WO2014038829A1 - 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법 및 선택적 활성화되는 자성 나노 입자 - Google Patents

자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법 및 선택적 활성화되는 자성 나노 입자 Download PDF

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김상국
이제현
이하연
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서울대학교 산학협력단
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    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance

Definitions

  • the technical idea of the present invention relates to an activation method, and more particularly, to a selective activation method using magnetic properties of magnetic nanoparticles and magnetic nanoparticles selectively activated by the method.
  • drug delivery is a technology that treats a disease by directly or indirectly delivering the drug to the affected area without spreading it into the body, thereby preventing side effects that may be caused by the drug acting on a healthy site. It is also a technology that can significantly reduce the amount of the drug compared to the general method.
  • anticancer drugs in order to be used in the clinic, not only the effect should be effective on the cancer cells, but also the low toxicity and excellent stability and solubility. Many new drugs have failed clinically during development because they have a reason for disqualification in one or more of these requirements. Since drug delivery systems can escape from problems such as toxicity to healthy cells, they have been intensively studied recently.However, current technologies cannot combine two or more drugs at different time intervals. Impossible delivery is absolutely dependent on the performance of each drug.
  • the technical problem of the present invention is to provide a method for selectively activating magnetic nanoparticles having a magnetic swirl structure.
  • the technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide magnetic nanoparticles which are selectively activated by the above method and have a magnetic vortex structure.
  • a method for selectively activating magnetic nanoparticles comprising: providing magnetic nanoparticles having a magnetic swirl structure; Applying a first magnetic field to the magnetic nanoparticles such that the magnetic nanoparticles have a resonance frequency; And applying the second magnetic field having the resonance frequency to the magnetic nanoparticles to activate the magnetic nanoparticles.
  • the first magnetic field may be a direct current magnetic field.
  • the first magnetic field may be applied in the same direction as the magnetic vortex core of the magnetic nanoparticles.
  • the second magnetic field may be an alternating magnetic field.
  • the second magnetic field may be applied in a direction having a predetermined angle with a direction in which the first magnetic field is applied.
  • the resonance frequency of the magnetic nanoparticles may vary depending on the size of the first magnetic field.
  • the resonance frequency of the magnetic nanoparticles may vary depending on the size of the magnetic nanoparticles.
  • the magnetic nanoparticles may have a diameter in the range of 40 nm to 150 nm.
  • the magnetic nanoparticles are Permalloy (Ni 80 Fe 20 ), Maghemite ( ⁇ -Fe 2 O 3 ), Magnetite ( ⁇ -Fe 3 O 4 ), Barium Ferrite (Ba x Fe y O z ; x y, z may be at least one of any composition) and CoFe 2 O 4 .
  • a method of selectively activating magnetic nanoparticles comprising: providing first magnetic nanoparticles and second magnetic nanoparticles each having a magnetic swirl structure; The first and second magnetic nanoparticles may have a first magnetic field such that the first magnetic nanoparticle has a first resonance frequency and the second magnetic nanoparticle has a second resonance frequency different from the first resonance frequency. Applying to; And selectively activating the first magnetic nanoparticles by applying a second magnetic field having the first resonance frequency to the first and second magnetic nanoparticles.
  • the method may further include selectively activating the second magnetic nanoparticles by applying a third magnetic field having the second resonant frequency to the first and second magnetic nanoparticles. can do.
  • the magnetic nanoparticles selectively activated according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem are activated by the above-described selective activation method, have a magnetic vortex structure, the value obtained by dividing the resonance frequency by an external magnetic field is its size It can be changed according to.
  • the magnetic nanoparticle having the magnetic vortex structure may be selectively activated by applying an external magnetic field having a corresponding resonance frequency.
  • the selective activation method of the magnetic nanoparticles can be applied to contrast agents, drug carriers, thermotherapy agents, temperature sensors, and the like.
  • the magnetic nanoparticles may be induced to move to the affected part, and the position of the magnetic nanoparticles may be specified by using a magnetic particle imaging (MPI) device.
  • MPI magnetic particle imaging
  • thermal therapy, imaging (MPI), diagnosis, drug delivery, and gene delivery may be performed by activating magnetic nanoparticles by applying a magnetic field of a resonant frequency.
  • the size of the contrast agent By applying an external magnetic field of resonant frequency that can selectively activate only magnetic nanoparticles of the corresponding size to the target organ of the desired human body, the drug can be delivered to a specific human organ without using a special labeling molecule.
  • the drug may be controlled to be selectively released from a specific organ through dissolution of the drug carrier by a specific frequency.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method (S100) of selectively activating magnetic nanoparticles according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method (S200) of selectively activating magnetic nanoparticles according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing magnetic nanoparticles having a magnetic swirl structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a change in magnetic vortex structure according to the size of magnetic nanoparticles.
  • FIG. 5 is a graph showing the change in the magnetization intensity in the Z-direction with respect to the distance in the Y-direction from the center according to the size of the magnetic nanoparticles.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the magnetic field according to the size of the magnetic nanoparticles.
  • FIG. 7 is a graph showing the strength of the drift magnetic field with respect to the distance from the surface of the magnetic nanoparticles according to the size of the magnetic nanoparticles.
  • FIG. 8 is a graph showing the intensity of the drift magnetic field according to the size of the magnetic nanoparticles with respect to the normalized distance from the surface of the magnetic nanoparticles.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the magnetization behavior of magnetic nanoparticles with respect to an applied external magnetic field.
  • FIG. 10 is a graph showing the magnetization strength of the magnetic nanoparticles in the direction of the external magnetic field with respect to the external magnetic field according to the size of the magnetic nanoparticles.
  • FIG. 11 is a graph illustrating a change in resonance frequency according to the size of magnetic nanoparticles with respect to an external static magnetic field.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an exemplary method of applying a direct current field and an alternating current magnetic field to the magnetic nanoparticles in order to examine the resonance with respect to the magnetic field applied to the magnetic nanoparticles.
  • FIGS. 14 are graphs illustrating resonance of magnetic nanoparticles according to the size of magnetic nanoparticles when an alternating magnetic field having a different frequency is applied.
  • 15 is a schematic diagram illustrating a drug carrier using a method of selectively activating magnetic nanoparticles.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method (S100) of selectively activating magnetic nanoparticles according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the method for selectively activating magnetic nanoparticles may include providing magnetic nanoparticles having a magnetic vortex structure (S110); Applying a first magnetic field to the magnetic nanoparticles such that the magnetic nanoparticles have a resonance frequency (S120); And applying a second magnetic field having the resonance frequency to the magnetic nanoparticles to activate the magnetic nanoparticles (S130).
  • the first magnetic field may be a direct current magnetic field.
  • the direct current magnetic field may be in a range that does not change the magnetic vortex structure of the magnetic nanoparticles.
  • the direct current magnetic field may be several Oe to It may range from several hundred Oe, for example 10Oe to 300Oe.
  • the shape and material of the magnetic nanoparticles and the range of the direct current magnetic field are exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
  • the size of the magnetic nanoparticles is increased, the size of the allowable first magnetic field may be increased. This will be described in detail below with reference to FIG. 10.
  • the first magnetic field may be applied in the same direction as the magnetic vortex core 120 (see FIG. 3) of the magnetic nanoparticles.
  • the second magnetic field may be an alternating magnetic field.
  • the second magnetic field may be applied in a direction having a predetermined angle with a direction in which the first magnetic field is applied, and the predetermined direction may be vertical.
  • the magnetic nanoparticles may have a size in the range having a magnetic vortex structure, for example, in the case of a spherical permalloy alloy (Permalloy, Ni 80 Fe 20 ) in the range of several tens of nm to several hundred nm, for example, 40 nm to 200 nm It may be a sphere having a diameter of.
  • a spherical permalloy alloy Permalloy, Ni 80 Fe 20
  • the size and shape of the magnetic nanoparticles are exemplary, and the case of having a shape other than spherical or having a diameter larger than 200 nm is included in the technical idea of the present invention.
  • the magnetic nanoparticles may include a metal, and may include, for example, iron, cobalt, nickel, or an alloy thereof.
  • the magnetic nanoparticles are, for example, Permalloy (Ni 80 Fe 20 ), Maghemite ( ⁇ -Fe 2 O 3 ), Magnetite ( ⁇ -Fe 3 O 4 ), Barium Ferrite (Ba x Fe y O z ; xy, z is Any composition) and CoFe 2 O 4 .
  • the size, shape, and material of such magnetic nanoparticles are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.
  • the resonance frequency of the magnetic nanoparticles may vary depending on the size of the first magnetic field. For example, as the size of the first magnetic field applied to the magnetic nanoparticles increases, the resonance frequency of the magnetic nanoparticles may increase.
  • the resonance frequency of the magnetic nanoparticles may vary depending on the size of the magnetic nanoparticles. For example, as the diameter of the magnetic nanoparticles increases, the resonance frequency of the magnetic nanoparticles may decrease. For the change of the resonance frequency of the magnetic nanoparticles, see Table 1 and Table 2.
