1. مقدمه
واژه مغناطیس کلمه‌ای یونانی است که به بعضی سنگ‌های طبیعی اکسید آهن اطلاق می‌شد. این سنگ‌ها از این خاصیت برخوردارند که بر یکدیگر و بر ذرات آهن یا فولاد نیرو وارد می‌آورند. یونانیان باستان، بیش از 2500 سال پیش با پدیده‌ی آهنربایی آشنا بودند. تالس که اغلب از او به عنوان پدر علم یونان یاد می‌شود، ماده‌ی کانی مگنتیت (Fe3O4) که آهن را می‌رباید، می‌شناخت. این کانی بیشتر در مگنزیا (ترکیه امروزی) یافت می‌شده است و نام مگنتیت نیز از همین اسم گرفته شده است. چینی‌های باستان نیز با ویژگی‌های مغناطیسی برخی از سنگ‌های آهنربا آشنایی داشتند و تکه‌هایی از این سنگ‌ها را به صورت قطب‌نماهای ساده در دریانوردی به کار می‌بردند.
اولین تحقیق علمی در مورد مغناطیس توسط ویلیام گیلبرت انجام شد که تصویر دقیقی از میدان مغناطیسی زمین ایجاد کرد و بسیاری از خرافات گذشته را از بین برد. سپس در سال 1825 اولین الکترومگنت به وسیله کشف بزرگ هانس کریستین اورستد ایجاد شد. اورستد دریافت که همواره در فضای اطراف رساناهای جریان یا ذرات باردار متحرک، میدان مغناطیسی پدید می‌آید.
خواص مغناطیسی مواد نتیجه ممانهای مغناطیسی حاصل از الکترون‌هاست. هرالکترون در یک اتم دارای ممان مغناطیسی است، که از دو منبع ایجاد می‌شود: یکی مربوط به حرکت اوربیتالی الکترون حول هسته است و دیگری ناشی از چرخش الکترون به دور محور خودش که حرکت اسپینی نامیده می‌شود. بنابراین هر الکترون در یک اتم با ممانهای اوربیتالی و اسپینی می‌تواند به طور دائم مانند آهنربای کوچکی عمل نماید.
2. نانوذارت مغناطیسی
می‌دانیم که همه‌ی مواد در مقیاس نانو، خواصی متفاوت از خود بروز می‌دهند. مواد مغناطیسی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. در واقع؛ خاصیت مغناطیسی از جمله خواصی است که به مقدار بسیار زیادی به اندازه‌ی ذره وابسته است. به عنوان مثال، در مواد فرومغناطیس وقتی اندازه‌ی ذره از یک حوزه‌ی مغناطیسی ِ منفرد کوچک‌تر گردد، پدیده‌ی سوپرپارامغناطیس به وقوع می‌پیوندد. نانوذرات سوپرپارامغناطیس می‌توانند کاربردهای بالقوه‌ی زیادی در فروسیال‌ها، تصویرسازی‌های رنگی، سردسازی مغناطیسی، سم‌زدایی از سیال‌های بیولوژیکی، انتقال کنترل شده‌ی داروهای ضد سرطان، MRI و جداسازی‌های سلولی مغناطیسی داشته باشند.
هر ماده‌ی مغناطیس در حالت توده، از حوزه‌های مغناطیسی تشکیل شده است. هر حوزه حاوی هزاران اتم است که در آن جهت چرخش الکترون‌ها یکسان و ممانهای مغناطیسی به صورت موازی جهت یافته‌اند. اما جهت چرخش الکترون ِ هر حوزه با حوزه‌های دیگر متفاوت است. هرگاه، یک میدان مغناطیسی بزرگ، تمام حوزه‌های مغناطیسی را هم‌جهت کند، تغییر فاز مغناطیسی رخ داده و مغناطش به حد اشباع می‌رسد.
