ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2023. №1
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.7
УДК: 621.317.445
ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД НА ОСНОВЕ СКВИД-МАГНИТОМЕТРОВ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ НАНОМАТЕРИАЛОВ
Ю.В. Масленников 1,2,3, В.Ю. Слободчиков 2, В.А. Крымов 2, А.Д. Суходровский 2,4
1 ИЗМИРАН им. Н.В. Пушкова, 108840, Москва, Троицк, Калужское шоссе, 4
2 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 125009, Москва, ул. Моховая, 11, стр. 7
3 ООО «НПО КРИОТОН», 108840, Москва, Троицк, ул. Лесная, 4Б
4 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1
Статья поступила в редакцию 31 октября 2022 г.
Аннотация. Лабораторный стенд на основе сквид-градиентометра был создан и испытан для экспериментальных исследований магнитных наночастиц, применяемых в медицине. В магнитометрической системе стенда были апробированы два варианта криогенного зонда, первый из которых включал в свой состав дополнительный трехкомпонентный сквид-магнитометр для «электронной» балансировки приемного градиентометра в однородном магнитном поле. Второй зонд содержал в своей конструкции подвижные триммеры со сверхпроводниковыми пластинками, расположенными в области приемных витков градиентометра, для его механической балансировки. Оба криогенных зонда обеспечивали устойчивую работу сквид-градиентометра в обычных лабораторных условиях без дополнительной магнитной экранировки. С использованием стенда исследовалась намагниченность образцов водных суспензий наночастиц магнетита различной концентрации, которая индуцировалась с помощью переменного однородного магнитного поля амплитудой до 15 миллиТесла, создаваемого специальной системой катушек Гельмгольца на частоте 4-12 Герц в вертикальном и горизонтальном направлениях. Также в качестве объектов исследования использовались образцы сухих экстрактов печени малых животных, полученные после экспериментов с магнитными наночастицами. Магнитные сигналы наночастиц регистрировались с помощью подключенного к входным терминалам сквид-датчика аксиального градиентометра второго порядка в конфигурации «2:4:2» с диаметром приемных петель 8 мм и величиной базы 29 мм. Проведенные экспериментальные исследования намагниченности водных суспензий наночастиц магнетита имели своей целью оценку предельного разрешения сквид-градиентометра по количеству детектируемых магнитных наночастиц. Была продемонстрирована возможность регистрации магнитного сигнала от порядка 6×10-9 наночастиц магнетита размером 6 нм в объеме 1 мл с расстояния порядка 20 мм от приемных витков градиентометра. Определены направления совершенствования используемых в стенде инструментальных элементов и методик проведения магнитных измерений для дальнейшего повышения чувствительности сквид-градиентометра по детектированию намагниченности МНЧ.
Ключевые слова: сквид, градиентометр, магнитные наночастицы, диагностика онкологических заболеваний.
Финансирование: Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 18-29-02087 мк).
Автор для переписки: Масленников Юрий Васильевич, cryoton@inbox.ru
Литература
1. Pankhurst Q.A., Thanh N.K.T., Jones S.K., Dobson J. Progress in applications of magnetic nanoparticles in biomedicine. Journal of Physics D: Applied Physics. 2009. V.42. №22. P.224001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/42/22/224001
2. Гареев К.Г., Мошников В.А. Применение суперпарамагнитных контрастирующих агентов в магниторезонансной томографии. Биотехносфера. 2016. №3-4(45-46). С.26-34.
3. Weissleder R., Nahrendorf M., Pittet M.J. Imaging Macrophages with Nano-particles. Nature Materials. 2014. №13. Р.125-138. http://doi.org/10.1038/nmat3780
4. Tudisco C., et al. Multifunctional magnetic nanoparticles for enhanced intracellular drug transport. Journal of Materials Chemistry B. 2015. V.3. P.4134-4145. https://doi.org/10.1039/c5tb00547g
5. Enpuku K., Tsujita Y., Nakamura K., Sasayama T., Yoshida T. Biosensing utilizing magnetic markers and superconducting quantum interference devices. Superconductor Science and Technology. 2017. V.30. P.053002. https://doi.org/10.1088/1361-6668/aa5fce
6. Johnson C., Adolphi N.L., Butler K.L., Lovato D.M., Larson R., Schwindt P.D.D., Flynn E.R. Magnetic relaxometry with anatomic magnetometer and SQUID sensors on targeted cancer cells. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2012. V.324. P.2613-2619. http://doi.org/10.1016/j.jmmm.2012.03.015.
7. Hincapie Ladino E.A., Zufelato N., Bakuzis A.F., Oliveira Carneiro A.A., Covas D.T., Baffa O. Detection of magnetic nanoparticles with a large scale AC superconducting susceptometer. Superconductor Science and Technology. 2017. V.30. P.084007. https://doi.org/10.1088/1361-6668/aa7666
8. Maslennikov Yu.V., Slobodchikov V.Yu., Krymov V.A., Sukhodrovsky A.D., Gulyaev Yu.V. Magnetometric Systems and Precise Magnetic Measurements for Biomedical Applications. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2020. V.84. P.1354-1358. http://doi.org/10.3103/S1062873820110180
9. Current sensors model 2001-2016 [web]. Supracon – SQUID and Microfabrication technologies. Дата обращения: 01.10.2022. URL: http://www.supracon.com/en/current_sensors_model_20012016.html
10. Petrov V.N., Ustinov A.B. Magnetic Properties of Fe3O4 Surface. Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2010. V.4. №3. P.395-400.
Для цитирования:
Масленников Ю.В., Слободчиков В.Ю., Крымов В.А., Суходровский А.Д. Лабораторный стенд на основе СКВИД-магнитометров для исследования магнитных свойств наноматериалов. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.7