8/3/2019 Size Controlled Magnetite Nano Particles and Their Drug Loading Ability

1/4

J o u r n a l o f t h e K o r e a n P h y s i c a l S o c i e t y , V o l . 5 2 , N o . 5 , M a y 2 0 0 8 , p p . 1 3 3 2 $ 1 3 3 5

S i z e C o n t r o l l e d M a g n e t i t e N a n o p a r t i c l e s a n d T h e i r D r u g L o a d i n g A b i l i t y

C . V . T h a c h , N . H . H a i

a n d N . C h a u

C e n t e r f o r M a t e r i a l s S c i e n c e , H a n o i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e , 3 3 4 N g u y e n T r a i , H a n o i , V i e t n a m

( R e c e i v e d 1 5 J u l y 2 0 0 7 )

M a g n e t i t e n a n o p a r t i c l e s ( M N P s ) w e r e s y n t h e s i z e d b y u s i n g c o p r e c i p i t a t i o n m e t h o d w i t h a r e a c -

t i o n b e t w e e n t h e F e C l 2

/ F e C l 3

s o l u t i o n a n d t h e a m m o n i a w a t e r . T h e s i z e o f t h e M N P s c o u l d b e

c o n t r o l l e d f r o m 1 0 . 0 t o 1 4 . 6 n m b y c h a n g i n g t h e c o n c e n t r a t i o n o f t h e s o l u t e s . T h e p a r t i c l e s w e r e s u -

p e r p a r a m a g n e t i c a t r o o m t e m p e r a t u r e . T h e s a t u r a t i o n m a g n e t i z a t i o n o f t h e M N P s i n c r e a s e d w i t h

i n c r e a s i n g c o n c e n t r a t i o n o f r e a c t a n t s . T h e m a g n e t i t e n a n o p a r t i c l e s w e r e c o a t e d w i t h a s i n g l e l a y e r

o f o l e i c a c i d ( O A ) t o h a v e a h y d r o p h o b i c s u r f a c e o r w i t h a d o u b l e l a y e r o f o l e i c a c i d / s o d i u m d o d e c y l

s u l f a t e ( O A / S D S ) t o h a v e h y d r o p h i l i c s u r f a c e . T h e c o a t e d p a r t i c l e s c o u l d b e d i s p e r s e d i n n - H e x a n e

o r w a t e r . T h e O A / S D S - c o a t e d n a n o p a r t i c l e s w e r e u s e d t o l o a d a n a n t i b i o t i c d r u g , c h l o r a m p h e n i c o l

( C m ) . T h r e e w e i g h t p e r c e n t o f C m c o u l d b e l o a d e d o n t o t h e O A / S D S c o a t e d n a n o p a r t i c l e s , w h i c h

i s m u c h h i g h e r t h a n a m o u n t t h a t c a n b e l o a d e d u s i n g t h e t r a d i t i o n a l d r u g l o a d i n g m e t h o d .

P A C S n u m b e r s : 7 5 . 5 0 . M m , 7 8 . 6 7 . B f , 8 7 . 8 3 . + a

K e y w o r d s : M a g n e t i c n a n o p a r t i c l e s , M a g n e t i c u i d s , M a g n e t i t e , D r u g d e l i v e r y , B i o p h y s i c s

I . I N T R O D U C T I O N

M a g n e t i c u i d s c o n s i s t i n g o f m a g n e t i c n a n o p a r t i c l e s

a r e t h e s u b j e c t o f m a n y r e c e n t s t u d i e s , e s p e c i a l l y i n b i -

o l o g i c a l a p p l i c a t i o n s s u c h a s c e l l s e p a r a t i o n a n d s o r t i n g ,

m a g n e t i c d r u g d e l i v e r y a n d m a g n e t i c r e s o n a n c e i m a g i n g