  • the resonance frequency of the magnetic nanoparticles may vary depending on the material, size, and / or shape of the magnetic nanoparticles.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method (S200) of selectively activating magnetic nanoparticles according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the method for selectively activating magnetic nanoparticles S200 may include providing first magnetic nanoparticles and second magnetic nanoparticles each having a magnetic swirl structure (S210); The first and second magnetic nanoparticles may have a first magnetic field such that the first magnetic nanoparticle has a first resonance frequency and the second magnetic nanoparticle has a second resonance frequency different from the first resonance frequency. Applying to (S220); And selectively activating the first magnetic nanoparticles by applying a second magnetic field having the first resonant frequency to the first and second magnetic nanoparticles (S230).
  • selectively activating the second magnetic nanoparticles by applying a third magnetic field having the second resonant frequency to the first and second magnetic nanoparticles.
  • S240 may further include.
  • Magnetic nanoparticles according to the technical idea of the present invention is activated by the above-described selective activation method, has a magnetic vortex structure, a value obtained by dividing the resonance frequency by an external magnetic field can be changed according to its size.
  • the magnetic particles undergo precessional motion about the direction of the external magnetic field.
  • This precession motion is a phenomenon in which the rotation axis of the rotating body rotates around an axis that does not move.
  • the precession motion refers to a resonance phenomenon occurring between the vibration magnetic field or the electromagnetic wave of the frequency corresponding to the interval when the energy level of the particles having the magnetic moment is separated in the static magnetic field.
  • Equation 1 The frequency of this precession motion is represented by Equation 1.
  • f is the frequency and B is the magnitude of the magnetic field.
  • a material with a single spin has a fixed constant of " L " of 2.803 (MHz / Oe) in Equation 1, which is known as the Lamor Frequency. Therefore, magnetic nanoparticles having a single magnetic domain also act as one giant spin structure, and thus have the lamore frequency.
  • magnetic nanoparticles having no lamore frequency will be referred to as "magnetic nanoparticles having a magnetic vortex structure".
  • magnetic nanoparticles having a magnetic vortex structure when the magnetic nanoparticles have a magnetic vortex structure, the magnetic nanoparticles have a resonance frequency changed according to their diameters.
  • FIG 3 is a schematic diagram showing magnetic nanoparticles 100 having a magnetic swirl structure 110 according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic nanoparticles 100 may have a magnetic swirl structure 110.
  • the magnetic vortex structure 110 may have a magnetic vortex core component 120, a horizontal magnetization component 130, and a spiral magnetization component 140.
  • the magnetic vortex core component 120 may penetrate the central portion of the magnetic nanoparticle 100, and the magnetic force may have a + Z direction.
  • the + Z direction may be determined by the direction of the magnetic field that the magnetic nanoparticle 100 has in advance or by the direction of the external magnetic field applied.
  • the horizontal magnetization component 130 may be positioned to rotate clockwise or counterclockwise with an orbit about the magnetic vortex core 120.
  • the horizontal magnetization component 130 may have orbits in the form of concentric circles or ellipses, depending on the shape, material, and / or crystal direction of the magnetic nanoparticles.
  • the horizontal magnetization component 130 may have an angle with respect to the magnetic vortex core 120 and may be vertical, for example.
  • the horizontal magnetization component 130 has a magnetization direction component in the direction of the magnetic vortex core 120 or a magnetization in the opposite direction of the magnetic vortex core 120, depending on the physical properties, shape, and / or size of the magnetic nanoparticles 100. Since the aromatic component may have a certain degree, the magnetic vortex core 120 and the horizontal magnetization component 130 may not be perpendicular to each other.
  • the horizontal magnetization component 130 may be present over the entire volume of the magnetic nanoparticles 100.
  • the spiral magnetization component 140 may be positioned adjacent to the magnetic vortex core 120 and may face in the same direction as the magnetic vortex core 120 faces.
  • the spiral magnetization component 140 may be influenced by the horizontal magnetization component 130, and thus may have a form of rotating in a helical manner. Due to the spiral magnetization component 140, the magnetization direction inside the magnetic nanoparticles 120 may be gradually changed from the magnetic vortex core 120 to the horizontal magnetization component 130. That is, the magnetization direction inside the magnetic nanoparticles 120 may be gradually changed from the Z direction to the Y direction according to the internal position of the magnetic nanoparticles 100.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a change in magnetic vortex structure according to the size of magnetic nanoparticles.
  • the magnetization direction is generally aligned in a direction penetrating the center of the particle (that is, the magnetic vortex core), and the magnetic nanoparticles have the shape of a terminal sphere.
  • "L” in Equation 1 has a constant value of the Lamore frequency.
  • the magnetization is aligned in the direction passing through the center in the center of the magnetic nanoparticles, similar to the case of the above-described terminal sphere, but the peripheral spindle spaced apart from the center is located on the central axis. Aligned in a circular shape with a swirl at a predetermined angle (eg vertical). This tendency becomes stronger as the size of the magnetic nanoparticles increases. That is, the magnetic nanoparticles have a magnetic vortex structure, and in this case, "L" in Equation 1 has a changing value rather than a constant value of the lamore frequency. In addition, even when the shape and / or material of the magnetic nanoparticles are changed, the magnetic nanoparticles may have a magnetic swirl structure.
  • FIG. 5 is a graph showing the change in the magnetization intensity in the Z-direction with respect to the distance in the Y-direction from the center according to the size of the magnetic nanoparticles.
  • the Y-direction and the Z-direction refer to directions perpendicular to each other.
  • the magnetization strength decreases as the magnetic nanoparticles move away from the center of the magnetic nanoparticles in the Y-direction.
  • small-sized magnetic nanoparticles in the form of terminal spheres for example magnetic nanoparticles having a diameter of 30 nm or less, are not reduced or hardly reduced even when the magnetization intensity of the center moves away in the Y-direction. .
  • the magnetization intensity of the surface of the magnetic nanoparticles was reduced compared to the central magnetization intensity, but the degree of reduction was not large, and thus the magnetization behavior of the terminal sphere and the magnetization behavior of the magnetic vortex structure were mixed. It may have a form.
  • the magnetization strength of the surface of the magnetic nanoparticles was greatly reduced by 50% or more compared to the magnetization strength of the central axis, particularly in the case of the magnetic nanoparticles having a diameter of 80 nm or more, Represented zero or less (ie, a negative value).
  • the diameter of the magnetic nanoparticles increases, the diameter of the core of the magnetic vortex also increases.
  • the magnetic nanoparticles when the magnetic nanoparticles are small, for example, having a diameter smaller than 40 nm, the magnetic nanoparticles exhibit the magnetization behavior of the terminal sphere, whereas when the magnetic nanoparticles are large, for example, 40 nm or more. In the case of having a diameter, the magnetization behavior of the magnetic vortex structure is shown.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the magnetic field according to the size of the magnetic nanoparticles.
  • magnetic fields of 30 nm diameter magnetic nanoparticles and 100 nm diameter magnetic nanoparticles are exemplarily illustrated.
  • the magnetic nanoparticles may have a semi-magnetic field formed therein and a stray field coming out of the magnetic nanoparticles.
  • Magnetic nanoparticles with a diameter of 30 nm have the magnetic field behavior of the terminal sphere, and the semi-magnetic field appears as a uniform straight line.
  • 100 nm diameter magnetic nanoparticles have a magnetic vortex, and the anti-magnetic field formed therein appears to be bent to be concentrated in the center.
  • the magnetic force at the anode is relatively larger than 30 nm diameter magnetic nanoparticles compared to 100 nm diameter magnetic nanoparticles.
  • FIG. 7 is a graph showing the strength of the drift magnetic field with respect to the distance from the surface of the magnetic nanoparticles according to the size of the magnetic nanoparticles.
  • the intensity of the drift magnetic field of the magnetic nanoparticles increases as the diameter of the magnetic nanoparticles increases. Increases.
  • the diameter of the magnetic nanoparticles is 40 nm or more, that is, when the magnetic nanoparticles have a magnetic swirl structure, the intensity of the drift magnetic field of the magnetic nanoparticles decreases as the diameter of the magnetic nanoparticles increases.
  • the intensity of the drift magnetic field decreases in all cases, and the tendency is that for terminal spheres (ie, in the range of 20 nm to 40 nm) for magnetic vortex structures (40 nm or more). It is larger than that.
  • a 50 nm diameter magnetic nanoparticle has a smaller drift magnetic field strength on the surface of the magnetic nanoparticle than a 30 nm diameter magnetic nanoparticle, but a drift magnetic field from a distance of 4 nm or more away from the surface of the magnetic nanoparticle. The intensity of appears larger.
  • 40 nm diameter magnetic nanoparticles are analyzed as a mixture of terminal spheres and magnetic vortex structures.
  • FIG. 8 is a graph showing the intensity of the drift magnetic field according to the size of the magnetic nanoparticles with respect to the normalized distance from the surface of the magnetic nanoparticles.
  • magnetic nanoparticles having a diameter of 20 nm to 40 nm have a linear decrease in the intensity of the drift magnetic field with respect to the distance from the surface. This reduction is the same as would be predicted theoretically. That is, in the case of a point dipole where a drift magnetic field is emitted at any point, the theory states that the strength of the magnetic field at a point in the direction of the drift magnetic field is inversely proportional to the third square of the distance from the point. It is established. Therefore, the drift magnetic field of the magnetic nanoparticles having the terminal sphere, which is considered to be similar to the point dipole, is expected to be proportional to "1 / (r + d) 3 ".
