2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of multifunctional composite magnetic micro@nano particles and application to next generation cancer hyperthermia
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20K20210
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
TON・THAT LOI 東北大学, 工学研究科, 助教 (90844499)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Fe3O4@Auナノ粒子 / 磁気ハイパーサーミア / 強磁性共鳴 / ナノセラノスティクス / Neel-Brownian緩和 / サイズ制御 / CT造影剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、がん診断・治療技術を可能とするナノセラノスティクス剤（Fe3O4@Auナノ粒子）を新たに研究開発した。発熱特性をより高める目的で、異なるサイズのFe3O4ナノ粒子の酸化鉄/金複合ナノ粒子を合成した。Fe3O4粒子は、熱分解法により合成し、粒径が約5nm、10nm、および13nmの3種類を作製した。それを190℃に維持し、酢酸金を還元することにより、Fe3O4粒子の表面に金を堆積させることに成功した。Fe3O4粒子サイズが大きくなるにつれ、磁化の大きさや加熱効率(SAR)が増加することも検証できた。Fe3O4の粒径が約13nmで74.7emu/gの磁化の大きさであり、5nm（52.4emu/g）の物に比較し約1.4倍になった。また、267kHz、25.7kA/mの励磁の下で発熱効率を調べると、最大136.7W/g（Fe3O4）および23.4W/g（Fe3O4@Au）と高い値が得られた。これは、粒径5nmに比べ2倍以上高い値となり、粒径が大きいほどSARが高いことが検証できた。また、CT造影剤として高いコントラスト（CT値851HU）を示した。これらの成果により、磁気ハイパーサーミアへの応用において、より優れた特性のナノセラノスティクス剤を得ることができた。
当初の計画とは別に、強磁性共鳴（FMR）効果に基づいたFe3O4@Auナノ粒子の超高速温度上昇率も実験的に求めた。Fe3O4@Au粒子とそれらのコーティング前のFe3O4粒子の共振周波数は数GHzであり、Kittelの式で良好なフィッティングできた。初期温度上昇率は、FMR条件の対応するDC磁場で最大値に達した(4GHz、4OeのRF磁場ではDC磁場1200Oe、Fe3O4@Au、Fe3O4粒子では1.3、3.9K/s)。これは、従来の磁気ハイパーサーミアのNeel-Brownian緩和の値よりも2桁高かった。
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