[ 1 , 2 ] . O n a s c a l e s m a l l e r t h a n a c r i t i c a l l e n g t h , t h e f e r r o -

m a g n e t i c b e h a v i o r o f m a t e r i a l s d i s a p p e a r s a n d c h a n g e s

t o a s u p e r p a r a m a g n e t i c ( S P ) s t a t e . T h e c r i t i c a l l e n g t h

i n t h i s c a s e i s o n t h e o r d e r o f f e w t e n s o f n m a t w h i c h

t h e t h e r m a l a g i t a t i o n d o m i n a t e s t h e f e r r o m a g n e t i c o r -

d e r . S u p e r p a r a m a g n e t i c m a t e r i a l s s h o w s t r o n g m a g n e t i c

p r o p e r t i e s u n d e r a n a p p l i e d m a g n e t i c e l d , b u t a n o n -

m a g n e t i c b e h a v i o r w h e n t h e e l d i s r e m o v e d . T h e s u -

p e r p a r a m a g n e t i c s t a t e i s v e r y i m p o r t a n t i n m a n y i n - v i v o

b i o l o g i c a l a p p l i c a t i o n s b e c a u s e i t p r e v e n t s a g g r e g a t i o n i n

t h e b l o o d s t r e a m . H o w e v e r , i n s o m e c a s e s s u c h a s h y p e r -

t h e r m i a , f e r r o m a g n e t i c b e h a v i o r i s r e q u i r e d [ 2 ] . M a g -

n e t i t e F e 3

O 4

N P s a r e t h e m o s t c o m m o n l y u s e d m a g n e t i c

m a t e r i a l d u e t o i t s h i g h s a t u r a t i o n m a g n e t i z a t i o n M s

( 9 0

e m u / g ) , b i o l o g i c a l c o m p a t i b i l i t y , e n v i r o n m e n t a l s t a b i l i t y ,

s i m p l e p r e p a r a t i o n a n d c o s t e e c t i v e n e s s .

T h i s p a p e r r e p o r t s t h e p r e p a r a t i o n o f M N P s b y u s i n g

a c o p r e c i p i t a t i o n m e t h o d a n d t h e u s e o f t h e i r s u p e r p a r a -

m a g n e t i s m a n d t h e i r l a r g e s u r f a c e a r e a s i n a p p l i c a t i o n s

o f d r u g d e l i v e r y . C o p r e c i p i t a t i o n i s a s i m p l e m e t h o d t o

s y n t h e s i z e M N P s , b u t t h e p a r t i c l e s i z e i s d i c u l t t o c o n -

t r o l . I n o u r s t u d i e s , t h e p a r t i c l e s i z e w a s s u c c e s s f u l l y

c o n t r o l l e d b y c h a n g i n g t h e c o n c e n t r a t i o n o f r e a c t a n t s .

M a g n e t i t e n a n o p a r t i c l e s w e r e t h e n f u n c t i o n a l i z e d t o h a v e

E - m a i l : n h h a i @ v n u . e d u . v n ; F a x : + 8 4 - 4 - 8 5 8 - 9 4 9 6

h y d r o p h o b i c a n d h y d r o p h i l i c s u r f a c e s t o d i s p e r s e i n o i l

a n d w a t e r a n d t o a i m m a g n e t i c u i d s . T h e d r u g l o a d i n g

a b i l i t y o f M N P s i s a l s o p r e s e n t e d .

I I . E X P E R I M E N T S

M a g n e t i t e n a n o p a r t i c l e s w e r e s y n t h e s i z e d b y c o p r e c i p -

i t a t i n g a F e

2 +

/ F e

3 +

m i x e d s o l u t i o n ( t h e m o l a r r a t i o F e

2 +

: F e

3 +

= 1 : 2 ) w i t h a N H 4

O H s o l u t i o n i n a i r [ 3 ] . I n a

t y p i c a l r e a c t i o n , 3 . 9 8 g o f F e C l 2

. 4 H 2

O ( m o l a r c o n c e n t r a -

t i o n c = 0 . 1 M ) a n d 1 0 . 8 2 g o f F e C l 3

. 6 H 2

O w e r e d i s s o l v e d

i n 2 0 0 m l o f d i s t i l l e d w a t e r . A n 1 8 m l s o l u t i o n o f N H 4

O H

2 5 % d i l u t e d t o 1 0 0 m l b y w a t e r , w a s t h e n a d d e d t o t h e

F e

2 +

/ F e

3 +

s o l u t i o n a t a r a t e o f o n e d r o p p e r s e c o n d a t

r o o m t e m p e r a t u r e w i t h c o n s t a n t s t i r r i n g . I n o u r s t u d y ,

t h e c o n c e n t r a t i o n o f F e

2 +

, c ( t h e c o n c e n t r a t i o n o f F e

3 +

;

O H

w a s a d j u s t e d a c c o r d i n g l y ) , w a s c h a n g e d f r o m 0 . 0 0 2

