المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الاحياء
عدد المواضيع في هذا القسم 10456 موضوعاً
النبات
الحيوان
الأحياء المجهرية
علم الأمراض
التقانة الإحيائية
التقنية الحياتية النانوية
علم الأجنة
الأحياء الجزيئي
علم وظائف الأعضاء
المضادات الحيوية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
القيمة الغذائية للثوم Garlic
2024-11-20
العيوب الفسيولوجية التي تصيب الثوم
2024-11-20
التربة المناسبة لزراعة الثوم
2024-11-20
البنجر (الشوندر) Garden Beet (من الزراعة الى الحصاد)
2024-11-20
الصحافة العسكرية ووظائفها
2024-11-19
الصحافة العسكرية
2024-11-19


Magnetic Nanoparticles  
  
338   02:03 صباحاً   date: 2-12-2020
Author : John M Walker and Ralph Rapley
Book or Source : Molecular Biology and Biotechnology 5th Edition
Page and Part :

Magnetic Nanoparticles


Nanoscaling Laws and Magnetism
Biological examples of magnetic nanoparticles were first discovered in magnetotactic bacteria. These unique iron oxide magnetites are used by these organisms to orient themselves into an optimal environment. Magnetic nanoparticles have also been found in the nasal capsules of salmon. These particles are believed to respond to the geomagnetic field of the Earth, providing the salmon with assistance in reaching their spawning grounds. Similar nanostructures have also been found in the brains of homing pigeons, sea turtles and even humans. Scientists have developed artificial magnetic nanoparticles through chemical synthesis. Recent advances have provided new types of magnetic nanoparticles with precisely tuned compositions, shapes and size. As with many nanostructures, a number of interesting phenomena have been observed in these particles that are distinct from their bulk properties.
In the bulk, the fundamental magnetic properties of coercivity (Hc) and susceptibility (x) are determined principally by the parameters of composition, crystallographic structure, magnetic anisotropy and vacancies and defects. Yet, when magnetic materials are reduced in size to the nanoscale regime, these fundamental properties are no longer 
permanent.

Figure 1 :Size-dependent magnetic domain structures. Spin alignment occurs in single domain particles having sizes below a critical size (Dc). Reproduced by permission of The Royal Society of Chemistry.

Furthermore, the size, shape and compositional structure become important determinants of the magnetic properties. One of the interesting size-dependent phenomena of magnetism on the nanoscale is the observed changes in magnetic coercivity. Whereas bulk magnets contain multiple magnetic domain structures, nanoparticles possess single domain magnetic structures below a specific critical size (Dc). Below this size, all of the magnetic spins in the nanoparticles align unidirectionally (Figure 1). The magnetic coercivity has been shown to increase as the size of the nanoparticles increases with the relationship

where ms is the saturation magnetization.
The saturation magnetization of the particles themselves is also strongly dependent on the size. In bulk materials, the intrinsically disordered magnetic spin layers near the surface are negligible, since the surface layer is minimal compared with the entire volume of the magnet. Yet, on the nanoscale, the disordered surface effects can be dramatic as they now represent a significantly larger fraction of the total volume This size effect follows the relationship described as

where r is the size, Ms is the saturation magnetization of bulk material and d is the thickness of the disordered surface layer. This effect can be seen in the case of magnetism-engineered iron oxide (MEIO), Fe3O4 nanoparticles. As the size of the MEIO nanoparticles increases over a range 4–12 nm, the mass magnetization values increase linearly as a plot of ms1/3 versus r-1. Such size-dependent properties directly affect their magnetic resonance (MR) signal enhancement capabilities for molecular imaging methodologies.
The crystallinity of the magnetic nanoparticles plays an important role in determining its magnetic coercivity. This is not surprising when one considers how the degree of crystallinity and the organization that the crystal lattice must impart on the interactions of spin within the nanoparticles. This can be seen in magnetic nanoalloys with anisotropic crystalline structures. Co–Pt core–shell nanoparticles composed of an isotropically structured face-centered cubic (fcc) Co core and a nonmagnetic Pt shell displays superparamagnetic behavior with zero coercivity at room temperature. When the particle is annealed, the resulting CoPt nanoalloy adopts a crystalline face-centered tetragonal (fct) structure with room temperature ferromagnetic behavior and a coercivity value of 5300 Oe.
The use of magnetic dopants to modify the composition of nanoparticles can provide access to tunable magnetization. MEIO particles, Fe3O4, have a ferrimagnetic spin structure. In the fcc-packed oxygen lattice, Fe2+ and Fe3+ ions occupying octahedral (Oh) sites have spin that aligns parallel to an external magnetic field (Figure 2), whereas Fe31 ions occupying tetrahedral (Td) sites have spins that align antiparallel to the field. Since high-spin Fe3+ and Fe2+ have a d5 and d6 electron count, respectively, the total magnetic moment per unit (Fe3+)Td (Fe2+Fe3+)OhO4 is approximately 4 μ
B. Incorporation of an M21 (M¼ Mn, Co, Ni) magnetic dopant with electronic configurations of d5, d4 and d3, respectively, at the Oh Fe2+ site result in a predictable change in the net magnetization to 5, 3 and 2 μB, respectively (Figure 3).

Figure 2. Ferrimagnetic spin structure of fcc-packed Fe3O4 lattices. Reprinted with permission from Jun et al., J. Am. Chem. Soc., 2008, 41, 179. Copyright 2008 American Chemical Society.

 

Figure 3. Approximate magnetization values metal-doped MEIO nanoparticles. Reprinted from Nature, 2007, 13, 95, with permission from Macmillan Publishers Ltd.

 

 




علم الأحياء المجهرية هو العلم الذي يختص بدراسة الأحياء الدقيقة من حيث الحجم والتي لا يمكن مشاهدتها بالعين المجرَّدة. اذ يتعامل مع الأشكال المجهرية من حيث طرق تكاثرها، ووظائف أجزائها ومكوناتها المختلفة، دورها في الطبيعة، والعلاقة المفيدة أو الضارة مع الكائنات الحية - ومنها الإنسان بشكل خاص - كما يدرس استعمالات هذه الكائنات في الصناعة والعلم. وتنقسم هذه الكائنات الدقيقة إلى: بكتيريا وفيروسات وفطريات وطفيليات.



يقوم علم الأحياء الجزيئي بدراسة الأحياء على المستوى الجزيئي، لذلك فهو يتداخل مع كلا من علم الأحياء والكيمياء وبشكل خاص مع علم الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة في عدة مناطق وتخصصات. يهتم علم الاحياء الجزيئي بدراسة مختلف العلاقات المتبادلة بين كافة الأنظمة الخلوية وبخاصة العلاقات بين الدنا (DNA) والرنا (RNA) وعملية تصنيع البروتينات إضافة إلى آليات تنظيم هذه العملية وكافة العمليات الحيوية.



علم الوراثة هو أحد فروع علوم الحياة الحديثة الذي يبحث في أسباب التشابه والاختلاف في صفات الأجيال المتعاقبة من الأفراد التي ترتبط فيما بينها بصلة عضوية معينة كما يبحث فيما يؤدي اليه تلك الأسباب من نتائج مع إعطاء تفسير للمسببات ونتائجها. وعلى هذا الأساس فإن دراسة هذا العلم تتطلب الماماً واسعاً وقاعدة راسخة عميقة في شتى مجالات علوم الحياة كعلم الخلية وعلم الهيأة وعلم الأجنة وعلم البيئة والتصنيف والزراعة والطب وعلم البكتريا.