خواص فلزات

تعریف ساده ای برای فلز وجود ندارد. ولی هر عنصر شیمیایی خواص فلزی داشته باشد در کلاس فلزات طبقه بندی می شود. خواص معمول فلزات شامل جلای فلزی، انتقال حرارت بالا، هدایت الکتریکی و قابلیت شکل پذیری دائم در دمای اتاق است.

عناصر شیمیایی که خواص عمومی فلزات را ندارند در کلاس غیر فلزات طبقه بندی می شوند. عناصر محدودی هستند که به عنوان شبه فلزات دسته بندی می شوند گاهی خواصی مانند فلزات و گاهی خواصی مانند غیر فلزات از خود نشان می دهند. برخی از این شبه فلزات کربن، فسفر، سیلیس و گوگرد هستند.

دسته بندی فولاد

فولاد (Steel)، آلیاژهای آهن – کربن به همراه مقادیر جزیی از برخی عناصر دیگر مانند منگنز، سیلیسیوم و ... بوده که درصد کربن آنها می تواند بین 0.025 تا 2 متغیر باشد. این گروه از مواد، به علت داشتن خواص متالورژیکی مناسب، کاربردهای بسیاری در صنعت دارند.

آهن خالص بسیار نرم بوده و مورد استفاده صنعتی زیادی ندارد و افزودن عناصر آلیاژی به آهن می تواند موجب بهبود خواص مکانیکی آن می شود. در میان عناصر، کربن مهمترین عنصریست که روی خواص مکانیکی آهن تاثیر مثبت داشته و در بسیاری موارد تعیین کننده خواص مکانیکی در آلیاژهای آهن می باشد.
فولادها ، آلیاژهای آهن- کربنی هستند که میزان کربن آنها  از 0.025 تا 2 درصد می تواند متغیر باشد و نیز علاوه بر کربن حاوی درصدی از برخی عناصر آلیاژی دیگر هم هستند.

پروژه جدید آمریکا برای پرواز مافوق صوت

نیروی هوایی آمریکا با همکاری سازمان پروژه‌های تحقیقات پیشرفته‌ دفاعی(دارپا) در حال کار بر روی یک پروژه جدید برای آزمایش قابلیت‌های پرواز مافوق صوت است.

به گزارش سرویس فناوری خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، این برنامه تجربی در مرحله نهایی‌سازی قرار داشته و هدف آن ارتقای پژوهش در زمینه پرواز مافوق صوت از جمله تقویت دانش بدست آمده از برنامه 300 میلیون دلاریX-51A Waverider نیروی هوایی است که در سال 2004 آغاز شده است.

هواپیمای بدون سرنشین X-51A با موفقیت پرواز نهایی این برنامه را در اوایل ماه مه انجام داده و به حداکثر سرعت 5.1 ماخ رسید که پنج برابر سرعت صوت است. این هواپیما مسافت 425 کیلومتر را تنها در شش دقیقه طی کرد و در نهایت در اقیانوس آرام فرود آمد.

این پرواز آزمایشی طولانی‌ترین نمونه در میان خودروهای مافوق صوت بود.

آزمایش ماه مه از آخرین نمونه از چهار خودروی X-51A استفاده کرد که توسط شرکت بوئینگ ساخته شده‌اند. در حال حاضر هیچ برنامه‌ای برای ساخت هواپیماهای بیشتر وجود نداشته اما برنامه جدید مشترک میان نیروی هوایی و دارپا برای استفاده از نتایج برنامه X-51A از جمله آزمایش روشها برای نزدیکتر کردن فناوری نافوق صوت به اجرا طراحی شده است.

از فناوری مافوق صوت می‌توان برای تولید سلاحها و هواپیماهای جدید با قابلیت دستیابی به هر نقطه از زمین در کوتاهترین زمان ممکن استفاده کرد. پرواز فراصوت معمولا در برگیرنده هر چیزی است که به سرعت بیش از پنج ماخ برسد. در سطح دریا، سرعت صوت حدود 1226 کیلومتر در ساعت است.

در ماه مه هواپیمای X-51A در زیر بال یک بوئینگ بی-۵۲ استراتوفورترس از پایگاه نیروی هوایی ادواردز در کالیفرنیا برخاست. این هواپیمای Waverider در ارتقاع 18.3 کیلومتری جدا شده و طی 26 ثانیه با کمک یک بوستر موشک جامد به سرعت 4.8 ماخ رسید. سرعت این هواپیما سپس به 5.1 رسید.

