Javascript on tällä hetkellä poistettu käytöstä selaimessasi. Kun javascript on poistettu käytöstä, jotkin tämän verkkosivuston toiminnoista eivät toimi.
Rekisteröi tarkat tietosi ja kiinnostuksen kohteena olevat lääkkeesi, niin yhdistämme antamasi tiedot laajan tietokantaamme artikkeleihin ja lähetämme sinulle PDF-kopion sähköpostitse nopeasti.
Hallitse magneettisten rautaoksidinanopartikkelien liikettä sytostaattien kohdennettua annostelua varten
Kirjailija Toropova Y, Korolev D, Istomina M, Shulmeyster G, Petuhov A, Mishanin V, Gorshkov A, Podyacheva E, Gareev K, Bagrov A, Demidov O
Jana Toropova,1 Dmitri Korolev,1 Maria Istomina,1,2 Galina Šulmeister,1 Aleksei Petuhov,1,3 Vladimir Mišanin,1 Andrei Gorškov,4 Jekaterina Podjatševa,1 Kamil Garejev,2 Aleksei Bagrov,5 Oleg Demidov6,71Almazovin niminen Venäjän federaation terveysministeriön kansallinen lääketieteellinen tutkimuskeskus, Pietari, 197341, Venäjän federaatio; 2 Pietarin sähkötekninen yliopisto ”LETI”, Pietari, 197376, Venäjän federaatio; 3 Personoidun lääketieteen keskus, Almazovin niminen valtion lääketieteellinen tutkimuskeskus, Venäjän federaation terveysministeriö, Pietari, 197341, Venäjän federaatio; 4FSBI ”AA Smorodintsevin mukaan nimetty influenssatutkimuslaitos”, Venäjän federaation terveysministeriö, Pietari, Venäjän federaatio; 5 Setšenovin evoluutiofysiologian ja biokemian instituutti, Venäjän tiedeakatemia, Pietari, Venäjän federaatio; 6 RAS Sytologian instituutti, Pietari, 194064, Venäjän federaatio; 7INSERM U1231, Lääketieteen ja farmasian tiedekunta, Bourgogne-Franche Comtén yliopisto, Dijon, Ranska Viestintä: Yana ToropovaAlmazov Kansallinen lääketieteellinen tutkimuskeskus, Venäjän federaation terveysministeriö, Pietari, 197341, Venäjän federaatio Puh. +7 981 95264800 4997069 Sähköposti [email protected] Tausta: Lupaava lähestymistapa sytostaattisen toksisuuden ongelmaan on magneettisten nanopartikkelien (MNP) käyttö kohdennettuun lääkkeen annosteluun. Tarkoitus: Käyttää laskelmia MNP:itä in vivo säätelevän magneettikentän parhaiden ominaisuuksien määrittämiseksi ja arvioida MNP:iden magnetroniannon tehokkuutta hiiren kasvaimiin in vitro ja in vivo. Käytetään MNP:itä-ICG:tä. In vivo -luminesenssin intensiteettitutkimuksia tehtiin kasvainhiirillä, magneettikentän kanssa ja ilman kiinnostuksen kohteena olevaa kohtaa. Nämä tutkimukset tehtiin Venäjän terveysministeriön Almazovin valtion lääketieteellisen tutkimuskeskuksen kokeellisen lääketieteen laitoksen kehittämällä hydrodynaamisella telineellä. Tulos: Neodyymimagneettien käyttö edisti MNP:n selektiivistä kertymistä. Minuutti MNPs-ICG:n antamisen jälkeen kasvainta kantaville hiirille MNPs-ICG kertyy pääasiassa maksaan. Magneettikentän läsnä ollessa ja puuttuessa tämä viittaa sen metaboliareittiin. Vaikka kasvaimen fluoresenssin lisääntymistä havaittiin magneettikentän läsnä ollessa, eläimen maksan fluoresenssin intensiteetti ei muuttunut ajan kuluessa. Johtopäätös: Tämän tyyppinen MNP yhdistettynä laskettuun magneettikentän voimakkuuteen voi olla perusta sytostaattisten lääkkeiden magneettisesti kontrolloidun annostelun kehittämiselle kasvainkudoksiin. Avainsanat: fluoresenssianalyysi, indosyaniini, rautaoksidinanopartikkelit, sytostaattien magnetroniannostelu, kasvainten kohdentaminen
Kasvainsairaudet ovat yksi maailmanlaajuisesti tärkeimmistä kuolinsyistä. Samaan aikaan kasvainsairauksien sairastuvuuden ja kuolleisuuden kasvun dynamiikka on edelleen olemassa. 1 Nykyään käytetty kemoterapia on edelleen yksi tärkeimmistä hoitomuodoista eri kasvaimille. Samaan aikaan sytostaattien systeemisen toksisuuden vähentämismenetelmien kehittäminen on edelleen ajankohtaista. Lupaava menetelmä sen toksisuusongelman ratkaisemiseksi on käyttää nanomittakaavan kantajia kohdennettuihin lääkkeiden kuljetusmenetelmiin, jotka voivat varmistaa lääkkeiden paikallisen kertymisen kasvainkudoksiin lisäämättä niiden kertymistä terveisiin elimiin ja kudoksiin. 2 Tämä menetelmä mahdollistaa kemoterapeuttisten lääkkeiden tehokkuuden ja kohdentamisen parantamisen kasvainkudoksiin samalla, kun niiden systeeminen toksisuus vähenee.
