Tepelné vlastnosti magnetických nanokrystalů ve vysokofrekvenčním magnetickém poli

• Thesis title in Czech: Tepelné vlastnosti magnetických nanokrystalů ve vysokofrekvenčním magnetickém poli
• Thesis title in English: Thermal properties of magnetic nanocrystals in high-frequency magnetic field
• Key words: magnetické nanočástice|biomedicínské aplikace|kalorimetrie|magnetometrie|magnetická fluidní hypertermie
• English key words: magnetic nanoparticles|biomedical applications|calorimetry|magnetometry|magnetic fluid hyperthermia
• Academic year of topic announcement: 2024/2025
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Department: Department of Condensed Matter Physics (32-KFKL)
• Supervisor: prof. RNDr. Jana Kalbáčová Vejpravová, Ph.D.
• Advisors: Dr. rer. nat. Mgr. Dominika Zákutná

Guidelines

Práce je převážně experimentálního charakteru. Vypracovnání zahrnuje studium literatury k tématu práce, vypracování rešerše pro teoretickou část bakalářské práce, provedení vlastních experimentů, analýzu a interpretaci výsledků.
V rámci experimentální části budou prováděna měření tepelné odezvy disperzí magnetických nanočástic o různé velikosti, s různým složením magnetické fáze a s různým povrchovým pokrytím. K experimentům bude využit unikátní přístroj nanoScale Biomagnetics.
V případě dostatečného množství originálních výsledků bude umožněna prezentace na mezinárodní konferenci, semináři a podíl na publikaci v odborném časopise.
Téma je možné zadat i více zájemcům.

The work is mainly of an experimental nature. The preparation includes the study of literature on the thesis topic and its summary for the theoretical part of the bachelor's thesis, the execution of own experiments, analysis, and interpretation of the results.
As part of the experimental part, measurements of the thermal response of dispersions of magnetic nanoparticles of different sizes, with different compositions of the magnetic phase and with different surface coverage will be performed. The unique nanoScale Biomagnetics device will be used for the experiments.
In the case of a sufficient number of original results, a presentation at an international conference or seminar and participation in a publication in an impacted journal will be possible.
More applicants are possible.

References

Knobel, M. et al. (2008). Superparamagnetism and Other Magnetic Features in Granular Materials: A Review on Ideal and Real Systems, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 6, 2836–57.

Obaidat, I. M., Issa, B. & Haik, Y. (2015) Magnetic Properties of Magnetic Nanoparticles for Efficient Hyperthermia. Nanomaterials, 5, 63–89.

Jeotikanta M. et al., (2020) Enhancing the magnetic and inductive heating properties of Fe3O4 nanoparticles via morphology control. Nanotechnology 31:275706

Liu X. et al., Comprehensive understanding of magnetic hyperthermia for improving antitumor therapeutic efficacy (2020) Theranostics. 10(8): 3793–3815.

Pacakova, B. et al., Spinel Ferrite Nanoparticles: Correlation of Structure and Magnetism (2016) https://www.intechopen.com/chapters/52889

Preliminary scope of work

Biokompatibilní magnetické nanočástice jsou intenzivně studovány pro možné využití v magnetické fluidní hypertermii jako tepelné mediátory pro léčbu rakoviny, a to zejména pro jejich vysokou účinnost a omezené vedlejší účinky. Vývoj účinnějších tepelných nanomediátorů, které vykazují velmi vysokou hodnotu specifické absorpce (SAR), je však nezbytný pro klinickou aplikaci, aby se překonala dříve zjištěná omezení, např. velké množství nanomateriálu potřebné pro účinnou léčbu.
Cílem práce je identifikovat nejlepší kandidáty mezi dvousložkovými magnetickými nanočásticemi a jejich dispergovatelnými kompozitními materiály s nanouhlíkovými materiály (grafen, oxid grafenu, nanodiamant). Kromě sledování tepelných vlastností a jejich korelace se strukturou a magnetickými vlastnostmi nanomagnetů bude testována schopnost povrchové vrstvy zachytit nebo uvolnit specifické molekuly.
Naše skupina (více informací na: vejpravova.eu) má dlouholeté zkušenosti s experimentálním výzkumem a teoretickým modelováním vlastností magnetických nanočástic se zaměřením na vybrané biomedicínské aplikace. Nabízíme tak vynikající příležitost zapojit se do skutečných výzkumných projektů s velkým dopadem na společnost, zkušenosti v mezinárodním výzkumném týmu a zapojení do externí spolupráce s pracovištěmi v AVČR i v zahraničí.

Preliminary scope of work in English

Recently, magnetic fluid hyperthermia using biocompatible magnetic nanoparticles as heat mediators for cancer therapy has been extensively investigated due to its high efficiency and limited side effects. However, developing more efficient heat nanomediators that exhibit a very high specific absorption rate (SAR) value is essential for clinical application to overcome the previously encountered limitations due to the large quantity of nanomaterial required for effective treatment.
The goal of the work is to identify the best candidates among two-component magnetic nanoparticles and their dispersable composite materials with nanocarbons (graphene, graphene oxide, nanodiamond). Besides monitoring the heating properties and their correlation to the structure and magnetic properties of the nanomagnets, the ability of the coating to capture or release specific molecules will be tested.
Our group (more details: vejpravova.eu) has a long-term experience in experimental investigations and theoretical modeling of magnetic nanoparticles' properties aimed as the best heating agents for heat-driven biomedical applications. Thus, we offer an excellent opportunity to join real research projects with a high impact on society and experience in an international research team and environments, also via external collaborations in the Czech Academy of Science and foreign institutions.