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从设计到应用：氧化铁纳米粒子用于炎症和传染病的成像和治疗
超顺磁性氧化铁纳米粒子 (SPION) 是纳米医学领域一项有希望的进展，在诊断和治疗应用中都表现出巨大的潜力。它们可以在磁场中磁化，并且不会显示永久磁化，从而可以在体内精确定位。在交变磁场下，SPION 会产生热量，可用于抗癌磁热疗或触发药物释放。在诊断方面，它们被广泛用作磁共振成像 (MRI) 的造影剂，而磁粒子成像 (MPI) 是一种使用 SPION 作为示踪剂的新兴临床前诊断技术。尽管有这些有希望的应用，但 SPION 的临床实用性受到与可扩展和可重复制造相关的挑战的阻碍。还需要集中精力提高 MPI 分辨率。此外，磁热疗在治疗炎症和感染性疾病中的应用仍然相对未被充分探索。因此，本论文的主要目标是通过可扩展的制造技术开发专门用于炎症和感染性疾病成像和治疗的 SPION。研究的第一部分涉及系统回顾，以检查有关使用 SPION 诊断和治疗慢性炎症疾病的最相关研究。MRI 被确定为 SPION 的主要应用。然而，对 MPI 和磁热疗分别用于成像和治疗炎症疾病的探索有限。在第二个项目中，使用基于风险的药品质量设计方法来优化用于磁热疗的 SPION。在第三个项目中，系统地研究了纳米粒子特性对 MPI 性能的影响。此外，这些项目建立了火焰喷雾热解作为一种可扩展和可重复的技术，用于合成具有复杂化学计量的纳米粒子用于磁热疗和 MPI。在研究的最后部分，通过可扩展技术将 SPION 整合到复合材料中，以改善炎症和传染病的治疗。SPION 与抗炎药塞来昔布一起被整合到片剂中。通过磁热诱导原位非晶化，药物溶解度显著提高。SPION 也被整合到微纤维中，磁性微纤维的散热作用与强力霉素一起用于对抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。与单独使用药物相比，这显著减少了细菌生长。本论文介绍了 SPION 特性及其功能性能的系统探索，建立了一种可扩展的合成技术，并开发了新系统，使 SPION 更广泛地适应生物医学应用。
利用氧化铁/石蜡复合材料增强TES系统的吸热性能
摘要：热能存储（TES）系统已成为一种有前途的能源需求和供应管理解决方案，它可以储存多余的热能并在能源需求高时释放，与太阳能和风能等可再生能源相结合，成为一种高效且经济的能源存储解决方案。本研究旨在使用 ANSYS CFX 软件包中的计算流体动力学 (CFD) 模拟来评估 TES 装置的热性能。在使用工业残水比较传统相变材料 (PCM) 和氧化铁/石蜡复合材料 (2%) 的储热能力后，在两种情况下的模拟中生成了温度分布图和热通量数据。添加氧化铁纳米颗粒显着提高了 TES 装置的吸热性能。两种材料最初都表现出较高的吸热率，随着时间的推移逐渐降低。CFD 数据分析表明，氧化铁/石蜡材料将吸热性能提高了 1 。 3%，这证明了氧化铁纳米颗粒在提高 TES 系统效率方面的潜力，并突出了 TES 系统与可再生能源相结合的优势。通过提高吸热性能，加入氧化铁纳米颗粒有可能延长 TES 装置的使用寿命，并显著降低维护和更换费用。这一突破，加上 TES 技术带来的成本节约和能源效率，可能会促进其广泛应用，从而减少对化石燃料的依赖，促进可持续能源实践。
一种建模方法，用于揭示氧化铁纳米晶体上有毒离子的吸附
材料科学中高级计算机模拟的时代为（纳米 - ）材料性能设计了硅计算实验中的巨大潜力。可以通过原子模型和计算机模拟来揭示各种环境中纳米颗粒的吸附效率。砷（AS）是重要的全球分布污染物之一，对人类健康和环境有危险的影响，它可以根据其形状和大小与铁纳米晶体（例如，赤铁矿（Fe 2 O 3））强烈结合。在这里，我们开发了一种新型的动力学蒙特卡洛（KMC）模型，该模型能够探索和描述Fe 2 O 3纳米晶体的形状效率依赖性，并与砷酸盐污染的水接触。这个新设计的模型证明了纳米晶体在其表面上去除有毒（AS）的性能。当前的模型为在不同的环境相关情况（例如地下水，湿地和水处理系统）下，开辟了新的途径，用于设计用于纳米颗粒的进一步高级KMC模型。除了在介绍的模型中实现的双齿吸附复合物外，还应将单次和外部吸附复合物纳入KMC模型。可以通过实现pH和背景离子来解决详细的环境控制。