Sytostaattien kohdennettuun annosteluun harkittavien erilaisten nanopartikkelien joukossa magneettiset nanopartikkelit (MNP) ovat erityisen kiinnostavia ainutlaatuisten kemiallisten, biologisten ja magneettisten ominaisuuksiensa vuoksi, jotka takaavat niiden monipuolisuuden. Siksi magneettisia nanopartikkeleita voidaan käyttää lämmitysjärjestelmänä hypertermian (magneettisen hypertermian) hoitoon. Niitä voidaan käyttää myös diagnostisina aineina (magneettiresonanssidiagnostiikka). 3-5 Näiden ominaisuuksien avulla yhdistettynä MNP:iden mahdolliseen kertymiseen tietylle alueelle ulkoisen magneettikentän avulla kohdennettujen farmaseuttisten valmisteiden annostelu avaa mahdollisuuden luoda monitoiminen magnetronijärjestelmä sytostaattien kohdentamiseksi kasvainkohtaan. Tällainen järjestelmä sisältäisi MNP:n ja magneettikentät niiden liikkeen ohjaamiseksi kehossa. Tässä tapauksessa sekä ulkoisia magneettikenttiä että kasvaimen sisältävälle kehon alueelle sijoitettuja magneettisia implantteja voidaan käyttää magneettikentän lähteenä. 6 Ensimmäisellä menetelmällä on vakavia puutteita, mukaan lukien tarve käyttää erikoislaitteita lääkkeiden magneettiseen kohdentamiseen ja tarve kouluttaa henkilöstöä leikkausten suorittamiseen. Lisäksi tätä menetelmää rajoittavat korkeat kustannukset, ja se soveltuu vain "pinnallisiin" kasvaimiin lähellä kehon pintaa. Vaihtoehtoinen menetelmä, jossa käytetään magneettisia implantteja, laajentaa tämän teknologian sovellusalaa ja helpottaa sen käyttöä kehon eri osissa sijaitsevissa kasvaimissa. Sekä yksittäisiä magneetteja että intraluminaaliseen stenttiin integroituja magneetteja voidaan käyttää implantteina onttojen elinten kasvainvaurioiden hoitoon niiden avoimuuden varmistamiseksi. Oman julkaisemattoman tutkimuksemme mukaan nämä eivät kuitenkaan ole riittävän magneettisia varmistaakseen MNP:n pysymisen verenkierrossa.
Magnetronilla tapahtuvan lääkeaineiden annostelun tehokkuus riippuu monista tekijöistä: itse magneettisen kantajan ominaisuuksista ja magneettikentän lähteen ominaisuuksista (mukaan lukien kestomagneettien geometriset parametrit ja niiden tuottaman magneettikentän voimakkuus). Onnistuneen magneettisesti ohjatun soluinhibiittorin annosteluteknologian kehittämisen tulisi sisältää sopivien magneettisten nanomittakaavan lääkeaineiden kantajien kehittäminen, niiden turvallisuuden arviointi ja visualisointiprotokollan kehittäminen, jonka avulla voidaan seurata niiden liikkeitä kehossa.