  • magnetic nanoparticles having a diameter of 40 nm or more show no tendency to linearly decrease. Therefore, since the magnetic nanoparticles having the magnetic vortex structure do not have a linear proportional relationship, the above-described theoretical prediction about the terminal sphere is no longer applied.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the magnetization behavior of magnetic nanoparticles with respect to an applied external magnetic field.
  • the magnetization direction of the magnetic nanoparticles may be changed by an external magnetic field.
  • the + z direction is used to indicate an average magnetization direction of the magnetic nanoparticles
  • the + y direction is used to indicate a direction of a magnetic field applied to the magnetic nanoparticles from the outside. It is not limited to.
  • the + z direction and the + y direction mean different directions, and may be perpendicular to each other or may not be vertical.
  • FIG. 9 (a) shows the magnetic nanoparticles before the external magnetic field is applied, and the magnetic nanoparticles may have a magnetization direction in the + z direction. That is, the magnetic vortex core of the magnetic nanoparticles may face the + z direction.
  • Figure 9 (c) is when a relatively strong external magnetic field is applied to the magnetic nanoparticles.
  • the magnetic nanoparticles indicate that magnetization is saturated in the + y direction.
  • the magnetization is immediately directed to the + y direction, which is the direction of the magnetic field to which magnetization is immediately applied by an external magnetic field, and no gradual saturation behavior appears.
  • FIG. 10 is a graph showing the magnetization strength of the magnetic nanoparticles in the direction of the external magnetic field with respect to the external magnetic field according to the size of the magnetic nanoparticles.
  • the magnetic nanoparticles having a diameter of 20 nm to 30 nm show that the magnetization is saturated in the direction of the external magnetic field at the same time as the external magnetic field is applied.
  • magnetization does not immediately saturate in an external magnetic field of a constant size.
  • the degree of saturation also decreases, and the magnitude of the external magnetic field for saturation increases.
  • magnetic nanoparticles having a diameter of 40 nm or more are saturated when an external magnetic field of about 350 Oe or more is applied, and this saturation behavior is gradually saturated as described in FIG. 9.
  • the magnetic vortex structure may be difficult to deform.
  • FIG. 11 is a graph illustrating a change in resonance frequency according to the size of magnetic nanoparticles with respect to an external static magnetic field.
  • the external magnetic field applied to the magnetic nanoparticles may be in a range in which the magnetic vortex structure of the magnetic nanoparticles does not change with reference to FIG. 10, for example, in a range of 1 Oe to several hundred Oe. have. However, as the diameter of the magnetic nanoparticles varies, the external static magnetic field may change.
  • 20 nm to 30 nm diameter magnetic nanoparticles having a terminal sphere may be subjected to precession with respect to the magnetic field direction of the external static magnetic field to which the entire spin is applied, thereby changing the magnetic field direction.
  • the resonant frequency of the magnetic nanoparticles having a diameter of 20 nm to 30 nm is proportional to the external static magnetic field, and in this case, the constant value of "L" is the lamore frequency in Equation 1 above. It can be seen that the case has (2.803 MHz / Oe).
  • the magnetic nanoparticles having a magnetic swirl structure of 40 nm or more decrease in resonance frequency as the diameter increases.
  • the resonance frequency is increased as the magnitude of the external static magnetic field is increased. That is, in Equation 1, "L" no longer has a constant value that is a lamore frequency, and it can be seen that it is changed.
  • the reduction rate of the resonant frequency of the magnetic nanoparticles having a magnetic swirl structure of 40 nm or more increases rapidly as the external magnetic field increases.
  • the decrease in the frequency ratio to the external magnetic field was observed in the spherical permalloy alloy (Permalloy, Ni 80 Fe 20 ).
  • the magnetic rotation ratio ( ⁇ ) of the magnetic nanoparticles decreases as the size of the magnetic nanoparticles increases. In the case of terminal holes, the magnetic rotation ratio hardly decreases. This change in the magnetic rotation rate is the reduction rate is consistent with the average magnetic susceptibility (m z / m s ) of the overall external magnetic field direction of the magnetic nanoparticles.
  • Table 1 summarizes the resonant frequencies of the diameters of magnetic nanoparticles and their magnitudes in the external static magnetic field.
  • Table 2 summarizes the values of the "resonant frequency / external magnetic field" values for the diameter of the magnetic nanoparticles and the size of the external static magnetic field as a resolution of 2 MHz.
  • Oe 50 Oe 100 Oe 200 Oe 300 Oe 20 nm 2.80 MHz / Oe 2.80 MHz / Oe 2.80 MHz / Oe 2.80 MHz / Oe 2.80 MHz / Oe 30 nm 2.80 MHz / Oe 2.80 MHz / Oe 2.80 MHz / Oe 2.80 MHz / Oe 2.80 MHz / Oe 40 nm 2.40 MHz / Oe 2.48 MHz / Oe 2.50 MHz / Oe 2.58 MHz / Oe 2.61 MHz / Oe 60 nm 1.00 MHz / Oe 1.00 MHz / Oe 0.98 MHz / Oe 0.97 MHz / Oe 0.98 MHz / Oe 80 nm 0.40 MHz / Oe 0.48 MHz / Oe 0.50 MHz / Oe 0.51 MHz / Oe 0.52 MHz / Oe 100 nm 0.20 MHz / Oe 0.32 MHz
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an exemplary method of applying a direct current field and an alternating magnetic field to the magnetic nanoparticles 100 in order to examine the resonance of the magnetic fields applied to the magnetic nanoparticles 100.
  • a DC magnetic field is applied in the + Z direction, which is the direction of the magnetic vortex core component 120 of the magnetic nanoparticle 100, and is different from the + Z direction, for example, the + Y direction that is vertical.
  • the resonance frequency of the magnetic nanoparticles 100 may be determined according to the diameter of the magnetic nanoparticles 100 and the size of the DC magnetic field.
  • the AC magnetic field may be smaller than the size of the DC magnetic field, and the behavior of the magnetic nanoparticles 100 may be observed by changing the frequency of the AC magnetic field.
  • the magnetic nanoparticle 100 selects a diameter of 30 nm and 80 nm.
  • the direct current magnetic field applied in the Z-direction is selected to be about 100 Oe.
  • the alternating magnetic field applied in the Y-direction is selected to be about 10 Oe in size.
  • the frequency of the alternating magnetic field selects 281 MHz, which is the resonance frequency of the magnetic nanoparticles having a diameter of 30 nm, and 50 MHz, which is the resonance frequency of the magnetic nanoparticles having a diameter of 80 nm.
  • FIGS. 14 are graphs illustrating resonance of magnetic nanoparticles when applying an alternating magnetic field having a different frequency, depending on the size of the magnetic nanoparticles.
  • (a) and (b) are cases of magnetic nanoparticles having a diameter of 30 nm.
  • (c) and (d) are cases of magnetic nanoparticles having a diameter of 80 nm.
  • the magnetic nanoparticles when the magnetic nanoparticles are applied with a magnetic field having a resonance frequency of the magnetic nanoparticles, the magnetic fields become active in precession, etc., which are energetically activated, for example, the magnetic nanoparticles may generate heat. .
  • the magnetic nanoparticles having the magnetic vortex structure have different resonant frequencies according to their diameters
  • the magnetic nanoparticles may be selectively activated according to their diameters with respect to the resonant frequency of the applied magnetic field.
  • 15 is a schematic diagram illustrating a drug carrier 1000 using a method of selectively activating magnetic nanoparticles.
  • the drug carrier 1000 may include a first drug body 1100 and a second drug body 1200.
  • the first drug substance 1100 is positioned in the first magnetic nanoparticle 1130 located inside, the first cover part 1120 and the first cover part 1120 surrounding the first magnetic nanoparticle 1130.
  • the first drug part 1110 may be included.
  • the second drug substance 1200 is disposed in the second magnetic nanoparticles 1230 located inside, the second cover part 1220 and the second cover parts 1220 surrounding the second magnetic nanoparticles 1230.
  • the second drug part 1210 may be included.
  • the first drug unit 1110 and the second drug unit 1210 may be different drugs or the same drug.
  • the first drug unit 1110 and the second drug unit 1210 may not be exposed to the outside.
  • the first cover part 1120 and the second cover part 1220 include a first drug part 1110 and a second drug part 1210, respectively, and surround the first drug part 1110 and the second drug part.
  • the 1210 may not be exposed to the outside to prevent the outflow to the outside.
  • the first cover part 1120 and the second cover part 1220 may include a material that is melted by heat, for example, may include a polymer material.
  • the first cover part 1120 and the second cover part 1220 may include the same material or different materials.
  • At least one of the first magnetic nanoparticles 1130 and the second magnetic nanoparticles 1230 may have a magnetic swirl structure according to the spirit of the present invention.
  • the first magnetic nanoparticles 1130 and the second magnetic nanoparticles 1230 may have different sizes.
  • the first magnetic nanoparticles 1130 and the second magnetic nanoparticles 1230 may have different resonance frequencies.
