Магнитное взаимодействие нанокластеров в бимодальном ферроколлоиде

Андрей Аркадьевич Кузнецов

ПРЕПРИНТ

Эта статья является препринтом и не была отрецензирована.
О результатах, изложенных в препринтах, не следует сообщать в СМИ как о проверенной информации.

Магнитное взаимодействие нанокластеров в бимодальном ферроколлоиде

А. А. Кузнецов

2023-01-12

https://doi.org/10.24108/preprints-3112626

В работе рассматривается задача о взаимодействии пары суперпарамагнитных нанокластеров, взвешенных в нанодисперсном ферроколлоиде и помещенных в постоянное однородное магнитное поле. Основным инструментом исследования является многочастичное моделирование методом ланжевеновской динамики. При решении задачи напрямую учитываются диполь-дипольные и стерические взаимодействия между наночастицами и кластерами. Полная сила, действующая на кластеры, рассчитана для различных значений управляющих параметров – напряжённости внешнего поля и энергии диполь-дипольных взаимо-действий. Показано, что в широких диапазонах этих значений между кластерами действует эффективное короткодействующее притяжение. Сила взаимодействия растёт с увеличением параметра диполь-дипольных взаимодействий. Установлено, что самоорганизация наночастиц в окрестности кластеров также усиливает их притяжение. При прочих равных условиях сила межкластерного притяжения в структурированном ферроколлоиде может быть в 1.5-2 раза выше, чем в однородном.

Ссылка для цитирования:

Кузнецов А. А. 2023. Магнитное взаимодействие нанокластеров в бимодальном ферроколлоиде. PREPRINTS.RU. https://doi.org/10.24108/preprints-3112626

Список литературы

1. Rosensweig R. E. Ferrohydrodynamics. Cambrige University Press, Cambrige, 1985.

2. Buzmakov V. M., Pshenichnikov A. F. On the structure of microaggregates in magnetite colloids. Journal of colloid and interface science, 1996, vol. 182. no. 1. pp. 63-70.

3. Ivanov A. S., Pshenichnikov A. F. Magnetophore-sis and diffusion of colloidal particles in a thin lay-er of magnetic fluids. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2010, vol. 322, no. 17. pp. 2575-2580.

4. Borin, D., Zubarev, A., Chirikov, D., Müller, R., Odenbach, S. Ferrofluid with clustered iron nano-particles: Slow relaxation of rheological properties under joint action of shear flow and magnetic field. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2011, vol. 323, no. 10, pp. 1273-1277.

5. Dutz S. Are magnetic multicore nanoparticles promising candidates for biomedical applications? IEEE Transactions on Magnetics, 2016, vol. 52, no. 9, pp. 1-3.

6. Ditsch A. et al. Ion‐exchange purification of pro-teins using magnetic nanoclusters. Biotechnology progress, 2006, vol. 22, no. 4, pp. 1153-1162.

7. Ko J., Lim H. B. Multicore magnetic nanoparticles (MMNPs) doped with Cs and FITC for the deter-mination of biomarker in serum using ICP-MS. Analytical chemistry, 2014, vol. 86, no. 9, pp. 4140-4144.

8. Jeong A., Lim H. B. Magnetophoretic separation ICP-MS immunoassay using Cs-doped multicore magnetic nanoparticles for the determination of salmonella typhimurium. Talanta, 2018, vol. 178, pp. 916-921.

9. Bakandritsos A. et al. Merging high doxorubicin loading with pronounced magnetic response and bio‐repellent properties in hybrid drug nanocarri-ers. Small, 2012, vol. 8, no. 15, pp. 2381-2393.

10. Lyer S. et al. Nanomedical innovation: The SEON-concept for an improved cancer therapy with mag-netic nanoparticles. Nanomedicine, 2015, vol. 10, no. 21. pp. 3287-3304.

11. Lim E. K. et al. Hyaluronan-modified magnetic nanoclusters for detection of CD44-overexpressing breast cancer by MR imaging. Biomaterials, 2011, vol. 32, no. 31, pp. 7941-7950.

12. Pothayee N. et al. Magnetic nanoclusters with hy-drophilic spacing for dual drug delivery and sensi-tive magnetic resonance imaging. Journal of Ma-terials Chemistry B, 2013, vol. 1, no. 8, pp. 1142-1149.

13. Kim M. H. et al. Magnetic Nanoclusters Engi-neered by Polymer‐Controlled Self‐Assembly for the Accurate Diagnosis of Atherosclerotic Plaques via Magnetic Resonance Imaging. Macromolecu-lar bioscience, 2014, vol. 14, no. 7, pp. 943-952.

14. Hemery G. et al. Monocore vs. multicore magnetic iron oxide nanoparticles: Uptake by glioblastoma cells and efficiency for magnetic hyperthermia. Molecular Systems Design & Engineering, 2017, vol. 2, no. 5, pp. 629-639.

15. Sathya A. et al. One-step microwave-assisted syn-thesis of water-dispersible Fe3O4 magnetic nanoclusters for hyperthermia applications. Jour-nal of Magnetism and Magnetic Materials, 2017, vol. 439, pp. 107-113.

16. Bender P. et al. Influence of clustering on the magnetic properties and hyperthermia perfor-mance of iron oxide nanoparticles. Nanotechnolo-gy, 2018, vol. 29, no. 42, 425705.

17. Kuznetsov A. A. Zero-field and field-induced in-teractions between multicore magnetic nanoparti-cles. Nanomaterials, 2019, vol. 9. no. 5, 718.

18. López-López M. T., Zubarev A. Y., Bossis G. Re-pulsive force between two attractive dipoles, me-diated by nanoparticles inside a ferrofluid. Soft Matter, 2010, vol. 6, no. 18, pp. 4346-4349.

19. Weeks J. D., Chandler D., Andersen H. C. Role of repulsive forces in determining the equilibrium structure of simple liquids. The Journal of chemi-cal physics, 1971, vol. 54, no. 12, pp. 5237-5247.

20. Weik F. et al. ESPResSo 4.0 – an extensible soft-ware package for simulating soft matter systems. The European Physical Journal Special Topics, 2019, vol. 227, no. 14, pp. 1789-1816.

21. Cerda J. J. et al. P3M algorithm for dipolar interac-tions. The Journal of chemical physics, 2008, vol. 129, no. 23, 234104.

22. Ivanov A. O., Wang Z., Holm C. Applying the chain formation model to magnetic properties of aggregated ferrofluids. Physical Review E, 2004 vol. 69, no. 3, 031206.

23. Kuznetsov A. A. Equilibrium magnetization of a quasispherical cluster of single-domain particles // Phys. Rev. B. 2018. Vol. 98 (14). Art. no. 144418.

ПРЕПРИНТ

ИНФОРМАЦИЯ