M t o 0 . 2 5 M ( 0 . 0 0 2 , 0 . 0 0 5 , 0 . 0 1 , 0 . 0 2 , 0 . 0 5 , 0 . 1 , 0 . 1 5 ,

0 . 2 , 0 . 2 5 ) t o i n v e s t i g a t e t h e i n u e n c e o f t h e c o n c e n t r a -

t i o n o f t h e r e a c t a n t s o n t h e s i z e a n d t h e m a g n e t i c p r o p -

e r t i e s o f s y n t h e s i z e d M N P s . A f t e r t h e r e a c t i o n , b l a c k

p r e c i p i t a t e s o f m a g n e t i t e w e r e w a s h e d v e t i m e s b y u s -

i n g d i s t i l l e d w a t e r a n d m a g n e t i c d e c a n t a t i o n t o r e m o v e

a l l t h e s o l u b l e s u b s t a n c e s . 0 . 5 g o f M N P s i n 2 0 m l o f

w a t e r w e r e t h e n v i g o r o u s l y m i x e d w i t h 1 0 m l o f o l e i c

a c i d ( O A , 9 - O c t a d e c e n o i c a c i d C 1 8

H 3 4

O 2

, C A S n u m b e r :

1 1 2 - 8 0 - 1 ) i n o r d e r t o c o a t t h e M N P s w i t h a s i n g l e s u r f a c -

t a n t l a y e r o f O A ( d e n o t e d a s O A - c o a t e d n a n o p a r t i c l e s )

a n d t o d i s p e r s e t h e m i n t o a n o n - p o l a r s o l v e n t n - H e x a n e .

T h e e x c e s s O A w a s w a s h e d o t h r e e t i m e s b y u s i n g n -

H e x a n e a n d m a g n e t i c d e c a n t a t i o n . F o r d i s p e r s i n g i n w a -

t e r , t h e O A - c o a t e d n a n o p a r t i c l e s i n 2 0 m l n - H e x a n e w e r e

- 1 3 3 2 -

8/3/2019 Size Controlled Magnetite Nano Particles and Their Drug Loading Ability

2/4

S i z e C o n t r o l l e d M a g n e t i t e N a n o p a r t i c l e s a n d T h e i r { C . V . T h a c h e t a l . - 1 3 3 3 -

F i g . 1 . X R D p a t t e r n o f a t y p i c a l s a m p l e w i t h c = 0 . 2 M .

T h e p o w d e r d i r a c t i o n i n t e n s i t i e s o f F e 3

O 4

( p d f : 1 - 1 1 1 1 ) a r e

p r e s e n t e d b y t h e b a r s .

m i x e d w i t h 4 0 m l o f a n a q u e o u s s o l u t i o n c o n t a i n i n g 1 g

o f s o d i u m d o d e c y l s u l f a t e ( S D S , S o d i u m l a u r y l s u l f a t e

C 1 2

H 2 5

O S O 3

N a , C A S n u m b e r : 1 5 1 - 2 1 - 3 ) t o o b t a i n d o u -

b l e l a y e r O A / S D S n a n o p a r t i c l e s ( d e n o t e d a s S D S / O A

n a n o p a r t i c l e s ) . T h e e x c e s s S D S w a s w a s h e d o t h r e e

t i m e s b y u s i n g w a t e r w i t h t h e h e l p o f m a g n e t i c d e c a n t a -

t i o n . T o l o a d a n t i b i o t i c i n t o t h e S D S / O A n a n o p a r t i c l e s ,

9 6 m g o f C h l o r a m p h e n i c o l ( C m ) w a s d i s s o l v e d i n 2 . 5 m l

o f e t h a n o l a n d t h e n d i l u t e d t o 1 0 m l b y u s i n g d i s t i l l e d

w a t e r . T h e n , t h e o b t a i n e d C m s o l u t i o n w a s v i g o r o u s l y

m i x e d w i t h 1 0 0 m g o f O A / S D S - c o a t e d M N P s i n 2 0 m l

o f w a t e r f o r 1 5 h o u r s . T h e u n l o a d e d C m w a s w a s h e d o

v e t i m e s b y d i s t i l l e d w a t e r w i t h t h e a i d o f m a g n e t i c d e -

c a n t a t i o n . T h e a c h i e v e d s a m p l e w a s t h e n s t o r e d a t l o w

t e m p e r a t u r e ( 5

C ) t o l i m i t t h e d i u s i o n o f C m f r o m

O A / S D S c o a t e d M N P s .