دارپا پیش از این آزمایشات مافوق صوت را بر روی پیش‌ساخت بمب‌افکن مافوق صوت HTV خود این سازمان اجرا کرده بود. در اوت 2011 یک گلایدر HTV توانست به سرعت 20 ماخ برسد اما پس از آن کنترل خود را از دست داد.

موفقیت محققان کشور در افزایش بازده سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای

پژوهشگران ‏دانشگاه تهران با جایگزین کردن نانوساختارهای اکسید روی به جای نانوذرات اکسید روی موفق به افزایش بازده سلول‌های خورشیدی ‏رنگدانه‌ای شدند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، فاطمه دهقان نیری، دانشجوی دکتری مهندسی برق-نانوالکترونیک دانشگاه تهران و محقق این طرح اظهار کرد: برای ساخت سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای به طور معمول از نانوذرات اکسید تیتانیم استفاده می‌شود به دلیل اینکه گاف ‏انرژی این ماده ‏ev‏ 3.3 است و بسیار مناسب برای ساخت سلول خورشیدی رنگدانه‌ای است. زمانی که مولکول رنگ برانگیخته ‏می‌شود، یک الکترون ایجاد می‌کند که این الکترون به داخل شبکه‌ای از نانوذرات ‏TiO2‎‏ تزریق می‌شود. این الکترون در کل این ‏لایه ‏TiO2‎‏ با پریدن از یک ذره به ذره دیگر باید خود را به الکترود که همان لایه شفاف و رسانای اکسید قلع آلاینده شده با قلع ‏یا ایندیم است، برساند و در آن جمع شود و جریان ایجاد کند و لیکن به دلیل حرکت الکترون در بین نانوذرات ممکن است ‏در بین مسیر بازترکیب شود که این بازترکیب می‌تواند با خود رنگ، الکترولیت یا ‏TiO2‎‏ صورت بگیرد.

شیشه فوق باریک دو اتمی گینسی شد

دانشمندان دانشگاه کورنل و دانشگاه اولم آلمان در کشفی تصادفی توانسته‌اند رکورد جدیدی برای نازکترین ورق شیشه‌ای جهان ثبت کنند که تنها دو اتم ضخامت دارد.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، این دانشمندان که در حال کار بر روی تولید گرافت خالص بودند، متوجه شکل‌گیری یک تکه آشغال شدند اما تحلیلهای بیشتر نشان داد که در حقیقت یک لایه شیشه از سیلیکون و اکسیژن است.

این دستاورد در حقیقت بطور اتفاقی بوده و دانشمندان بر این تصورند که یک نشت هوا باعث واکنش میان ورقه‌های مسی مورد استفاده برای کار گرافن و یک کوره کوارتز شده است.

علیرغم اندازه بسیار کوچک این قاب شیشه‌ای، دانشمندان توانسته‌اند درک بهتری از ساختار هسته شیشه پیدا کنند. آنها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی یک تصویر تولید کرده‌اند که چیدمان دقیق اتمها در شیشه را نشسان می‌دهد. خود این فرآیند یک رکورد دیگر را ثبت کرده است.

دانشمندان با برخورداری از این فرصت تحلیل نزدیک دریافتند که ویلیام هولدر زاخاریاسن، فیزیکدان نروژی در سال 1932 از فاصله بسیار کمی تا نقشه‌برداری چیدمان صحیح برخوردار بود.

با توجه به پیامدهایی که این شیشه دوبعدی می‌تواند برای جهان واقعی به همراه داشته باشد، کارشناسان بر این باورند که این دستاورد می‌تواند در آینده در ترازیستورها مورد استفاده قرار گرفته و در نهایت به افزایش سرعت پردازش در رایانه‌ها و تلفنهای همراه هوشمند منجر شود.

این رکورد شیشه‌ای جدید در نسخه 2014 کتاب گینس منتشر خواهد شد.

ماده جدید برای تولید تراشه‌های رایانه‌ای کوچک‌تر و سریع‌تر

به گفته محققان چینی، آلیاژی از آلومینیوم و انتیمون در نسل آینده حافظه‌های تغییر فاز، فناوری ذخیره‌سازی داده‌ها را متحول خواهد کرد.