从设计到应用：氧化铁纳米颗粒用于炎症和传染病的成像和治疗剂
超顺磁性铁氧化铁纳米颗粒（SPION）是纳米医学中有希望的进步，在诊断和治疗应用中都表现出巨大的潜力。它们可以在磁场中磁化，并且不会显示永久性磁化，从而可以在体内精确定位。在交替的磁场下，SPION会产生热量，可用于针对癌症的磁性高温治疗或触发药物释放。诊断，它们被广泛用作磁共振成像（MRI）的对比剂，而磁性粒子成像（MPI）是一种使用SPIONS作为示踪剂的新兴临床前诊断技术。尽管有这些有希望的应用，但SPION的临床实用性受到与可扩展和可再现制造有关的挑战的阻碍。还需要集中精力来改善MPI解决方案。此外，磁性高温用于治疗炎症和感染性疾病的应用仍然相对不受影响。因此，本论文的主要目的是开发针对通过可扩展的制造技术进行成像和治疗炎症和感染性疾病的SPION。研究的第一部分涉及系统综述，以检查有关使用SPION用于诊断和治疗慢性炎症性疾病的最相关研究。MRI被确定为SPION的主要应用。然而，分别对MPI和磁性高温进行成像和治疗炎症性疾病的探索有限。spions与抗炎药Celecoxib一起掺入片剂中。在第二个项目中，使用设计方法基于风险的药物质量来优化磁性高温的SPION。在第三个项目中系统地研究了纳米颗粒性质对MPI性能的影响。此外，这些项目还将火焰喷射热解作为一种可扩展且可重复的技术，用于将纳米颗粒合成具有复杂化学计量的纳米颗粒，用于磁性高温和MPI。在研究的最后一部分中，通过可扩展技术将SPION纳入复合材料，以改善炎症和传染病的治疗。药物溶解度通过磁性高温诱导的原位非晶化显着提高。也将SPION纳入超细纤维中，并将磁性超纤维的热量耗散与强力霉素对抗耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌。与单独使用该药物相比，这导致细菌生长大幅降低。本论文引入了对SPION特性及其功能性能的系统探索，为其生产建立了可扩展的合成技术，并开发了新型系统，以更广泛地适应生物医学应用中的SPION。
通过应用靶向丝/氧化铁复合球对癌细胞进行热疗。
这是以下文章的同行评审、已接受作者手稿：Kucharczyk, K., Kaczmarek, K., Józefczak, A., Slalchcinski, M., Mackiewicz, A., & Dams- Kozłowska, H. (2021)。通过应用靶向丝/氧化铁复合球对癌细胞进行热疗。材料科学与工程：C , 120 , [111654]。https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111654
磁性药物靶向和基于铁毒素的癌症治疗中的氧化铁纳米颗粒
与其他几种NP变体不同，IO NP可以借助EMF引导到肿瘤部位，而无需固定靶向剂，例如肽，适体，蛋白质或抗体。但是，类似于其他NP类型，至关重要的是要覆盖IO NP的裸露表面（例如，使用聚合物或细胞膜）来防止调子化和聚集，并逃避巨噬细胞的吸收，以便它们可以到达肿瘤部位（图1A）[2]。使用IO NPS采用MDT有两种策略：直接与IO NP的药物共轭或与IO NP共同负载的DDS的药物共轭。使用IO NP，其他参数，例如血流速率，NPS的表面电荷或其尺寸也可能对NP的最终积累产生显着影响，而磁场强度在MDT中起关键作用。磁场梯度可能导致IO NP向最强磁力（F）的区域移动，如公式（4）[3]：
双相锂氧化铁纳米复合材料，用于增强电磁干扰屏蔽特性
