KR20190010509A - Iron Oxide Nanoparticle doped with alkali metal or alkali earth metal capable of huge self-heating in the biocompatible magnetic field and Preparation Method therof - Google Patents
Iron Oxide Nanoparticle doped with alkali metal or alkali earth metal capable of huge self-heating in the biocompatible magnetic field and Preparation Method therof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190010509A KR20190010509A KR1020180089529A KR20180089529A KR20190010509A KR 20190010509 A KR20190010509 A KR 20190010509A KR 1020180089529 A KR1020180089529 A KR 1020180089529A KR 20180089529 A KR20180089529 A KR 20180089529A KR 20190010509 A KR20190010509 A KR 20190010509A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nanoparticles
- iron oxide
- magnetic field
- present
- doped
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 15
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 title abstract description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title description 40
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 title description 9
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 title description 9
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229940031182 nanoparticles iron oxide Drugs 0.000 abstract description 30
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 abstract description 20
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 abstract description 20
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 13
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 abstract description 10
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 abstract description 10
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 abstract description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 abstract description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 5
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000002360 explosive Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 abstract description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 58
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 55
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 25
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 15
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 15
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 description 13
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 10
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 8
- MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N dibenzyl ether Chemical compound C=1C=CC=CC=1COCC1=CC=CC=C1 MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 6
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 6
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N (z)-octadec-9-en-1-amine Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCN QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 5
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 5
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 5
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical class C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001420 alkaline earth metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 description 3
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L magnesium acetate Chemical compound [Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- 231100000820 toxicity test Toxicity 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000002056 X-ray absorption spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N dodecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCC(O)=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 210000000936 intestine Anatomy 0.000 description 2
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- LZKLAOYSENRNKR-LNTINUHCSA-N iron;(z)-4-oxoniumylidenepent-2-en-2-olate Chemical compound [Fe].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O LZKLAOYSENRNKR-LNTINUHCSA-N 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 230000001338 necrotic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012454 non-polar solvent Substances 0.000 description 2
- BKIMMITUMNQMOS-UHFFFAOYSA-N nonane Chemical compound CCCCCCCCC BKIMMITUMNQMOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- YZAZXIUFBCPZGB-QZOPMXJLSA-N (z)-octadec-9-enoic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O YZAZXIUFBCPZGB-QZOPMXJLSA-N 0.000 description 1
- BTOOAFQCTJZDRC-UHFFFAOYSA-N 1,2-hexadecanediol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCC(O)CO BTOOAFQCTJZDRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010003445 Ascites Diseases 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 102000006835 Lamins Human genes 0.000 description 1
- 108010047294 Lamins Proteins 0.000 description 1
- 239000005639 Lauric acid Substances 0.000 description 1
- 108060001084 Luciferase Proteins 0.000 description 1
- 239000005089 Luciferase Substances 0.000 description 1
- 206010028851 Necrosis Diseases 0.000 description 1
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 1
- ATTZFSUZZUNHBP-UHFFFAOYSA-N Piperonyl sulfoxide Chemical compound CCCCCCCCS(=O)C(C)CC1=CC=C2OCOC2=C1 ATTZFSUZZUNHBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000002151 Pleural effusion Diseases 0.000 description 1
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 1
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 241000212749 Zesius chrysomallus Species 0.000 description 1
- WDJHALXBUFZDSR-UHFFFAOYSA-M acetoacetate Chemical compound CC(=O)CC([O-])=O WDJHALXBUFZDSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 1
- 230000006907 apoptotic process Effects 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000029918 bioluminescence Effects 0.000 description 1
- 238000005415 bioluminescence Methods 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 238000002659 cell therapy Methods 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000007810 chemical reaction solvent Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000011254 conventional chemotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- USIUVYZYUHIAEV-UHFFFAOYSA-N diphenyl ether Chemical compound C=1C=CC=CC=1OC1=CC=CC=C1 USIUVYZYUHIAEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000004210 ether based solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- -1 halogen hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000005053 lamin Anatomy 0.000 description 1
- 229940097364 magnesium acetate tetrahydrate Drugs 0.000 description 1
- XKPKPGCRSHFTKM-UHFFFAOYSA-L magnesium;diacetate;tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O XKPKPGCRSHFTKM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011275 oncology therapy Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M perchlorate Inorganic materials [O-]Cl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 1
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000000015 thermotherapy Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
- C01G49/06—Ferric oxide [Fe2O3]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/50—Solid solutions
- C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/42—Magnetic properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 교류 자기장 내에서 자가 발열할 수 있는 산화철 나노입자에 관한 것이며, 온열치료에 이용될 수 있다.The present invention relates to iron oxide nanoparticles capable of self-heating in an alternating magnetic field, and can be used for hyperthermia treatment.
온열치료법(Hyperthermia treatment)이란 암세포 주변의 비정상적 환경으로 인해 암세포가 정상세포에 비해 열(heat)에 매우 민감하다는 특성을 이용한 암치료 방식이다. 이 치료기술은 기존의 화학치료법이나 방사선치료법과는 달리 암세포의 주변 온도를 온열범위(41 ~ 45 ℃)에서 유지함으로써 정상세포의 유해 없이 국소적으로 위치하거나 생체장기의 깊은 곳에 위치한 매우 작은 암세포들까지도 선택적으로 사멸시킬 수 있다는 장점이 있다. Hyperthermia treatment is a cancer treatment using the characteristic that cancer cells are more sensitive to heat than abnormal cells due to abnormal environment around cancer cells. Unlike conventional chemotherapy or radiotherapy, this treatment technique maintains the surrounding temperature of the cancer cells in the warm range (41 to 45 ° C), thereby locally locating the cancer cells without harming them, or forming very small cancer cells Can also be selectively killed.
효과적인 암치료를 위한 온열치료법의 실현을 위해서는 생체 내 발열기술의 개발이 요구되는데, 최근에 자성 나노입자를 이용한 자기발열 기술 개발에 대한 연구가 시도되고 있다. 자성 나노입자에 의한 온열 암치료에서는 주파수 및 자기장 조절 코일에 의해 자기발열(self-heating)하는 자성 나노입자의 특성을 이용하여 열을 유발시켜 암세포를 사멸한다. Development of heat therapy technology in vivo is required for the realization of thermal therapy for effective cancer therapy. Recently, research on development of self-heating technology using magnetic nanoparticles has been attempted. In the treatment of warm cancer by magnetic nanoparticles, heat is induced by using the characteristics of self-heating magnetic nanoparticles by frequency and magnetic field control coils to kill cancer cells.
더욱이 초상자성을 보이는 자성 나노입자는 생체 내 유입과정에서 입자의 뭉침 현상이 없으나, 외부에서 교류 또는 직류 자기장을 인가하면 인가된 자기장 에 의해 손쉬운 제어가 가능하여, 별도의 수술과정 없이 간단한 주사 시술만으로 생체 유입과 이동이 가능하다. In addition, magnetic nanoparticles showing superparamagnetic properties have no aggregation of particles during the inflow of the living body. However, if an AC or DC magnetic field is applied from the outside, the magnetic field can be easily controlled by the applied magnetic field. It is possible to enter and move the body.
그동안 벌크 형태를 갖는 크기가 큰 자성체에서만 발열효과를 보였으나, 발열온도의 계속적 증가의 한계와 생체 내 유입방법의 곤란으로 인해 실제 응용에서의 한계가 있었으나, 최근 싱가폴 국립대학과 일본 요코하마 국립대학의 공동연구팀에 의해 나노입자에서도 효과적으로 발열하는 자성 나노입자의 연구 결과가 발표되었으며, 세포 사이에서의 발열효과도 실제 응용이 가능할 정도로 효과적인 것으로 나타나 새로운 암치료법의 실현을 기대할 수 있게 되었다. However, in recent years, there have been limitations in practical applications due to limitations of the continuous increase of the heating temperature and difficulty in the inflow into the living body. Recently, the National University of Singapore and the Yokohama National University of Japan The research results of the magnetic nanoparticles, which effectively heat up in the nanoparticles, have been published by the research team, and the exothermic effect between the cells has been shown to be effective enough to be practically applied, so that a new cancer treatment method can be realized.
