Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Salem S. F., Tuchin V. V. Trapping of Magnetic Nanoparticles in the Blood Stream under the Influence of a Magnetic Field [Салем С. Ф., Тучин В. В. Захват магнитных наночастиц в кровотоке под воздействием магнитного поля] // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2020. Т. 20, вып. 1. С. 72-79. DOI: 10.18500/1817-3020-2020-20-1-72-79

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
02.03.2020
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 393)
Язык публикации: 
английский
Рубрика: 
Краткие сообщения
Тип статьи: 
Краткое сообщение
УДК: 
532.542
DOI: 
10.18500/1817-3020-2020-20-1-72-79

Trapping of Magnetic Nanoparticles in the Blood Stream under the Influence of a Magnetic Field
[Захват магнитных наночастиц в кровотоке под воздействием магнитного поля]

Авторы: 
Салем Самия Фарук, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Тучин Валерий Викторович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Магнитные наночастицы как управляемые носители лекарственных препаратов предоставляют огромные возможности в лечении разнообразных опухолей и заболеваний мозга. В настоящем теоретическом исследовании изучены суперпарамагнитные наночастицы оксида железа (Fe3O4) (SPION). Благодаря биосовместимости и стабильности эти частицы являются уникальной наноплатформой с большим потенциалом для разработки систем доставки лекарственных препаратов. Это позволяет использовать их в медицине как для целевой доставки лекарств, так и в магниторезонансной томографии и магнитной гипертермии. В работе численно исследованы механизмы захвата магнитных наночастиц, движущихся в вязкой жидкости (крови) в статическом магнитном поле. Уравнения движения для частиц в потоке определяются комбинацией магнитных уравнений для поля постоянного магнита и уравнения Навье–Стокса для жидкости (крови). Эти уравнения были решены численно с использованием программного обеспечения COMSOL Multiphysics® Modeling Software.

Ключевые слова: 
магнитные наночастицы
магнетизм
кровь
ньютоновская жидкость
постоянный магнит
компьютерное моделирование
Список источников: 
  1. Leslie-Pelecky D. L., Rieke R. D. Magnetic properties of nanostructured materials. Chem Mater, 1996, vol. 8, pp. 1770–1783.
  2. Múzquiz-Ramos E. M., Guerrero-Chávez V., Macías-Martínez B. I., López-Badillo C. M., Gar cía-Cerda L. A. Synt hesis and characterizatio n of maghemite nanopar ticles for hyperthermia applications. Ceramics International Part A, 2015, vol. 4, iss.1, pp. 397–402. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.08.083
  3. Di Corato R., Aloisi A., Rella S., Greneche J.-M., Pugliese G., Pellegrino T., Malitesta C., Rinaldi R. Maghemite Nanoparticles with Enhanced Magnetic Properties: One-Pot Preparation and Ultrastable Dextran Shell. ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, vol. 10, no. 24, pp. 20271–20280. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.7b18411
  4. Habibi M. R., Ghassemi M. Numerical Study of Magnetic Nanoparticles Concentration in Biofl uid (Blood) under the Infl uence of High Gradient Magnetic Field. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2011, vol. 323, pp. 32–38.
  5. Asmatulu R., Zalich M., Claus R., Riffl e J. Synthesis, characterization and targeting of biodegradable magnetic nanocomposite particles by external magnetic fields. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2005, vol. 292, pp. 108–119.
  6. Arruebo M., Fernandez-Pacheco R., Ricardo Ibarra M., Santamaria J. Magnetic nanoparticles for drug delivery. Nanotoday, 2007, vol. 2, no. 3, pp. 22–32.
  7. Sadighian S., Rostamizadeh K., Hosseini-Monfared H., Hamidi M. Doxorubicin-conjugated core–shell magnetite nanoparticles as dual-targeting carriers for anticancer drug delivery. Colloids and Surfaces B. Biointerfaces, 2014, vol. 117, pp. 406–413.
  8. Voronin D., Sindeeva O., Kurochkin M., Mayorova O., Fedosov I., Semyachkina-Glushkovskaya O., Gorin D., Tuchin V., Sukhorukov G. In vitro and in vivo visualization and trapping of fl uorescent magnetic microcapsules in a blood stream. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, vol. 9, no. 8, pp. 6885–6893.
  9. Zinchenko E., Navolokin N., Shirokov A., Khlebtsov B., Dubrovsky A., Saranceva E., Abdurashitov A., Khorovodov A., Terskov A., Mamedova A., Klimova M., Agranovich I., Martinov D., Tuchin V., SemyachkinaGlushkovskaya O., Kurts J. Pilot study of transcranial photobiomodulation of lymphatic clearance of beta-amyloid from the mouse brain: breakthrough strategies for nonpharmacologic therapy of Alzheimer’s disease. Biomed. Opt. Express, 2019, vol. 10, no. 8, pp. 4003–4017.
  10. Oldenburg A. L., Crecea V., Rinne S. A., Boppart S. A. Phase-resolved magnetomotive OCT for imaging nanomolar concentrations of magnetic nanoparticles in tissues. Opt. Express, 2008, vol. 16, no. 15, pp. 11525–11539.
  11. Wijesinghe R. E., Park K., Kim D.-H., Jeon M., Kim J. In vivo imaging of melanoma-implanted magnetic nanoparticles using contrast-enhanced magneto-motive optical Doppler tomography. J. Biomed. Opt., 2016, vol. 21, no. 6, 064001. DOI: https://doi.org/10.1117/1.JBO.21.6.064001
  12. Kim J., Oh J., Choi B. Magnetomotive laser speckle imaging. J. Biomed. Opt., 2010, vol. 15, no. 1, 011110.
  13. Furlani E. P. Permanent Magnet and Electromechanical Device: Materials, Analysis and Applications. New York, Academic, 2001. 518 p.
  14. Bird R. B., Armstrong R. C., Hassager O. Dynamics of Polymeric Fluids. Fluid Mechanics. New York, Wiley, 1987, vol. 1, 672 p.
  15. Jones T. B. Electromechanics of Particles. New York, Cambridge University Press, 1995. 265 p.
  16. Kirby B. Micro- and nanoscale fl uid mechanics transport in microfl uidic devices. New York, Cambridge University Press, 2010. 505 p.
  17. Kim Y., Parada G. A., Liu S., Zhao X. Ferromagnetic soft continuum robots. Science Robotics, 2019, vol. 4, iss. 3, eaax7329. DOI: https://doi.org/10.1126/scirobotics.aax7329
  18. Zhang X., Luo M., Tan P., Zheng L., Shu C. Magnetic nanoparticle drug targeting to patient-specific atherosclerosis: effects of magnetic fi eld intensity and configuration. Applied Mathematics and Mechanics, 2020, vol. 41, iss. 2, pp.349–360. DOI: https://doi.org/10.1007/s10483-020-2566-9
  19. Nuzhina J. V., Sht il A. A., Pri lepskii A. Y., Vin ogradov V. V. Preclinical evaluation and clinical translation of magnetitebased nanomedicines. J. Drug Delivery Sci. Technol., 2019, vol. 54, 101282. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.101282
  20. Serov N., Prilepskii A., Sokolov A., Vinogradov V. Synthesis of plasmin-loaded Fe3O4@CaCO3 nanoparticles: Towards next-generation thrombolytic drugs. ChemNanoMat., 2019, vol. 5, pp. 1267–1271. DOI: https://doi.org/10.1002/cnma.201900359
Поступила в редакцию: 
07.12.2019
Принята к публикации: 
09.01.2020
Опубликована: 
02.03.2020
  • 1649 просмотров