Las nanopartículas magnéticas son una clase de nanopartículas que se pueden manipular mediante campos magnéticos . Tales partículas comúnmente constan de dos componentes, un material magnético, a menudo hierro , níquel y cobalto , y un componente químico que tiene funcionalidad. Mientras que las nanopartículas tienen menos de 1 micrómetro de diámetro (típicamente de 1 a 100 nanómetros), las microesferas más grandes tienen un diámetro de 0,5 a 500 micrómetros. Los grupos de nanopartículas magnéticas que se componen de varias nanopartículas magnéticas individuales se conocen como nanoperlas magnéticas con un diámetro de 50 a 200 nanómetros. [1] [2]Los cúmulos de nanopartículas magnéticas son la base para su posterior ensamblaje magnético en nanocadenas magnéticas . [3] Las nanopartículas magnéticas han sido el foco de mucha investigación recientemente porque poseen propiedades atractivas que podrían tener un uso potencial en la catálisis , incluidos los catalizadores basados en nanomateriales , [4] la biomedicina [5] y la orientación específica de tejidos, [6] coloidal sintonizable magnéticamente cristales fotónicos , [7] microfluídica , [8] imágenes de resonancia magnética , [9] imágenes de partículas magnéticas , [10] almacenamiento de datos , [11] [12] remediación ambiental , [13] nanofluidos , [14] [15] filtros ópticos, [16] sensor de defectos, [17] enfriamiento magnético [18] [19] y sensores de cationes. [20]
Las propiedades físicas y químicas de las nanopartículas magnéticas dependen en gran medida del método de síntesis y la estructura química. En la mayoría de los casos, las partículas tienen un tamaño de 1 a 100 nm y pueden mostrar superparamagnetismo . [21]
Las nanopartículas de ferrita o nanopartículas de óxido de hierro ( óxidos de hierro en estructura cristalina de maghemita o magnetita ) son las nanopartículas magnéticas más exploradas hasta la fecha. Una vez que las partículas de ferrita se vuelven más pequeñas que 128 nm [22] , se vuelven superparamagnéticas , lo que evita la autoaglomeración, ya que exhiben su comportamiento magnético solo cuando se aplica un campo magnético externo. El momento magnético de las nanopartículas de ferrita se puede aumentar considerablemente mediante la agrupación controlada de varias nanopartículas superparamagnéticas individuales en grupos de nanopartículas superparamagnéticas, a saber, nanoesferas magnéticas . [1]Con el campo magnético externo desconectado, la remanencia vuelve a caer a cero. Al igual que las nanopartículas de óxido no magnético, la superficie de las nanopartículas de ferrita a menudo se modifica con tensioactivos , sílice , [1] siliconas o derivados del ácido fosfórico para aumentar su estabilidad en solución. [23]
La superficie de una nanopartícula magnética de maghemita o magnetita es relativamente inerte y no suele permitir fuertes enlaces covalentes con moléculas de funcionalización. Sin embargo, la reactividad de las nanopartículas magnéticas se puede mejorar revistiendo una capa de sílice sobre su superficie. [25] La cubierta de sílice se puede modificar fácilmente con varios grupos funcionales de superficie a través de enlaces covalentes entre las moléculas de organosilano y la cubierta de sílice. [26] Además, algunas moléculas de tinte fluorescente pueden unirse covalentemente a la cubierta de sílice funcionalizada. [27]
Los grupos de nanopartículas de ferrita con distribución de tamaño estrecho que consisten en nanopartículas de óxido superparamagnético (~ 80 nanopartículas superparamagnéticas de maghemita por perla) recubiertas con una capa de sílice tienen varias ventajas sobre las nanopartículas metálicas: [1]
Las nanopartículas metálicas pueden ser beneficiosas para algunas aplicaciones técnicas debido a su mayor momento magnético, mientras que los óxidos ( maghemita , magnetita ) serían beneficiosos para aplicaciones biomédicas. Esto también implica que, al mismo tiempo, las nanopartículas metálicas pueden hacerse más pequeñas que sus contrapartes de óxido. Por otro lado, las nanopartículas metálicas tienen la gran desventaja de ser pirofóricas y reactivas a los agentes oxidantes en diversos grados. Esto dificulta su manejo y permite reacciones secundarias no deseadas que los hacen menos apropiados para aplicaciones biomédicas. La formación de coloides para partículas metálicas también es mucho más desafiante.