  • the first magnetic nanoparticles 1130 and the second magnetic nanoparticles 1230 may be selectively activated with respect to an external magnetic field of its resonant frequency, and thus generate heat to respectively form the first cover part 1120 and the second cover.
  • the part 1220 may be melted.
  • the unit 1210 may be injected into the human body.
  • the first magnetic nanoparticle 1130 when an external magnetic field corresponding to the resonance frequency of the first magnetic nanoparticle 1130 is applied, the first magnetic nanoparticle 1130 is selectively activated to generate heat, and the first cover part 1120 is melted. Accordingly, the first drug part 1110 included in the first cover part 1120 is injected into the human body. However, since the second magnetic nanoparticles 1230 are not activated, the second drug part 1210 is not injected into the human body.
  • the drug delivery system including the magnetic nanoparticles having the magnetic swirl structure may selectively deliver two or more different drugs to one affected area, and may release the same kind of drug at a time difference, thereby causing a drug dosage. Can reduce side effects.
  • different types of drugs can be released with a time difference, side effects due to mutual interference between different drugs to be injected can be suppressed, and two or more drugs can be efficiently combined as necessary.
  • the particle permeability of the blood vessel tissue is greatly different for each body part, by simultaneously administering the magnetic nanoparticles of different sizes, it is possible to simultaneously and multiple treatment by applying an external magnetic field of various frequencies simultaneously in various places of the body. . Such methods of treatment can more effectively treat cancer, tumors and other types of diseases and disorders.

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Abstract

본 발명은, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법은, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자를 제공하는 단계; 자성 나노 입자가 공진 주파수를 가지도록, 제1 자기장을 자성 나노 입자에 인가하는 단계; 및 공진 주파수를 가지는 제2 자기장을 자성 나노 입자에 인가하여, 자성 나노 입자를 활성화시키는 단계;를 포함한다.

Description

자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법 및 선택적 활성화되는 자성 나노 입자
본 발명의 기술적 사상은 활성화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 자성 나노 입자의 자기적 특성을 이용한 선택적 활성화 방법 및 상기 방법에 의하여 선택적 활성화되는 자성 나노 입자에 관한 것이다.
최근에, 세포 염색, 세포 분리, 생체내 의약 전달, 유전자 전달, 질병이나 이상의 진단 및 치료, 분자 영상 의학 등의 생의학 분야에서 다양한 종류의 나노 입자를 이용한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
예를 들어, 약물 전달(drug delivery) 기술은 약물을 체내에 확산시키지 않고 환부에 직간접적으로 전달하여 질병을 치료하는 기술로서 약물이 건전한 부위에 작용하여 일으킬 수 있는 부작용을 미연에 방지하고, 사용하는 약물의 양도 일반적인 방법에 비해 획기적으로 감소시킬 수 있는 기술이다. 특히 항암제의 경우에는 임상에서 이용하기 위해서는 암세포에 효과가 있어야 할 뿐만 아니라 독성도 낮고 안정성과 용해도도 뛰어나야 한다. 많은 신약들이 개발 도중 임상에서 실패했는데, 이들은 이러한 요구사항 중에서 하나 이상에서 결격사유가 있기 때문이다. 약물 전달체를 이용하면 건전한 세포에 대한 독성 등의 문제에서 벗어날 수 있기 때문에 최근 집중적으로 연구되고 있으나, 현재의 기술로는 두 가지 이상의 약물을 시간차를 두고 작동을 시키는 것이 불가능하여 여러 약물을 조합한 약물전달이 불가능해 각각의 약물 하나의 성능에 절대적으로 의존하고 있다.
따라서 환부에서 두가지 이상의 기작을 시간차를 두고 작동시키거나 환부에 따라 다른 약물을 동시에 작동시키기 위해서는 선택적으로 작동시킬 수 있는 약물 전달체 및 생체응용 자성입자의 개발이 절실한 실정이다.
(선행기술문헌)
(특허문헌)
1. 한국등록특허 제10-0932613호 (2009.12.09. 등록)
2. 한국등록특허 제10-0862973호 (2008.10.06. 등록)
3. 한국등록특허 제10-0848932호 (2008.07.22. 등록)
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기 방법에 의하여 선택적 활성화되고, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자를 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법은, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자를 제공하는 단계; 상기 자성 나노 입자가 공진 주파수를 가지도록, 제1 자기장을 상기 자성 나노 입자에 인가하는 단계; 및 상기 공진 주파수를 가지는 제2 자기장을 상기 자성 나노 입자에 인가하여, 상기 자성 나노 입자를 활성화시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 자기장은 직류 자기장일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 자기장은 상기 자성 나노 입자의 자기 소용돌이 코어와 동일한 방향으로 인가될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 자기장은 교류 자기장일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 자기장은 상기 제1 자기장이 인가되는 방향과 소정의 각도를 가지는 방향으로 인가될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 자성 나노 입자의 상기 공진 주파수는 상기 제1 자기장의 크기에 따라 변화할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 자성 나노 입자의 상기 공진 주파수는 상기 자성 나노 입자의 크기에 따라 변화할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 자성 나노 입자는 40 nm 내지 150 nm 범위의 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 자성 나노 입자는 Permalloy (Ni80Fe20),Maghemite(γ-Fe2O3), Magnetite (γ-Fe3O4),BariumFerrite(BaxFeyOz;xy,z는 임의의 조성) 및 CoFe2O4 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법은, 자기 소용돌이 구조를 각각 가지는 제1 자성 나노 입자와 제2 자성 나노 입자들을 제공하는 단계; 상기 제1 자성 나노 입자가 제1 공진 주파수를 가지고 상기 제2 자성 나노 입자가 상기 제1 공진 주파수와는 다른 제2 공진 주파수를 가지도록, 제1 자기장을 상기 제1 및 제2 자성 나노 입자들에 인가하는 단계; 및 상기 제1 공진 주파수를 가지는 제2 자기장을 상기 제1 및 제2 자성 나노 입자에 인가하여, 상기 제1 자성 나노 입자를 선택적으로 활성화시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 공진 주파수를 가지는 제3 자기장을 상기 제1 및 제2 자성 나노 입자에 인가하여, 상기 제2 자성 나노 입자를 선택적으로 활성화시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 선택적으로 활성화되는 자성 나노 입자는 상술한 선택적 활성화 방법에 의하여 활성화되고, 자기 소용돌이 구조를 가지고, 공진 주파수를 외부 자기장으로 나눈 값이 자신의 크기에 따라 변화될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법은, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자를 해당되는 공진 주파수를 가지는 외부 자계를 인가함으로써, 선택적으로 활성화시킬 수 있다. 이러한 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법은 조영제, 약물 전달체, 온열 치료제, 온도 센서 등에 적용할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법은, 환부로의 자성 나노 입자가 이동되도록 유도할 수 있고, 자기입자영상(MPI)장치 등을 이용하여 자성 나노 입자의 위치를 특정할 수 있다. 또한, 공진 주파수의 자기장을 인가하여 자성 나노 입자를 활성화함으로써 온열 치료, 영상(MPI), 진단, 약물 전달, 및 유전자 전달 등을 수행할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법이 약물 전달체 또는 온열 치료제에 사용되는 경우에는, 다양한 크기의 자성 나노 입자를 포함하도록 조영제를 제조하여 이를 인체에 투입한 후, 상기 조영제의 크기에 따라 원하는 인체의 표적 기관에 대하여 선택적으로 해당 크기의 자성 나노 입자만을 활성화시킬 수 있는 공진 주파수의 외부 자기장을 인가함으로써, 특별한 표지 분자를 사용하지 않고서도, 특정한 인체 기관에의 약물을 전달할 수 있으며, 특정 주파수에 의해 약물 전달체의 해체를 통해 약물이 특정 기관에서 선택적으로 방출되도록 조절할 수 있는 효과가 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법(S200)을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자를 도시하는 모식도이다.
도 4는 자성 나노 입자의 크기에 따른 자기 소용돌이 구조의 변화를 도시하는 모식도이다.
도 5는 중심으로부터의 Y-방향의 거리에 대한 Z-방향의 자화 강도의 변화를 자성 나노 입자의 크기에 따라 나타내는 그래프이다.
도 6은 자성 나노 입자의 크기에 따른 자기장을 나타내는 모식도이다.
도 7은 자성 나노 입자의 표면으로부터 거리에 대한 표류 자기장의 강도를 자성 나노 입자의 크기에 따라 나타내는 그래프이다.
도 8은 자성 나노 입자의 표면으로부터 정규화된 거리에 대한 표류 자기장의 강도를 자성 나노 입자의 크기에 따라 나타내는 그래프이다.
도 9는 인가된 외부 자기장에 대한 자성 나노 입자의 자화 거동을 나타내는 모식도이다.
도 10은 외부 자기장에 대한 자성 나노 입자의 외부 자기장 방향의 자화 강도를 자성 나노 입자의 크기에 따라 나타내는 그래프이다.
도 11은 외부 정자기장에 대한 자성 나노 입자의 크기에 따른 공진 주파수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 자성 나노 입자의 크기에 따른 자기 회전비를 나타내는 그래프이다.