Applied Physics Letters, Vol. 89, 252503 (2006) 에 "Applications of NiFe2O4 nanoparticles for a hyperthermia agent in biomedicine"이란 논문에서는 자성 나노입자의 효과적인 발열과 함께 세포들 사이에 투입된 상태에서도 자성 나노입자가 자기발열 및 온도 유지를 한다는 장점이 있다고 기술되어 있다.Applied Physics Letters, Vol. 89, 252503 (2006), "Applications of NiFe 2 O 4 nanoparticles for a hyperthermia agent in biomedicine", have shown that magnetic nanoparticles have self-heating and temperature retention It is said that there is an advantage in that.
또한, 미국 특허공개 제2005-0090732호는 산화철을 이용한 표적 지향적 고온치료를 개시하고 있다. 그러나, 종래 기술은 대부분 고주파에서 열방출 효과를 갖는 산화철 나노입자에 관한 것이다.In addition, U.S. Patent Publication No. 2005-0090732 discloses a target-oriented high temperature treatment using iron oxide. However, most of the prior art relates to iron oxide nanoparticles having a heat radiation effect at high frequencies.
하지만, 고주파 온열암치료법의 경우 피부 주위에 붉은 반점이 생기거나, 지방이 많은 부위에는 약간의 화상, 상처, 염증, 괴사 등이 나타날 수 있다. 무엇보다도 고주파 전기장의 인체 유해성으로 인한 부작용을 피할 수 없다. 그러므로 임산부, 심한 염증환자, 심장박동기를 식생한 환자, 흉수 및 복수가 심한 환자들에게는 사용이 금지되고 있다. However, in the case of high-frequency warm cancer treatment, red spots may appear around the skin, and some burns, wounds, inflammation, necrosis, etc. may occur in areas with high fat. Above all, side effects due to harmful effects of high frequency electric fields can not be avoided. Therefore, it is prohibited to use in pregnant women, patients with severe inflammation, patients with heart pacemakers, pleural effusion and patients with severe ascites.
또한, 암 조직에 열을 가하는 것 또한 장시간 열을 조사하여야 하므로, 인체가 상당히 높은 고주파 전력의 전자파에 장시간 노출됨으로써 암 조직 외에 정상 조직의 손상까지 초래할 수 있는 문제점이 있다.In addition, since heat is applied to the cancer tissue for a long time, there is a problem that the human body is exposed to electromagnetic waves of a high frequency and a high frequency for a long time, thereby causing damage to normal tissues in addition to cancer tissues.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 생체 적합적인 저주파 자기장에서 자가 발열이 가능한 자성 나노입자의 개발이 요구된다.To solve these problems, it is required to develop magnetic nanoparticles capable of self-heating in a biocompatible low frequency magnetic field.
본 발명은 생체 적합적 자기장 하에서도 충분히 자기 발열이 가능한 산화철 나노입자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide iron oxide nanoparticles which can sufficiently self-heat even under a biomedical magnetic field.
본 발명의 산화철 나노입자는 γ-Fe2O3에 알칼리금속(alkali metal) 또는 알칼리토금속(alkali earth metal)이 도핑된 것이며, 구체적으로는 γ-Fe2O3의 Fe3 + 공공(vacancy site)에 알칼리금속이온(alkali metal ion) 또는 알칼리토금속이온(alkali earth metal ion)이 도핑되어 있는 것이다.The iron oxide nanoparticles of the present invention are those in which γ-Fe 2 O 3 is doped with an alkali metal or an alkaline earth metal, specifically, a Fe 3 + vacancy site of γ-Fe 2 O 3 ) Is doped with an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion.
바람직하게는 상기 알칼리금속은, 리튬(Li), 나트륨(Na) 또는 칼륨(K)일 수 있으며, 상기 알칼리토금속은, 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)일 수 있다.Preferably, the alkali metal may be lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K), and the alkaline earth metal may be magnesium (Mg) or calcium (Ca).
상기 도핑된 금속이온은 1종 이상의 알칼리금속이온 또는 알칼리토금속이온일 수 있으며, 바람직하게는 Li+, Na+, K+, Mg2 + 또는 Ca2 +으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상이 선택된 것일 수 있다.The doped metal ion may be at least one alkali metal ion or alkaline earth metal ion, and preferably at least one selected from the group consisting of Li + , Na + , K + , Mg 2 +, or Ca 2 + have.
상기 산화철 나노입자는, fappl·Happl 이 3.0 x 109 Am-1s-1 이하의 생체 적합적 저주파 자기장에서도 다량의 열을 방출할 수 있으며, fappl ·Happl < 1.8 x 109 Am-1s-1(fappl <120 KHZ, Happl < 15.12 KA/m) 이하의 교류 자기장에서 ILP (Intrinsic Loss Power)가 13.5 ~ 14.5 nHm2/Kg이다.The iron oxide nanoparticles, f appl · H appl is 3.0 x 10 9 Am -1 s -1 in biocompatible low-frequency magnetic field, the following can radiate a large amount of heat, f appl · H appl <1.8 x 10 9 Am -1 s -1 (f appl <120 KHZ, H appl <15.12 KA / m) is a 13.5 ~ 14.5 nHm 2 / Kg ILP (Intrinsic Loss Power) in the alternating magnetic field below.
상기 산화철 나노입자는 바람직하게는 Mx-γFe2O3 (M = Li, Na, K, Mg, and Ca) 이고, 상기 X는 0.00 < X ≤ 0.30 이며, 바람직하게는 0.10 ≤ X ≤ 0.25 이며, 가장 바람직하게는 0.10 ≤ X ≤ 0.20 이다. The iron oxide nanoparticles are preferably M x -yFe 2 O 3 (M = Li, Na, K, Mg, and Ca), and X is 0.00 <X ≦ 0.30, preferably 0.10 ≦ X ≦ 0.25 , And most preferably 0.10? X? 0.20.
본 발명의 산화철 나노입자는 그 크기가 약 7 nm ~ 13 nm이나 이에 제한되는 것은 아니다.The size of the iron oxide nanoparticles of the present invention is not limited to about 7 nm to 13 nm.
본 발명의 산화철 나노입자 제조방법은, 생체 적합적인 저주파 교류 자기장에서도 발열 가능한 나노입자의 제조방법으로서 산소가 있는 분위기에서 Fe3 + 전구체와 M+ 또는 M2+ (M = Li, Na, K, Mg, and Ca) 전구체가 계면활성제 및 용매와 혼합되어 고온 열분해되어 합성되는 것이다. The method for producing iron oxide nanoparticles of the present invention is a method for producing nanoparticles capable of generating heat even in a biocompatible low frequency alternating magnetic field, wherein Fe 3 + precursor and M + or M 2+ (M = Li, Na, K, Mg, and Ca) precursors are mixed with a surfactant and a solvent and pyrolyzed at a high temperature.
Fe3 + 전구체 및 M+ 또는 M2+ (M = Li, Na, K, Mg, and Ca) 전구체는 금속 니트레이트 계열의 화합물, 금속 설페이트 계열의 화합물, 금속 아세틸아세토네이트 계열의 화합물, 금속 플루오르아세토아세테이트 계열의 화합물, 금속 할라이드 계열의 화합물, 금속 퍼클로로레이트 계열의 화합물, 금속 알킬옥사이드 계열의 화합물, 금속 썰파메이트 계열의 화합물, 금속 스티어레이트 계열의 화합물 또는 유기 금속 계열의 화합물 중에서 적어도 하나가 이용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어서 Mgx-γFe2O3 나노입자의 경우 마그네슘 아세테이트 테트라하이드레이트(Mg acetate tetrahydrate)와 아이언 아세틸라세토네이트(Fe acetylacetonate)가 사용되었다. The Fe 3 + precursor and the M + or M 2+ (M = Li, Na, K, Mg, and Ca) precursors are metal nitrate compounds, metal sulfate compounds, metal acetylacetonate compounds, At least one of an acetoacetate-based compound, a metal halide-based compound, a metal perchlorate-based compound, a metal alkyloxide-based compound, a metal sphalamate-based compound, a metal styrate- But is not limited thereto. For example, Mg x -yFe 2 O 3 For the nanoparticles, Mg acetate tetrahydrate and iron acetylacetonate were used.