به گزارش سرویس فناوری خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، حافظه‌های تغییر فاز به عنوان جایگزینی برای حافظه‌های فلش مطرح می‌شوند؛ حافظه تغییر فاز از عملکرد بسیار سریعتری در برابر حافظه فلش با حجم ذخیره‌سازی بسیار محدود داده‌ها برخوردار است.

مواد تغییر فاز زمانی که در معرض جریان الکتریکی قرار می‌گیرند، بسرعت از ساختار بی‌نظم به ساختار کریستالی تغییر شکل پیدا می‌کنند.

ساختار جدید دوستدار محیط زیست، دارای مقاومت بالای الکتریکی در حالت غیر کریستالی و مقاومت پایین در حالت کریستالی است.

عملکرد حافظه‌های فلش زمانیکه اندازه دستگاه به کمتر از 20 نانومتر برسد، دچار مشکل می‌شوند؛ اما دستگاه حافظه تغییر فاز می‌تواند ابعادی کمتر از 10 نانومتر داشته باشد که اجازه فشرده سازی تعداد بیشتری حافظه در فضاهای کوچک را امکانپذیر می‌کند.

«شیلین ژو» از محققان موسسه فناوری اطلاعات و میکروسیستم شانگهای تأکید می‌کند: داده‌ها بسرعت بر روی حافظه‌های تغییر فاز نوشته می‌شوند و قیمت این دستگاه‌ها در مقایسه با نمونه‌های دیگر بسیار ارزان‌تر هستند.

نتایج این مطالعه در مجله موسسه فیزیک آمریکا Applied Physics Letters منتشر شده است.

افزایش صد برابری جریان عبوری از سیم مسی با نانولوله کربنی

محققان ژاپنی موفق به ساخت رشته سیمی شدند که می‌توان یکصد برابر رشته‌ سیم‌های مسی معمولی جریان از آن عبور داد.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، قانون مور یکی از دغدغه‌های تولیدکنندگان صنعت نیمه‌هادی است، مدت‌هاست که محققان به دنبال کوچک‌سازی قطعات الکترونیکی هستند، یکی از راهبردها برای رسیدن به این هدف الکترونیک تک مولکولی است. حافظه‌های مولکولی نیز ابزاری دیگر برای رسیدن به این هدف هستند.

ادوات الکترونیکی هر روز کوچک‌تر شده و عملکرد آنها افزایش می‌یابد که این مستلزم عبور دانسیته جریان بیشتر از این ادوات است، در واقع رشته‌های طلا و مس جریان بیشتری را از خود عبور می‌دهند. اما این سیم‌ها نیز محدودیتی برای عبور جریان دارند، بنابراین باید سیم‌های رسانایی با قابلیت عبور بیشتر جریان الکتریسته تولید کرد.

در این راستا محققان مرکز تحقیقات نانولوله‌کربنی در ژاپن به فکر استفاده از نانولوله کربنی برای این کار افتادند. این گروه با افزودن نانولوله کربنی به مس موفق به تولید کامپوزیت رسانایی شدند که هم هدایت الکتریکی بالاتری نسبت به مس داشته و هم ظرفیت عبور جریان بیشتری را دارد. این دستاورد برای تولید ادوات الکترونیکی سریع‌تر و کوچک‌تر بسیار مناسب است.

سیم‌های مسی باید پیوند بین اتمی بسیار قوی داشته باشند، اما در این نانوکامپوزیت جدید پیوندهای ضعیف می‌تواند منشاء الکترون‌های آزاد شوند. بنابراین با بهره‌گیری از مزایای مس و نانولوله‌کربنی در یک نانوکامپوزیت ماده‌ای رسانا و مستحکم برای عبور جریان با دانسیته بالاتر ساخته می‌شود.

محققان نشان دادند که این سیم جدید می‌تواند یکصد برابر بیشتر از رشته‌ سیم‌های معمولی جریان الکتریسیته را از خود عبور دهد. دلیل بهبود ظرفیت عبور جریان در این نانوکامپوزیت، تقویت ساختاری آن است. در واقع نانولوله‌های کربنی موجب ممانعت از حرکت اتم‌ها در حین عبور الکترون می‌شود؛ پدیده‌ای که به مهاجرت در اثر جریان (electromigration) موسوم است. نکته مهمتر در این است که ایجاد این خاصیت فیزیک به قیمت قربانی شدن هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت تمام نشده است، بلکه هدایت الکتریکی آن کاملا مشابه مس خالص است.