도 13은 자성 나노 입자에 인가되는 자기장에 대한 공진을 검토하기 위하여자성 나노 입자에 직류 자기장과 교류 자기장을 인가하는 예시적인 방법을 도시하는 개략도이다.
도 14는 다른 주파수를 가지는 교류 자기장을 인가할 때의 자성 나노 입자의 공진을 자성 나노 입자의 크기에 따라 도시하는 그래프들이다
도 15는 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법을 이용한 약물 전달체를 도시하는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법(S100)은, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자를 제공하는 단계(S110); 상기 자성 나노 입자가 공진 주파수를 가지도록, 제1 자기장을 상기 자성 나노 입자에 인가하는 단계(S120); 및 상기 공진 주파수를 가지는 제2 자기장을 상기 자성 나노 입자에 인가하여, 상기 자성 나노 입자를 활성화시키는 단계(S130);를 포함한다.
상기 제1 자기장은 직류 자기장일 수 있다. 상기 직류 자기장은 상기 자성 나노 입자의 자기 소용돌이 구조를 변화시키지 않는 범위일 수 있고, 예를 들어 상기 자성 나노 입자가 구형 퍼멀로이 합금(Permalloy, Ni80Fe20)인 경우에는 상기 직류 자기장은 수 Oe 내지 수백 Oe, 예를 들어, 10Oe 내지 300Oe 범위일 수 있다. 그러나, 이러한 자성 나노 입자의 형상과 재료 및 직류 자기장의 범위는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 자성 나노 입자의 크기가 증가되면 허용되는 제1 자기장의 크기는 증가될 수 있다. 이에 대하여는 도 10을 참조하여 하기에 상세하게 설명하기로 한다.
또한, 상기 제1 자기장은 상기 자성 나노 입자의 자기 소용돌이 코어(120, 도 3 참조)와 동일한 방향으로 인가될 수 있다.
상기 제2 자기장은 교류 자기장일 수 있다. 상기 제2 자기장은 상기 제1 자기장이 인가되는 방향과 소정의 각도를 가지는 방향으로 인가될 수 있고, 상기 소정의 방향은 수직일 수 있다.
상기 자성 나노 입자는 자기 소용돌이 구조를 가지는 범위의 크기를 가질 수 있고, 예를 들어 구형 퍼멀로이 합금(Permalloy, Ni80Fe20)인 경우에는 수십nm 내지 수백nm, 예를 들어, 40 nm 내지 200nm 범위의 직경을 가지는 구체일 수 있다. 그러나, 상기 자성 나노 입자의 크기와 형상은 예시적이며, 구형이 아닌 다른 형상을 가지거나 200nm 보다 큰 직경을 가지는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
상기 자성 나노 입자는 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 철, 코발트, 니켈, 또는 이들의 합금 등을 포함할 수 있다. 상기 자성 나노 입자는, 예를 들어 Permalloy (Ni80Fe20),Maghemite(γ-Fe2O3), Magnetite (γ-Fe3O4),BariumFerrite(BaxFeyOz;xy,z는 임의의 조성) 및 CoFe2O4등일 수 있다. 그러나, 이러한 자성 나노 입자의 크기, 형상, 재질은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 자성 나노 입자의 상기 공진 주파수는 상기 제1 자기장의 크기에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 나노 입자에 인가되는 상기 제1 자기장의 크기가 증가됨에 따라 상기 자성 나노 입자의 상기 공진 주파수는 증가될 수 있다.
또한, 상기 자성 나노 입자의 상기 공진 주파수는 상기 자성 나노 입자의 크기에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어 상기 자성 나노 입자의 직경이 커짐에 따라 상기 자성 나노 입자의 상기 공진 주파수는 감소할 수 있다. 상기 자성 나노 입자의 상기 공진 주파수의 변화는 표 1 및 표 2를 참조한다.
또한, 상기 자성 나노 입자의 상기 공진 주파수는 상기 자성 나노 입자의 재료, 크기, 및/또는 형상에 따라 변화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법(S200)을 도시하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법(S200)은, 자기 소용돌이 구조를 각각 가지는 제1 자성 나노 입자와 제2 자성 나노 입자들을 제공하는 단계(S210); 상기 제1 자성 나노 입자가 제1 공진 주파수를 가지고 상기 제2 자성 나노 입자가 상기 제1 공진 주파수와는 다른 제2 공진 주파수를 가지도록, 제1 자기장을 상기 제1 및 제2 자성 나노 입자들에 인가하는 단계(S220); 및 상기 제1 공진 주파수를 가지는 제2 자기장을 상기 제1 및 제2 자성 나노 입자에 인가하여, 상기 제1 자성 나노 입자를 선택적으로 활성화시키는 단계(S230);을 포함한다.
또한, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법(S200)은, 상기 제2 공진 주파수를 가지는 제3 자기장을 상기 제1 및 제2 자성 나노 입자에 인가하여, 상기 제2 자성 나노 입자를 선택적으로 활성화시키는 단계(S240);를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법이 적용되는 예는, 도 15을 참조하여 하기에 설명한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 자성 나노 입자는 상술한 선택적 활성화 방법에 의하여 활성화되고, 자기 소용돌이 구조를 가지고, 공진 주파수를 외부 자기장으로 나눈 값이 자신의 크기에 따라 변화될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자를 설명하기로 한다.
작은 크기의 자성 입자에 외부에서 일정한 크기의 외부 자기장을 가하면, 상기 자성 입자의 스핀이 상기 외부 자기장 방향으로 정렬한다. 이러한 정렬 과정에서 상기 자성 입자는 외부 자기장 방향을 중심으로 세차 운동(precessional motion)을 하게 된다. 이러한 세차 운동은 회전체의 회전축이 움직이지 않는 어떤 축의 둘레를 도는 현상을 의미하며, 중심력장 속에서 운동하고 있는 전자계에 외부 자기장이 인가되면, 각운동량의 자기 모멘트가 외부 자기장의 방향을 축으로 하여 회전하게 된다. 구체적으로, 상기 세차 운동은 자기 모멘트를 가진 입자의 에너지 준위가 정자기장 속에서 분리되어 있을 때, 그 간격에 대응하는 진동수의 진동 자기장 또는 전자기파와의 사이에 생기는 공명 현상을 의미한다.
이러한 세차 운동의 주파수는 수학식 1과 같이 나타난다.
수학식 1
Figure PCTKR2013007923-appb-M000001
(여기에서 f는 주파수, B는 자기장의 크기)
현재까지는, 단일 스핀을 가지는 물질은 수학식 1의 "L"의 값이 2.803 (MHz/Oe)의 고정된 상수로 나타나며, 이는 라모어 주파수(Lamor Frequency)로 알려져 있다. 따라서, 단자구(single magnetic domain)를 가지는 자성 나노 입자도 하나의 거대한 스핀 구조체로서 작용하므로, 상기 라모어 주파수를 가지게 된다.
그러나, 자성 나노 입자의 크기, 형상, 및/또는 재료를 변화시키면, 상기 자성 나노 입자가 단자구로서 작용하지 않게 되고, 수학식 1의 "L"이 더 이상 상수값이 아니게 되며, 즉 라모어 주파수를 가지지 않게 된다. 본 명세서에서는, 라모어 주파수를 가지지 않는 자성 나노 입자를 "자기 소용돌이 구조(magnetic vortex structure)를 가지는 자성 나노 입자"로 지칭하기로 한다. 예를 들어, 자성 나노 입자가 자기 소용돌이 구조를 가지는 경우에는, 자성 나노 입자는 자신의 직경에 따라 변화된 공진 주파수를 가지게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 소용돌이 구조(110)를 가지는 자성 나노 입자(100)를 도시하는 모식도이다.
도 3을 참조하면, 자성 나노 입자(100)는 자기 소용돌이 구조(110)를 가질 수 있다. 자기 소용돌이 구조(110)는 자기 소용돌이 코어(magnetic vortex core) 성분(120), 수평 자화 성분(130), 및 나선 자화 성분(140)을 가질 수 있다.
자기 소용돌이 코어 성분(120)은 자성 나노 입자(100)의 중앙 부분을 관통하고, 자기력의 방향이 +Z 방향을 가질 수 있다. 상기 +Z 방향은 자성 나노 입자(100)가 미리 가지고 있는 자기장의 방향에 의하여 결정되거나 또는 인가되는 외부 자기장의 방향에 의하여 결정될 수 있다.
수평 자화 성분(130)은 자기 소용돌이 코어(120)를 축으로 하여 궤도를 가지고 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하도록 위치할 수 있다. 수평 자화 성분(130)은 자성 나노 입자의 형상, 재질, 및/또는 결정 방향에 따라 동심원의 형태의 궤도를 가지거나 또는 타원 등 다양한 형태의 궤도를 가질 수 있다. 수평 자화 성분(130)은 자기 소용돌이 코어(120)에 대하여 소정의 각도를 가질 수 있고, 예를 들어 수직일 수 있다. 그러나, 수평 자화 성분(130)은 자성 나노 입자(100)의 물성, 형상, 및/또는 크기에 따라 자기 소용돌이 코어(120)의 방향의 자화 방향 성분 또는 자기 소용돌이 코어(120)의 반대 방향의 자화 방향 성분을 일정 정도 가질 수 있으므로, 자기 소용돌이 코어(120)와 수평 자화 성분(130)은 서로 수직하지 않을 수 있다. 수평 자화 성분(130)은 자성 나노 입자(100)의 전체 부피에 걸쳐서 존재할 수 있다.