상기 반응 용매로는 벤젠계 용매, 탄화수소 용매, 에테르계 용매, 폴리머 용매, 이온성 액체 용매, 할로겐 탄화수소, 알콜류, 술폴사이드계 용매, 물 등이 이용될 수 있으며 바람직하게는, 벤젠, 톨루엔, 할로벤젠, 옥탄, 노난, 데칸, 벤질 에테르, 페닐 에테르, 탄화수소 에테르, 폴리머 용매, DEG (Diethylene glycol), 물, 이온성 액체 용매 중에서 적어도 하나가 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어서 Mgx-γFe2O3 나노입자의 경우 벤질에테르(benzyle ether)가 사용되었다.Examples of the reaction solvent include benzene solvents, hydrocarbon solvents, ether solvents, polymer solvents, ionic liquid solvents, halogen hydrocarbons, alcohols, sulphoxide solvents, water and the like, preferably benzene, toluene, halo At least one of benzene, octane, nonane, decane, benzyl ether, phenyl ether, hydrocarbon ether, polymer solvent, DEG (diethylene glycol), water and ionic liquid solvent may be used. For example, Mg x -yFe 2 O 3 For nanoparticles, benzyl ether was used.
본 발명의 제조방법에서 나노입자를 안정화시키기 위하여 계면활성제가 이용되는데 그러한 계면 활성제에는 올레산(oleic acid), 라우르산(lauric acid), 스테아르산(stearic acid), 미스테르산(mysteric acid) 또는 헥사데카노익산(hexadecanoic acid)을 포함한 유기산(CnCOOH, Cn: 탄화수소, 7≤n≤30) 중에서 적어도 하나가 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어서 Mgx-γFe2O3 나노입자의 경우 올레산(oleic acid)을 사용하였다. Surfactants are used to stabilize the nanoparticles in the process of the present invention. Such surfactants include oleic acid, lauric acid, stearic acid, mysteric acid, At least one of organic acids including hexadecanoic acid (C n COOH, C n : hydrocarbon, 7? N? 30 ) may be used but is not limited thereto. For example, Mg x -yFe 2 O 3 In the case of nanoparticles, oleic acid was used.
본 발명의 산화철 나노입자 제조방법은, (a) 산소와 아르곤 혼합분위기에서 Fe3+ 전구체, M+ 또는 M2+ (M = Li, Na, K, Mg, and Ca) 전구체, 계면활성제 및 용매의 혼합용액이 용매의 끓는점 이하로 가열되고 일정시간 유지되는 단계, (b) 산소와 아르곤 혼합분위기에서 상기 혼합용액이 용매의 끊는점까지 재가열되고 일정시간 유지되는 단계, (c) 가열원을 제거하고 상기 혼합용액을 실온까지 식히는 단계, (d) 상기 혼합용액에 극성용매를 첨가하고 원심분리하여 나노입자 분말을 침전분리하는 단계를 포함하여 이루어진다.(A) an Fe 3+ precursor, M + or M 2+ (M = Li, Na, K, Mg, and Ca) precursor, a surfactant, and a solvent (B) the mixed solution is reheated to a point at which the solvent is broken in a mixed atmosphere of oxygen and argon and maintained for a predetermined time, (c) the heating source is removed And cooling the mixed solution to room temperature. (D) adding a polar solvent to the mixed solution and centrifuging to precipitate and separate the nanoparticle powder.
본 발명의 산화철 나노입자의 제조방법은 Fe3+ 전구체 또는 M+ 또는 M2+ (M = Li, Na, K, Mg, and Ca) 전구체의 양을 조절하여 도핑 레벨을 조절할 수 있다.The method for producing iron oxide nanoparticles of the present invention is characterized in that the Fe 3+ precursor Or the amount of M + or M 2+ (M = Li, Na, K, Mg, and Ca) precursors.
본 발명의 산화철 나노입자는 생체 적합적 저주파 자기장 하에서도 충분한 자기 발열이 가능하다. 따라서, 본 발명의 산화철 나노입자는 저주파 온열암치료에 활용될 수 있다.The iron oxide nanoparticles of the present invention can sufficiently self-emit under a biocompatible low frequency magnetic field. Therefore, the iron oxide nanoparticles of the present invention can be utilized for the treatment of low-frequency and hyperthermal cancer.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 Mgx-γFe2O3 나노입자의 합성방법을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 합성된 Mg0 .13-γFe2O3 나노입자의 투과전자 현미경 사진이다.
도 3, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자성나노입자의 격자구조를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 Mg0 .13-γFe2O3에 저주파 교류 자기장을 가하고 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 종래 기술로 합성한 나노입자 전자현미경 사진 및 그에 대해 저주파 교류 자기장하에서의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 X-ray 흡수 분광기(X-ray absorption spectroscopy) 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 EDS 맵핑한 결과를 보여주는 도면이다.
도 9는 DC 히스테리시스 루프를 나타낸 것이고, 도 10은 온도에 따른 자화(magnetization)를 나타낸 그래프이다.
도 11은 AC 히스테리시스 루프를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 Mg2 +의 도핑 레벨에 따른 자화(magnetization) 정도 및 비등방성에너지(anisotropy energy)를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 자성나노입자를 수용액 층으로 이동시킨 후 시간에 따른 온도변화를 나타낸 결과이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 자성나노입자와 기존에 알려진 대표적인 물질들과의 ILP 값을 비교한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 γFe2O3 에 Li+, Na+, K+, Ca2 + 를 도핑한 나노입자에 대해 저주파 교류 자기장에서의 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 16 내지 18은 본 발명의 일실시예에 따른 자성나노입자를 이용하여 생체 외(in vitro) 온열치료(hyperthermia) 테스트를 진행한 결과이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 자성나노입자를 이용하여 생체 내(in vivo) 온열치료(hyperthermia) 테스트를 진행한 결과이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 자성나노입자를 U87MG 세포 및 Hep3B 세포에서 독성 테스트한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is Mg x -γFe according to one embodiment of the present invention 2 O 3 And a method of synthesizing nanoparticles.
FIG. 2 is a graph showing the results of the measurement of Mg < RTI ID = 0.0 > 0. 13- γFe 2 O 3 It is a transmission electron microscope photograph of nanoparticles.
FIGS. 3 and 4 are views for explaining a lattice structure of magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the change in temperature was added to the low frequency alternating magnetic field in an embodiment Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a change in temperature under a low frequency alternating magnetic field with respect to a nanoparticle electron microscope photograph synthesized by a conventional technique and a photomicrograph thereof.
7 is a graph showing the X-ray absorption spectroscopy measurement result.
8 is a diagram showing the results of EDS mapping.
Figure 9 shows a DC hysteresis loop, and Figure 10 is a graph showing magnetization with temperature.
Figure 11 shows an AC hysteresis loop.
12 is a graph showing the magnetization (magnetization) and the degree of anisotropy energy (anisotropy energy) according to the doping level of Mg 2 + in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing a temperature change with time after the magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention are transferred to an aqueous solution layer.
FIG. 14 is a graph comparing ILP values of magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention with typical known materials.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the? -Fe 2 O 3 The Li +, Na +, K + , a graph showing the temperature changes in the low-frequency alternating magnetic field for a single nanoparticle doped with Ca + 2.
