Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad KermanPour,Ahmad Monshi,Sheyda Labbaf
احمد کرمانپور (استاد راهنما) احمد منشي (استاد مشاور) شيدا لباف (استاد مشاور)
 
STUDENT
Tahereh Zargar
طاهره زرگر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Evaluating effects of hydrothermal process parameters on the properties of Zn-substituted magnetite nanoparticles for magnetic hyperthermia application
Magnetic hyperthermia is a non-invasive or minimally invasive method for cancer treatment in which super-paramagnetic nanoparticles are used. In this project, effect of hydrothermal process parameters on physical, magnetic and thermal properties of Zn-substituted magnetite nanoparticles (Zn 0.3 Fe 2.7 O 4 ) were assessed. The magnetic nanoparticles were synthesized via hydrothermal-reduction route in the presence of citric acid, at temperatures of 150, 175 and 200 °C for duration of 10, 15 and 20 hours. The purity, chemical composition, microstructure, magnetic and thermal properties of samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), vibrating sample magnetometer (VSM) and specific loss power (SLP) measurements, respectively. The results showed that temperature and time of the hydrothermal process had a significant effect on chemical composition and different properties of the synthesized nanoparticles. It was observed that at 150 °C, heat generation was not enough to produce the activation energy required for nucleation of Zn 0.3 Fe 2.7 O 4 spinel nanoparticles, even after a long time. At 175 ° C, although temperature is low, but the suitable condition for nucleation of nanoparticles was made and spinel nanoparticles with the size of about 13 nm were formed after 15 hours. Nonetheless, since crystallinity and specific loss power of the nanoparticles was low, they showed weak performance for magnetic hyperthermia. At 200 ° C, although activation energy was provided for nanoparticles nucleation, due to the high temperature, the spinel was oxidized to hematite, resulting in decrease in thermal and magnetic properties of the nanoparticles. In overall, the nanoparticles made have at 200 ° C for 15 hours was chosen as the best sample having a reasonable purity, magnetic and thermal properties (SLP= 18.71 W/g). In order to increase biocompatibility of the synthesized nanoparticles, their surface was coated by polyethylene glycol (PEG) polymer. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), SEM and SLP measurements were conducted to investigate the formation of polymer coating on the nanoparticles surface, morphology, size distribution and thermal properties of the coated nanoparticles. The results showed that the PEG were successfully formed on the nanoparticles surface and of the nanoparticles and their shape was still spherical. The SLP of the coated nanoparticles (17.62 W/g) showed no significant difference to that of the uncoated nanoparticles. Keywords : Zn 0.3 Fe 2.7 O 4 magnetic nanoparticles, magnetic hyperthermia, hydrothermal-reduction route via citric acid, polyethylene glycol (PEG) polymer, coating.
چکيده فراگرمايي مغناطيسي يکي از روش هاي غيرتهاجمي و يا کم تهاجمي براي درمان سرطان است که در آن از نانوذرات مغناطيسي ابرپارامغناطيس استفاده مي شود. دراين پروژه تأثير متغيرهاي فرايند هيدروترمال بر خواص فيزيکي، مغناطيسي و گرمايي نانوذرات مغناطيسي مگنتايت جانشاني شده با روي (Zn 0.3 Fe 2.7 O 4 ) مورد ارزيابي قرارگرفت. اين نانوذرات به وسيله ي روش احياي هيدروترمال به کمک اسيدسيتريک در دماهاي 150، 175 و 200 درجه ي سانتي گراد به مدت زمان هاي 10، 15 و 20 ساعت ساخته شد و خلوص و ترکيب شيميايي، ريزساختار، خواص مغناطيسي و گرمايي نمونه هاي ساخته شده به ترتيب به وسيله ي آزمايش هاي پراش پرتو ايکس (XRD)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي(SEM)، مغناطيس سنج ارتعاشي (VSM) و اندازه گيري توان اتلاف ويژه(SLP) مورد بررسي قرار گرفت. در اين بررسي ها ديده شد که دو پارامتر دما و زمان نقش عمده اي بر ترکيب شيميايي و خواص مختلف نانوذرات ساخته شده با اين روش دارند. مشاهده شد در دماي 150 درجه ي سانتي گراد حرارت توليدي در حدي نيست که انرژي اکتيواسيون لازم براي جوانه زني نانوذرات اسپينل Zn 0.3 Fe 2.7 O 4 حتي با گذشت زمان در روش هيدروترمال فراهم شود. در دماي 175 درجه ي سانتي گراد با اينکه همچنان دما پايين است اما با گذشت زمان کم کم شرايط براي جوانه زني نانوذرات فراهم مي گردد و نانوذرات اسپينل پس از 15 ساعت با اندازه ي حدود nm 13 تشکيل مي شوند؛ در اين شرايط بلورينگي نانوذرات پايين بوده و توان اتلاف ويژه قابل توجهي نخواهند داشت و لذا براي کاربرد فراگرمايي کارايي چنداني ندارند. در دماي 200 درجه ي سانتي گراد انرژي اکتيواسيون لازم براي جوانه زني نانوذرات فراهم است، اما به دليل بالا بودن بيش از حد دما، شرايط براي اکسيداسيون اسپينل به هماتيت فراهم است. در اين شرايط هرچند نانوذرات ساخته شده پس از 15 ساعت، از اندازه و بلورينگي مناسبي برخوردارند، اما به دليل حضور فاز مزاحم غيرمغناطيسي هماتيت، خواص گرمايي و مغناطيسي اين ذرات افت چشمگيري داشته است. از ميان نمونه هاي مختلف، نمونه ي ساخته شده در دماي 200درجه ي سانتي گراد و 15 ساعت به عنوان بهترين نمونه از لحاظ خلوص، خواص مغناطيسي و گرمايي با توان اتلاف ويژه W/g 71/18 تعيين گرديد. به منظور افزايش زيست سازگاري نانوذرات، پلي مر پلي اتيلن گليکول (PEG ) بر سطح نمونه بهينه پوشش دهي گرديد. آزمايش هاي طيف سنجي مادون قرمز با تبديل فوريه (FTIR)، EM و اندازه گيري SLP به ترتيب جهت بررسي تشکيل پوشش پلي مري بر سطح نانوذرات، مورفولوژي و توزيع اندازه نانوذرات و خاصيت گرمايي نانوذرات پس از پوشش دهي انجام گرديد. نتايج نشان داد که پوشش پلي مر بر سطح نانوذرات جاي گرفته و نانوذرات مورفولوژي کروي شکل خود را حفظ کرده اند. توان اتلاف ويژه نانوذرات پوشش داده شده (W/g 62/17) با نانوذرات بدون پوشش تفاوت زيادي نداشت. کلمات کليدي: نانوذرات مغناطيسي Zn 0.3 Fe 2.7 O 4 ، فراگرمايي مغناطيسي، احياي هيدروترمال به کمک اسيدسيتريک، پوشش پلي مري پلي اتيلن گليکول(PEG)

ارتقاء امنیت وب با وف بومی