나선 자화 성분(140)은 자기 소용돌이 코어(120)에 인접하여 위치할 수 있고, 자기 소용돌이 코어(120)가 향하는 방향과 동일한 방향으로 향할 수 있다. 나선 자화 성분(140)은 수평 자화 성분(130)에 의하여 영향을 받을 수 있고, 이에 따라 나선형으로 회전하는 형태를 가질 수 있다. 이러한 나선 자화 성분(140)에 의하여 자성 나노 입자(120) 내부의 자화 방향이 자기 소용돌이 코어(120)로부터 수평 자화 성분(130)으로 점진적으로 변화할 수 있다. 즉, 자성 나노 입자(120) 내부의 자화 방향이 자성 나노 입자(100)의 내부 위치에 따라 Z 방향으로부터 Y 방향으로 점진적으로 변화할 수 있다.
도 4는 자성 나노 입자의 크기에 따른 자기 소용돌이 구조의 변화를 도시하는 모식도이다.
도 4를 참조하면, 자성 나노 입자의 크기가 작은 경우에는, 자화 방향이 입자의 중심(즉, 자기 소용돌이 코어)을 관통하는 방향으로 전체적으로 정렬되며, 상기 자성 나노 입자는 단자구의 형태를 가지게 된다. 또한, 이러한 경우에는 수학식 1의 "L"이 라모어 주파수의 상수값을 가지게 된다.
반면, 자성 나노 입자의 크기가 증가됨에 따라, 자성 나노 입자의 중심에서는 상술한 단자구의 경우와 유사하게 상기 중심을 관통하는 방향으로 자화가 정렬되지만, 중심으로부터 이격된 주변의 스핀들은 상기 중심축에 소정의 각도(예를 들어, 수직)로 소용돌이 형태를 가지는 원형으로 정렬된다. 이러한 경향은 자성 나노 입자의 크기가 증가될수록 강해진다. 즉, 자성 나노 입자가 자기 소용돌이 구조를 가지게 되고, 이러한 경우에는 수학식 1의 "L"이 라모어 주파수의 상수값이 아닌 변화하는 값을 가지게 된다. 또한, 자성 나노 입자의 형상, 및/또는 재료를 변화시키는 경우에도 자성 나노 입자가 자기 소용돌이 구조를 가질 수 있다.
도 5는 중심으로부터의 Y-방향의 거리에 대한 Z-방향의 자화 강도의 변화를 자성 나노 입자의 크기에 따라 나타내는 그래프이다. 여기에서 Y-방향과 Z-방향은 서로 수직인 방향을 지칭한다.
도 5를 참조하면, 자성 나노 입자의 직경이 40 nm 이상에서는, 자성 나노 입자의 중심으로부터 Y-방향으로 멀어질수록 자화 강도가 감소한다. 도시되지는 않았지만, 단자구의 형태를 가진 작은 크기의 자성 나노 입자, 예를 들어 30 nm 이하의 직경을 가지는 자성 나노 입자는 중심의 자화 강도가 Y-방향으로 멀어지더라도 감소되지 않거나 거의 감소되지 않는다.
40 nm 직경의 자성 나노 입자의 경우에는, 자성 나노 입자의 표면의 자화 강도가 중심의 자화 강도에 비하여 감소되었으나, 감소 정도가 크지는 않으며, 따라서 단자구의 자화 거동과 자기 소용돌이 구조의 자화 거동이 혼합된 형태를 가질 수 있다. 50 nm 직경 이상의 자성 나노 입자의 경우에는, 자성 나노 입자의 표면의 자화 강도가 중심축의 자화 강도에 비하여 50% 이상으로 매우 감소되었고, 특히 80 nm 직경 이상의 자성 나노 입자의 경우에는, 표면의 자화 강도가 0 또는 그 이하(즉, 음의 값)를 나타냈다. 또한, 자성 나노 입자의 직경이 증가됨에 따라, 자기 소용돌이의 코어의 직경도 증가된다.
결론적으로, 자성 나노 입자가 작은 경우, 예를 들어 40 nm 보다 작은 직경을 가지는 경우에는, 상기 자성 나노 입자가 단자구의 자화 거동을 나타내며, 반면, 자성 나노 입자가 큰 경우, 예를 들어 40 nm 이상의 직경을 가지는 경우에는 자기 소용돌이 구조의 자화 거동을 나타내게 된다.
도 6은 자성 나노 입자의 크기에 따른 자기장을 나타내는 모식도이다.
도 6을 참조하면, 30 nm 직경의 자성 나노 입자와 100 nm 직경의 자성 나노 입자의 자기장이 예시적으로 도시되어 있다. 자성 나노 입자는 내부에 형성되는 반자기장과 자성 나노 입자의 외부로 나오는 표류자계(stray field)를 가질 수 있다. 30 nm 직경의 자성 나노 입자는 단자구의 자기장 거동을 가지며, 반자기장은 균일한 직선형으로 나타난다. 반면, 100 nm 직경의 자성 나노 입자는 자성 소용돌이를 가지며, 내부에 형성되는 반자기장은 중앙으로 집중되도록 휘어지도록 나타난다. 또한, 양극에서의 자기력은 30 nm 직경의 자성 나노 입자가 100 nm 직경의 자성 나노 입자에 비하여 상대적으로 크게 나타난다.
도 7은 자성 나노 입자의 표면으로부터 거리에 대한 표류 자기장의 강도를 자성 나노 입자의 크기에 따라 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 자성 나노 입자의 직경이 20 nm 내지 40 nm 까지는, 즉, 자성 나노 입자가 단자구 구조를 가지는 경우에서는, 자성 나노 입자의 직경이 증가함에 따라 자성 나노 입자의 표류 자기장의 강도가 증가한다. 반면, 자성 나노 입자의 직경이 40 nm 이상에서는, 즉, 자성 나노 입자가 자기 소용돌이 구조를 가지는 경우에서는, 자성 나노 입자의 직경이 증가함에 따라 자성 나노 입자의 표류 자기장의 강도가 감소한다.
자성 나노 입자의 표면으로부터 거리가 증가하면, 표류 자기장의 강도는 모든 경우에서 감소되며, 그 경향은 단자구의 경우(즉, 20 nm 내지 40 nm의 범위)가 자기 소용돌이 구조의 경우(40 nm 이상)에 비하여 더 크게 나타난다. 예를 들어, 50 nm 직경의 자성 나노 입자는 30 nm 직경의 자성 나노 입자에 비하여, 자성 나노 입자의 표면에서는 표류 자기장의 강도가 작으나, 자성 나노 입자의 표면으로부터 4 nm 이상 이격된 거리부터는 표류 자기장의 강도가 더 크게 나타난다. 40 nm 직경의 자성 나노 입자는 단자구와 자기 소용돌이 구조가 혼합된 경우로 분석된다.
도 8은 자성 나노 입자의 표면으로부터 정규화된 거리에 대한 표류 자기장의 강도를 자성 나노 입자의 크기에 따라 나타내는 그래프이다.
도 8은 다양한 크기를 가지는 자성 나노 입자들에서 방출되는 표류 자기장의 크기를 비교하기 위하여, "1/r3"으로 상기 자성 나노 입자의 중심으로부터의 거리를 정규화한 그래프이다. 즉, ((1/(r+d)3/(1/r3)=r3/(r+d)3의 관계를 가진다. 여기에서, "r"은 자성 나노 입자의 반경을 나타내고 "d"는 자성 나노 입자의 표면으로부터 거리를 나타낸다. 도 8은, 자성 나노 입자로부터 무한히 먼 지점 즉, r3/(r+d)3=0에서부터 자성 나노 입자의 표면에 접한 부분, 즉 d=0 및 r3/(r+d)3=1까지의 표류 자기장 강도를 나타낸다. 다시 말하면, 도 8에서 "r3/(r+d)3"의 값이 작을수록 자성 나노 입자로부터의 거리가 증가됨을 의미한다.
도 8을 참조하면, 20 nm 직경 내지 40 nm 직경의 자성 나노 입자들은 표면으로부터 거리에 대한 표류 자기장의 강도가 거의 선형적으로 감소된다. 이러한 감소는 이론적으로 예측되는 바와 동일하다. 즉, 어떠한 한 점에서 표류 자기장이 방출되는 점 쌍극자(point dipole)의 경우, 상기 표류 자기장이 방출되는 방향에 있는 한 점에서의 자기장의 세기는 상기 점으로부터의 거리의 3제곱에 반비례한다고 이론이 성립되어 있다. 따라서 점 쌍극자와 유사하다고 생각되는 단자구를 가지는 자성 나노 입자의 표류 자기장은 "1/(r+d)3"에 비례할 것으로 예상된다. 반면, 40 nm 이상의 직경을 가지는 자성 나노 입자들은 자성 나노 입자들은 더 이상 선형적인 감소 경향을 보이지 않는다. 따라서, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자는 선형적인 비례 관계를 갖지 않으므로, 상술한 단자구에 관한 이론적 예측이 더 이상 적용되지 않는다.