16 to 18 are results of in vitro hyperthermia testing using magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
19 is a result of performing in vivo hyperthermia test using magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
20 is a graph showing the results of toxicity tests of magnetic nanoparticles according to an embodiment of the present invention in U87MG cells and Hep3B cells.
이하에서는, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.
본 발명의 산화철 나노입자는 γ-Fe2O3의 Fe3 + 공공(vacancy site)에 알칼리금속이온(alkali metal ion) 또는 알칼리토금속이온(alkali earth metal ion)이 도핑되어 있는 것으로서, 생체 적합적인 저주파 자기장에서도 폭발적인 열을 발생하게 된다. 온열치료(hyperthermia)에서 일반적으로 생체 적합적인 자기장은 fappl ·Happl 이 5.0 x 109 Am-1s-1 이하의 범위이며, 보다 바람직하게는 fappl ·Happl 이 3.0 x 109 Am-1s-1 이하의 범위인데, 본 발명의 산화철 나노입자는 이러한 생체 적합적인 저주파(120Hz 이하) 자기장에서도 폭발적인 열을 발생할 수 있다. The iron oxide nanoparticles of the present invention are obtained by doping an Fe 3 + vacancy site of γ-Fe 2 O 3 with an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion, Explosive heat is generated even in a low frequency magnetic field. In general, biocompatible magnetic field in a heat treatment (hyperthermia) is appl · f H appl is 5.0 x 10 9 Am -1 s -1 in the range of, more preferably at most f appl · H appl is 3.0 x 10 9 Am - 1 s < -1 & gt ;. However, the iron oxide nanoparticles of the present invention may generate explosive heat even at such biocompatible low frequency (less than 120 Hz) magnetic field.
본 발명에서 금속이온이 도핑되어 있다는 것은 금속원자가 도핑되어 주변 원자와 이온결합을 하고 있다는 의미이며, 따라서 본 발명의 설명에서 '...금속이온이 도핑된다', '...금속원자가 도핑된다', '...금속이 도핑된다'는 것은 모두 동일한 개념으로 해석되어야 할 것이다.In the present invention, the fact that metal ions are doped means that metal atoms are doped and ion-bonded to peripheral atoms. Therefore, in the description of the present invention, 'metal ions are doped', 'metal atoms are doped ',' Metal doped 'should be interpreted as the same concept.
본 발명의 산화철 나노입자는 직류 또는 교류 자기장 모두에서 자기 발열을 하는 것은 물론이며, 바람직하게는 생체 적합적인 저주파 교류 자기장에서 이용될 수 있다.The iron oxide nanoparticles of the present invention can be used in a biocompatible low frequency alternating magnetic field, as well as self-heating in both direct current and alternating magnetic fields.
이하에서는 본 발명의 산화철 나노입자의 예로서, Mgx-γFe2O3에 대해 설명한다. Hereinafter, Mg x -? Fe 2 O 3 will be described as an example of the iron oxide nanoparticles of the present invention.
Mgx-γFe2O3는 Fe3 + 전구체와 Mg2 + 전구체가 산소가 존재하는 분위기에서 고온 열분해되어 합성되며, Mg2 +이 γ-Fe2O3의 Fe3 + 공공(vacancy site)에 도핑된 구조를 가지게 되고 생체 적합적인 저주파 교류 자기장에서도 폭발적인 열을 발생하게 된다.Mg x -Fe 2 O 3 is synthesized by pyrolysis of Fe 3 + precursor and Mg 2 + precursor at high temperature in the presence of oxygen, and Mg 2 + is synthesized in Fe 3 + vacancy site of γ-Fe 2 O 3 Doped structure and also generates explosive heat in a biocompatible low frequency alternating magnetic field.
이하에서는 Mgx-γFe2O3 (x=0.13) 의 합성과정을 설명한다(도 1 참고).Hereinafter, a synthesis process of Mg x -? Fe 2 O 3 (x = 0.13) will be described (see FIG. 1).
Mg0 .13-γFe2O3을 합성하기 위해, 마그네슘 아세테이트 테트라하이드레이트(Mg acetate tetrahydrate) 0.13 mmol, 아이언 아세틸라세토네이트(Fe acetylacetonate) 2.0 mmol, 올레산(oleic acid) 1.2 mmol의 및 벤질에테르(benzyle ether) 20 mL가 50 mL 둥근바닥 플라스크에 혼합되고 자력교반된다. 혼합반응용액은 산소와 아르곤 혼합 분위기(flow rate of ~100 mL/min)에서, 30분 동안 200℃로 가열되고(~ 8℃/min, the first ramping up rate), 50분 유지된다(결정핵 생성 단계). 그리고 혼합반응용액은 20분 동안 296℃(benzyl ether의 끓는점)로 재가열되고(5℃/min, the second ramping rate), 60분 동안 유지된다(성장 단계).To synthesize Mg 0 .13 -γFe 2 O 3, magnesium acetate tetrahydrate (Mg acetate tetrahydrate) 0.13 mmol, iron acetyl la Seto carbonate (Fe acetylacetonate) 2.0 mmol, oleic acid (oleic acid) and 1.2 mmol of benzyl ether ( benzyl ether) are mixed in a 50 mL round bottom flask and magnetically stirred. The mixed reaction solution is heated to 200 ° C for 30 minutes (~ 8 ° C / min, the first ramping up rate) and maintained for 50 minutes in an oxygen and argon mixed atmosphere (flow rate of ~ 100 mL / min) Generation step). The mixed reaction solution is reheated (5 ° C / min, the second ramping rate) to 296 ° C (boiling point of benzyl ether) for 20 minutes and maintained for 60 minutes (growth phase).
이후, 가열원을 제거하고 혼합반응용액을 실온으로 식힌다. Thereafter, the heating source is removed and the mixed reaction solution is cooled to room temperature.
에탄올과 같은 극성용매를 첨가하고 원심분리를 해서 검은색 분말이 침전 분리된다. 분리된 나노입자들은 톨루엔과 같은 비극성 용매에서 분산된다.A polar solvent such as ethanol is added and centrifuged to precipitate and separate the black powder. The separated nanoparticles are dispersed in a non-polar solvent such as toluene.
Mg0 .13-γFe2O3 에서 Mg2 + 의 도핑 레벨(X)을 조절하기 위해서는 동일한 조건에서 Fe3 + 또는 Mg2 + 전구체의 양을 다르게 한다. 예를 들어, Mg0 .10-γFe2O3 나노입자를 합성하기 위해서는 Mg acetate tetrahydrate 0.10 mmol, Fe acetylacetonate 2.0 mmol을 동일한 조건에서 사용한다.Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 In order to adjust the doping level (X) of the Mg + 2 and different from the amount of Fe 3 + or Mg 2 + precursors under the same conditions. For example, Mg 0 .10 -粒 Fe 2 O 3 To synthesize nanoparticles, 0.10 mmol of Mg acetate tetrahydrate and 2.0 mmol of Fe acetylacetonate are used under the same conditions.
상기 과정을 통해 합성된 7nm 크기의 Mg0 .13-γFe2O3 나노입자의 투과전자 현미경 이미지가 도 2에 나타나 있다. 우측 사진을 보면 결정성장 방향(400)이 관찰되며 그 간격(lattice distance)이 2.09Å이고, 결정성장 방향(200)이 관찰되고 그 간격(lattice distance)이 2.95Å인 것을 알 수 있다. 이러한 값들은 γFe2O3 의 기준 벌크 물질의 값과 동일한 값들이다. 따라서, 상기 과정을 통해 합성된 나노입자가 Mgx-γFe2O3 인 것을 증명할 수 있다.Mg 0 .13 of 7nm size synthesized by the process -γFe 2 O 3 A transmission electron microscope image of the nanoparticles is shown in FIG. In the right photograph, the
기존의 일반적인 나노입자 합성법을 적용하면 MgFe2O4 나노입자(Mg2 +이온이 Fe3O4 나노입자에 도핑됨)가 합성된다.Applying the conventional synthesis method of nanoparticles, MgFe 2 O 4 Nanoparticles (Mg 2 + ions are doped into Fe 3 O 4 nanoparticles) are synthesized.