由于无线电信设备的指数增长，对有效的电磁干扰（EMI）屏蔽材料的需求很大。这些设备发出的电磁辐射会破坏电子设备并引起健康危害。因此，开发可以保护设备和人类免于电磁辐射的材料至关重要。在这种情况下，纳米复合材料具有巨大的优势，这是因为可以调整界面以及在纳米复合材料中使用磁性和介电成分的互补特性来增强EMI屏蔽性能。这项工作表明，通过仔细调整合成参数，我们可以生长氧化双相锂（Ferri磁性α -Life 5 O 8和顺磁性α -LifeO 2）纳米复合材料，具有不同的两个阶段相对级分。相位分数的变化和两个阶段的同时增长使我们能够控制两个相之间的接口以及纳米复合材料的物理特性，这对EMI屏蔽性能有直接影响。详细的结构（X射线衍射），成分（拉曼规格Troscopicy）和形态学（高分辨率透射电子显微镜）表征得出了，以了解合成条件对EMI屏蔽参数的影响。改进的介电和磁性性能以及样品中的界面数量增加，几乎相等的两个阶段导致最佳性能。这项工作证明了使用具有可控界面和物理性能的EMI屏蔽的双相磁氧化物纳米复合材料的重要潜力，EMI屏蔽层将来可以构成更复杂的三式系统的基础。
磁对准控制涂覆氧化铁纳米粒子的金纳米棒的等离子体
新的光学特性在光热疗法、比色传感、生物成像和光电子学中具有潜在的应用。[1–8] 在过去二十年中，随着 GNR 合成方法的不断改进，[9,10] 人们开发出了许多用于排列和组装 GNR 的技术，从而获得了新的光学特性。[11] GNR 具有纵向和横向表面等离子体共振 (LSPR 和 TSPR)，当光的电场分别沿长度和直径方向取向时，会激发这些共振。LSPR 比 TSPR 更强烈，LSPR 的波长取决于纳米棒的长宽比，从而可以调谐到近红外光谱。 GNR 的取向可以选择性地激发 LSPR 或 TSPR，目前已通过拉伸聚合物薄膜[12–14] 静电纺丝聚合物纤维[15,16] 控制蒸发介导沉积[17,18] 模板沉积[19–23] 皱纹辅助组装[24] 机械刷[25] 和液晶分散[26–31] 等方法实现。尽管其中一些取向技术可以提供高度有序性，但利用施加的磁场或电场对分散在液体中的 GNR 进行动态取向的能力因其速度和可逆性而颇具吸引力。利用电场对 GNR 进行取向，
HER2 适体结合氧化铁纳米粒子与 PDMAEMA-b-PMPC 涂层用于乳腺癌细胞
目的：合成HER2适体结合的氧化铁纳米粒子，表面包覆聚（2-（二甲氨基）乙基甲基丙烯酸酯）-聚（2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱）嵌段共聚物（IONPPPs）。方法：表征包括分子结构、化学组成、热稳定性、磁性、适体相互作用、晶体性质和微观特征。后续研究集中于IONPPPs用于体外癌细胞识别。结果：结果表明，二嵌段共聚物具有高生物相容性，浓度高达150 μ g / ml时无明显毒性。简便的涂层工艺产生了IONPP复合物，其具有13.27 nm的金属核和3.10 nm的聚合物涂层。用HER2靶向DNA适体进行功能化后，IONPPP通过磁化分离增强了对HER2扩增的SKBR3细胞的识别。结论：这些发现强调了 IONPPP 在癌症研究和临床应用中的潜力，并通过概念验证方法展示了诊断效果和 HER2 蛋白靶向性。
氧化铁纳米粒子在磁性药物靶向和基于铁死亡的癌症治疗中的应用
与其他几种 NP 变体不同，IO NP 可以借助 EMF 引导至肿瘤部位，而无需在表面固定肽、适体、蛋白质或抗体等靶向剂。然而，与其他类型的 NP 类似，必须在 IO NP 的裸露表面涂上涂层（例如，用聚合物或细胞膜）以防止调理作用和聚集，并避免被巨噬细胞摄取，这样它们才能到达肿瘤部位（图 1A）[2]。使用 IO NP 进行 MDT 有两种策略：将药物直接结合到 IO NP 上，或将药物结合到与 IO NP 共同负载的 DDS 上。虽然磁场强度在使用 IO NP 的 MDT 中起着关键作用，但其他参数（如血流速率、NP 的表面电荷或它们的大小）也会对 NP 的最终积累产生重大影响。磁场梯度可导致IO NPs向磁力最强的区域（F）移动，如方程（4）所示[3]：