도 9는 인가된 외부 자기장에 대한 자성 나노 입자의 자화 거동을 나타내는 모식도이다.
도 9를 참조하면, 외부 자기장에 의하여 자성 나노 입자는 자화 방향이 변화될 수 있다. 도 9에서, +z 방향은 상기 자성 나노 입자의 평균 자화 방향을 나타내는 것으로 사용되었으며, +y 방향은 상기 자성 나노 입자에 외부에서 인가되는 자기장의 방향을 나타내는 것으로 사용되는 것으로서, 본 발명이 이러한 방향에 한정되는 것은 아니다. 또한, +z 방향과 +y 방향 은 서로 다른 방향을 의미하는 것으로서, 서로 수직일 수 있고, 또는 수직이 아닐 수 있다.
도 9(a)는 자성 나노 입자에 외부 자기장이 인가되기 전으로서, 자성 나노 입자는 +z 방향의 자화 방향을 가질 수 있다. 즉, 자성 나노 입자의 자기 소용돌이 코어가 +z 방향을 향할 수 있다.
도 9(b)는 상기 자성 나노 입자에 +y 방향으로 상대적으로 약한 외부 자기장을 인가한 직후이다. 상기 자성 나노 입자의 평균 자화 방향인 +z 방향과는 다른 방향인 +y 방향으로 상기 자성 나노 입자에 자기장을 인가하면, 자기 소용돌이 코어는 +y 방향으로 향하게 되며, 자기 소용돌이 코어를 중심으로 자기 소용돌이가 형성된다. 이어서, +y 방향으로 자화가 점진적으로 포화된다.
도 9(c)는 상기 자성 나노 입자에 상대적으로 충분히 강한 외부 자기장이 인가되었을 때. 상기 자성 나노 입자가 +y 방향으로 자화가 포화된 것을 나타낸다.
반면, 자성 나노 입자가 단자구인 경우에는 외부 자기장에 의하여 자화가 즉시 인가된 자기장의 방향인 +y 방향으로 향하게 되며, 점진적인 포화 거동은 나타나지 않는다.
도 10은 외부 자기장에 대한 자성 나노 입자의 외부 자기장 방향의 자화 강도를 자성 나노 입자의 크기에 따라 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 20 nm 내지 30 nm 직경의 자성 나노 입자는 외부 자기장이 인가됨과 거의 동시에 외부 자기장 방향으로 자화가 포화되는 것을 나타낸다. 그러나, 40 nm 이상의 직경의 자성 나노 입자의 경우에는 일정한 크기의 외부 자기장 내에서는 자화가 즉시 포화되지 않음을 알 수 있다. 자성 나노 입자의 직경이 증가됨에 따라, 포화되는 정도도 감소되며, 포화를 위한 외부 자기장의 크기가 증가된다. 예를 들어 40 nm 이상의 직경을 가지는 자성 나노 입자는 약 350 Oe 이상의 외부 자기장이 인가되어야 포화되며, 이러한 포화 거동도 도 9에서 설명한 바와 같이 점진적으로 포화된다. 만일, 40 nm 이상의 직경을 가지는 자성 나노 입자에 1 Oe 내지 300 Oe 의 외부 자기장이 인가되는 경우에는 포화되지 않고 자기 소용돌이 구조에 의한 세차 운동을 계속하게 된다. 이와 같이, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자는 포화 자기장이 상당히 큰 값을 가지므로, 상기 자기 소용돌이 구조는 변형되기 어려울 수 있다.
도 11은 외부 정자기장에 대한 자성 나노 입자의 크기에 따른 공진 주파수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11에서, 자성 나노 입자에 인가되는 외부 정자기장(static magnetic field)은 도 10을 참조하여 자성 나노 입자의 자기 소용돌이 구조가 변화하지 않는 범위일 수 있고, 예를 들어 1 Oe 내지 수백 Oe 범위일 수 있다. 그러나, 자성 나노 입자의 직경이 달라짐에 따라 외부 정자기장은 변화할 수 있다.
도 11을 참조하면, 외부 정자기장을 인가하는 경우, 단자구를 가지는 20 nm 내지 30 nm 직경의 자성 나노 입자는 전체 스핀이 인가된 외부 정자기장의 자기장 방향을 중심으로 세차 운동을 하며 자회 방향을 변경시킬 수 있다. 이때에, 20 nm 내지 30 nm 직경(즉, 단자구)의 자성 나노 입자의 공진 주파수는 외부 정자기장에 대하여 일정하게 비례하며, 이러한 경우는 상기 수학식 1에서 "L"이 라모어 주파수인 상수값(2.803 MHz/Oe)을 가지는 경우에 해당됨을 알 수 있다.
반면, 자기 소용돌이 구조를 가지는 40 nm 이상의 자성 나노 입자는 직경이 커짐에 따라 공진 주파수가 감소된다. 또한, 상기 공진 주파수는 외부 정자기장의 크기가 증가됨에 따라 증가된다. 즉, 상기 수학식 1에서 "L"이 라모어 주파수인 상수값을 더 이상 가지지 않으며, 변화되는 것을 알 수 있다. 자기 소용돌이 구조를 가지는 40 nm 이상의 자성 나노 입자의 공진 주파수의 감소율은 외부 자기장이 커짐에 따라 급격하게 증가된다. 이러한 자성 나노 입자의 크기가 증가함에 따른 외부 자기장에 대한 주파수 비의 감소는 구형 퍼멀로이 합금(Permalloy, Ni80Fe20)에서 확인되었다.
도 12는 자성 나노 입자의 크기에 따른 자기 회전비를 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 자성 나노 입자의 자기 회전비(gyromagnetic ratio, γ)는 자성 나노 입자의 크기가 커짐에 따라 감소한다. 단자구의 경우에는 자기 회전비가 거의 감소하지 않는다. 이러한 자기 회전비의 변화는 감소율은 자성 나노 입자의 전체적인 외부 자기장 방향의 평균 자화율(mz/ms)와 일치한다.
표 1은 자성 나노 입자의 직경과 외부 정자기장에 크기에 대한 공진 주파수를 정리한 표이다. 표 2는 자성 나노 입자의 직경과 외부 정자기장에 크기에 대한 "공진 주파수/외부 자기장"의 값을 2 MHz의 해상도로서 얻은 값을 정리한 표이다.
표 1
10 Oe 50 Oe 100 Oe 200 Oe 300 Oe
20 nm 28 MHz 140 MHz 280 MHz 562 MHz 844 MHz
30 nm 28 MHz 140 MHz 280 MHz 562 MHz 844 MHz
40 nm 24 MHz 124 MHz 250 MHz 516 MHz 782 MHz
60 nm 10 MHz 50 MHz 98 MHz 194 MHz 294 MHz
80 nm 4 MHz 24 MHz 50 MHz 102 MHz 156 MHz
100 nm 2 MHz 16 MHz 32 MHz 64 MHz 98 MHz
120 nm 2 MHz 12 MHz 22 MHz 44 MHz 66 MHz
표 2
10 Oe 50 Oe 100 Oe 200 Oe 300 Oe
20 nm 2.80 MHz/Oe 2.80 MHz/Oe 2.80 MHz/Oe 2.80 MHz/Oe 2.80 MHz/Oe
30 nm 2.80 MHz/Oe 2.80 MHz/Oe 2.80 MHz/Oe 2.80 MHz/Oe 2.80 MHz/Oe
40 nm 2.40 MHz/Oe 2.48 MHz/Oe 2.50 MHz/Oe 2.58 MHz/Oe 2.61 MHz/Oe
60 nm 1.00 MHz/Oe 1.00 MHz/Oe 0.98 MHz/Oe 0.97 MHz/Oe 0.98 MHz/Oe
80 nm 0.40 MHz/Oe 0.48 MHz/Oe 0.50 MHz/Oe 0.51 MHz/Oe 0.52 MHz/Oe
100 nm 0.20 MHz/Oe 0.32 MHz/Oe 0.32 MHz/Oe 0.32 MHz/Oe 0.33 MHz/Oe
120 nm 0.20 MHz/Oe 0.24 MHz/Oe 0.22 MHz/Oe 0.22 MHz/Oe 0.22 MHz/Oe
도 13은 자성 나노 입자(100)에 인가되는 자기장에 대한 공진을 검토하기 위하여자성 나노 입자(100)에 직류 자기장과 교류 자기장을 인가하는 예시적인 방법을 도시하는 개략도이다.
도 13을 참조하면, 자성 나노 입자(100)의 자기 소용돌이 코어 성분(120) 방향인 +Z 방향으로 직류 자기장을 인가하고, 상기 +Z 방향과는 다른 방향, 예를 들어 수직 방향인 +Y 방향으로 교류 자기장을 인가한다. 표 1에서 나타난 바와 같이, 자성 나노 입자(100)의 직경과 상기 직류 자기장의 크기에 따라 자성 나노 입자(100)의 공진 주파수가 결정될 수 있다. 상기 교류 자기장은 상기 직류 자기장의 크기에 비하여 작을 수 있고, 상기 교류 자기장의 주파수를 변경하여 자성 나노 입자(100)의 거동을 관찰하기로 한다.