MgCl2 1.0 mmol 과 Fe(acac)3 2.0 mmol 이 디벤질에테르(dibenzyl ether)에 계면활성제(올레산(oleic acid) 및 올레이라민(oleylamine))가 들어 있는 100 mL 3구 둥근바닥 플라스크에 넣어진다. 1,2-hexadecandiol 10.0 mmol이 환원제로 사용된다.1.0 mmol of MgCl 2 and 2.0 mmol of Fe (acac) 3 are added to a 100 mL 3-neck round bottom flask containing a surfactant (oleic acid and oleylamine) in dibenzyl ether. 10.0 mmol of 1,2-hexadecandiol is used as the reducing agent.
혼합용액은 아르곤 분위기에서 25분 동안 200℃로 가열되고 60분 동안 유지된다(결정핵 생성 단계).The mixed solution is heated to 200 DEG C for 25 minutes in an argon atmosphere and held for 60 minutes (nucleation step).
그리고, 혼합용액은 30분 동안 296℃(benzyl ether의 끓는점)로 다시 가열되고, 60분 동안 유지된다. 가열원을 제거한 후 반응물을 실온까지 식힌다.The mixed solution is then heated again to 296 ° C (boiling point of the benzyl ether) for 30 minutes and held for 60 minutes. After removing the heating source, cool the reaction to room temperature.
에탄올을 첨가하고 원심분리를 통해 침전된 검은색 분말이 얻어지며, 얻어진 MgFe2O4 나노입자는 톨루엔과 같은 비극성 용매에서 분산된다.Ethanol is added and the black powder precipitated through centrifugation is obtained, and the obtained MgFe 2 O 4 nanoparticles are dispersed in a non-polar solvent such as toluene.
기존 나노입자 합성시 크기 제어 인자로 올레산과 올레이라민 2가지를 사용하고 있는데 올레이라민의 경우 환원력이 있어서 γFe2O3 를 Fe3O4로 바꿀 수 있다.In the synthesis of existing nanoparticles, oleic acid and oleylamine are used as size control factors. In the case of oleylamine, there is a reducing power, and γFe 2 O 3 can be changed to Fe 3 O 4 .
올레이라민이 산화철 나노입자를 합성하는데 많이 사용되기 때문에, 올레산 대신에 올레이라민을 가지고 실험을 해보고 계면활성제로서의 기능을 조사해 보았다. 그러나, 올레이라민을 이용해 합성된 나노입자는 자기발열현상이 MFe2O4 (M = Fe3+, Co2 +, Ni2 +, Mg2 +) 나노입자와 유사하게 나타났다. 이는 Fe3 +가 Fe2 +로 환원되어 Fe3O4 격자로 만들어진 것으로 파악된다.Since oleylamine is widely used to synthesize iron oxide nanoparticles, we have conducted experiments with oleylamine instead of oleic acid and investigated its function as a surfactant. However, the nanoparticles synthesized using the Olay lamin were to self-
본 발명의 산화철 나노입자인 Mgx-γFe2O3 는 γFe2O3 에서 Fe3 + 공공(vacancy site)에 Mg2 +이 도핑된 것이다.The iron oxide nanoparticles of the present invention, Mg x -? Fe 2 O 3 Is γFe 2 O 3 In which Fe 3 + vacancy site is doped with Mg 2 + .
γFe2O3는 Fe3O4와는 다르게 약 11% 정도의 금속원자가 비어 있는 공간(vacancy site)이 존재한다(도 3 참고). 이런 이유는 산소가 있는 분위기에서 합성할 경우 Fe3O4가 Fe2O3로 변하게 되는데, 이 경우 Fe3O4에 존재하는 Fe2 + 이온이 Fe3 + 이온으로 산화하게 되면서 확산하게 되며, 그러면서 생긴 빈 공간이 산화된 물질인 Fe2O3에 존재하기 때문이다. 본 발명에 따른 산화철 나노입자를 합성하기 위해서는 산화가 필요하며, 따라서 산소가 있는 분위기에서 합성하거나 산화제를 이용할 수 있다. 실제 합성에서는 반응의 안정성을 위하여 산소와 아르곤 혼합분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다.Unlike Fe 3 O 4 , γFe 2 O 3 has a vacancy site of about 11% of metal vacancies (see FIG. 3). This is because when Fe 3 O 4 is synthesized in an oxygen atmosphere, Fe 2 O 3 changes into Fe 2 O 3. In this case, the Fe 2 + ion existing in Fe 3 O 4 is oxidized to Fe 3 + This is because the vacant space formed is present in the oxidized material Fe 2 O 3 . In order to synthesize the iron oxide nanoparticles according to the present invention, oxidation is required, and therefore, they can be synthesized in an oxygen-containing atmosphere or an oxidizing agent can be used. In actual synthesis, it is preferable that the reaction is performed in a mixed atmosphere of oxygen and argon for the stability of the reaction.
이러한 빈 공간에 알칼리 금속 또는 알칼리토금속이 도핑되는 경우 자기적 성질(magnetic properties)이 바뀌게 되는데, 특히 자기적 민감도(magnetic susceptibility)가 변하게 되고 교류 연자성(AC magnetic softness)이 바뀌면서 저주파 교류 자기장에도 반응하게 되어 자체 발열을 하게 되는 것이다(도 4 참고).When such an empty space is doped with an alkali metal or an alkaline earth metal, the magnetic properties are changed. Especially, when the magnetic susceptibility is changed and the AC magnetic softness is changed, the low frequency alternating magnetic field (See FIG. 4).
반면에 전이금속(transition metal, Zn, Fe, Mn, Co, Ni 등)의 경우는 이와 다르게 빈 공간(vacancy site) 옆에 자리 잡은 팔면체공간(octahedral site, Oh)과 사면체공간(tetrahedral site, Th) 자리에 있는 Fe3 +과 자리를 치환하는 것이 열역학적 에너지적으로 유리하며, 이는 결국 전체 자기적 성질(net magnetic properties)을 감소시키고 저주파 교류 자기장에 반응하지 않게 된다(도 3 및 도 4 참고).On the other hand, the transition metal (transition metal, Zn, Fe, Mn, Co, Ni , etc.) Alternatively an empty space (vacancy site) situated octahedral space next (octahedral site, O h) For the tetrahedral space (tetrahedral site, It is thermodynamically and energetically advantageous to substitute Fe 3 + in the T h ) site, which in turn reduces net magnetic properties and does not respond to low frequency alternating magnetic fields (FIGS. 3 and 4 Reference).
본 발명의 산화철 나노입자는 γFe2O3에 알칼리금속(alkali metal) 또는 알칼리토금속(alkali earth metal)이 Fe3 + 공공(vacancy site)에 도핑되는 것이다. 본 발명에서 도핑되는 금속은 알칼리금속이나 알칼리토금속이면 모두 해당될 수 있으며, 바람직하게는 알칼리금속은, 리튬(Li), 나트륨(Na) 또는 칼륨(K)이고, 알칼리토금속은, 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)이다.The iron oxide nanoparticles of the present invention are such that alkali metal (alkali metal) or alkali earth metal is doped in Fe 3 + vacancy site to? Fe 2 O 3 . Preferably, the alkali metal is lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K), and the alkaline earth metal is magnesium (Mg) Or calcium (Ca).
또한, 본 발명의 산화철 나노입자는 1종 이상의 알칼리금속 또는 알칼리토금속이 도핑될 수도 있으며, 바람직하게는 도핑되는 금속이온이 Li+, Na+, K+, Mg2 + 또는 Ca2+으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상이 선택된 것일 수 있다.The iron oxide nanoparticles of the present invention may also be doped with at least one alkali metal or alkaline earth metal. Preferably, the metal ions to be doped are Li + , Na + , K + , Mg 2 + or Ca 2+ May be selected.
