Background: Hydrogels are a class of polymers that can absorb water or biological fluids and swell to several times their dry volume, dependent on changes in the external environment. In recent years, hydrogels and hydrogel nanocomposites have found a variety of biomedical applications, including drug delivery and cancer treatment. The incorporation of nanoparticulates into a hydrogel matrix can result in unique material characteristics such as enhanced mechanical properties, swelling response, and capability of remote controlled actuation. Materials and Methods: In this work, synthesis of hydrogel nanocomposites containing magnetic nanoparticles are studied. At first, magnetic nanoparticles ($Fe_3O_4$) with an average size 10 nm were prepared. At second approach, thermo and pH-sensitive poly (N-isopropylacrylamide -co-methacrylic acid-co-vinyl pyrrolidone) (NIPAAm-MAA-VP) were prepared. Swelling behavior of co-polymer was studied in buffer solutions with different pH values (pH=5.8, pH=7.4) at $37^{\circ}C$. Magnetic iron oxide nanoparticles ($Fe_3O_4$) and doxorubicin were incorporated into copolymer and drug loading was studied. The release of drug, carried out at different pH and temperatures. Finally, chemical composition, magnetic properties and morphology of doxorubicin-loaded magnetic hydrogel nanocomposites were analyzed by FT- IR, vibrating sample magnetometry (VSM), scanning electron microscopy (SEM). Results: The results indicated that drug loading efficiency was increased by increasing the drug ratio to polymer. Doxorubicin was released more at $40^{\circ}C$ and in acidic pH compared to that $37^{\circ}C$ and basic pH. Conclusions: This study suggested that the poly (NIPAAm-MAA-VP) magnetic hydrogel nanocomposite could be an effective carrier for targeting drug delivery systems of anti-cancer drugs due to its temperature sensitive properties.
Knyazev, Yuriy V.;Balaev, Dmitry A.;Yaroslavtsev, Roman N.;Krasikov, Aleksandr A.;Velikanov, Dmitry A.;Mikhlin, Yuriy L.;Volochaev, Mikhail N.;Bayukov, Oleg A.;Stolyar, Sergei V.;Iskhakov, Rauf S.
Advances in nano research
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v.12
no.6
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pp.605-616
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2022
We prepared two samples of ultrafine ferrihydrite (FH) nanoparticle ensembles of quite a different origin. First is the biosynthesized sample (as a product of the vital activity of bacteria Klebsiella oxytoca (hereinafter marked as FH-bact) with a natural organic coating and negligible magnetic interparticle interactions. And the second one is the chemically synthesized ferrihydrite (hereinafter FH-chem) without any coating and high level of the interparticle interactions. The interparticle magnetic interactions have been tuned by modifying the nanoparticle surface in both samples. The coating of the FH-bact sample has been partially removed by annealing at 150℃ for 24 h (hereinafter FH-annealed). The FH-chem sample, vice versa, has been coated (1.0 g) with biocompatible polysaccharide (arabinogalactan) in an ultrasonic bath for 10 min (hereinafter FH-coated). The changes in the surface properties of nanoparticles have been controlled by XPS. According to the electron microscopy data, the modification of the nanoparticle surface does not drastically change the particle shape and size. A change in the average nanoparticle size in sample FH-annealed to 3.3 nm relative to the value in the other samples (2.6 nm) has only been observed. The estimated particle coating thickness is about 0.2-0.3 nm for samples FH-bact and FH-coated and 0.1 nm for sample FH-annealed. Mössbauer and magnetization measurements are definitely shown that the drastic change in the blocking temperature is caused by the interparticle interactions. The experimental temperature dependences of the hyperfine field hf>(T) for samples FH-bact and FH-coated have not revealed the effect of interparticle interactions. Otherwise, the interparticle interaction energy Eint estimated from the hf>(T) for samples FH-chem and FH-annealed has been found to be 121kB and 259kB, respectively.