T h e s t r u c t u r a l a n a l y s i s o f a d r i e d p o w d e r o f M N P s w a s

c o n d u c t e d b y u s i n g a D 5 0 0 5 X - r a y d i r a c t o m e t e r . T h e

p a r t i c l e s s i z e d w e r e d e t e r m i n e d b y u s i n g a J E O L J E M

1 0 1 0 t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p e ( T E M ) . A c o o p e r

g r i d w a s d i p p e d i n a s o l u t i o n c o n t a i n i n g O A - c o a t e d N P s

a n d t h e n d r i e d b e f o r e b e i n g s u b m i t t i n g f o r T E M . M a g -

n e t i c p r o p e r t i e s w e r e m e a s u r e d b y u s i n g a D M S 8 8 0 v i -

b r a t i n g s a m p l e m a g n e t o m e t e r . T h e t h e r m o g r a v i m e t r i c

a n a l y s i s ( T G A ) w a s c a r r i e d o u t b y u s i n g a S D T 2 9 6 0

T A I n s t r u m e n t . F o u r i e r T r a n s f o r m e d I n f r a r e d ( F T I R )

S p e c t r a w e r e r e c o r d e d i n t h e t r a n s m i s s i o n m o d e o n a

N i c o l e t I m p a c t 4 1 0 s p e c t r o m e t e r .

I I I . R E S U L T S A N D D I S C U S S I O N

X R D p a t t e r n s h a v i n g a l l t h e c h a r a c t e r i s t i c p e a k s o f

m a g n e t i t e F e 3

O 4

c o n r m e d t h a t a l l s a m p l e s w e r e m a g -

n e t i t e w i t h t h e i n v e r s e s p i n e l s t r u c t u r e a s i n t h e c a s e o f

F i g . 2 . T E M i m a g e s o f t h e s a m p l e s w i t h c = 0 . 0 5 M a n d

c = 0 . 2 5 M .

t h e b u l k s a m p l e . T y p i c a l X R D p a t t e r n s o f a s a m p l e w i t h

c = 0 . 2 M a n d r e e c t i o n s o f s t a n d a r d F e 3

O 4

p o w d e r a r e

s h o w n i n F i g u r e 1 . T h e X R D r e s u l t s d o n o t s h o w t h e

p r e s e n c e o f i m p u r i t i e s o r o f o t h e r p h a s e s . A l l p e a k s a r e

b r o a d e n e d d u e t o t h e s m a l l s i z e s o f n a n o p a r t i c l e s .

T h e m e c h a n i s m o f M N P f o r m a t i o n i s u n d e r s t o o d a s

a s h o r t s i n g l e b u r s t o f n u c l e a t i o n t h a t o c c u r s w h e n t h e

c o n c e n t r a t i o n o f c o n s t i t u e n t s p e c i e s r e a c h e s c r i t i c a l s u -

p e r s a t u r a t i o n . T h e n , t h e n u c l e i s o o b t a i n e d a r e a l l o w e d

t o g r o w u n i f o r m l y b y d i u s i o n o f s o l u t e s f r o m t h e s o l u -

t i o n a n d / o r a g g r e g a t i o n o f o t h e r n u c l e i t o t h e i r s u r f a c e

u n t i l t h e n a l s i z e i s a t t a i n e d [ 4 ] . I n c o n v e n t i o n a l c o -

p r e c i p i t a t i o n , t h e s i z e ( d ) c a n b e c o n t r o l l e d b y u s i n g t h e

p H a n d t h e i o n i c s t r e n g t h [ 5 ] . S i z e s o f 1 0 { 1 0 0 n m c a n

b e m a d e b y u s i n g t h i s t e c h n i q u e . A s m a l l e r s i z e i s d i -

c u l t t o o b t a i n . C h a n g i n g t h e c o n c e n t r a t i o n o f F e

2 +

c a n

c h a n g e t h e p a r t i c l e s i z e .