برای تولید این نانوکامپوزیت، محققان از روش رایج پراکندگی یونی مس- نانولوله استفاده نکردند، بلکه مس را به روش الکتروشیمیایی روی زیرلایه‌ای حاوی نانولوله‌های کربنی نشست دادند. محصول بدست آمده یک رشته سیم است که در آن نانولوله‌کربنی روی مس چند بلوری حاوی مرزهای دانه متعدد را گرفته است.

سنتز نانوذرات فلزی با رفتار مغناطیسی نجیب

فلزات نجیب مغناطیسی، این پتانسیل را دارند که کاربردهای علم مواد بر پایه نانومواد را در زمینه‌های مختلف از جمله کاتالیزگرها، خودآرایی و… به طور قابل ملاحظه‌ای توسعه دهند. پیش‌بینی شده که این ترکیبات انقلابی در عرصه علوم دارویی، به خصوص در زمینه‌های شناسایی مولکول‌های زیستی، کنترل کارآیی داروها و درمان سرطان ایجاد نماید. روش‌های متعددی ارائه شده‌اند که می‌توانند جهت سنتز فلزات نجیب مغناطیسی مورد استفاده قرار گیرند. از جمله‌ این روش‌ها می‌توان به گونه‌های پوشاننده، فرسایش لیزری، نانوقالب‌گیری به وسیله‌پلیمرها، و تعبیه در زئولیت‌ها اشاره نمود. روش‌های ذکر شده، تنها چند نمونه از روش‌های سنتزی ترکیبات یاد شده بوده و مسلماً روش‌های سنتز این ترکیبات تنها به روش‌های ذکر شده محدود نمی‌شوند. علیرغم ممان‌های مغناطیسی بالای به دست آمده در مورد این ترکیبات، برای یافتن کاربرد برای این ترکیبات، لازم است مقادیر بالایی از ترکیب مورد نظر مورد استفاده قرار گیرد تا به قدرت مغناطیسی مورد نظر برسیم. این امر موجب افزایش تقاضا برای یافتن روش‌های سنتزی برای این ترکیبات شده است. در اینجا دو مورد از روش‌های تهیه فلزات نجیب مغناطیسی آورده خواهد شد. روش‌هایی که ذکر خواهند شد به راحتی در دمای اتاق قابل انجام بوده، همچنین روش‌هایی سریع می‌باشند که می‌توان در یک ظرف واکنش انجام گیرند. قابلیت تولید مجدد، توان کنترل ابعاد ذرات از حد نانومواد تا حد میلیمتر از دیگر مزایای سنتز ترکیبات به روش‌های حاضر می‌باشد.

یافته‌های پیشین در مورد فلزات نجیب مغناطیسی بر روی نانوذرات و همچنین اشباع مقادیر مغناطیسی متمرکز می‌بودند؛ تا جایی که مقدار مغناطیس ۱۳ آمپرمترمربع‌برکیلوگرم گزارش شد که تقریباً در حد ۵ درصد آهن حجیم است. برخی روش‌های سنتزی منجر به تولید نمونه‌های (ابر)پارامغناطیس شدند، در حالی که مواد فرومغناطیس از طریق روش‌های دیگر به دست آمدند. هدف اساسی در تمام روش‌های موجود، کاهش فلزات واسطه مانند هگزاکلروپلاتین می‌باشد. در نتیجه شرایط آماده‌سازی، شدیداً ابعاد ذرات را تحت تأثیر خود قرار می‌دهد.

به عنوان مثال، هنگامی که نانوذره سنتز شد، به صورت خوشه‌ای درآمده و رسوب می‌کند، مگر اینکه به نحو مناسبی حفاظت شود. برای پیشگیری از رسوب نانوذرات، از روش‌هایی مانند قالب‌گیری به کمک میکروامولسیون، افزایش یک گونه پوشش‌ساز و… نانوذرات به طور همگن جدا شده به صورت یکنواخت تهیه می‌شوند.