본 발명의 산화철 나노입자는, fappl ·Happl 이 3.0 x 109 Am-1s-1 이하의 생체 적합적 교류 자기장에서도 다량의 열을 방출할 수 있으며, fappl ·Happl < 1.8 x 109 Am-1s-1(fappl <120 KHZ, Happl < 15.12 KA/m) 이하의 교류 자기장에서 ILP (Intrinsic Loss Power)가 13.5 ~ 14.5 nHm2/Kg이다.Iron oxide nanoparticles of the present invention, f appl · H appl is 3.0 x 10 9 Am -1 s -1 in the alternating magnetic field of biocompatible or less and can radiate a large amount of heat, f appl · H appl <1.8 x 10 9 Am -1 s -1 (f appl <120 KHZ, H appl <15.12 KA / m) is a 13.5 ~ 14.5 nHm 2 / Kg ILP (Intrinsic Loss Power) in the alternating magnetic field below.
또한 본 발명의 산화철 나노입자는 Mx-γFe2O3 (M = Li, Na, K, Mg, and Ca) 이고, 금속의 도핑량에 따라 X 값이 달라질 수 있는데, 상기 X는 0.00 < X ≤ 0.30 이며, 바람직하게는 0.10 ≤ X ≤ 0.25 이며, 가장 바람직하게는 0.10 ≤ X ≤ 0.20 이다. In addition, the iron oxide nanoparticles of the present invention can be obtained by using M x -? Fe 2 O 3 (M = Li, Na, K, Mg, and Ca), and the value of X may vary depending on the doping amount of the metal. The value of X is 0.00 <X? 0.30, preferably 0.10? X? 0.25, Preferably, 0.10? X? 0.20.
본 발명의 산화철 나노입자는 그 크기가 약 7 nm ~ 13 nm이나 이에 제한되는 것은 아니며 나노 스캐일에서 다양한 크기로 제조될 수 있다.The iron oxide nanoparticles of the present invention have a size of about 7 nm to 13 nm, but the present invention is not limited thereto. The nanoparticles can be produced in various sizes in a nanoscale.
도 5는 본 발명의 실시예인 Mg0 .13-γFe2O3에 저주파 교류 자기장(fappi = 110 kHz, Happi = 140 Oe)을 가하고 시간에 따른 온도변화를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, Mg2 + 이온의 도핑량이 0.13인 Mg0 .13-γFe2O3일 경우 저주파 교류 자기장에서 약 180℃까지 온도가 상승하는 것을 알 수 있다. 반면에, 기존 방식인 아르곤(Ar) 분위기에서 합성한 MgFe2O4 나노입자(Mg2 +이 Fe3O4에 도핑된 형태)의 경우 저주파에서 거의 열방출 효과가 없는 것을 알 수 있다.5 is added to the low frequency alternating magnetic field (appi f = 110 kHz, appi H = 140 Oe) in the embodiment of Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 of the present invention illustrating a temperature change with time. As shown, it can be seen that the temperature rises, the amount of doping of Mg 2 + ions in the case of 0.13 Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 at low frequency alternating magnetic field to about 180 ℃. On the other hand, MgFe 2 O 4 nanoparticles (Mg 2 + doped with Fe 3 O 4 ) synthesized in the conventional argon (Ar) atmosphere have almost no heat release effect at low frequencies.
도 6은 종래 기술로 합성한 나노입자에 대해 동일한 조건의 저주파 교류 자기장(fappi = 110 kHz, Happi = 140 Oe) 하에서 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 것이다. 종래 알려진 아르곤(Ar) 분위기에서 합성된 CoFe2O4, Fe3O4, MnFe2O4, NiFe2O4 나노입자의 경우 거의 열방출 효과가 없음을 알 수 있다. CoFe2O4, Fe3O4, MnFe2O4, NiFe2O4 는 Co2 +, Fe2 +, Mn2 +, Ni2 + 이온이 γ-Fe2O3가 아닌 Fe3O4에 도핑된 구조이다.6 shows temperature changes with time in a low frequency alternating magnetic field (f appi = 110 kHz, H appi = 140 Oe) under the same conditions for the nanoparticles synthesized in the prior art. It can be seen that CoFe 2 O 4 , Fe 3 O 4 , MnFe 2 O 4 , and NiFe 2 O 4 nanoparticles synthesized in a conventionally known argon (Ar) atmosphere have almost no heat release effect. CoFe 2 O 4 , Fe 3 O 4 , MnFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 Is a structure in which Co 2 + , Fe 2 + , Mn 2 + , and Ni 2 + ions are doped in Fe 3 O 4 rather than γ-Fe 2 O 3 .
도 7은 X-ray 흡수 분광기(X-ray absorption spectroscopy) 측정 결과를 나타낸 것이다. 퓨리에 변환을 한 우측 그래프를 보면, MgFe2O4 나노입자와 벌크 Fe3O4의 피크는 유사하게 나타나고 있으며, Mg0 .13-γFe2O3 나노입자의 경우는 γFe2O3의 피크와 유사한 것을 알 수 있다. 따라서, 이 결과로부터 종래 기술로 합성된 MgFe2O4 나노입자는 마그네타이트(magnetite(Fe3O4)) 구조에 Mg2 + 이 도핑된 것이며, 본 발명에 의한 Mg0 .13-γFe2O3 나노입자는 마그헤마이트(maghemite(γFe2O3)) 구조에 Mg2 + 이 도핑된 것임을 알 수 있다. FIG. 7 shows the X-ray absorption spectroscopy measurement result. The right graph of the Fourier transform shows that peaks of MgFe 2 O 4 nanoparticles and bulk Fe 3 O 4 are similar, and Mg 0 .13 -粒 Fe 2 O 3 For the nanoparticles can be seen that, similar to the γFe 2 O 3 peaks. Therefore, from the above results, MgFe 2 O 4 nanoparticles synthesized according to the prior art are Mg 2 + -doped in the magnetite (Fe 3 O 4 ) structure, and Mg 0 .13 -γ Fe 2 O 3 nanoparticles can be seen Marg H. mite (maghemite (γFe 2 O 3) ) in the structure that the Mg 2+ doping.
도 8은 X-선 미소 분석(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS)법을 이용해 Mg0.13-γFe2O3 나노입자들을 맵핑한 결과이며, γFe2O3 주변에 Mg2 + 이 분산되어 있는 것을 알 수 있다.8 is a mapping result of Mg 0.13 -? Fe 2 O 3 nanoparticles using an energy dispersive spectroscopy (EDS) method, and γFe 2 O 3 Around It can be seen that Mg 2 + is dispersed.
도 9는 DC 히스테리시스 루프를 보여주고 것이고, 도 10은 온도에 따른 자화(magnetization)를 나타낸 그래프이다. 이것에 의해, 본 발명에 따른 Mgx-γFe2O3은 초상자성(superparamagnetic)을 갖고 있다는 것이 증명될 수 있다.Figure 9 shows a DC hysteresis loop, and Figure 10 is a graph showing magnetization with temperature. Thus, it can be proved that Mg x -? Fe 2 O 3 according to the present invention has a superparamagnetic property.
도 11은 AC 히스테리시스 루프를 나타낸 것이다. 히스테리시스 곡선의 면적이 넓어질수록 교류 자기장에서 열을 많이 방출할 수 있는 것인데(a large AC magnetic softness), Mgx-γFe2O3 (x = 0.13) 나노입자가 MgFe2O4 나노입자나 Fe3O4 보다 넓은 면적을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 이로써 본 발명의 따른 Mgx-γFe2O3나노입자가 높은 열방출 현상을 나타낸다는 것을 증명할 수 있다.Figure 11 shows an AC hysteresis loop. As the area of the hysteresis curve increases, a large AC magnetic softness can be generated in the alternating magnetic field, and Mg x -γ Fe 2 O 3 (x = 0.13) nanoparticles have a larger area than MgFe 2 O 4 nanoparticles or Fe 3 O 4 . Thus, it can be proved that the Mg x -? Fe 2 O 3 nanoparticles according to the present invention exhibit a high heat emission phenomenon.