T r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p e i m a g e s o f t w o t y p i -

c a l s a m p l e s w i t h c = 0 . 0 5 M a n d c = 0 . 2 5 M a r e s h o w n

i n F i g u r e 2 . W h e n t h e s o l u t i o n i s d i l u t e d ( c = 0 . 0 5 M ) ,

t h e d i u s i o n o f s o l u t e s i s l i m i t e d , r e s u l t i n g i n a l i m i t e d

g r o w t h p r o c e s s f o r t h e p a r t i c l e s . P a r t i c l e s a r e s p h e r i -

c a l w i t h a d i a m e t e r , a s d e t e r m i n e d f r o m t h e T E M i m -

a g e , o f 1 0 : 0 2 : 8 n m . A s t h e c o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e s

( c = 0 . 2 5 M ) , t h e g r o w t h p r o c e s s h a p p e n s m u c h m o r e

s t r o n g l y , w h i c h c r e a t e s a p a r t i c l e s i z e o f 1 4 : 6 3 : 2 n m .

N a n o p a r t i c l e s s h o u l d b e w e l l s e p a r a t e d d u e t o t h e O A

c o a t i n g l a y e r , b u t t h e c l u s t e r s o f N P s c a n b e e x p l a i n e d

b y t h e d r y i n g p r o c e s s i n t h e p r e p a r a t i o n f o r T E M m e a -

s u r e m e n t s .

F o r a s m a l l p a r t i c l e s i z e o f a b o u t 1 0 n m , a d i l u t i o n

o f t h e s o l u t i o n i s n e e d e d , b u t w e d o n ' t n e e d t o d e c r e a s e

c l o w e r t h a n 0 . 0 5 M b e c a u s e 1 0 n m i s c o n s i d e r e d t o b e

t h e s m a l l e s t p a r t i c l e s i z e t h a t c a n b e o b t a i n e d b y u s i n g

a c o n v e n t i o n a l c o p r e c i p i t a t i o n p r o c e s s . T h e p a r t i c l e s i z e

c a n b e e v e n g r e a t e r t h a n 1 4 . 6 n m i f c i s g r e a t e r t h a n

0 . 2 5 M . H o w e v e r , p a r t i c l e s o f g r e a t e r s i z e s m a y l o s e t h e i r

s u p e r p a r a m a g n e t i c b e h a v i o r , w h i c h i s u n e x p e c t e d i n f u r -

t h e r a p p l i c a t i o n s i n d r u g d e l i v e r y .

O w i n g t o t h e p a r t i c l e s i z e b e i n g s m a l l e r t h a n t h e c r i t i -

c a l l e n g t h ( s u p e r p a r a m a g n e t i c r a d i u s ) , a l l s a m p l e s e x -

8/3/2019 Size Controlled Magnetite Nano Particles and Their Drug Loading Ability

3/4

- 1 3 3 4 - J o u r n a l o f t h e K o r e a n P h y s i c a l S o c i e t y , V o l . 5 2 , N o . 5 , M a y 2 0 0 8

F i g . 3 . D e p e n d e n c e o f t h e s a t u r a t i o n m a g n e t i z a t i o n o n

t h e c o n c e n t r a t i o n a n d a t y p i c a l m a g n e t i z a t i o n c u r v e o f t h e

s a m p l e w i t h c = 0 . 2 M ( t h e i n s e t ) .

h i b i t s u p e r p a r a m a g n e t i c p r o p e r t i e s a t r o o m t e m p e r a -

t u r e , w i t h t h e i r s a t u r a t i o n m a g n e t i z a t i o n s d e p e n d i n g o n

t h e c o n c e n t r a t i o n a s s h o w n i n F i g u r e 3 . T h e m a g n e t i z a -

t i o n c u r v e o f a t y p i c a l s a m p l e w i t h c = 0 . 2 M ( t h e i n s e t

i n F i g u r e 3 ) s h o w s n o r e m a n e n c e ( t h e r e m a i n e d m a g n e t i c

m a g n e t i z a t i o n a f t e r r e m o v i n g t h e a p p l i e d m a g n e t i c e l d )

a n d c o e r c i v i t y ( t h e a p p l i e d m a g n e t i c e l d r e q u i r e d t o d e -

m a g n e t i z e t h e M N P s ) . T h e s a t u r a t i o n m a g n e t i z a t i o n i n -

c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s i n g c o n c e n t r a t i o n o f s o l u t e s a n d

r e a c h e s 7 4 e m u / g . T h a t v a l u e i s s m a l l e r t h a n t h a t o f b u l k

s a m p l e s , w h i c h i s a t t r i b u t e d t o t h e c o r e - s h e l l s t r u c t u r e

o f t h e p a r t i c l e s a n d t h e p o s s i b l e o x i d a t i o n b y t h e o x y g e n

d i u s i n g i n t o t h e s o l u t e s . I n b o t h c a s e s , t h e h i g h e r t h e

c o n c e n t r a t i o n , t h e g r e a t e r t h e p a r t i c l e s i z e a n d / o r t h e

l o w e r t h e o x i d a t i o n , m a k i n g t h e s a t u r a t i o n m a g n e t i z a -

t i o n h i g h e r .

