Particle Size Control for Functionalization of Iron Oxide Nanoparticles with Potential Applications in Diagnostics
Abstract
Liten gjennomsnittlig diameter sammen med smal partikkelstørrelsesfordeling er nødvendig for å gi en tilfredsstillende magnetisk metningsytelse av jernoksid nanopartikler for diagnostiske anvendelser. Bruken av polyvinylpyrrolidon (PVP) som et beleggmiddel har tidligere blitt rapportert av andre studier for å kontrollere partikkelstørrelsen, for å oppnå svært monodisperse partikler og for å redusere agglomerasjoner av jernoksid nanopartikler syntetisert ved samutfellingsmetoden. For så vidt er det imidlertid ingen rapporter som undersøker samspillet mellom faktorer som masse, molekylvekt, konsentrasjon, pH og zeta-potensial til PVP på overflaten av jernoksid nanopartikler med den hensikt å kontrollere størrelsen. Derfor rapporterer denne oppgaven optimalisering av kolloidal stabilitet ved bruk av ulike masser av jernoksid nanopartikler og ulike molekylvekter og konsentrasjoner av PVP for effektivt belegg, etterfulgt av silanisering. Størrelsen på PVP-belegget av jernoksid nanopartikler ser ut til å være betydelig avhengig av interaksjonen mellom de eksperimentelle faktorene med hydrodynamiske størrelser fra 177 til 1915 nm, mens zeta-potensialverdiene varierer fra 6 til 20 mV. Overflateladningen til zeta-potensialet ser ut til å være positiv og strukturell identifiseringsanalyse indikerer at det ikke er noen PVP-molekylkjeder tilstede i dispersjonen. Imidlertid avslører pH-studien at PVP er enten delvis eller svakt adsorbert, eller alternativt ingen PVP adsorbert på overflaten av jernoksid nanopartikler. Tilstedeværelsen av PVP ser heller ikke ut til å påvirke silaniseringsprosessen i betydelig grad. Resultatene viser at tilstedeværelsen av PVP ikke forbedrer den kolloidale stabiliteten og er potensielt ikke en utmerket kandidat for biomedisinske applikasjoner. Small average diameter along with narrow particle size distribution is required to provide a satisfactory magnetic saturation performance of iron oxide nanoparticles (IONPs) for diagnostic applications. The use of polyvinylpyrrolidone (PVP) as a coating agent has previously been reported by other studies to control the particle size, to obtain highly monodisperse particles, and to reduce agglomerations of IONPs synthesized by the co-precipitation method. To this extent, however, there are no reports examining the interplay between factors such as mass, molecular weight, concentration, pH, and zeta potential of PVP on the surface of IONPs with the intention of controlling the size. Thereby, this thesis reports the optimization of colloidal stability using various masses of IONPs and various molecular weights and concentrations of PVP for efficient coating, followed by silanization. The size of PVP coating of IONPs appears to be significantly dependent on the interaction between the experimental factors with hydrodynamic sizes ranging from 177 to 1915 nm, whereas the zeta potential values vary from 6 to 20 mV. The surface charge of the zeta potential appears to be positive and structural identification analysis indicates that there are no PVP molecule chains present in the dispersion. However, the pH study reveals that PVP is either partially or weakly adsorbed, or alternatively no PVP adsorbed on the surface of IONPs. The presence of PVP also does not appear to affect the silanization process significantly. The results show that the presence of PVP does not improve the colloidal stability and is potentially not an excellent candidate for biomedical applications.