도 12는 Mg2 +의 도핑 레벨에 따른 자화(magnetization) 정도 및 자기이방성 에너지(magnetic anisotropy energy)를 나타내는 그래프이다. Mgx-γFe2O3 나노입자 중 X=0. 0.05, 0.10, 0.13, 0.15에 대해서 계산한 값들을 나타낸 것이다. 이에 의하면, 0.05 ≤ X ≤ 0.15에서 많은 열방출 효과가 있는 것으로 나타났으며, 이론적으로 X=0.13 일 경우 가장 큰 열을 방출하며, 이는 실험적인 결과와 일치하는 것을 알 수 있다.12 is a graph showing the magnetization (magnetization) and the degree of magnetic anisotropy energy (magnetic anisotropy energy) according to the doping level of Mg + 2. Mg x -? Fe 2 O 3 X = 0 in the nanoparticles. 0.05, 0.10, 0.13, and 0.15, respectively. According to this, it is shown that there is a lot of heat emission effect at 0.05 ≤ X ≤ 0.15, and theoretically, when X = 0.13, it emits the greatest heat, which is consistent with experimental results.
도 13은 본 발명의 산화철 나노입자를 수용액 층으로 이동시킨 후 시간에 따른 온도변화를 나타낸 결과이다. 도 13에 의하면, 톨루엔, 에탄올, 물 모두에서 ILP(intrinsic loss power)값이 약 14 nHm2/Kg 정도가 나오는 것을 확인할 수 있다.FIG. 13 shows the results of temperature changes with time after the iron oxide nanoparticles of the present invention were transferred to an aqueous solution layer. 13, intrinsic loss power (ILP) values of about 14 nHm 2 / Kg are obtained in toluene, ethanol, and water.
도 14는 기존에 알려진 대표적인 물질들과의 ILP 값을 비교한 그래프이다. 도 14에 의하면, 일반 Fe3O4 나노입자에 비해 ILP 값이 약 100배 정도 증가된 값을 보이는 것을 확인할 수 있다.Figure 14 is a graph comparing ILP values with representative known materials. FIG. 14 shows that the ILP value is increased by about 100 times as compared with the conventional Fe 3 O 4 nanoparticles.
도 15는 γFe2O3 에 Li+, Na+, Ka+, Ca2 + 를 도핑한 산화철 나노입자에 대해 저주파 교류 자기장(fappl = 110 kHz, Happl = 140 Oe)에서의 온도변화를 나타낸 그래프이다. Li0 .15-γFe2O3 , Na0 .20-γFe2O3 , K0.18-γFe2O3 , Ca0 .18-γFe2O3 모두에서 높은 온도로 상승하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 산화철 나노입자는 γFe2O3에 Mg 뿐만 아니라 다른 알칼리금속 또는 알칼리토금속을 도핑하는 경우에도 모두 저주파 교류 자기장에서 높은 자가 발열을 하는 것을 확인할 수 있다.15 is γFe 2 O 3 The Li +, Na +, Ka + , a graph showing the temperature changes in the low-frequency alternating magnetic field (f appl = 110 kHz, H appl = 140 Oe) for the iron oxide nano-particles doped with Ca 2 +. .20 Li 0 .15 -γFe 2 O 3 , Na 0 -γFe 2
도 16 은 Mg0 .13-γFe2O3 나노입자를 U87MG 세포에 넣어서 생체 외(in vitro) 온열치료(hyperthermia) 테스트를 진행한 결과이다. Figure 16 Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 The result of in vitro hyperthermia testing of the nanoparticles in U87MG cells.
U87MG 세포는 세포 유입을 위해 Mg0 .13-γFe2O3 나노유체와 조영제인 레조비스트(resovist) 700 ㎍/mL에서 배양되었다. 세포는 교류 자기코일에서 1500초 동안 fappl = 99 kHz, Happl = 155 Oe (Happlfappl = 1.22 x 109 Am-1s- 1)의 자기장이 인가되었다. 도 16의 오른쪽 그래프를 보면, Mg0 .13-γFe2O3 나노유체는 조영제 온도(37.5℃)보다 매우 높은 온도(63.5℃ )로 상승된 것을 확인할 수 있다. U87MG cells Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 for cell influx Nanofluids and the contrast medium resovist (700 ㎍ / mL). The magnetic field was applied to the cells in an alternating magnetic coil for 1500 s at f appl = 99 kHz and H appl = 155 Oe (H appl appl appl = 1.22 × 10 9 Am -1 s - 1 ). In the right graph of Fig. 16, Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 It can be seen that the nanofluid is elevated to a temperature (63.5 ° C) which is much higher than the contrast agent temperature (37.5 ° C).
테스트 결과를 나타내는 도 17을 보면, 우측 사진에서 모든 암세포들이 괴사된 것을 확인할 수 있다. 보다 상세하게는 48℃의 온도에서 75%가 괴사하였고, 63.5℃에서 완전히 괴사된 것을 확인하였다. 이로써, 본 발명에 따른 나노입자의 생체적 활용성이 증명되었다.17 showing the test results, it can be seen that all the cancer cells are necrotic in the right photograph. More specifically, 75% of the cells were necrosed at a temperature of 48 ° C and completely necrosed at 63.5 ° C. Thus, the bioavailability of the nanoparticles according to the present invention has been demonstrated.
반면에, 도 18은 조영제 레조비스트(resovist) 만으로 처리된 세포에 대한 테스트 결과를 보여주는 사진인데, 변형되거나 위축된 세포가 관찰되지 않았다. 따라서, 세포의 생존도(viability)가 온열치료에 전적으로 의존하는 것임을 알 수 있다.Figure 18, on the other hand, is a photograph showing the results of a test on cells treated with the contrast agent resovist alone, but no deformed or atrophied cells were observed. Thus, it can be seen that the viability of the cells depends entirely on the hyperthermia treatment.
도 19는 생체 내(in vivo)에서 진행한 온열치료(hyperthermia) 결과들을 나타낸 것이다.Figure 19 shows hyperthermia results in vivo.
소동물 광학영상(bioluminescence imaging, BLI)을 위하여, 루시페라제(luciferase)에 감염된 Hep3B 세포를 실험용 쥐(cancer-xenograft model) 피하에서 자라게 했다.For bioluminescence imaging (BLI), Hep3B cells infected with luciferase were grown under the cancer-xenograft model.
쥐의 암세포에 11.5 ㎍/㎕ Mg0 .13-γFe2O3 나노유체 100㎕를(~ 1000 mm3)주입하고, 암세포와 창자에 광학온도측정기(optical thermometers)를 장착해 온도를 모니터링하였다.11.5 ㎍ / ㎕ on cancer cells of the rat Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 100 μl of nanofluid (~ 1000 mm 3 ) was injected and temperature was monitored by mounting optical thermometers on cancer cells and intestines.
비교를 위하여, 쥐에 레조비스트와 생리식염수를 각각 주입하였다.For comparison, rats were injected with Resorvist and saline, respectively.
쥐를 교류 자기코일에서 교류 자기장(fappl = 99 kHz, Happl = 155 Oe, Happlfappl = 1.22 x 109 Am-1s- 1)에 900초 동안 노출시켰다.Alternating magnetic field to the magnetic coil from the AC rat - were exposed for 900 seconds to (f appl = 99 kHz, H appl = 155 Oe, H appl f appl = 1.22 x 10 9 Am -1 s 1).
