Výskumníci zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne vyvinuli nový výpočtový nástroj, ktorý používateľom umožňuje vykonávať simulácie multifunkčných magnetických nanočastíc v bezprecedentných detailoch. Tento pokrok pripravuje pôdu pre novú prácu zameranú na vývoj magnetických nanočastíc na použitie v aplikáciách od dodávania liekov po senzorové technológie.

„Samo-organizujúce sa magnetické nanočastice alebo MNP majú veľa požadovaných vlastností,“ hovorí Yaroslava Yingling, zodpovedajúca autorka článku o práci a významná profesorka materiálovej vedy a inžinierstva v štáte NC. „Bolo však náročné ich študovať, pretože výpočtové modely sa snažili zodpovedať za všetky sily, ktoré môžu tieto materiály ovplyvniť. MNP podliehajú komplikovanej súhre medzi vonkajšími magnetickými poľami a van der Waalsovými, elektrostatickými, dipolárnymi, sterickými, a hydrodynamickými interakciami.“

Mnohé aplikácie MNP si vyžadujú pochopenie toho, ako sa budú nanočastice správať v zložitých prostrediach, ako je napríklad použitie MNP na dodanie špecifického proteínu alebo molekuly liečiva do cielenej bunky postihnutej rakovinou pomocou vonkajších magnetických polí. V týchto prípadoch je dôležité vedieť presne modelovať, ako budú MNP reagovať na rôzne chemické prostredia. Predchádzajúce techniky výpočtového modelovania, ktoré sa zaoberali MNP, neboli schopné zodpovedať za všetky chemické interakcie, ktoré MNP zažívajú v danom koloidnom alebo biologickom prostredí, namiesto toho sa zameriavali predovšetkým na fyzikálne interakcie.

„Tieto chemické interakcie môžu hrať dôležitú úlohu vo funkčnosti MNP a v tom, ako reagujú na svoje prostredie,“ hovorí Akhlak Ul-Mahmood, prvý autor článku a Ph.D. študent na NC State. „A podrobné výpočtové modelovanie MNP je dôležité, pretože modely nám ponúkajú efektívnu cestu na vytváranie MNP pre konkrétne aplikácie.

„Preto sme vyvinuli metódu, ktorá počíta so všetkými týmito interakciami, a vytvorili softvér s otvoreným zdrojovým kódom, ktorý môže komunita materiálových vied použiť na jeho implementáciu.“ „Sme optimistickí, že to uľahčí významný nový výskum multifunkčných MNP,“ hovorí Yingling.

Na preukázanie presnosti nového nástroja sa výskumníci zamerali na nanočastice magnetitu, funkcionalizovaný ligand kyseliny olejovej, ktoré už boli študované a sú dobre pochopené.

„Zistili sme, že predpovede nášho nástroja týkajúce sa správania a vlastností týchto nanočastíc boli v súlade s tým, čo vieme o týchto nanočasticiach na základe experimentálneho pozorovania,“ hovorí Mahmood.

A čo viac, model tiež ponúkol nové pohľady na správanie týchto MNP počas samo-zostavovania.

„Myslíme si, že demonštrácia nielenže ukazuje, že náš nástroj funguje, ale zdôrazňuje dodatočnú hodnotu, ktorú môže poskytnúť, pokiaľ ide o to, že nám pomôže pochopiť, ako najlepšie skonštruovať tieto materiály, aby sme využili ich vlastnosti,“ hovorí Yingling.

Zdroj: nano-magazine.com