К теории динамической восприимчивости мягких магнитных коллоидов
- Authors: Зубарев А.Ю.1, Искакова Л.Ю.1, Мусихин А.Ю.1
-
Affiliations:
- Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина
- Issue: Vol 86, No 3 (2024)
- Pages: 329-343
- Section: Articles
- Submitted: 27.02.2025
- Published: 15.06.2024
- URL: https://rjdentistry.com/0023-2912/article/view/670888
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291224030034
- EDN: https://elibrary.ru/BMNDEV
- ID: 670888
Cite item
Abstract
Теоретически рассмотрена кинетика перемагничивания наноразмерной ферромагнитной частицы в мягкой упруго-вязкой среде. В отличие от известных работ, мы рассматриваем одновременное действие неелевского механизма перемагничивания частицы (преодоления ее магнитным моментом потенциального барьера магнитной анизотропии) и вращения (поворота) тела частицы при изменении внешнего магнитного поля. Рассмотрен случай большой магнитной анизотропии частицы, т. е. предполагается, что ее энергия существенно превышает тепловую энергию системы и энергию взаимодействия частицы с магнитным полем. Других ограничений на напряженность поля не предполагается. Более подробно рассмотрен случай малых полей в линейном приближении зависимости намагниченности от поля. В рамках этого приближения рассчитаны компоненты комплексной восприимчивости композита. Показано, что реальная часть восприимчивости монотонно убывает с частотой поля. Если жесткость композита велика или мала, мнимая часть имеет один максимум, соответствующий неелевскому механизму перемагничивания или повороту частицы в упруго-вязкой среде соответственно. При промежуточных значениях жесткости композита частотная зависимость мнимой восприимчивости имеет два максимума.
Full Text

About the authors
А. Ю. Зубарев
Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина
Email: Antoniusmagna@yandex.ru
Russian Federation, 620002, Екатеринбург, просп. Ленина, 51
Л. Ю. Искакова
Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина
Email: Antoniusmagna@yandex.ru
Russian Federation, 620002, Екатеринбург, просп. Ленина, 51
А. Ю. Мусихин
Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина
Author for correspondence.
Email: Antoniusmagna@yandex.ru
Russian Federation, 620002, Екатеринбург, просп. Ленина, 51
References
- Boczkowska A., Awietjan S.F. Tuning active magnetorheological elastomers for damping applications // Materials Science Forum. 2010. V. 636–637. P. 766–771. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.636-637.766
- Lopez-Lopez M.T., Scionti G., Oliveira A.C., Duran J.D., Campos A., Alaminos M., Rodriges I.A. Generation and characterization of novel magnetic field-responsive biomaterials // PLoS One. 2015. V. 10. № 7. P. e0133878. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0133878
- Bira N., Dhagat P., Davidson J.R. A review of magnetic elastomers and their role in soft robotics // Front. Robot. AI. 2020. V. 7. P. 588391. https://doi.org/10.3389/frobt.2020.588391
- Kurlyandskaya G.V., Blyakhman F.A., Makarova E.B., et al. Functional magnetic ferrogels: From biosensors to regenerative medicine // AIP Advances. 2020. V. 10. № 12. P. 125128. https://doi.org/10.1063/9.0000021
- Rajan A., Sahu N.K. Review on magnetic nanoparticle-mediated hyperthermia for cancer therapy // J. Nanopart Res. 2020. V. 22. P. 319. https://doi.org/10.1007/s11051-020-05045-9
- Vilas-Boas V. Magnetic hyperthermia for cancer treatment: Main parameters affecting the outcome of in vitro and in vivo studies // Molecules. 2020. V. 25. № 12. P. 2874. https://doi.org/10.3390/molecules25122874
- Lingbing L. Multifunctional Hybrid Nanogels for Medicine / in Handbook of Materials for Nanomedicine. eBook ISBN9781003045113. 2020. https://doi.org/10.1201/9781003045113.
- Chung H-J., Parsons A., Zheng L. Magnetically controlled soft robotics utilizing elastomers and gels in actuation: A Review // Adv. Intell. Syst. 2021. V. 3. № 3. P. 2000186. https://doi.org/10.1002/aisy.202000186
- Kaewruethai T., Laomeephol C., Pan Y. Luckanagul J. Multifunctional polymeric nanogels for biomedical applications // Gels. 2021. V. 7. № 21. P. 228. https://doi.org/10.3390/gels7040228
- Sung B., Kim M-H., Abelmann L. Magnetic microgels and nanogels: Physical mechanisms and biomedical applications // Bioeng. Transl. Med. 2021. V. 6. № 1. P. e10190. https://doi.org/10.1002/btm2.10190
- Imran M., Affandi A.M., Alam M.M., et. al. Advanced biomedical applications of iron oxide nanostructures based ferrofluids // Nanotechnology. 2021. V. 32. № 42. P. 422001. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac137a
- Naghdi M., Ghovvati M., Rabiee N., et al. Magnetic nanocomposites for biomedical applications // Advances in Colloid and Interface Science. 2022. V. 308. P. 102771. https://doi.org/10.1016/j.cis.2022.102771
- Socoliuc V., Avdeev M.V., Kuncser V., Turcu R., Tombácz E., Vékás L. Ferrofluids and bio-ferrofluids: Looking back and stepping forward // Nanoscale. 2022. V. 14. № 13. P. 4786–4886. https://doi.org/10.1039/D1NR05841J
- Montiel Schneider M.G., Martín M.J., Otarola J., et al. Biomedical applications of iron oxide nanoparticles: Current insights progress and perspectives // Pharmaceutics. 2022. V. 14. № 1. P. 204. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14010204
- Brown Jr W.F. Thermal fluctuations of a single-domain particle // J. Phys. Rev. 1963. V. 130. № 5. P. 1677. https://doi.org/10.1103/PhysRev.130.1677
- Марценюк М.А., Райхер Ю.Л., Шлиомис М.И. К кинетике намагничивания суспензий ферромагнитных частиц // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1973. V. 65. № 2. P. 834–841.