روشی که در گروه تحقیقاتی دکتر کوپر به انجام رسیده، شامل کاهش فلز نجیب مانند هگزاکلروپلاتینات (H_۲PtCl_۶) استفاده شده که تحت شرایط استاندارد و به کمک ترکیبات مکاهنده مانند هیدرازین احیا شده‌اند. البته در روش گزارش شده، تفاوتی که با روش‌های استاندارد پیشین وجود دارد، حضور یک میدان مغناطیسی است. حضور این میدان به جهت کنترل خواص مواد سنتزی بوده است. میدان‌های قوی‌تر، منجر به تولید مواد فرومغناطیس شده؛ در حالی که غیاب میدان موجب شده ذرات سنتزی خواص مغناطیسی از خود بروز ندهند. نانوذرات دارای خواص مغناطیس که به طور همگن پراکنده شده‌اند به کمک قالب‌های میکروامولسیونی تهیه می‌شوند. این در حالی است که می‌توان در غیاب گونه‌های حفاظت‌کننده، ترکیبات خوشه‌ای از نانوذرات تهیه نمود.

شکل ۱. تصویر میکروگراف TEM از نانوذرات خوشه‌ای پلاتین مغناطیسی در حالت‌های بزرگنمایی و نمای نزدیک

در ابتدای انجام کار، با کمک تکنیک‌های ICP–AES, XRD, EDS عدم فعالیت مغناطیسی تأیید می‌شود. به طور تجربی اثبات شده که سنتز در غیاب میدان مغناطیسی منجر به خواص مغناطیسی در محصولات نخواهد شد. بررسی‌های نظری ممان مغناطیسی نانوذرات با ساختار‌های بلور ین شامل اتم‌های مغناطیسی را پیش‌بینی می‌نمایند. برای هر نانوذره، هر ساختار بلورین، ممان مغناطیسی قابل توجهی خواهد داشد؛ این مقدار برای ذرات بزرگ‌تر به مراتب کوچک‌تر از نانوذرات است. ساختارهای بلورین نانوذرات بررسی شده در این پ‍ژوهش که از فلزات مغناطیسی نجیب سنتز شده‌اند، تفاوت ساختاری قابل توجهی با ساختارهای بلورین فلزات حجیم ندارد. در حقیقت، تفاوت اصلی به خواص ویژه سطح نانوذرات بر می‌گردد. ناهمسانگردی سطح نانوذرات، دلیل اصلی ایجاد چنین میدان‌های بزرگی است؛ علی‌الخصوص در مورد ترکیباتی که در سایر حالات غیرمغناطیسی هستند. به عنوان مثال، استقرار المترون‌های سطح توسط نیروهای قوی (مثلاً در تیول‌ها و یا الکل‌ها) و یا ضعیف (مثلاً در آمین‌ها) با گونه‌های حفاظت کننده تشکیل پیوند داده، که موجب ایجاد نقص شبکه بلورین شدید شده، این نقص در شبکه‌بلورین دلیل ایجاد خاصیت مغناطیسی در نانوذرات فلزات نجیب می‌باشد. میدان حاصله، موجب جهت‌گیری آرایش و خودآرایی نانوذرات می‌شود، به گونه‌ای که با ارتقای خواص سطح، موجب تشدید خاصیت مغناطیسی می‌گردد.

این کار توسط گروه تحقیقاتی  دکتر کوپر در بخش مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی دلفت هلند انجام شده و در مجله معتبر لانگیمور با آدرس مقابل  Koper G. J. M., et.al, Langmuir ۲۰۱۱, ۲۷, ۷۷۸۳–۷۷۸۷ به چاپ رسیده است.

مهندسی سطح -نانو ذرات اکسید آهن برای درمان هدفمند سرطان

فناوری نانو یک خط مشی انعطاف پذیر برای توسعه نانومواد موثر درمانی که به طور خاص می توانند با یک هدف در سیستم بیولوژیکی ارتباط برقرار کنند و موجب تحریک پاسخ مورد نظر شوند، فراهم می کند. در میان نانومواد مورد مطالعه، نانوذرات اکسید آهن به عنوان یکی از کاندیداهای کارآمد برای درمان سرطان، مطرح شده اند. سوپر پارامغناطیسی ذاتی آنها، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی غیر تهاجمی(MRI) را ممکن می سازد و قابلیت تجزیه بیولوژیک آنها ، برای کاربردهای in vivo مفید است.

