, que é diretamente relacionado com as interações dentro do sistema. Este resultado sugere a existência de efeitos magnetizantes devido a interações no sistema, que, segundo a teoria do campo médio de Weiss, são impressões digitais da presença de forças de troca entre as nanopartículas. Além disso, mostrou-se que a susceptibilidade inicial de equilíbrio e o tempo de relaxação são fortemente afetados por tais interações, influenciando diretamente na taxa de perda específica (SLP), parâmetro chave no contexto da hipertermia magnética |
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Araújo, João Carlos Rocha dehttps://orcid.org/0000-0002-5944-1623http://lattes.cnpq.br/6480202866623346https://orcid.org/0000-0002-5907-4106http://lattes.cnpq.br/9522788035526763Medeiros, Suzana Nóbrega dehttps://orcid.org/0000-0003-4656-4592http://lattes.cnpq.br/2148858591663240Candela, Dalber Ruben SanchesSoares, João MariaDenardin, Juliano CasagrandeTorres, Marco Antônio Moraleshttp://lattes.cnpq.br/0091292234916055Bohn, Felipe2023-09-26T23:04:11Z2023-09-26T23:04:11Z2023-07-21ARAÚJO, João Carlos Rocha de. Interações magnéticas entre nanopartículas superparamagnéticas e sua influência sobre o fenômeno da hipertermia. Orientador: Felipe Bohn. 2023. 91f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54910O efeito do aquecimento de nanopartículas magnéticas a partir da aplicação de um campo magnético alternado tem despertado grande interesse na comunidade científica nos últimos anos. Na área biomédica, por exemplo, esse efeito é utilizado na terapia contra o câncer através da hipertermia magnética. No entanto, os fatores que podem influenciar o aquecimento destes materiais ainda não são completamente compreendidos e têm gerado várias discussões sobre o tema, com discrepâncias entre os resultados apresentados na literatura. Embora sistemas superparamagnéticos tenham sido amplamente explorados para aplicações em hipertermia magnética, na maioria dos casos, os efeitos das interações magnéticas entre nanopartículas sobre a eficiência de aquecimento destes materiais são completamente negligenciados. Neste trabalho, propõe-se uma investigação experimental sobre a existência de interações magnéticas entre nanopartículas superparamagnéticas e sua influência sobre a hipertermia magnética. A partir da produção e caracterização estrutural, morfológica, magnética e calorimétrica de nanopartículas de MgFe2O4, γ-Fe2O3, ZnFe2O4 e CuFe2O4 realizou-se uma investigação sistemática das propriedades magnéticas destas amostras e identificaram-se características associadas à existência de interações de troca no sistema. Para este estudo, primeiro foi confirmado que as amostras consistem de nanopartículas de ferritas puras, sem fases secundárias, e com comportamento superparamagnético a temperatura ambiente. No entanto, verificou-se que a resposta magnética destas amostras não é bem descrita pela conhecida função de Langevin, mesmo levando em consideração a distribuição de tamanho das nanopartículas. A fim de compreender as razões para tal desvio do comportamento não interagente de um sistema superparamagnético, a partir das medidas de magnetização de equílibrio e dinâmica, considerou-se uma abordagem téorica baseada numa aproximação de campo médio de Weiss modificada, a qual foi utilizada para descrever a natureza das interações presentes nas amostras. A partir dos resultados, encontraram-se valores positivos para o parâmetro θ associado ao campo médio, que é diretamente relacionado com as interações dentro do sistema. Este resultado sugere a existência de efeitos magnetizantes devido a interações no sistema, que, segundo a teoria do campo médio de Weiss, são impressões digitais da presença de forças de troca entre as nanopartículas. Além disso, mostrou-se que a susceptibilidade inicial de equilíbrio e o tempo de relaxação são fortemente afetados por tais interações, influenciando diretamente na taxa de perda específica (SLP), parâmetro chave no contexto da hipertermia magnéticaThe effect of heating magnetic nanoparticles from the application of an alternating magnetic field has aroused great interest in the scientific community. In the biomedical field, for example, this effect is used in cancer therapy through magnetic hyperthermia. However, the factors that can influence the heating of these materials are not yet fully understood and have generated several discussions, with discrepancies between the results presented in the literature. Although superparamagnetic systems have been widely explored for applications in magnetic hyperthermia, in most cases the effects of magnetic interactions between nanoparticles on the heating eficiency of these materials are completely neglected. In this work, we aim experimental investigation on the existence of magnetic interactions between superparamagnetic nanoparticles and their influence on magnetic hyperthermia. From the production and structural, morphological, magnetic, and calorimetric characterization of nanoparticles MgFe2O4, γ-Fe2O3, ZnFe2O4, and CuFe2O4 it was made a systematic investigation of the magnetic properties of these samples, which led to the belief that they are associated with the existence of exchange interactions in the system. For this study, it was first confirmed that the samples consist of pure ferrite nanoparticles, without secondary phases and superparamagnetic behavior at room temperature. Nevertheless, it was found that the magnetic response of these samples is not well described by the well-known Langevin function, even taking into account the size distribution of the nanoparticles. To address the reasons for such a deviation of non-interacting behavior of a superparamagnetic system, from equilibrium and dynamic magnetization measurements, it was considered a theoretical approach based on modified Weiss mean field approximation, in which it was used to describe the nature of the interactions present in the samples. From the results, positive values were found for the parameter Θ associated with the mean field and which is directly related to the interactions within the system. This result suggests the existence of magnetizing e ects due to interactions in the system, which, according to the Weiss mean field theory, are fingerprints of the presence of exchange forces between nanoparticles. In addition, it was shown that the equilibrium susceptibility initial and the relaxation time are strongly affected by such interactions, directly influencing the Specific Loss Power (SLP), a key parameter in the context of magnetic hyperthermia.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICAUFRNBrasilCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAFísicaNanopartículasInterações magnéticasHipertermia magnéticaInterações magnéticas entre nanopartículas superparamagnéticas e sua influência sobre o fenômeno da hipertermiaMagnetic interactions between superparamagnetic nanoparticles and their in uence on hyperthermia phenomenoninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALInteracoesmagneticasentrenanoparticulas_Araujo_2023.pdfapplication/pdf69545078https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/54910/1/Interacoesmagneticasentrenanoparticulas_Araujo_2023.pdfc6b7d29149b313a936b2096be386726eMD51123456789/549102023-09-26 20:05:05.694oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/54910Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2023-09-26T23:05:05Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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