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year 2016
author(s) Sebastian Schulz
title Magnetische Untersuchungen an Fe1-xNix@CNT und Ni1-xCrx@CNT Nanopartikeln für die Hyperthermie
KIP-Nummer HD-KIP 16-36
KIP-Gruppe(n) F25
document type Bachelorarbeit
Keywords Nanomagnets
Abstract (de)

Diese Arbeit beinhaltet Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften von mit Eisen-Nickel-Partikeln bzw. mit Nickel-Chrom-Partikeln gefüllten Kohlenstoffnanoröhren, des Zusammenhangs dieser Eigenschaften mit Teilchengröße, Struktur, Morphologie und Zusammensetzung der Materialien sowie Untersuchungen zur Anwendbarkeit für die Krebstherapie mittels magnetischer Hyperthermie. Experimentell wurden magnetische Untersuchungen der Materialien mittels eines Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) Magnetometers sowie kalorimetrische Untersuchungen, welche Erkenntnisse zur Anwendbarkeit der Nanomaterialien in der magnetischen Hyperthermie liefern, durchgeführt. Dabei wurde das Heizverhalten der Materialien in magnetischen Wechselfeldern mit einer Frequenz von 120 kHz und Amplituden zwischen 30 kA/m und 100 kA/m untersucht. In den magnetischen Messungen bei Raumtemperatur wurde ferromagnetisches Verhalten für die Eisen-Nickel-Proben nachgewiesen, während für die Nickel-Chrom-Proben superparamagnetisches Verhalten auftritt. Weitere Messungen zeigten für Nanopartikel typische Übergänge zwischen ferromagnetischem und superparamagnetischem Verhalten bei der Blockingtemperatur. Es wurde eine breite Blockingtemperaturverteilung festgestellt, was auf eine breite Größenverteilung der Metallpartikel hindeutet. Alle Proben sind in ihrer vorliegenden Form nicht geeignet für die Hyperthermie, da sich die Eisen-Nickel-Partikel für die in dieser Arbeit verwendeten Feldstärken nur wenig aufwärmen, während die Nickel-Chrom-Partikel gar nicht heizen. Die höchste erzielte Heizrate wurde für die Eisen-Nickel-Probe mit Eisen-Nickel Metallmassenverhältnis von 2 zu 1 gemessen. Es wurde eine spezifische Absorptionsrate (SAR) von 45W/g bei einer Feldstärke von 100 kA/m erreicht.

Abstract (en)

This work presents studies on the magnetic properties of iron-nickel- and nickel-chrome-filled carbon-nanotubes and on its dependence on the particle size, morphology, structure and composition of the material as well as studies on the applicability of these materials for anti cancer treatment by means of magnetic hyperthermia. Experimentally, a superconducting quantum interference device (SQUID) has been applied while the feasibility for hyperthermia treatment is studied by measuring heat dissipation effects under the influence of applied alternating magnetic fields with a frequency of 120 kHz and amplitudes between 30 kA/m and 100 kA/m. The magnetic measurements at room temperature show ferromagnetic behaviour for the iron-nickel-samples, while the nickel-chrome-samples are superparamagnetic. The data show the crossover from ferromagnetism to superparamagnetism at certain blocking temperatures, which is a typical behaviour for nanoparticles. A broad distribution of blocking temperatures has been found, which agrees to a broad size distribution of the metallic particles in the materials under study. In neither of the materials, strong heating effects are observed. For the fields used in this experiment the iron-nickel-samples only heat weakly, while the nickel-chrome-samples do not show temperature increase in the AC-field at all. The highest specific absorption rate (SAR) is found for the iron-nickel-sample with an iron-to-nickel ratio of 2 to 1. This material exhibits a SAR value of 45W/g at the field amplitude of 100 kA/m.

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