نانوذرات اکسید آهن سوپرمغناطیسی درمانی(SPION) به طور معمول از سه جزء اولیه تشکیل شده اند:

یک هسته نانوذرات اکسید آهن است که به عنوان یک حامل برای درمان و همچنین عامل کنتراست در MRI بکار می رود، یک پوشش بر روی نانوذرات اکسید آهن که برهمکنش مطلوب بین SPION و سیستم بیولوژیکی ارتقا می دهد، و پی لود درمانی(payload اجناس مقرون بصرفه برای حمل و نقل درمانی) که عملکرد معینی را در in vivo انجام می دهد.

اغلب، این طرح ممکن است شامل یک لیگاند هدف که گیرنده های بیش از حد بیان شده بر روی سطح بیرونی سلول های سرطانی را شناسایی می کند، باشد. بدن یک سیستم بسیار پیچیده ای است که موانع فیزیولوژیکی و سلولی زیادی بر اشیاء خارجی تحمیل می کند. بنابراین، موفقیت SPION درمانی تا حد زیادی بر روی طراحی هسته اکسید آهن ، برای اطمینان از تشخیص آن در MRI  ،و پوشش ها که اجازه می دهد نانوذرات از این موانع عبور کنند، متکی است. استراتژی برای گذشتن از موانع فیزیولوژیکی مانند کبد، کلیه و طحال، شامل تنظیم اندازه کلی و شیمی سطح SPION در به حداکثر رساندن نیمه عمر خون و تسهیل حمل دارو در بدن است. استراتژی برای گذشتن از موانع سلولی شامل استفاده از عوامل هدف (targeting agents) در به حداکثر رساندن جذبSPION  توسط سلول های سرطانی و بکاربردن موادی که تردد (آمد و شد) داخل سلولی مطلوب را افزایش می دهد و آزاد شدن دارویی کنترل شده را قادر می سازد، می باشد. پی لود برای حمل و نقل دارو می تواند ژن ها، پروتئین ها، داروهای شیمی درمانی، یا ترکیبی از این مولکولها باشد. هر نوع مولکول درمانی به یک طراحی پوشش خاص در به حداکثر رساندن بار و ایجاد رهایش و آزاد شدن (delivery, release)موثر نیاز دارد. با این حساب، پارامترهای طراحی اولیه در توسعه SPION های درمانی با تمرکز بر طراحی پوشش سطح برای غلبه بر موانع تحمیل شده توسط سیستم دفاعی بدن مطالعه شده است.

 در این مقاله نمونه هایی از اینکه چگونه این پارامترهای طراحی برای تولید SPION ها برای کاربردهای درمانی مشخص، تکمیل شده اند، ارائه شده است. اگر چه هنوز هم چالش هایی وجود دارد که باید به آنها رسیدگی شود، SPIONs  ها امید بزرگ در تشخیص موفق و درمان  مخرب ترین سرطان ها نشان می دهد. هنگامی که پارامترهای طراحی بحرانی بهینه سازی شدند، این نانوذرات، در ترکیب با روشهای تصویر برداری، می تواند به عنوان عوامل واقعا چند منظوره theranostic  که نه تنها یک عملکرد درمانی انجام می دهند بلکه بازخورد بالینی فوری ارائه می دهند و به پزشک اجازه می دهد که برنامه درمانی را تنظیم کند.

Theranostics (آمیخته از تشخیص و درمان) یک فرایند پیشنهادی از درمان تشخیصی برای بیماران منحصر به فرد است. تا آنها را برای واکنش احتمالی در مصرف یک داروی جدید آزمایش کند و یک درمان مناسب برای آنها بر اساس نتایج آزمایش پیشنهاد کند.

هسته SPION  با یک پوشش سازگار زیستی پوشش داده شده است که ادغام استخلاف های متعدد به یک ذره را اجازه می دهد (شکل ۱). نسبت سطح به حجم بزرگ، ظرفیت بارگیری بالای دارو و اتصال لیگاندهای هدف برای رهایش دارویی تومور خاص و مولکول های نفوذی به غشاء برای تردد داخل سلولی را، اجازه می دهد. با ارائه مولکول زیستی هدف-حساس (target-sensitive) در سطح SPION، ممکن است یک کتابخانه از درمان های نوین و شخصی که می تواند برای درمان بسیاری از بیماری ها مورد استفاده قرار گیرد ساخت. یکی از مهیج ترین حوزه های توسعه ، در ترکیب با ژن درمانی است. استفاده از بسیاری از داروهای بیولوژیکی در حال ظهور، مانند siRNA  و DNA  پلاسمید ، با ناتوانی در عبور درمانگر  به محفظه سلولی سلول های هدف تخریب توسط نوکلئاز ها ، پنهان شده است. نانوذرات بر اساس حامل ها می تواند برای انتقال این ژن ها و انتشار آنها در سایت هایی که در آنها اثرات درمانی خود را اعمال می کنند، مورد استفاده قرار گیرند.