B a r e M N P s c a n b e q u i c k l y a g g r e g a t e d t o m a k e c l u s -

t e r s o f p a r t i c l e s , w h i c h r e s u l t s i n u n e x p e c t e d p r o p e r t i e s .

T h i s p r o b l e m w a s s o l v e d b y c o a t i n g M N P s w i t h a s i n g l e

s u r f a c t a n t l a y e r ( O A ) o r w i t h a d o u b l e s u r f a c t a n t l a y e r

( O A / S D S ) . T G A m e a s u r e m e n t s o f t h e b a r e M N P s a n d o f

t h e O A - c o a t e d a n d t h e O A / S D S - c o a t e d M N P s w e r e p e r -

f o r m e d ( n o t s h o w n ) . T h e b a r e M N P s s h o w a s m a l l m a s s

l o s s o f 1 % o v e r t h e w h o l e r a n g e o f t e m p e r a t u r e f r o m

r o o m t e m p e a r t u r e t o 5 0 0

C , w h i c h c a n b e a s c r i b e d t o

t h e r e m a i n i n g w a t e r t r a p p e d i n t h e s a m p l e s . O A - c o a t e d

N P s s h o w a l o s s o f 7 % i n m a s s i n t h e r a n g e o f 2 2 0

C

{ 4 2 0

C , w h i c h c a n b e e x p l a i n e d b y t h e e v a p o r a t i o n o f

O A . H o w e v e r , w h e n c o m p a r e d w i t h t h e b o i l i n g t e m p e r -

a t u r e o f O A 1 5 0

C { 2 5 0

C , t h i s h i g h e r r a n g e s u g g e s t s

b o n d s b e t w e e n O A a n d t h e M N P s u r f a c e , w h i c h m a k e

t h e O A m o l e c u l e m o r e d i c u l t t o e v a p o r a t e . T h i s f a c t

i s a l s o s u p p o r t e d b y t h e F T I R s p e c t r a . T h e O A / S D S -

c o a t e d N P s s h o w s t w o m a s s l o s s e s : 3 % i n t h e r a n g e o f

2 0 0

C { 3 0 0

C ( O A e v a p o r a t i o n d o m i n a t e d ) a n d 5 %

F i g . 4 . F T I R s p e c t r u m o f b a r e M N P s , O A - c o a t e d M N P s

a n d p u r e O A ( u p p e r ) a n d a s c h e m a t i c i l l u s t r a t i o n ( l o w e r l e f t )

o f a s i n g l e l a y e r O A - c o a t e d a n d ( l o w e r r i g h t ) o f a d o u b l e

l a y e r O A / S D S - c o a t e d M N P s . T h e i n w a r d a n d t h e o u t w a r d

c i r c l e s r e p r e s e n t t h e h y d r o p h i l i c h e a d s o f t h e O A a n d t h e S D S

s u r f a c t a n t s , r e s p e c t i v e l y . T h e b l a c k z i g z a g c u r v e s r e p r e s e n t

t h e h y d r o p h o b i c t a i l s .

i n t h e r a n g e o f 3 0 0

C { 4 0 0

C .

F T I R m e a s u r e m e n t s o f b a r e M N P s , O A - c o a t e d M N P s

a n d O A a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . I n t h e F T I R s p e c t r a o f

p u r e O A , t h e r e a r e a b s o r b a n c e p e a k s o f t h e C = O s t r e t c h

d i m e r H - b o n d e d ( 1 7 0 7 c m

1

) , t h e O - H s t r e t c h d i m e r

H - b o n d e d ( b r o a d p e a k a t 3 0 0 0 c m

1

) , t h e s y m m e t -

r i c a n d a s y m m e t r i c C H 2

s t r e t c h i n g m o d e s ( 2 8 6 1 c m

1

,

2 9 3 2 c m

1

) , t h e C = O b a n d ( 1 2 8 0 c m

1

) , t h e O - H i n -

p l a n e b a n d ( 1 4 6 0 c m

1

) a n d O - H o u t - o f - p l a n e b a n d ( 9 1 0

c m

1

) . T h e s p e c t r a o f O A - c o a t e d N P s , h o w e v e r , r e v e a l