쥐의 창자와 레조비스트가 주입된 Hep3B는 34℃에서 36.37 oC와 37.14 oC로 각각 온도가 조금 증가하였으나, Mg0 .13-γFe2O3 나노유체가 주입된 Hep3B는 온도가 빠르게 증가하여 ~ 50.2 oC(열소작요법 온도(Thermoablation temperature))에 이르렀다.Hep3B the intestines of rats and resorcinol Beast injection but at 34 ℃ to 36.37 and 37.14 o C o C the temperature is slightly increased, respectively, Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 The nanofluid injected Hep3B rapidly increased in temperature to ~ 50.2 ° C (thermoablation temperature).
초기와 2일 후와 7일 후 영상을 비교한 결과, 2일 후부터 Mg0 .13-γFe2O3 나노유체가 주입된 모델에서는 BL-intensity가 나타나지 않았으나, 생리식염수와 레조비스트가 주입된 모델에서는 BL-intensity가 여전히 나타났다.Comparison of the initial and 2 days after and 7 days after the image, two days after Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 BL-intensity did not appear in the nanofluid-injected model, but BL-intensity was still present in the model with saline and resorubist injection.
BL-intensity가 없다는 것은 Mg0 .13-γFe2O3로 인하여 암세포가 완전히 괴사하여 사멸하였다는 것을 의미한다.The absence of BL-intensity means that due to the Mg 0 .13 -γFe 2 O 3 is a cancer cell apoptosis was completely necrotic.
도 20은 U87MG 세포 및 Hep3B 세포에서의 독성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다. 두 세포에서의 독성 테스트 결과 300 ㎍/mL 까지 독성이 거의 없는 것으로 나타났다.20 is a graph showing the results of toxicity test on U87MG cells and Hep3B cells. Toxicity tests in both cells showed little toxicity to 300 ㎍ / mL.
전술한 바와 같이, 생체 외(in vitro)와 생체 내(in vivo) 실험에서 모두 암세포 치료가 가능하다는 것을 증명하였다. 따라서, 본 발명의 산화철 나노입자는 임상도 가능하다.As described above, both in vitro and in vivo experiments have demonstrated that cancer cell therapy is possible. Therefore, the iron oxide nanoparticles of the present invention can be clinically applied.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, an optimal embodiment has been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms have been employed herein, they are used for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180089529A KR20190010509A (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Iron Oxide Nanoparticle doped with alkali metal or alkali earth metal capable of huge self-heating in the biocompatible magnetic field and Preparation Method therof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180089529A KR20190010509A (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Iron Oxide Nanoparticle doped with alkali metal or alkali earth metal capable of huge self-heating in the biocompatible magnetic field and Preparation Method therof |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170092955A Division KR102147451B1 (en) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | Iron Oxide Nanoparticle doped with alkali metals or alkali earth metals capable of gigantic self-heating in the biocompatible magnetic field and Preparation Method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190010509A true KR20190010509A (en) | 2019-01-30 |
Family
ID=65277241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180089529A KR20190010509A (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Iron Oxide Nanoparticle doped with alkali metal or alkali earth metal capable of huge self-heating in the biocompatible magnetic field and Preparation Method therof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20190010509A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220113125A (en) * | 2021-02-05 | 2022-08-12 | 광주과학기술원 | Magnetic nanocomposite based on biodegradable polymer and manufacturing method thereof |
CN115092969A (en) * | 2022-07-12 | 2022-09-23 | 淮北师范大学 | Amorphous/crystalline phase hybrid gamma-Fe 2 O 3 Preparation method of nano-sheet electromagnetic wave absorbing material |
-
2018
- 2018-07-31 KR KR1020180089529A patent/KR20190010509A/en active Application Filing
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220113125A (en) * | 2021-02-05 | 2022-08-12 | 광주과학기술원 | Magnetic nanocomposite based on biodegradable polymer and manufacturing method thereof |
CN115092969A (en) * | 2022-07-12 | 2022-09-23 | 淮北师范大学 | Amorphous/crystalline phase hybrid gamma-Fe 2 O 3 Preparation method of nano-sheet electromagnetic wave absorbing material |
CN115092969B (en) * | 2022-07-12 | 2024-01-09 | 中国矿业大学 | Amorphous/crystalline phase hybridized gamma-Fe 2 O 3 Preparation method of nanosheet electromagnetic wave absorbing material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102147451B1 (en) | Iron Oxide Nanoparticle doped with alkali metals or alkali earth metals capable of gigantic self-heating in the biocompatible magnetic field and Preparation Method thereof | |
Fotukian et al. | Solvothermal synthesis of CuFe2O4 and Fe3O4 nanoparticles with high heating efficiency for magnetic hyperthermia application | |
Patade et al. | Self-heating evaluation of superparamagnetic MnFe2O4 nanoparticles for magnetic fluid hyperthermia application towards cancer treatment | |
Dey et al. | Improvement of drug delivery by hyperthermia treatment using magnetic cubic cobalt ferrite nanoparticles | |
Shaw et al. | Stabilization of temperature during magnetic hyperthermia by Ce substituted magnetite nanoparticles | |
Behdadfar et al. | Synthesis of aqueous ferrofluids of ZnxFe3− xO4 nanoparticles by citric acid assisted hydrothermal-reduction route for magnetic hyperthermia applications | |
Jadhav et al. | Study of structural and magnetic properties and heat induction of gadolinium-substituted manganese zinc ferrite nanoparticles for in vitro magnetic fluid hyperthermia | |
Maity et al. | Novel synthesis of superparamagnetic magnetite nanoclusters for biomedical applications | |
Ansari et al. | Effect of R3+ (R= Pr, Nd, Eu and Gd) substitution on the structural, electrical, magnetic and optical properties of Mn-ferrite nanoparticles | |
Ansari et al. | Copper‐substituted spinel Zn‐Mg ferrite nanoparticles as potential heating agents for hyperthermia | |
KR20190010509A (en) | Iron Oxide Nanoparticle doped with alkali metal or alkali earth metal capable of huge self-heating in the biocompatible magnetic field and Preparation Method therof | |
KR20100074821A (en) | The preparation method of engineered superparamagnetic magnesium ferrite and its biomedical use | |
Nahar et al. | Surface-modified CoFe2O4 nanoparticles using Folate-Chitosan for cytotoxicity Studies, hyperthermia applications and Positive/Negative contrast of MRI | |
Patade et al. | Synthesis and characterizations of magnetically inductive Mn–Zn spinel ferrite nanoparticles for hyperthermia applications | |
Aisida et al. | Microstructural and magneto-optical properties of Co1-xNix Fe2O4 nanocomposites for hyperthermia applications | |
Kim et al. | Heating of Aqueous Dispersions Containing ${\hbox {MnFe}} _ {2}{\hbox {O}} _ {4} $ Nanoparticles by Radio-Frequency Magnetic Field Induction | |
Sarma et al. | Synthesis and characterization of tea polyphenol–coated magnetite nanoparticles for hyperthermia application | |
Peng et al. | Microwave absorbing Fe3O4@ mTiO2 nanoparticles as an intelligent drug carrier for microwave-triggered synergistic cancer therapy | |
Kamzin et al. | Study of Co 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 nanoparticles for magnetic hyperthermia | |
Peng et al. | A simple approach for the synthesis of bi-functional Fe3O4@ WO3− x core–shell nanoparticles with magnetic-microwave to heat responsive properties | |
ES2662962T3 (en) | Procedure for the production of submicron particles and their therapeutic use in oncology with a specific device | |
JP2008143882A (en) | Heat generating nanoparticles for thermotherapy | |
Sharma et al. | A review on nanoferrites in biomedical applications | |
Sharifi et al. | A Simple thermal decomposition method for synthesis of Co0. 6Zn0. 4Fe2O4 magnetic nanoparticles | |
KR101280808B1 (en) | Ferrite-based superparamagnetic nanoparticle having ultra high ac magnetically-induced heat generation ability and high specific loss power, preparation method thereof, and thermoablation agent comprising same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A107 | Divisional application of patent |