Plasma enhanced chemical vapor deposition(PE-CVD) method has an advantage in synthesizing carbon nanotubes(CNTs) at lower temperature compared with thermal enhanced chemical vapor deposition(TE-CVD) method. In this study, CNTs was prepared by using PE-CVD method. The growth rate of CNT was faster more than 100 times on using Invar alloy than iron as catalyst. It was found that chrome silicide was formed at the interface between chrome layer and silicon substrate which should be considered in designing process. Nanoparticles of Invar catalyst were found oxidized on their surfaces with a depth of 10 m. Microstructure was analyzed by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, scanning transmission electron microscopy, and energy dispersive x-ray spectrometry. Based on the result of analysis, growth mechanism at an initial stage was suggested.
Madrid, Sergio I. Uribe;Pal, Umapada;Jesus, Felix Sanchez-De
Advances in nano research
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v.2
no.4
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pp.187-198
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2014
Magnetite nanoparticles (MNPs) of different sizes were synthesized by solvothermal process maintaining their stoichiometric composition and unique structural phase. Utilizing hydrated ferric (III) chloride as unique iron precursor, it was possible to synthesize sub-micrometric magnetite clusters of sizes in between 208 and 381 nm in controlled manner by controlling the concentration of sodium acetate in the reaction mixture. The sub-micrometer size nanoclusters consist of nanometric primary particles of 19 - 26.3 nm average size. The concentration of sodium acetate in reaction solution seen to control the final size of primary MNPs, and hence the size of sub-micrometric magnetite nanoclusters. All the samples revealed their superparamagnetic behavior with saturation magnetization ($M_s$) values in between 74.3 and 77.4 emu/g. $M_s$. The coercivity of the nanoclusters depends both on the size of the primary particles and impurity present in them. The mechanisms of formation and size control of the MNPs have been discussed.
Prussian blue (PB) is known to be an effective material for radioactive cesium adsorption, but its nano-range size make it difficult to be applied for contaminated water remediation. In this study, a simple and versatile approach to immobilize PB in the supporting matrix via surface functionalization was investigated. The commercially available poly vinyl alcohol (PVA) sponge was functionalized by acrylic acid (AA) to change its major functional group from hydroxyl to carboxylic, which provides a stronger ionic bond with PB. The amount of AA added was optimized by evaluating the weight change rate and iron(III) ion adsorption test. The FTIR results revealed the surface functional group changing to a carboxyl group. The surface functionalization enhanced the attachment of PB, which minimized the leaching out of PB. The $Cs^+$ adsorption capacity significantly increased due to surface functionalization from 1.762 to 5.675 mg/g. These findings showed the excellent potential of the PB-PAA-PVA sponge as a cesium adsorbent as well as a versatile approach for various supporting materials containing the hydroxyl functional group.
The Drug Delivery System (DDS) is defined as a technology for designing existing or new drug formulations and optimizing drug treatment. DDS is designed to efficiently deliver drugs for the care of diseases, minimize the side effects of drug, and maximize drug efficacy. In this study, the optimization of tripolyphosphate (TPP) concentration on the size of Chitosan nanoparticles (CNPs) produced by crosslinking with chitosan was measured. In addition, the characteristics of Fe3O4-CNPs according to the amount of iron oxide (Fe3O4) were measured, and it was confirmed that the higher the amount of Fe3O4, the better the characteristics as a magnetic drug carrier were displayed. Through the ninhydrin reaction, a calibration curve was obtained according to the concentration of γ-aminobutyric acid (GABA) of Y = 0.00373exp(179.729X)-0.0114 (R2 = 0.989) in the low concentration (0.004 to 0.02 wt%) and Y = 21.680X-0.290 (R2 = 0.999) in the high concentration (0.02 to 0.1 wt%). Absorption was constant at about 62.5% above 0.04 g of initial GABA. In addition, the amount of GABA released from GABA-Fe3O4-CNPs over time was measured to confirm that drug release was terminated after about 24 hr. Finally, GABA-Fe3O4-CNPs performed under the optimal conditions were spherical particles of about 150 nm, and it was confirmed that the properties of the particles appear well, indicating that GABA-Fe3O4-CNPs were suitable as drug carriers.