t h e a b s e n c e o f t h e a l l p e a k s f o r C = O a n d O - H w h e r e a s

t w o p e a k s o f t h e C H 2

s t r e t c h i n g m o d e s a r e s t i l l p r e s e n t ,

s u g g e s t i n g b i n d i n g o f t h e c a r b o x y l i c g r o u p o f O A t o t h e

i r o n o x i d e n a n o p a r t i c l e s [ 6 ] . T h i s i n d i c a t e s c h e m i s o r p -

t i o n o f O A h y d r o p h i l i c h e a d s a t t h e N P s u r f a c e a n d o f

h y d r o p h o b i c t a i l s o f t h e h y d r o c a r b o n c h a i n a t t h e c a r -

r i e r l i q u i d ( t h e l o w e r l e f t i n F i g u r e 4 ) . W i t h t h e p r e s e n c e

o f S D S m o l e c u l e s , t h e h y d r o p h o b i c t a i l o f t h i s m o l e c u l e

w i l l t e n d i n w a r d t o t h e p a r t i c l e , a s s h o w n i n F i g u r e 4 ( t h e

8/3/2019 Size Controlled Magnetite Nano Particles and Their Drug Loading Ability

4/4

S i z e C o n t r o l l e d M a g n e t i t e N a n o p a r t i c l e s a n d T h e i r { C . V . T h a c h e t a l . - 1 3 3 5 -

F i g . 5 . T e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f t h e n o r m a l i z e d m a s s

o f C m - l o a d e d O A / S D S - c o a t e d M N P s a n d O A / S D S - c o a t e d

M N P s .

l o w e r r i g h t ) a n d l e a v e a h y d r o p h o b i c s p a c e b e t w e e n t w o

l a y e r s . W e u s e t h i s f e a t u r e f o r d r u g l o a d i n g , a s p r e s e n t e d

i n t h e e x p e r i m e n t s e c t i o n .

C h l o r a m p h e n i c o l ( C m ) , a h y d r o p h o b i c a n t i b i o t i c d r u g ,

w a s l o a d e d i n t o t h e h y d r o p h o b i c s p a c e b e t w e e n t h e t w o

s u r f a c t a n t l a y e r s . T h e m e c h a n i s m o f t h i s p r o c e s s i s

t h e h y d r o p h o b i c a n i t y [ 6 ] . T h e a m o u n t o f t h e l o a d e d

C m w a s e s t i m a t e d b y u s i n g T G A m e a s u r e m e n t s o n t h e

O A / S D S - c o a t e d M N P s a n d t h e C m - l o a d e d O A / S D S -

c o a t e d M N P s ( F i g u r e 5 ) . F r o m t h e t o t a l m a s s l o s s o f t h e

t w o s a m p l e s , 1 0 % a n d 1 3 % , r e s p e c t i v e l y , w e c l a i m t h a t

t h e l o a d e d C m o c c u p i e s 3 % o f t h e m a s s . T h i s v a l u e i s

s m a l l e r t h a n r e c e n t l y a c h i e v e d r e s u l t [ 6 ] , b u t v e r y l a r g e

i n c o m p a r i s o n w i t h t h a t o b t a i n e d b y u s i n g t r a d i t i o n a l

m e t h o d s , w h i c h a r e n o r m a l l y l e s s t h a n 1 % . I t i s r e a -

s o n a b l e t o e x p e c t o u r s y s t e m t o b e a g o o d c a n d i d a t e

f o r a p p l i c a t i o n s i n m a g n e t i c d r u g d e l i v e r y . T h a t , C m

w a s s u c c e s s f u l l y l o a d e d i n t o O A / S D S - c o a t e d M N P s i s

a l s o e v i d e n t i n t h e a n t i b i o t i c b e h a v i o r t e s t o f C m - l o a d e d

O A / S D S - c o a t e d M N P s [ 7 ] . T h e m e c h a n i s m o f l o a d i n g

C m i n t o O A / S D S M N P s i s q u i t e s i m p l e , b u t v e r s a t i l e ,

b e c a u s e i t i s a p p l i c a b l e f o r a l l t h e h y d r o p h o b i c d r u g s f r e -

q u e n t l y u s e d i n p h a r m a c y .

