マグネタイトナノ粒子の水熱合成における応答曲面法を用いた粒子径制御

摘要

A hydrothermal synthesis process for preparing crystalline magnetite (Fe_3O_4) nanoparticles was statistically analyzed to control the particle size, using response surface methodology (RSM) based on design of experiments (DOE). The influence of the experimental parameters (initial ferrous/ferric ion molar ratio, initial concentration of ferrous ions, and heating time) and their interactions on the particle growth was evaluated through the analysis of variance (ANOVA) for the dynamic light scattering diameter. Furthermore, the multiple linear regression analysis (MLRA) was performed, and then the three-dimensional response surface plots were obtained. The particle size was found to be affected by the experimental parameters, in particular, the interaction between the ferrous/ferric ion molar ratio and the concentration of ferrous ions, suggesting that the particle growth mechanism is altered depending on the amount of ferrous ions. The particle size can be successfully controlled to a given target level using the obtained analysis results.%磁性ナノ粒子は1970年代以降，バイオ科学や医学の分野における利用が拡大している〗。なかでもマグネタイト（Fe_3O_4）ナノ粒子は優れた生体適合性をもっため，in vivo実験を利用した検討が数多く報告されているハイパーサーミア（がん温熱治療）をはじめ，磁気共鳴イメージング（MRI）の造影剤，薬物送達（DDS）,臨床診断への利用,細胞分離など，さまざまな応用に関する研究が進められている。これらの用途におけるFe_3O_4ナノ粒子の性能はその磁気特性に大きく左右されるが，Fe_3O_4はその粒子径に応じて異なる磁気特性（超常磁性や強磁性など）を示す。すなわち，粒子径が大きい場合は多磁区構造であるが，数十nm以下では単磁区構造をとるため，粒子径によって粒子内の磁気モーメントの方向が変化し，その結果，粒子の磁気特性が変化する。さらに，結晶性が低いFe_3O_4ナノ粒子では利用時に必要とされる磁気特性を示さない場合もあることから，高結晶性のFe_3O_4ナノ粒子を用途に適した粒子径に制御することは非常に重要である。