초미세 자철석 나노입자의 자기 유도 고열 및 생체 적합성에 대한 폴리올 방법의 개질제의 영향

May 24, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7860(2023) 이 기사 인용

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자철광 나노입자(Fe3O4 NP)는 자기 유도 고열을 포함한 다양한 생물의학 응용 분야에서 널리 테스트됩니다. 본 연구에서는 폴리올 방법으로 합성된 Fe3O4 나노입자에 대해 변형제인 우로트로핀, 폴리에틸렌 글리콜, NH4HCO3가 크기, 형태, 자기 유도 고열 효과 및 생체 적합성에 미치는 영향을 테스트했습니다. 나노입자는 구형 모양과 약 10nm의 유사한 크기를 특징으로 합니다. 동시에 표면은 개질제에 따라 트리에틸렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 글리콜로 기능화됩니다. 우로트로핀의 존재 하에 합성된 Fe3O4 NP는 높은 양의 제타 전위 값(26.03 ± 0.55 mV)과 관련하여 가장 높은 콜로이드 안정성을 나타냈지만 전자파 흡수율(SAR)과 고유 손실 전력(ILP)이 가장 낮은 것이 특징입니다. 온열요법 응용 분야에서 가장 높은 잠재력은 NH4HCO3를 사용하여 합성된 NP이며, 이 경우 SAR과 ILP는 각각 69.6 ± 5.2 W/g 및 0.613 ± 0.051 nHm2/kg과 같습니다. 광범위한 자기장 및 세포 독성 테스트를 통해 적용 가능성이 확인되었습니다. 연구된 모든 NP 사이에서 피부 섬유아세포에 대한 독성의 차이가 없음이 확인되었습니다. 또한, 자가포식 구조의 수가 점진적으로 증가하는 것 외에는 섬유아세포의 미세구조에 큰 변화가 관찰되지 않았습니다.

자철광 나노입자는 독특한 물리화학적 특성과 생체적합성으로 인해 의료 응용 분야에서 가장 유망한 나노물질 중 하나입니다1,2. 또한 Fe3O4 NP는 다양한 크기, 모양 및 코어-쉘 구조 형태로 합성될 수 있으며, 여기서 쉘은 무기 또는 폴리머 기반일 수 있습니다3,4,5. 나노의학 전용 다기능 플랫폼을 합성하기 위해 많은 합성 방법과 수정 프로토콜이 문헌에 제안되었습니다. 또한, 도핑 및 표면 기능화와 같은 형태학적 요인뿐만 아니라 다양한 요인이 자철광 나노입자의 특성을 변경하고 적용 범위를 수정합니다. MRI 조영제, 약물 전달 시스템, 항암제 및 고열요법6,7과 같은 의학에서의 사용 가능성에도 불구하고 적용 범위는 훨씬 더 넓으며 촉매 작용8, 중금속 흡착9, 마이크로파 흡수10 및 슈퍼커패시터11를 포함합니다.

자철석 나노입자의 형태와 표면 화학적 조성을 수정하는 것은 합성 단계와 그 이후에 수행될 수 있습니다. Roca 등3은 철 공급원 전구체를 변형하고 선택된 유기 변형제를 사용하는 등 몇 가지 방법으로 나노입자의 모양을 제어할 수 있음을 보여주었습니다. 또한, 자철석 나노입자 표면의 크기와 자발적 기능화는 덱스트린 및 유기산(타르타르산 및 시트르산)12과 같은 다양한 유기 개질제를 사용하여 공침법으로 제어할 수 있습니다. Fe3O4 NP의 모양과 크기는 생체적합성과 자기적으로 유도된 고열 효과에 영향을 주지만, 표면의 기능화는 소수성 또는 친수성 나노입자의 합성을 가능하게 합니다13,14,15,16. 일반적으로 자철광 나노입자는 안정적인 수성 분산액을 형성하기 위해 생의학 응용 분야에서 친수성이어야 합니다. 이를 달성하려면 자철광 표면을 다시 기능화할 수 있거나, 콜로이드 안정성이 높은 나노입자를 합성하기 위해 공침 및 폴리올 방법을 선택해야 합니다. 공침법은 합성 수율이 높고 가장 많이 연구된 방법 중 하나이지만, 제조된 나노입자가 뭉쳐져 있고 크기 분포가 넓습니다. 따라서 폴리올 방법은 생의학 응용 분야에서 가장 유망합니다. 이 경우 나노입자의 표면은 환원 용매19 또는 에틸렌디아민, (3-아미노프로필) 트리에톡시실란 및 시트르산20,21,22과 같은 유기 개질제를 반응 용액에 도입함으로써 기능화될 수 있습니다. 기능화된 자철석 나노입자는 MRI 조영제로 사용되거나 자기 유도 고열요법의 제제로 사용될 수 있습니다.