Stel je een klein voertuig voor met een nanomagnetische structuur, die via externe magnetische velden door het menselijk lichaam kan worden gestuurd. Aangekomen op zijn bestemming kan het voertuig een medicijn afgeven of kankercellen opwarmen zonder gezond weefsel aan te tasten. Aan deze visie werken wetenschappers van verschillende disciplines. Een multidisciplinaire onderzoeksgroep aan de Universidad del País Vasco, Leioa, Spanje, onderzoekt de talenten van zogenaamde magnetotactische bacteriën, die de verrassende eigenschap hebben magnetische ijzeroxide-nanodeeltjes in hun cellen te vormen. Deze deeltjes, met een diameter van ongeveer 50 nanometer (100 keer kleiner dan bloedcellen), rangschikken zich binnen de bacterie in een ketting. Het Spaanse team streeft het idee na om dergelijke "magnetische bacteriën" te gebruiken als magnetische hyperthermiemiddelen om kanker te behandelen:de magnetische nanostructuren worden naar de kankerplaats gestuurd en worden verwarmd door externe velden om de kankercellen te verbranden.

Nu hebben de onderzoekers samengewerkt met een team van natuurkundigen onder leiding van Sergio Valencia van HZB om deze magnetische eigenschappen in detail te onderzoeken. De mate van succes voor al deze toepassingen hangt af van de magnetische eigenschappen van de individuele nanomagneten. Maar aangezien de signalen die afkomstig zijn van deze superkleine magnetische structuren vrij zwak zijn, is het noodzakelijk om de waarden over duizenden van dergelijke structuren te middelen om zinvolle gegevens te krijgen.

Gemiddelde waarden zijn niet genoeg

Tot nu toe konden alleen deze gemiddelde waarden worden gemeten, wat beperkingen oplegt aan het ontwerp van op maat gemaakte nanomagneettoepassingen. Maar dit is nu veranderd. De Spaanse natuurkundige Lourdes Marcano heeft een nieuwe methode ontwikkeld. "We kunnen nu nauwkeurige informatie verkrijgen over de magnetische eigenschappen van verschillende individuele nanomagneten op een gelijktijdige manier", zegt ze.

Magnetische anisotropie voor elk afzonderlijk deeltje

De methode maakt het mogelijk de magnetische eigenschappen van individuele magnetische nanostructuren te meten, zelfs wanneer ze zijn ingebed in biologische entiteiten. Magnetische beeldvorming bij de scanning-transmissie-röntgenmicroscoop MAXYMUS bij BESSY II geeft met behulp van theoretische simulaties informatie over de zogenaamde magnetische anisotropie van elk afzonderlijk nanodeeltje binnen het gezichtsveld van de microscoop. De methode is bewezen door de magnetische anisotropie van magnetische nanodeeltjes in een bacterie te bepalen. De magnetische anisotropie is een belangrijke parameter voor het regelen en sturen van magnetische nanodeeltjes, omdat het beschrijft hoe een magnetisch nanodeeltje reageert op externe magnetische velden die in een willekeurige richting worden aangelegd.

Toekomstige standaard laboratoriumtechniek

"Eigenlijk vereist magnetische beeldvorming van magnetische nanodeeltjes in een biologische cel met voldoende ruimtelijke resolutie het gebruik van röntgenmicroscopen. Helaas is dit alleen mogelijk bij grootschalige onderzoeksfaciliteiten, zoals BESSY II, die voldoende intense röntgenstraling leveren. in de toekomst kan deze methode met de ontwikkeling van compacte plasma-röntgenbronnen echter een standaard laboratoriumtechniek worden", zegt Sergio Valencia. Het onderzoek is gepubliceerd in ACS Nano . + Verder verkennen

Visualisatie van de oorsprong van magnetische krachten door elektronenmicroscopie met atomaire resolutie