Tässä tutkimuksessa laskimme matemaattisesti optimaaliset magneettikentän ominaisuudet kehossa olevan magneettisen nanomittakaavan lääkeaineen kantajan kontrolloimiseksi. Eristetyissä rotan verisuonissa tutkittiin myös mahdollisuutta pidättää MNP:tä verisuonen seinämän läpi sovelletun magneettikentän vaikutuksesta näitä laskennallisia ominaisuuksia käyttäen. Lisäksi syntetisoimme MNP:iden ja fluoresoivien aineiden konjugaatteja ja kehitimme protokollan niiden visualisoimiseksi in vivo. In vivo -olosuhteissa kasvainmallihiirissä tutkittiin MNP:iden kertymistehokkuutta kasvainkudoksiin, kun niitä annettiin systeemisesti magneettikentän vaikutuksen alaisena.
In vitro -tutkimuksessa käytimme referenssi-MNP:tä ja in vivo -tutkimuksessa MNP:tä, joka oli päällystetty maitohappopolyesterillä (polymaitohappo, PLA) ja joka sisälsi fluoresoivaa ainetta (indolesyaniini; ICG). MNP-ICG sisältyy tapaukseen, jossa käytetään (MNP-PLA-EDA-ICG).
MNP:n synteesi ja fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet on kuvattu yksityiskohtaisesti muualla.7,8
MNP-ICG:n syntetisoimiseksi valmistettiin ensin PLA-ICG-konjugaatteja. Käytettiin PLA-D:n ja PLA-L:n raseemista jauheseosta, jonka molekyylipaino oli 60 kDa.
Koska PLA ja ICG ovat molemmat happoja, PLA-ICG-konjugaattien syntetisoimiseksi on ensin syntetisoitava aminopääteinen välikappale PLA:han, mikä auttaa ICG:tä kemisorboitumaan välikappaleeseen. Välikappale syntetisoitiin käyttämällä etyleenidiamiinia (EDA), karbodi-imidimenetelmää ja vesiliukoista karbodi-imidiä, 1-etyyli-3-(3-dimetyyliaminopropyyli)karbodi-imidiä (EDAC). PLA-EDA-välikappale syntetisoidaan seuraavasti. Lisää 20-kertainen mooliylimäärä EDA:ta ja 20-kertainen mooliylimäärä EDAC:ta 2 ml:aan 0,1 g/ml PLA-kloroformiliuosta. Synteesi suoritettiin 15 ml:n polypropeenikoeputkessa ravistelijassa nopeudella 300 min-1 2 tunnin ajan. Synteesikaavio on esitetty kuvassa 1. Toista synteesi 200-kertaisella reagenssiylimäärällä synteesikaavion optimoimiseksi.
Synteesin lopussa liuos sentrifugoitiin nopeudella 3000 min-1 5 minuutin ajan ylimääräisten saostuneiden polyeteenijohdannaisten poistamiseksi. Sitten 2 ml:aan liuosta lisättiin 0,5 mg/ml ICG-liuosta dimetyylisulfoksidissa (DMSO). Sekoitin pidetään 300 min-1 nopeudella 2 tunnin ajan. Saadun konjugaatin kaaviokuva on esitetty kuvassa 2.
200 mg:aan MNP:tä lisättiin 4 ml PLA-EDA-ICG-konjugaattia. Suspensiota sekoitettiin LS-220-ravistimella (LOIP, Venäjä) 30 minuutin ajan 300 min-1:n taajuudella. Sen jälkeen se pestiin isopropanolilla kolme kertaa ja eroteltiin magneettisesti. IPA lisättiin suspensioon UZD-2-ultraäänidispersorilla (FSUE NII TVCH, Venäjä) 5–10 minuutin ajan jatkuvan ultraäänitoiminnan alla. Kolmannen IPA-pesun jälkeen sakka pestiin tislatulla vedellä ja suspendoitiin uudelleen fysiologiseen suolaliuokseen pitoisuuteen 2 mg/ml.
