Исследования спектров ядерного магнитного резонанса нового класса магнетореологических наножидкостей способно помочь исследователям различать здоровые и повреждённые ткани человеческого организма.

Наталья Ногинова и её коллеги из Норфолкского Государственного Университета в США обнаружили, что суспензии наночастиц гамма-оксида железа влияют на спиновую релаксацию в окружающей наночастицы жидкости. Этот эффект отличен от наблюдаемого в твёрдом теле и проявляется различным образом в разных жидкостях.

Магнитные наночастицы являются перспективными объектами для научных, технологических и медицинских приложений – доставки лекарств, термотерапии раковых опухолей, магнитно-резонансной визуализации (в качестве контрастных агентов).

Рис. 1. Магнитная наножидкость

Для того, чтобы лучше изучить магнитные и динамические свойства магнитных наночастиц и их влияние на окружающую их среду, учёные исследовали сузпензии магнитных наночастиц в различных твёрдых и жидких средах. «Наножидкость» содержит функционализированные частицы маггемита и ведёт себя как жидкость даже в отсутствие растворителя.

Образцы изучались в сильном (7 Тесла) магнитном поле ЯМР-спектрометра. Принцип его работы состоит в том, что импульсы магнитного поля ориентируют спины ядер водорода в одном направлении, после чего измеряется динамика их релаксации в исходное состояние.

При повышении концентрации наночастиц исследователи наблюдали значительное уширение протонного ЯМР-спектра и возрастание скорости релаксации.

Рис. 2. Команда ученых

По их словам, присутствие магнитных наночастиц оказывает влияние на резонансную частоту и скорость релаксации ядерных спинов в окружающей наночастицы среде, поскольку эти наномагниты создают вокруг себя дополнительное поле. Это поле и является причиной изменённой релаксации в жидкостях, где существует дополнительный фактор движения молекул среды; в твёрдом теле такое движение невозможно, и эффект не наблюдается.

Поскольку связанные с наночастицами изменения в процессе релаксации, в первую очередь, определяются самодиффузией молекул жидкости, скорость которой изменяется от ткани к ткани, этот метод может быть использован для различения здоровых и повреждённых тканей. Кроме того, уширение спектральной линии и релаксация могут позволить значительно повысить контрастность в магнитно-резонансной визуализации: например, поскольку интенсивность наблюдаемого сигнала зависит от его спектральной ширины, области с широкой линией будут выглядеть темнее.

Василий Артюхов