- Kalmykov Yu. The relaxation time of the magnetization of uniaxial single-domain ferromagnetic particles in the presence of a uniform magnetic field // J. Appl. Phys. 2004. V. 96. № 2. P. 1138. https://doi.org/10.1063/1.1760839
- Poperechny I.S., Raikher Yu.L., Stepanov V.I. Dynamic magnetic hysteresis in single-domain particles with uniaxial anisotropy // Phys. Rev. B. 2010. V. 82. № 17. P. 174423. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.174423
- Zubarev A. Yu. Magnetic hyperthermia in a system of immobilized magnetically interacting particles // Phys. Rev. E. 2019. V. 99. № 6. P. 062609. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.99.062609
- Ambarov A.V., Zverev V.S., Elfimova E.A. Numerical modeling of the magnetic response of interacting superparamagnetic particles to an ac field with arbitrary amplitude // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2020. V. 28. № 8. P. 085009. https://doi.org/10.1088/1361-651X/abbfbb
- Kreiser P., Holm C., Weeber R. Interplay between steric and hydrodynamic interactions for ellipsoidal magnetic nanoparticles in a polymer suspension // Soft Matter. 2023. V. 19. № 6. P. 1186–1193. https://doi.org/10.1039/D2SM01428A
- Odenbach S. Magnetoviscous Effect in Ferrofluids / Springer-Verlag, BerlinHeidelberg. 2002.
- Guibert C., Fresnais J., Peyre V., Dupuis V. Magnetic fluid hyperthermia probed by both calorimetric and dynamic hysteresis measurements // J. Magn. Magn. Mat. 2017. V. 421. P. 384–392. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.08.015
- Rodrigues H.F., Capistrano G., Bakuzis A.F. In vivo magnetic nanoparticle hyperthermia: A review on preclinical studies, low-field nano-heaters, noninvasive thermometry and computer simulations for treatment planning // Int. J. Hyperthermia. 2020. V. 37. № 3. P. 76–99. https://doi.org/10.1080/02656736.2020.1800831
- Lartigue L., Innocenti C., Kalaivani T., et al. Water-dispersible sugar-coated iron oxide nanoparticles. An evaluation of their relaxometric and magnetic hyperthermia properties // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. № 27. P. 10459–10472. https://doi.org/10.1021/ja111448t
- Tong S., Quinto C.A., Zhang L., Mohindra P., Bao G. Size-dependent heating of magnetic iron oxide nanoparticles // ACS Nano. 2017. V. 11. № 7. P. 6808–6816. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b01762
- Rosensweig R.E. Heating magnetic fluid with alternating magnetic field // J. Magn. Magn. Materials. 2002. V. 252. P. 370–374. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)00706-0
- Blums E., Cebers A., Majorov M. Magnetic Fluids // Walter de Gruyter, Berlin, New York. 1997.
- Berkov D.V., Iskakova L. Yu., Zubarev A. Yu. Theoretical study of the magnetization dynamics of nondilute ferrofluids // Physcial Review E. 2009. V. 79. № 2. P. 021407. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.79.021407
- Ilg P., Odenbach S. Ferrofluid, Structure and Rheology in Colloidal Magnetic Fluids / Basics, Development and Application of Ferrofluids. Springer, Berlin Heidelberg. 2009. 249 p.
- Sharma A., Jangam A.A., Yung Shen J.L., et. al. Design of a temperature-feedback controlled automated magnetic hyperthermia therapy device // Front. Therm. Eng. 2023. V. 3. P. 1131262. https://doi.org/10.3389/fther.2023.1131262
- Włodarczyk A., Gorgon S., Radon A., Bajdak-Rusinek K. Magnetite nanoparticles in magnetic hyperthermia and cancer therapies: Challenges and perspectives // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 11. P. 1807. https://doi.org/10.3390/nano12111807
- Peiravi M., Eslami H., Ansari M., Zare-Zardini H. Magnetic hyperthermia: Potentials and limitations // Journal of the Indian Chemical Society. 2022. V. 99. № 1. P. 100269. https://doi.org/10.1016/j.jics.2021.100269
- Pan J., Xu Y., Wu Q., Hu P., Shi J. Mild magnetic hyperthermia-activated innate immunity for liver cancer therapy // J. Am. Chem. Soc. 2021. V. 143. № 21. P. 8116–8128. https://doi.org/10.1021/jacs.1c02537
- Liu X. Comprehensive understanding of magnetic hyperthermia for improving antitumor therapeutic efficacy // Theranostics. 2020. V. 10. № 8. P. 3793–3815. https://doi.org/10.7150/thno.40805
- Chang D., Lim M., Goos J., Qiao R., Ng Y.Y., Mansfeld F., Jackson M., Davis T., Kavallaris M. Biologically targeted magnetic hyperthermia: Potential and limitations // Front. Pharmacol. 2018. V. 9. P. 386237. https://doi.org/10.3389/fphar.2018.00831
Supplementary files