ZetaSizer Ultra -laitteistoa (Malvern Instruments, Iso-Britannia) käytettiin saadun MNP:n kokojakauman tutkimiseen vesiliuoksessa. MNP:n muotoa ja kokoa tutkittiin transmissioelektronimikroskoopilla (TEM), jossa oli JEM-1400 STEM -kenttäemissiokatodi (JEOL, Japani).
Tässä tutkimuksessa käytämme sylinterimäisiä kestomagneetteja (N35-laatu; nikkelisuojapinnoitteella) ja seuraavia vakiokokoja (pituusakselin pituus × sylinterin halkaisija): 0,5 × 2 mm, 2 × 2 mm, 3 × 2 mm ja 5 × 2 mm.
Mallijärjestelmässä tapahtuvan MNP-kuljetuksen in vitro -tutkimus tehtiin Venäjän terveysministeriön Almazovin valtion lääketieteellisen tutkimuskeskuksen kokeellisen lääketieteen laitoksen kehittämällä hydrodynaamisella telineellä. Kiertävän nesteen (tislattu vesi tai Krebs-Henseleit-liuos) tilavuus on 225 ml. Kestomagneetteina käytetään aksiaalisesti magnetoituja lieriömäisiä magneetteja. Aseta magneetti pidikkeeseen 1,5 mm:n etäisyydelle lasiputken sisäseinämästä pää putken suuntaan (pystysuoraan). Nesteen virtausnopeus suljetussa silmukassa on 60 l/h (vastaa lineaarista nopeutta 0,225 m/s). Krebs-Henseleit-liuosta käytetään kiertonesteenä, koska se on plasman analogi. Plasman dynaaminen viskositeettikerroin on 1,1–1,3 mPa∙s. 9 Magneettikenttään adsorboituneen MNP:n määrä määritetään spektrofotometrisesti kiertävän nesteen raudan pitoisuudesta kokeen jälkeen.
Lisäksi on tehty kokeellisia tutkimuksia parannetulla virtausmekaniikkapöydällä verisuonten suhteellisen läpäisevyyden määrittämiseksi. Hydrodynaamisen tuen pääkomponentit on esitetty kuvassa 3. Hydrodynaamisen stentin pääkomponentit ovat suljettu silmukka, joka simuloi mallin verisuonijärjestelmän poikkileikkausta, ja varastosäiliö. Mallinesteen liike verisuonimoduulin ääriviivaa pitkin varmistetaan peristalttisella pumpulla. Kokeen aikana ylläpidetään höyrystymistä ja vaadittua lämpötila-aluetta sekä seurataan järjestelmän parametreja (lämpötila, paine, nesteen virtausnopeus ja pH-arvo).
Kuva 3. Lohkokaavio kaulavaltimon seinämän läpäisevyyden tutkimiseen käytetystä laitteistosta. 1-säiliö, 2-peristalttinen pumppu, 3-mekanismi MNP:tä sisältävän suspension syöttämiseksi silmukkaan, 4-virtausmittari, 5-paineanturi silmukassa, 6-lämmönvaihdin, 7-kammio säiliöineen, 8-magneettikentän lähde, 9-hiilivetyjä sisältävä pallo.
Säiliön sisältävä kammio koostuu kolmesta säiliöstä: ulommasta isosta säiliöstä ja kahdesta pienestä säiliöstä, joiden läpi keskuspiirin varret kulkevat. Kanyyli työnnetään pieneen säiliöön, säiliö kiinnitetään pieneen säiliöön narulla ja kanyylin kärki sidotaan tiukasti ohuella langalla. Suuren ja pienen säiliön välinen tila täytetään tislatulla vedellä, ja lämpötila pysyy vakiona lämmönvaihtimeen liittämisen ansiosta. Pienen säiliön tila täytetään Krebs-Henseleit-liuoksella verisuonisolujen elinkelpoisuuden ylläpitämiseksi. Säiliö täytetään myös Krebs-Henseleit-liuoksella. Kaasun (hiilen) syöttöjärjestelmää käytetään liuoksen höyrystämiseen pienessä säiliössä varastosäiliössä ja säiliötä sisältävässä kammiossa (kuva 4).
Kuva 4 Kammio, johon säiliö on sijoitettu. 1 - Kanyyli verisuonten laskemiseksi, 2 - Ulompi kammio, 3 - Pieni kammio. Nuoli osoittaa mallinesteen suunnan.
