THE INFLUENCE OF MAGNETIC FIELD AMPLITUDE ON THE MAGNETIZATION REVERSAL KINETICS OF MAGNETIC NANOPARTICLES

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The influence of magnetic field amplitude on magnetization reversal kinetics and the magnetic hyperthermia effect produced by a single-domain ferromagnetic particle immobilized in a non-magnetic medium has been theoretically investigated. The calculation results, based on the mathematically regular Kramers theory, show that the dissipation W of alternating magnetic field energy in the particle can increase with field amplitude faster than according to the quadratic law W ∼ H20. This conclusion, at least in principle, explains recent experiments on magnetic hyperthermia in systems of immobilized particles, where the dependence was discovered W ∼Hγ0  , γ > 2.

About the authors

A. Yu. Zubarev

Ural Federal University named after B. N. Yeltsin

Email: antoniusmagna@yandex.ru
Russian Federation, 620002, Yekaterinburg

L. Yu. Iskakova

Ural Federal University named after B. N. Yeltsin

Email: antoniusmagna@yandex.ru
Russian Federation, 620002, Yekaterinburg

A. Yu. Musikhin

Ural Federal University named after B. N. Yeltsin

Author for correspondence.
Email: antoniusmagna@yandex.ru
Russian Federation, 620002, Yekaterinburg

References

  1. Boczkowska and S.F. Awietjan, Tuning Active Magnetorheological Elastomers for Damping Applications, Materials Science Forum 636–637, 766 (2010).
  2. M.T. Lopez-Lopez, G. Scionti, A.C. Oliveira et al., Generation and Characterization of Novel Magnetic Field-Responsive Biomaterials, PLoS ONE 10, 7 (2015).
  3. B. Sung, M-H. Kim, and L. Abelmann, Magnetic Microgels and Nanogels: Physical Mechanisms and Biomedical Applications, Bioengineering and Translational Medicine 6, 1 (2021).
  4. Imran, A.M. Affandi, M. Alam et al., Advanced Biomedical Applications of Iron Oxide Nanostructures Based Ferrofluids, Nanotechnology 32, 42 (2021).
  5. M. Naghdi, M. Ghovvati, and N. Rabiee, Magnetic Nanocomposites for Biomedical Applications, Advances in colloid and interface science 308, 10277 (2022).
  6. Sharma, A. Jangam, and J. Low Yung Shen, Design of a Temperature-Feedback Controlled Automated Magnetic Hyperthermia Therapy Device, Frontiers in Thermal Engineering 3, 1131262 (2023).
  7. X. Liu, Y. Zhang, Y. Wan et al., Comprehensive Understanding of Magnetic Hyperthermia for Improving Antitumor Therapeutic Efficacy, Theranostics 10, 8 (2020).
  8. Wlodarczyk , S. Gorgon, A. Radon et al., Magnetite Nanoparticles in Magnetic Hyperthermia and Cancer Therapies: Challenges and Perspectives, Nanomaterials 12(11), 1807 (2022).
  9. M. Peiravi, H. Eslami, M. Ansari et al., Magnetic hyperthermia: Potentials and limitations, J. Indian Chem. Soc. 99, 1 (2022).
  10. J. Pan, Y. Xu, Q. Wu et al., Mild Magnetic Hyperthermia-Activated Innate Immunity for Liver Cancer Therapy , J.Amer.Chem. Soc. 143, 21 (2021).
  11. Ahmed, E. Kim, S. Jeon et al., Closed-Loop Temperature-Controlled Magnetic Hyperthermia Therapy With Magnetic Guidance of Superparamagnetic Iron-Oxide Nanoparticles, Advanced Therapeutics 5, 2 (2022).
  12. H. F. Rodrigues, G. Capistrano, and A.F. Bakuzis, In Vivo Magnetic Nanoparticle Hyperthermia: A Review on Preclinical Studies, Low-Field NanoHeaters, Noninvasive Thermometry and Computer Simulations for Treatment Planning, J.Hyperthermia 37, 3 (2020).
  13. V. Vilas-Boas, C. Flix, and E. Begona, Magnetic Hyperthermia for Cancer Treatment: Main Parameters Affecting the Outcome of in Vitro and in Vivo Studies, Molecules 25(12), 2874 (2020).
  14. Chang, M. Lim, J.A.C.M. Goos et al., Biologically Targeted Magnetic Hyperthermia: Potential and Limitations, Frontiers in Pharmacology 9, 831 (2018).
  15. R.E. Rosensweig, Heating Magnetic Fluid With Alternating Magnetic Field, J.Magn.Magn.Mat. 252, 370 (2002).
  16. Yu.P. Kalmykov, THe Relaxation Time of the Magnetization of Uniaxial Single-Domain Ferromagnetic Particles in the Presence of a Uniform Magnetic Field, J.Appl.Phys. 96, 1138 (2004).
  17. S. Poperechny, Yu. L. Raikher, and V. I. Stepanov, Dynamic Magnetic Hysteresis in Single-Domain Particles With Uniaxial Anisotropy, Phys.Rev.B 82, 17 (2010).
  18. A.P. Safronov, A.Yu. Zubarev, A.D. Maximov et al., Specific Loss Power of Epoxy Composites With Embedded Magnetite Particles, Europ.Phys. J. Special Topics 231, 1181 (2022).
  19. S. Dutz, M. Kettering, I. Hilger et al., Magnetic Multicore Nanoparticles for Hyperthermia-Influence of Particle Immobilization in Tumour Tissue on Magnetic Properties, Nanotechnology 22, 26 (2011).
  20. E.A. P?rigo, G. Hemery, O. Sandre et al., Fundamentals and Advances in Magnetic Hyperthermia, Applied Physics Reviews 2, 4 (2015).
  21. S. Odenbach and S. Thurm, Magnetoviscous Effect in Ferofluids, Ferrofluids. Magnetically controllable fluids and their aplications, Springer, Berlin (2002).
  22. М.А. Марценюк, Ю.Л. Райхер, М.И. Шлиомис, ЖЭТФ 65, 834 (1973).
  23. W. F. Brown, Jr., Thermal Fluctuations of a SingleDomain Particle, Amer.Phys. Soc. 130, 5 (1963).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».