شکل ۱.  ساختار نانو درمانیSPION  .

کوچک سازی و مینیاتورسازی اکسید آهن از مقیاس ماکرو (ذره بالک) به مقیاس نانو، خواص فیزیکی منحصر بفردی ایجاد می کند. بویژه، نانو ذرات اکسید آهن سوپر پارامغناطیس می شوند هنگامی که هر ذره شامل یک دامنه مغناطیسی منفرد می شود و انرژی حرارتی به اندازه کافی بالاست تا بر سد انرژی چرخش مغناطیسی،magnetic flipping ( معمولا، کمتر از  ۲۰ nm) غلبه کند. در MRI ، SPION ها غیر همگنی موضعی در میدان مغناطیسی که سیگنال را کاهش می دهد، ایجاد می کنند. بنابراین نواحی از بدن که شامل SPION ها هستند در تصاویر MRI تاریکتر به نظر می رسند. این اطلاعات می تواند در مانیتور کردن جذب SPION ها در پیش بینی کارآمدی درمان استفاده شود.

خواص مغناطیسی هسته سوپر مغناطیس بوسیله اندازه، شکل و غلظت کاستی تحت تاثیر قرار می گیرد به گونه ای که آنها می توانند برای دستیابی به خواص مورد نظر تنظیم شوند.

همچنین شکل و اندازه SPION ها بر خواص مغناطیسی اثر می گذارد. به محض اینکه  نسبت بین طول و عرض SPION ها (aspect ratio) از حالت کروی به میله ای شکل افزایش می یابد. مغناطیس زدایی بصورت آشکاری افزایش می یابد و منجر به افزایش کنتراست MRI  و اثرات هایپرترمی می شود. SPION های کوچکتر که نسبت سطح به حجم بالایی دارند، نسبت به SPIONهای بزرگتر به علت افزایش توزیع لایه مرده مغناطیسی بر روی سطح، مغناطیسی کردن کوچکتری ایجاد می کنند. بنابراین SPIONهای بزرگتر برای خواص مغناطیسی خود به تنهایی مطلوب تر هستند اما موانع و سدهای سلولی و فیزیولوژیک اعمال شده بوسیله بدن اندازه قابل استفاده یSPIONها را محدود می کند.

شکل ۲. موانع فیزیولوژیک مواجه شده با نانوذرات دارویی معمول

شکل ۳. موانع سلولی مواجه شده با نانوذرات دارویی معمول

توانایی SPIONها برای کاربرد به عنوان عامل کنتراست در MRI و تجمع های طولانی SPIONها در تومورها (به عنوان مثال، هفته ها) به پزشکان اجازه می دهد تا بصورت غیر تهاجمی و مداوم تومور- هدف را مورد ارزیابی قرار دهد و همچنین تحویل درمانی، توزیع، و جذب و پیش بینی پاسخ در بیماران بلافاصله بعد از درمان به گونه ای که دوز دارو را می توان برای درمان موثرتر شخصی سازی کند. با استفاده از پتانسیل تشخیص سلولهای انفرادی برچسب با SPIONها تحت قدرت مغناطیسی بالا، اطلاعات بسیار ویژه ای در رهایش دارو می توان بدست آورد. اخیرا فرمولاسیون های زیادی از SPIONها مانند  I.V. Ferridex و Combidex برای کاربرد بالینی مورد تایید قرار گرفته اند. اما تنها اطلاعات تشخیصی ارائه می دهند.

این کار توسط گروه تحقیقاتی دکتر ام.کیویت فارست در بخش مهندسی و علوم مواد دانشگاه واشنیگتن کشور ایالات متحده انجام شده و در مجله انجمن شیمی آمریکا با آدرس مقابلForrest. M-K, Zhang. M., Accounts of Chemical Research. ۲۰۱۱, ۴۴, ۸۵۳–۸۶۲. به چاپ رسیده است.