Kleine magnetische voorwerpen, die met succes zijn gebruikt in technologische toepassingen zoals gegevensopslag, zijn veelbelovend op biomedisch gebied. Magnetische nanostructuren hebben interessante eigenschappen die nieuwe toepassingen in medische diagnose verbeteren en de verkenning van nieuwe therapeutische technieken mogelijk maken.

In deze week Toegepaste natuurkunde beoordeling onderzoekers beoordelen de stand van de techniek op dit gebied. Een bijzonder interessante vooruitgang betreft een exotische nanodisc-configuratie, bekend als een vortextoestand, waar magnetische momenten zich rangschikken in een gekrulde geometrie.

Het isoleren en scheiden van cellen uit een bloed- of weefselmonster is cruciaal voor een verscheidenheid aan medische toepassingen, zoals gentherapie of kankerdiagnose en -behandeling. Standaardprocedures omvatten filtratie en centrifugatie, maar cellen van vergelijkbare grootte of dichtheden kunnen niet op deze manier worden gescheiden.

Een benadering van dit probleem was het bekleden van bolvormige ijzeroxideparels met antilichamen die specifiek de cellen van belang binden. De gewenste cellen worden vervolgens gescheiden met aangelegde magnetische velden. Echter, dit kan hoge magnetische veldsterkten vereisen, dus een tweede benadering met behulp van nanodraden is geprobeerd.

Een derde manier omvat nanodiscs, hetzij in een vortextoestand of een synthetische antiferromagnetische configuratie, bestaande uit twee ferromagnetische lagen gescheiden door een niet-magnetische laag. Het oppervlak van de kleine structuren kan worden behandeld met fluorescerende sondes, waardoor de onderzoekers beweging van de deeltjes kunnen observeren als reactie op een aangelegd veld.

Een andere biomedische toepassing die baat kan hebben bij magnetische nanostructuren is MRI. Omdat de basistechniek een lage gevoeligheid heeft, contrastmiddelen zijn meestal nodig. De meest gebruikte middelen zijn gadoliniumcomplexen, maar deze hebben geleid tot bezorgdheid over de toxiciteit. Zowel nanodiscs als nanodraden gecoat met biocompatibele stoffen hebben eigenschappen die ze tot goede MRI-contrastmiddelen zouden maken.

Een innovatief toepassingsgebied van magnetische nanostructuren betreft gerichte celvernietiging voor de behandeling van kanker. Nanodiscs gemaakt in een spin-vortex-toestand of synthetische antiferromagnetische configuratie zijn veelbelovend voor dit gebruik.

Hoge tumorcelsterfte, tot 90%, werden waargenomen wanneer er relatief zwakke magnetische velden mee werden gebruikt. Het mechanisme dat tot celdood leidt, is een sterke mechanische kracht die ontstaat wanneer een roterend magnetisch veld de nanoschijven laat draaien, tumorcellen van binnenuit vernietigen.

De meeste van deze onderzoeken zijn uitgevoerd in het laboratorium, dus sommige situaties, zoals retentie of uitscheiding door inwendige organen of transport via haarvaten, zou nog een probleem kunnen zijn. Verder onderzoek is nodig om deze real-world effecten aan te pakken.