هر چه تعداد حوزه‌ها کم‌تر باشد، نیرو و میدان کمتری نیز برای هم‌جهت ساختن حوزه‌ها مورد نیاز است، و چنانچه ماده‌ای تنها دارای یک حوزه باشد، بنابراین نیازی به هم‌جهت کردن آن با دیگر حوزه‌ها نخواهد بود. از آنجا که قطر این حوزه‌ها در محدوده یک تا چند هزار نانومتر است، هر ذره‌ای که تنها شامل یک حوزه باشد، می‌تواند نانوذره به شمار رود. نانوذرات مغناطیسی دارای تعداد حوزه‌های کمی هستند و مغناطش آن‌ها ساده‌تر می‌باشد. از طرف دیگر، بر اساس قانون دوم ترمودینامیک "بی نظمی در یک سیستم منزوی، در یک فرآیند خودبخودی، افزایش می‌یابد." بنابراین، موادی که از حالت طبیعی خارج می‌شوند، تمایل شدیدی برای برگشت به وضعیت طبیعی خود را دارند و مغناطش مثالی در این مورد است. اما چون نانوذرات مغناطیسی نیاز به نیروی زیادی برای مغناطش ندارند، خیلی از حالت طبیعی فاصله نمی‌گیرند و پس از مغناطیس شدن تمایل چندانی برای از دست دادن خاصیت مغناطیسی و بازگشت به وضعیت اولیه را ندارند.
3. مثالی از کاربردها
3-1. ذخیره اطلاعات
نانوذرات مغناطیسی با اندازه 2 تا 20 نانومتر می‌توانند به عنوان ابزاری برای ذخیره اطلاعات در کارت‌های مغناطیسی استفاده شوند.
3-2. فروسیال‌ها (محلول‌های مغناطیسی)
فروسیال‌ها، محلول‌هایی هستند که در آن نانوذرات مغناطیسی (مانند: آهن و کبالت)، به صورت کلوئید در مایعی معلق می‌باشند و به آن خاصیت مغناطیسی می‌بخشند. هر چه اندازه‌ی نانوذرات مغناطیسی کوچک‌تر باشد، محلول خاصیت مغناطیسی بیشتری از خود نشان می‌دهد.
از جمله کاربردهای فروسیال‌ها می‌توان به عنوان خنک کننده نام برد. هم‌چنین از این محلول‌ها برای به حرکت در‌آوردن سیال‌ها در چیپ‌ها به وسیله‌ی نیروی مغناطیسی استفاده می‌شود.
3-3. نانوکامپوزیت‌های مغناطیسی
با توزیع و اندازه دانه‌ی مناسب نانوذرات مغناطیسی در بستر مواد پلیمری می‌توان نانوکامپوزیت‌هایی با خاصیت مغناطیسی به دست آورد. میزان و نوع نانوذرات و هم‌چنین نحوه‌ی توزیع آن می‌تواند بر خواص نهایی نانوکامپوزیت و کاربرد آن اثر بگذارد. نانوکامپوزیت‌های مغناطیسی کاربردهای بالقوه‌ی زیادی را در سنسورها، پوشش‌های الکترومغناطیس و مواد جاذب امواج دارا می‌باشند.
3-4. دارو رسانی هدفمند
بحث دارو رسانی هدفمند بیشتر در رابطه با درمان سرطان مطرح است. چرا که چالش عمده در درمان سرطان، هدف‌گیری و از بین بردن سلول‌های سرطانی است؛ به طوری‌که تا حد امکان کمترین تأثیر را بر سلول‌های سالم داشته باشد. یکی از اهداف نانوفناوری سوار کردن داروها بر روی مواد حامل (نانوذره) و سپس فرستادن و رها کردن آن‌ها به درون سلول هدف می‌باشد که به آن دارو رسانی هدفمند اطلاق می‌شود.
با استفاده از نانوذرات مغناطیسی و ایجاد یک میدان مغناطیسی می‌توان دارو را به صورت هوشمند به بافت مورد نظر رسانده و سبب بهبود بافت، بدون صدمه به بافت‌های دیگر شد. در یک مثال موردی، محققان اسید فولیک را بر روی نانوذرات مغناطیسی قرار داده و سپس با داغ کردن نانوذرات سبب افزایش دمای سلول سرطانی و انهدام آن شده‌اند.
نظر به این‌که، سلول‌های سرطانی در سطح خود گیرنده‌های اسید فولیک دارند، ابتدا نانوذرات مغناطیسی حامل ِ اسید فولیک را جذب می‌کنند. سپس، محققان با استفاده از میدان مغناطیسی متناوب این نانوذرات را داغ می‌کنند، که سبب افزایش دمای سلول تا بیش از 43 درجه سانتی‌گراد و مرگ سلول خواهد شد.
سلام
این اولین نوشته من است. اولین پست هر وبلاگی مهمترین پست آن است.
من نازنین هستم. دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی هستم که بر روی پایان نامه ام کار می کنم. امیدوارم دوستان خوبی را پیدا کنم.