I V . C O N C L U S I O N S

U s i n g a c o p r e c i p i t a t i o n m e t h o d , w e c a n s y n t h e s i z e s u -

p e r p a r a m a g n e t i c M N P s w i t h t h e i r s i z e ( d ) b e i n g c o n -

t r o l l e d b y c h a n g i n g t h e c o n c e n t r a t i o n o f r e a c t a n t s ( c ) : d

= 1 0 : 0 2 : 8 n m f o r c = 0 . 0 5 M a n d d = 1 4 : 6 3 : 2 n m

f o r c = 0 . 2 5 M . T h e s a t u r a t i o n m a g n e t i z a t i o n o f M N P s

i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g c o n c e n t r a t i o n a n d c a n r e a c h

7 4 e m u / g . O A m o l e c u l e s b o n d b y c h e m i s o r p t i o n w i t h

M N P s a n d c o n t r i b u t e 7 % o f t h e m a s s o f O A - c o a t e d

M N P s . A n o t h e r s u r f a c t a n t , S D S , s u r r o u n d s t h e O A -

c o a t e d M N P s , c r e a t i n g a d o u b l e l a y e r O A / S D S - c o a t e d

M N P s d o u b l e l a y e r o c c u p i e s 8 % o f m a s s . C h l o r a m p h e n i -

c o l i s l o a d e d i n t o t h e s p a c e b e t w e e n t h e t w o s u r f a c t a n t

l a y e r s t h a n k s t o t h e h y d r o p h o b i c a n i t y a n d c o n t r i b u t e s

3 % o f t h e m a s s o f w h o l e s y s t e m .

A C K N O W L E D G M E N T S

T h e p r o j e c t i s n a n c i a l l y s u p p o r t e d b y t h e V i e t n a m e s e

F u n d a m e n t a l R e s e a r c h P r o g r a m f o r N a t u r a l S c i e n c e s

( P r o j e c t 4 0 6 5 0 6 ) .

R E F E R E N C E S

[ 1 ] D . L . L e s l i e - P e l e c k y , V . L a b h a s e t w a r a n d R . H . K r a u s ,

J r . , N a n o b i o m a g n e t i c s , i n A d v a n c e d M a g n e t i c N a n o s t r u c -

t u r e s , e d i t e d b y D . J . S e l l m y e r a n d R . S . S k o m s k i ( K l u w e r ,

N e w Y o r k , 2 0 0 5 ) .

[ 2 ] Q . A . P a n k k h u r s t , J . C o n n o l l y , S . K . J o n e s a n d J . D o b s o n ,

J . P h y s . D : A p p l . P h y s . 3 6 , R 1 6 7 ( 2 0 0 3 ) .

[ 3 ] P . B e r g e r , N . B . A d e l m a n , K . J . B e c k m a n , D . J . C a m p b e l l ,

A . B . E l l i s a n d G . C . L i s e n s k y , J . C h e m . E d u . 7 6 , 9 4 3

( 1 9 9 9 ) .

[ 4 ] P . T a r t a j , M . P . M o r a l e s , S . V e i n t e m i l l a s - V e r d a g u e r , T .

G o n z a l e z - C a r r e n o a n d C . J . S e r n a , J . P h y s . D : A p p l .

P h y s . 3 6 , R 1 8 2 ( 2 0 0 3 ) .

[ 5 ] J . P . J o l i v e t , M e t a l O x i d e C h e m i s t r y a n d S y n t h e s i s : F r o m

S o l u t i o n s t o S o l i d S t a t e ( W i l l e y , N e w Y o r k , 2 0 0 0 ) .

[ 6 ] T . K . J a i n , M . A . M o r a l e s , S . K . S a h o o , D . L . L e s l i e -

P e l e c k y a n d V . L a b h a s e t w a r , M o l . P h a r m . 2 , 1 9 4 ( 2 0 0 5 ) .

[ 7 ] N . T . K h u a t , C . V . T h a c h , V . A . T . N g u y e n , N . H . H a i ,

T . N . P h a n a n d N . C h a u , J . K o r e a n P h y s . S o c . , i n t h i s

i s s u e .