Nano-magnetic materials such as iron-nitrides have been actively studied as an alternative to the application of high density, high performance needs for next generation information storage and also alternative to the rare earth and neodymium magnet. $Fe_4N$ is the basic materials for magnetic storage media and is one of the important magnetic materials in focus because of its higher magnetic recording density and chemical stability. Single phase ${\gamma}^{\prime}-Fe_4N$ nanoparticles have been prepared by a PAD (Plasma Arc Discharge) method and nitriding in a $NH_3-H_2$ mixed gases at temperature, $400^{\circ}C$ for 4 hrs. Also $Fe_{17}Sm_2N_x$ powders were synthesized by nitriding after reduction/diffusion of $Fe_{17}Sm_2$ to compare the magnetic properties with nano-sized $Fe_4N$ particles. The saturation magnetization of $Fe_4N$ and $Fe_{17}Sm_2N_x$ were 149 and 117 emu/g, respectively, but the coercive force was considerably smaller than that of bulk or acicular $Fe_4N$.
We have prepared $MnFe_2O_4$ nanoparticles with polyol method. The crystallographic and magnetic properties were measured by using X-ray diffraction(XRD), vibrating sample magnetometer(VSM) and $M\"{o}ssbauer$ spectroscopy. The high resolution transmission electron microscope(HRTEM) shows uniform nanoparticle-sizes with $6{\sim}8$ nm. The crystal structure is found to be single-phase cubic spinel with space group of Fd3m. The lattice constant of $MnFe_2O_4$ nanparticles is determined to be $8.418{\pm}0.001{\AA}$. $M\"{o}ssbauer$ spectrum of $MnFe_2O_4$ nanparticles at room temperature(RT) shows a superparamagnetic behavior. In VSM analysis, the diagnosis of the superparamagnetic behavior is also shown in hysteresis loop at RT. $M\"{o}ssbauer$ spectrum at 4.2K shows that the well developed two sextets are with different hyperfine field $H_{hfA}=498$(A-site) and $H_{hfB}=521$(B-site) kOe.
Microbial metal reduction influences the biogeochemical cycles of carbon and metals as well as plays an important role in the bioremediation of metals, radionuclides, and organic contaminants. The use of bacteria to facilitate the production of magnetite nanoparticles and the formation of carbonate minerals may provide new biotechnological processes for material synthesis and carbon sequestration. Metal-reducing bacteria were isolated from a variety of extreme environments, such as deep terrestrial subsurface, deep marine sediments, water near Hydrothemal vents, and alkaline ponds. Metal-reducing bacteria isolated from diverse extreme environments were able to reduce Fe(III), Mn(IV), Cr(VI), Co(III), and U(VI) using short chain fatty acids and/or hydrogen as the electron donors. These bacteria exhibited diverse mineral precipitation capabilities including the formation of magnetite ($Fe_3$$O_4$), siderite ($FeCO_3$), calcite ($CaCO_3$), rhodochrosite ($MnCO_3$), vivianite [$Fe_3$($PO_4$)$_2$ .$8H_2$O], and uraninite ($UO_2$). Geochemical and environmental factors such as atmospheres, chemical milieu, and species of bacteria affected the extent of Fe(III)-reduction as well as the mineralogy and morphology of the crystalline iron mineral phases. Thermophilic bacteria use amorphous Fe(III)-oxyhydroxide plus metals (Co, Cr, Ni) as an electron acceptor and organic carbon as an electron donor to synthesize metal-substituted magnetite. Metal reducing bacteria were capable of $CO_2$conversion Into sparingly soluble carbonate minerals, such as siderite and calcite using amorphous Fe(III)-oxyhydroxide or metal-rich fly ash. These results indicate that microbial Fe(III)-reduction may not only play important roles in iron and carbon biogeochemistry in natural environments, but also be potentially useful f3r the synthesis of submicron-sized ferromagnetic materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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