Suonen seinämän suhteellisen läpäisevyysindeksin määrittämiseksi käytettiin rotan kaulavaltimoa.
MNP-suspension (0,5 ml) syöttämisellä järjestelmään on seuraavat ominaisuudet: säiliön ja liitosputken kokonaissisätilavuus silmukassa on 20 ml ja kunkin kammion sisätilavuus on 120 ml. Ulkoinen magneettikentän lähde on kestomagneetti, jonka vakiokoko on 2 × 3 mm. Se on asennettu yhden pienen kammion yläpuolelle, 1 cm:n päähän säiliöstä, toinen pää säiliön seinämää kohti. Lämpötila pidetään 37 °C:ssa. Rullapumpun teho on asetettu 50 %:iin, mikä vastaa 17 cm/s nopeutta. Kontrollina näytteet otettiin kennossa, jossa ei ollut kestomagneetteja.
Tunnin kuluttua tietyn MNP-pitoisuuden antamisesta kammiosta otettiin nestemäinen näyte. Hiukkaspitoisuus mitattiin spektrofotometrillä käyttäen Unico 2802S UV-Vis -spektrofotometriä (United Products & Instruments, USA). Mittaus suoritettiin 450 nm:ssä ottaen huomioon MNP-suspension absorptiospektri.
Rus-LASA-FELASA-ohjeiden mukaisesti kaikkia eläimiä kasvatetaan ja kasvatetaan erityisissä patogeenivapaissa tiloissa. Tämä tutkimus noudattaa kaikkia eläinkokeita ja -tutkimusta koskevia eettisiä määräyksiä ja on saanut eettisen hyväksynnän Almazovin kansalliselta lääketieteelliseltä tutkimuskeskukselta (IACUC). Eläimet joivat vettä vapaasti ja niitä ruokittiin säännöllisesti.
Tutkimus tehtiin 10 nukutetulla 12 viikon ikäisellä urospuolisella immuunipuutteisella NSG-hiirellä (NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/Szj, Jackson Laboratory, USA), jotka painoivat 22 g ± 10 %. Koska immuunipuutteisten hiirten immuniteetti on heikentynyt, tämän linjan immuunipuutteisille hiirille voidaan siirtää ihmissoluja ja -kudoksia ilman siirteen hylkimistä. Eri häkeistä peräisin olevat poikueet jaettiin satunnaisesti koeryhmään, ja ne kasvatettiin yhdessä tai altistettiin systemaattisesti muiden ryhmien kuivikkeille, jotta varmistettiin tasainen altistuminen yhteiselle mikrobistolle.
HeLa-ihmissyöpäsolulinjaa käytetään ksenograftimallin luomiseen. Soluja viljeltiin glutamiinia sisältävässä DMEM-viljelyalustassa (PanEco, Venäjä), johon oli lisätty 10 % naudan sikiön seerumia (Hyclone, USA), 100 CFU/ml penisilliiniä ja 100 μg/ml streptomysiiniä. Solulinjan antoi ystävällisesti Venäjän tiedeakatemian solututkimuslaitoksen geenien ilmentymisen säätelylaboratorio. Ennen injektiota HeLa-solut poistettiin viljelymuovista 1:1 trypsiini:Versene-liuoksella (Biolot, Venäjä). Pesun jälkeen solut suspendoitiin täydelliseen viljelyalustaan ​​pitoisuuteen 5 × 106 solua / 200 μl ja laimennettiin tyvikalvomatriisilla (LDEV-FREE, MATRIGEL® CORNING®) (1:1, jäillä). Valmistettu solususpensio injektoitiin ihon alle hiiren reiden ihoon. Kasvaimen kasvua seurattiin elektronisella jarrusatulalla 3 päivän välein.
Kun kasvain saavutti 500 mm3:n koon, koe-eläimen lihaskudokseen kasvaimen lähelle implantoitiin kestomagneetti. Koe-ryhmään (MNP-ICG + kasvain-M) injektoitiin 0,1 ml MNP-suspensiota ja altistettiin magneettikentälle. Kontrollina (taustana) käytettiin hoitamattomia kokonaisia ​​eläimiä. Lisäksi käytettiin eläimiä, joille oli injektoitu 0,1 ml MNP:tä, mutta joille ei ollut implantoitu magneetteja (MNP-ICG + kasvain-BM).
