La relaxometría superparamagnética ( SPMR ) es una tecnología que combina el uso de sensores magnéticos sensibles y las propiedades superparamagnéticas de las nanopartículas de magnetita (NP). [1] [2] Para NP de un tamaño suficientemente pequeño, del orden de decenas de nanómetros (nm), las NP exhiben propiedades paramagnéticas, es decir, tienen poco o ningún momento magnético . Cuando se exponen a un pequeño campo magnético externo, del orden de unos pocos militesla (mT), las NP se alinean con ese campo y exhiben ferromagnéticos .propiedades con grandes momentos magnéticos. Después de la eliminación del campo magnetizante, el NP se termaliza lentamente, decayendo con una constante de tiempo distinta desde el estado ferromagnético hasta el estado paramagnético. Esta constante de tiempo depende en gran medida del diámetro de las NP y de si están unidas o no a una superficie externa, como una célula. La medición de este campo magnético en descomposición generalmente se realiza mediante detectores de interferencia cuántica superconductores (SQUID). La magnitud del campo durante el proceso de decaimiento determina el momento magnético de las NP en la fuente. Un mapa de contorno espacial de la distribución del campo determina la ubicación de la fuente en tres dimensiones, así como el momento magnético.
Las mediciones de SPMR dependen de las características de la nanopartícula (NP) que se utiliza. La NP debe tener la propiedad de que el material a granel sea normalmente ferromagnético a granel. La magnetita (Fe 3 O 4 ) es un ejemplo, ya que es ferromagnética cuando está por debajo de su temperatura de Curie . Sin embargo, si las NP son de dominio único y tienen un tamaño inferior a ~ 50 nm, exhiben propiedades paramagnéticas incluso por debajo de la temperatura de Curie debido a que la energía de la NP está dominada por la actividad térmica en lugar de la energía magnética. Si se aplica un campo magnético externo, las NP se alinean con ese campo y ahora tienen un momento magnético característico del comportamiento ferromagnético. Cuando se elimina este campo externo, las NP se relajan y regresan a su estado paramagnético.
El tamaño del NP determina la tasa de decaimiento del proceso de relajación después de la extinción del campo de magnetización externo. La tasa de decaimiento de NP también depende de si la partícula está unida (atada) a una superficie o si puede girar libremente. Este último caso está dominado por la actividad térmica, el movimiento browniano .
Aquí, el valor de τ 0 normalmente se toma como τ 0 ≈ 10 −10 s, K es la densidad de energía de anisotropía del material magnético (1,35 × 10 4 J/T), V el volumen del núcleo magnético, k B es la constante de Boltzmann, y T es la temperatura absoluta. Esta relación exponencial entre el volumen de partículas y el tiempo de decaimiento implica una dependencia muy fuerte del diámetro de las NP utilizadas en los estudios de SPMR, lo que requiere restricciones de tamaño precisas para producir estas partículas.
Para la magnetita, esto requiere un diámetro de partícula de ~25 nm. [4] El NP también requiere una alta monodispersión alrededor de este diámetro, ya que NP unos pocos nm por debajo de este valor decaerá demasiado rápido y unos pocos nm por encima decaerá demasiado lentamente para encajar en la ventana de tiempo de la medición.
El valor de la constante de tiempo, τ N , depende del método de fabricación de la NP. Diferentes procedimientos químicos producirán valores ligeramente diferentes, así como diferentes momentos magnéticos NP. Las características igualmente importantes de la NP son la monodispersidad, el carácter de dominio único y la estructura cristalina. [5]