예를 들어, 자성 나노 입자(100)는 30 nm 직경과 80 nm의 직경을 선택한다. Z-방향으로 인가되는 직류 자기장은 약 100 Oe의 크기로 선택한다. Y-방향으로 인가되는 교류 자기장은 약 10 Oe의 크기로 선택한다. 상기 교류 자기장의 주파수는 30 nm 직경의 자성 나노 입자의 공진 주파수인 281 MHz와 80 nm 직경의 자성 나노 입자의 공진 주파수인 50 MHz를 선택한다.
도 14는 다른 주파수를 가지는 교류 자기장을 인가할 때의 자성 나노 입자의 공진을 자성 나노 입자의 크기에 따라 도시하는 그래프들이다.
(a) 및 (b)는 직경 30 nm의 자성 나노 입자의 경우이다. (c) 및 (d)는 직경 80 nm의 자성 나노 입자의 경우이다.
도 14를 참조하면, 직경 30 nm의 자성 나노 입자의 경우에는 50 MHz의 주파수의교류 자기장을 인가하는 경우에는 변화가 나타나지 않으나((a) 참조), 자신의 공진 주파수인 281 MHz의 주파수의 교류 자기장을 인가하는 경우에는 이에 반응하여 강한 세차 운동과 자화 반전 등의 운동을 활발하게 하게 되는 것을 나타낸다((b) 참조).
직경 80 nm의 자성 나노 입자의 경우에는 281 MHz의 주파수의 교류 자기장을 인가하는 경우에는 변화가 나타나지 않으나((d) 참조), 자신의 공진 주파수인 50 MHz의 주파수의 교류 자기장을 인가하는 경우에는 이에 반응하여 강한 세차 운동과 자화 반전 등의 운동을 활발하게 하게 되는 것을 나타낸다((c) 참조).
즉, 자성 나노 입자는 자신의 공진 주파수를 가지는 자기장이 인가되면, 상기 자기장에 의하여 세차 운동 등의 운동의 활발하게 되고, 이는 에너지적으로 활성화되는 것으로서, 예를 들어 자성 나노 입자가 발열될 수 있다.
또한, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자는 자신의 직경에 따라 다른 공진 주파수를 가지게 되므로, 인가되는 자기장의 공진 주파수에 대하여 자성 나노 입자는 자신의 직경에 따라 선택적으로 활성화될 수 있다.
도 15는 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법을 이용한 약물 전달체(1000)를 도시하는 개략도이다.
도 15를 참조하면, 약물 전달체(1000)는 제1 약물체(1100)와 제2 약물체(1200)를 포함할 수 있다.
제1 약물체(1100)는 내부에 위치하는 제1 자성 나노 입자(1130), 제1 자성 나노 입자(1130)를 둘러싸는 제1 커버부(1120) 및 제1 커버부(1120) 내에 위치하는 제1 약물부(1110)를 포함할 수 있다.
제2 약물체(1200)는 내부에 위치하는 제2 자성 나노 입자(1230), 제2 자성 나노 입자(1230)를 둘러싸는 제2 커버부(1220) 및 제2 커버부(1220) 내에 위치하는 제2 약물부(1210)를 포함할 수 있다.
제1 약물부(1110)와 제2 약물부(1210)는 서로 다른 약물이거나 또는 동일한 약물일 수 있다. 제1 약물부(1110)와 제2 약물부(1210)는 외부에 노출되지 않을 수 있다.
제1 커버부(1120)와 제2 커버부(1220)는 각각 제1 약물부(1110)와 제2 약물부(1210)를 포함하여 둘러싸며, 제1 약물부(1110)와 제2 약물부(1210)가 외부로 노출되지 않게하여 외부로의 유출을 방지할 수 있다. 제1 커버부(1120)와 제2 커버부(1220)는 열에 의하여 용융되는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 제1 커버부(1120)와 제2 커버부(1220)는 동일한 물질을 포함하거나 또는 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
제1 자성 나노 입자(1130)와 제2 자성 나노 입자(1230) 중 적어도 어느 하나는 본 발명의 기술적 사상에 따른 자기 소용돌이 구조를 가질 수 있다. 제1 자성 나노 입자(1130)와 제2 자성 나노 입자(1230)는 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 제1 자성 나노 입자(1130)와 제2 자성 나노 입자(1230)는 서로 다른 공진 주파수를 가질 수 있다. 제1 자성 나노 입자(1130)와 제2 자성 나노 입자(1230)는 자신의 공진 주파수의 외부 자기장에 대하여 선택적으로 활성화될 수 있고, 이에 따라 발열되어 각각 제1 커버부(1120)와 제2 커버부(1220)를 용융시킬 수 있다. 제1 자성 나노 입자(1130)와 제2 자성 나노 입자(1230)에 의하여 제1 커버부(1120)와 제2 커버부(1220)가 각각 용융되면, 제1 약물부(1110)와 제2 약물부(1210)가 인체로 투입될 수 있다.
예를 들어, 제1 자성 나노 입자(1130)의 공진 주파수에 해당되는 외부 자기장을 인가하면, 제1 자성 나노 입자(1130)는 선택적으로 활성화되어 발열되고, 제1 커버부(1120)는 용융되며, 이에 따라 제1 커버부(1120) 내에 포함된 제1 약물부(1110)가 인체에 투입된다. 그러나, 제2 자성 나노 입자(1230)는 활성화되지 않으므로, 제2 약물부(1210)는 인체에 투입되지 않는다.
이와 같이, 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자를 포함하는 약물 전달체는, 한 곳의 환부에 두 가지 이상의 다른 약물을 선택적으로 전달할 수 있으며, 또한 같은 종류의 약물을 시간차를 두고 방출할 수 있으므로 약물 투입량에 따른 부작용을 감소시킬 수 있다. 또한, 다른 종류의 약물을 시간차를 두고 방출할 수 있으므로, 투입되는 다른 약물간의 상호 간섭으로 인한 부작용을 억제할 수 있고, 필요에 따라서는 두 가지 이상의 약물을 효율적으로 배합할 수 있다. 또한, 신체 부위별로 혈관조직의 입자 투과성이 크게 다르므로, 크기가 다른 자성 나노 입자들을 동시에 투여함으로써, 신체의 여러 곳에서 다양한 주파수의 외부 자기장을 동시에 또는 순차적으로 인가시켜 동시 다발적으로 치료할 수 있다. 이러한 치료 방법은 암, 종양 및 기타 다른 종류의 질병과 질환을 현재보다 효과적으로 치료할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
(부호의 설명)
100: 자성 나노 입자,
110: 자기 소용돌이 구조,
120: 자기 소용돌이 코어 성분,
130: 수평 자화 성분,
140: 나선 자화 성분,

Claims (12)

  1. 자기 소용돌이 구조를 가지는 자성 나노 입자를 제공하는 단계;
    상기 자성 나노 입자가 공진 주파수를 가지도록, 제1 자기장을 상기 자성 나노 입자에 인가하는 단계; 및
    상기 공진 주파수를 가지는 제2 자기장을 상기 자성 나노 입자에 인가하여, 상기 자성 나노 입자를 활성화시키는 단계;
    를 포함하는, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 자기장은 직류 자기장인, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 자기장은 상기 자성 나노 입자의 자기 소용돌이 코어와 동일한 방향으로 인가되는, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 자기장은 교류 자기장인, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 자기장은 상기 제1 자기장이 인가되는 방향과 소정의 각도를 가지는 방향으로 인가되는, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성 나노 입자의 상기 공진 주파수는 상기 제1 자기장의 크기에 따라 변화하는, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성 나노 입자의 상기 공진 주파수는 상기 자성 나노 입자의 크기에 따라 변화하는, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성 나노 입자는 40 nm 내지 200nm 범위의 직경을 가지는, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성 나노 입자는 Permalloy (Ni80Fe20),Maghemite(γ-Fe2O3), Magnetite (γ-Fe3O4),BariumFerrite(BaxFeyOz;xy,z는 임의의 조성) 및 CoFe2O4 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  10. 자기 소용돌이 구조를 각각 가지는 제1 자성 나노 입자와 제2 자성 나노 입자들을 제공하는 단계;
    상기 제1 자성 나노 입자가 제1 공진 주파수를 가지고 상기 제2 자성 나노 입자가 상기 제1 공진 주파수와는 다른 제2 공진 주파수를 가지도록, 제1 자기장을 상기 제1 및 제2 자성 나노 입자들에 인가하는 단계; 및
    상기 제1 공진 주파수를 가지는 제2 자기장을 상기 제1 및 제2 자성 나노 입자에 인가하여, 상기 제1 자성 나노 입자를 선택적으로 활성화시키는 단계;
    를 포함하는, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 공진 주파수를 가지는 제3 자기장을 상기 제1 및 제2 자성 나노 입자에 인가하여, 상기 제2 자성 나노 입자를 선택적으로 활성화시키는 단계;
    를 더 포함하는, 자성 나노 입자의 선택적 활성화 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 선택적 활성화 방법에 의하여 활성화되고, 자기 소용돌이 구조를 가지고, 공진 주파수를 외부 자기장으로 나눈 값이 자신의 크기에 따라 변화되는 자성 나노 입자.
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