In vivo- ja in vitro -näytteiden fluoresenssin visualisointi suoritettiin IVIS Lumina LT -sarjan III biokuvantamislaitteella (PerkinElmer Inc., USA). In vitro -visualisointia varten levyn kuoppiin lisättiin 1 ml synteettistä PLA-EDA-ICG- ja MNP-PLA-EDA-ICG-konjugaattia. ICG-väriaineen fluoresenssiominaisuudet huomioon ottaen valittiin paras suodatin näytteen valovoiman määrittämiseen: suurin viritysaallonpituus on 745 nm ja emissioaallonpituus 815 nm. Konjugaattia sisältävien kuoppien fluoresenssi-intensiteetti mitattiin kvantitatiivisesti Living Image 4.5.5 -ohjelmistolla (PerkinElmer Inc.).
MNP-PLA-EDA-ICG-konjugaatin fluoresenssin intensiteetti ja kertyminen mitattiin in vivo -kasvainmallihiirillä ilman magneettikentän läsnäoloa tai kohdistamista kiinnostuksen kohteena olevaan kohtaan. Hiiret nukutettiin isofluraanilla, ja sitten 0,1 ml MNP-PLA-EDA-ICG-konjugaattia injektoitiin häntälaskimoon. Käsittelemättömiä hiiriä käytettiin negatiivisena kontrollina fluoresoivan taustan saamiseksi. Kun konjugaatti oli annettu laskimonsisäisesti, eläin asetettiin lämmitystasolle (37 °C) IVIS Lumina LT -sarjan III fluoresenssikuvantamislaitteen (PerkinElmer Inc.) kammioon samalla, kun inhalaatiota ylläpidettiin 2 %:n isofluraaninukutuksella. Signaalin havaitsemiseen käytettiin ICG:n sisäänrakennettua suodatinta (745–815 nm) 1 ja 15 minuuttia MNP:n antamisen jälkeen.
Konjugaatin kertymisen arvioimiseksi kasvaimeen eläimen vatsakalvon alue peitettiin paperilla, mikä mahdollisti hiukkasten kertymiseen liittyvän kirkkaan fluoresenssin eliminoinnin maksaan. MNP-PLA-EDA-ICG:n biodistribuution tutkimisen jälkeen eläimet lopetettiin inhimillisesti isofluraanianestesian yliannostuksella, jotta kasvainalueet erotettiin ja fluoresenssisäteilytystä voitiin kvantitatiivisesti arvioida. Valitun kiinnostuksen kohteena olevan alueen signaalianalyysi käsiteltiin manuaalisesti Living Image 4.5.5 -ohjelmistolla (PerkinElmer Inc.). Jokaiselle eläimelle (n = 9) tehtiin kolme mittausta.
Tässä tutkimuksessa emme kvantifioineet ICG:n onnistunutta lataamista MNP-ICG:hen. Emme myöskään verranneet nanopartikkelien pidättymistehokkuutta erimuotoisten kestomagneettien vaikutuksen alaisena. Emme myöskään arvioineet magneettikentän pitkäaikaista vaikutusta nanopartikkelien pidättymiseen kasvainkudoksissa.
Nanohiukkaset ovat vallitsevia, ja niiden keskimääräinen koko on 195,4 nm. Lisäksi suspensio sisälsi agglomeraatteja, joiden keskimääräinen koko oli 1176,0 nm (kuva 5A). Tämän jälkeen osa suodatettiin keskipakosuodattimen läpi. Hiukkasten zetapotentiaali on -15,69 mV (kuva 5B).
Kuva 5. Suspension fysikaaliset ominaisuudet: (A) hiukkaskokojakauma; (B) hiukkasjakauma zetapotentiaalissa; (C) nanopartikkelien TEM-valokuva.
Hiukkaskoko on pohjimmiltaan 200 nm (kuva 5C), ja se koostuu yhdestä 20 nm:n kokoisesta MNP:stä ja PLA-EDA-ICG-konjugoidusta orgaanisesta kuoresta, jolla on alhaisempi elektronitiheys. Agglomeraattien muodostuminen vesiliuoksissa voidaan selittää yksittäisten nanopartikkelien sähkömotorisen voiman suhteellisen alhaisella moduulilla.
