2019 Fiscal Year Research-status Report
ガンの温熱療法への応用を目的とした磁性ナノ粒子の自己配列化と発熱特性に関する研究
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18K03991
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| Research Institution | Toyo University |
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Principal Investigator |
森本 久雄 東洋大学, 理工学部, 教授 (00385957)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 磁性ナノ粒子 / 温熱療法 / 自己配列化 / 交流磁場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019 年度は前年度に作製したコイルシステムを用いて直流，交流および直流・交流複合磁場を酸化鉄ナノ粒子に印加し，このときナノ粒子が形成するクラスター構造を解析した．本実験ではガンの温熱療法への応用化を考慮してナノ粒子は水に分散させ，基板上に滴下した粒子分散溶液に磁場を印加した．溶媒が蒸発した後に粒子のクラスター構造を走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて観察し，画像解析ソフトを用いて観察画像内のクラスターの長手方向サイズ，アスペクト比や射影面積等の評価を行った．十分に強い磁場を印加すると粒子の磁気モーメントの向きが揃えられ，磁場方向に鎖状クラスターが形成されるようになる．直流磁場中においては非常に長い鎖状クラスターが観察された．これに対して交流磁場中では鎖状クラスターの長さは短くなるもののより太くなる傾向がみられた．直流・交流複合磁場中（直流，交流磁場は平行に印加した）においては直流磁場のみの場合に比べてより太いクラスターが形成され，かつ条件によってはクラスター構成粒子数も増大した．これら基板上のクラスターの磁気特性を SQUID（超伝導量子干渉素子）を用いて測定した．クラスターの構造変化に応じて飽和磁化等に違いがみられたが，磁気モーメントの測定値は非常に低く交流磁場中における発熱特性（磁気ヒステリシスループの面積）の評価には至らなかった．そこでチューブ内の粒子分散溶液に磁場を印加し，その際の温度変化をサーモカメラで直接測定することによってクラスターの発熱特性評価を試みた．交流磁場および直流・交流複合磁場中における発熱特性に変化がみられたが今後より詳細な解析が必要である．またブラウン動力学シミュレーションによる解析を昨年度に引き続き行い，クラスターの構造および磁気特性の各種制御パラメータ依存性を明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2018 年度に作製したコイルシステムを用いて酸化鉄ナノ粒子に外部磁場を印加し，このとき粒子が形成するクラスター構造を走査型電子顕微鏡により観察した．さらに画像解析ソフトを用いてクラスター構造の定量的解析も行った．一方，ナノ粒子が形成するクラスターの磁気特性を SQUID を用いて測定した．しかしながら本実験で使用したナノ粒子は微量であり，磁場中における磁気モーメントも非常に弱く交流磁場中における粒子クラスターの発熱特性評価には至らなかった．このためナノ粒子が形成するクラスターの構造と発熱特性の関係はまだ十分に調べられておらず，研究の進展にやや遅れが生じている．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究では基板上で磁性ナノ粒子が形成するクラスター構造を電子顕微鏡で観察し，この基板上の粒子に対して磁気特性評価を行った．しかしながら電子顕微鏡で観察するための制限により基板上のナノ粒子は微量であり，したがって測定される磁気モーメントも微少となり交流磁場中における発熱量（磁気ヒステリシスループの面積）の正確な評価は困難であった．今後は磁気特性評価のためのサンプル作成および測定条件の見直しを引き続き行うと同時に交流磁場中におけるサンプルの温度上昇を測定し，これをもとに発熱量を評価することも行っていく．外部磁場中における温度上昇測定は，基板上の粒子クラスターだけでなくテストチューブ内の粒子分散溶液に対しても行う．2019 年度には既に予備実験を実施しており，外部磁場中における粒子分散溶液の温度上昇測定に成功している．一方，ブラウン動力学シミュレーションによる解析は主に粒子間の磁気的相互作用が支配的な条件に対して行う．このような条件下ではナノ粒子はループや分岐したチェーンなど複雑な構造を形成し，それらクラスターの発熱特性は学術的にも非常に興味深い．本解析では磁気的相互作用の強さおよび外部磁場強度などを変化させ，ナノ粒子が形成するクラスターの構造および発熱特性を明らかにする．
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