Research Abstract
大きな交流磁場中における磁性ナノ粒子の散逸構造と温熱効果
Hyperthermic effects of dissipative structures of magnetic nanoparticles in large alternating magnetic fields
2011年11月15日 Scientific Reports 1 : 157 doi: 10.1038/srep00157
磁性ナノ粒子を用いる標的温熱療法は、有望ながんの治療法である。しかし、この治療に用いられるような大きな交流磁場中における磁性ナノ粒子の熱散逸のメカニズムは、ほとんど明らかになっていない。本研究では、水溶液中の回転可能なナノ粒子の磁気損失と、局所構造に固定され回転できないナノ粒子の磁気損失を数値計算により比較した。この結果、回転可能な場合、超常磁性を示すナノ粒子の緩和損失には速いネール緩和に起因する既知の主極大に加えて、各ナノ粒子の磁化容易軸のゆっくりとした回転により生じる第二の極大があることが明らかとなった。また、回転可能な強磁性ナノ粒子に高周波の交流磁場を印加すると、自由エネルギーの大小とは無関係に、磁場と平行、あるいは磁場と垂直な面内に配向した構造が生じることがわかった。そして、ヒステリシス損、すなわち発熱量を最大とする条件はこれらの散逸構造の形成に大きく左右されることが示された。これらの知見は、標的磁気温熱療法の設計に新たな光を当てるものである。
- 独立行政法人 物質・材料研究機構 量子ビームセンター
- 滋賀県立大学 工学部
Targeted hyperthermia treatment using magnetic nanoparticles is a promising cancer therapy. However, the mechanisms of heat dissipation in the large alternating magnetic field used during such treatment have not been clarified. In this study, we numerically compared the magnetic loss in rotatable nanoparticles in aqueous media with that of non-rotatable nanoparticles anchored to localised structures. In the former, the relaxation loss in superparamagnetic nanoparticles has a secondary maximum because of slow rotation of the magnetic easy axis of each nanoparticle in the large field in addition to the known primary maximum caused by rapid Ne´el relaxation. Irradiation of rotatable ferromagnetic nanoparticles with a high-frequency axial field generates structures oriented in a longitudinal or planar direction irrespective of the free energy. Consequently, these dissipative structures significantly affect the conditions for maximum hysteresis loss. These findings shed new light on the design of targeted magnetic hyperthermia treatments.