Pysyvien magneettien tapauksessa, kun magnetisaatio keskittyy tilavuuteen V, integraalilauseke jaetaan kahteen integraaliin, nimittäin tilavuuteen ja pinta-alaan:
Jos näytteen magnetisaatio on vakio, virrantiheys on nolla. Tällöin magneettisen induktiovektorin lauseke on seuraava:
Käytä numeeriseen laskuun MATLAB-ohjelmaa (MathWorks, Inc., USA), ETU:n “LETI” akateeminen lisenssinumero 40502181.
Kuten kuvassa 7, kuvassa 8 ja kuvassa 9 on esitetty, voimakkain magneettikenttä syntyy magneetista, joka on aksiaalisesti suunnattu sylinterin päästä. Tehokas toimintasäde vastaa magneetin geometriaa. Sylinterimäisissä magneeteissa, joiden sylinterin pituus on suurempi kuin sen halkaisija, voimakkain magneettikenttä havaitaan aksiaalis-radiaalisessa suunnassa (vastaavalle komponentille); siksi MNP-adsorptio on tehokkainta sylinteriparissa, jolla on suurempi sivusuhde (halkaisija ja pituus).
Kuva 7. Magneettisen induktion intensiteetin Bz komponentti magneetin Oz-akselin suuntaisesti; magneetin vakiokoko: musta viiva 0,5 × 2 mm, sininen viiva 2 × 2 mm, vihreä viiva 3 × 2 mm, punainen viiva 5 × 2 mm.
Kuva 8 Magneettinen induktiokomponentti Br on kohtisuorassa magneetin akseliin Oz nähden; magneetin vakiokoko: musta viiva 0,5 × 2 mm, sininen viiva 2 × 2 mm, vihreä viiva 3 × 2 mm, punainen viiva 5 × 2 mm.
Kuva 9. Magneettisen induktion intensiteetin Bz-komponentti etäisyydellä r magneetin päätyakselista (z=0); magneetin vakiokoko: musta viiva 0,5 × 2 mm, sininen viiva 2 × 2 mm, vihreä viiva 3 × 2 mm, punainen viiva 5 × 2 mm.
Kuva 10 Magneettisen induktion komponentti säteittäissuunnassa; magneetin vakiokoko: musta viiva 0,5 × 2 mm, sininen viiva 2 × 2 mm, vihreä viiva 3 × 2 mm, punainen viiva 5 × 2 mm.
Erityisiä hydrodynaamisia malleja voidaan käyttää tutkimaan MNP:n kulkeutumistapaa kasvainkudoksiin, keskittämään nanopartikkeleita kohdealueelle ja määrittämään nanopartikkelien käyttäytymistä verenkiertojärjestelmän hydrodynaamisissa olosuhteissa. Pysyviä magneetteja voidaan käyttää ulkoisina magneettikenttinä. Jos jätämme huomiotta nanopartikkelien välisen magnetostaattisen vuorovaikutuksen emmekä ota huomioon magneettisen nesteen mallia, riittää arvioida magneetin ja yksittäisen nanopartikkelin välinen vuorovaikutus dipoli-dipoli-approksimaatiolla.
Missä m on magneetin magneettinen momentti, r on nanohiukkasen sijaintipisteen sädevektori ja k on systeemikerroin. Dipoliapproksimaatiossa magneetin kentällä on samanlainen konfiguraatio (kuva 11).
Homogeenisessä magneettikentässä nanopartikkelit pyörivät vain voimaviivojen suuntaisesti. Epähomogeenisessa magneettikentässä voima vaikuttaa niihin:
Missä on annetun suunnan l derivaatta. Lisäksi voima vetää nanopartikkeleita kentän epätasaisimpiin alueisiin eli voimaviivojen kaarevuus ja tiheys kasvavat.
Siksi on toivottavaa käyttää riittävän voimakasta magneettia (tai magneettiketjua), jolla on ilmeinen aksiaalinen anisotropia alueella, jolla hiukkaset sijaitsevat.
Taulukko 1 osoittaa yhden magneetin kyvyn riittävänä magneettikentän lähteenä kaapata ja pitää MNP:tä sovelluskentän verisuonistossa.