Hyperthermia of magnetic fluid in cellular phantoms : from theory to experiment: recreation of the cell environment and study of the effect of interactions between magnetic nanoparticles

Los tratamientos de hipertermia en oncología se basan en la absorción de la energía de un campo magnético alterno por parte de nanopartículas magnéticas (NPMs) alojadas en el tumor a tratar y su posterior conversión en calor con el objetivo de inducir la muerte del tejido tumoral por calentamiento local (> 45ºC). Es una potencial técnica para ser aplicada como tratamiento adyuvante a otras terapias (quimio- y radioterapia), con múltiples ensayos clínicos en curso para probar su efectividad en diferentes tipos de tumores. No obstante, el fenómeno de hipertermia está lejos de poder ser estandarizado para su implementación en la clínica debido al gran número de parámetros (físicos y biológicos. Entre los parámetros más importantes a destacar se encuentran los inherentes al medio, como el calor específico y la viscosidad; los relativos al campo aplicado, como la amplitud y frecuencia; y las características propias de las NPMs, como su comportamiento magnético y reológico, y las interacciones entre partículas. Los fenómenos inherentes al medio, que corresponden al ambiente biológico en el que se encuentran las partículas al momento de aplicar el campo magnético, pueden ser imitados a través de tejidos artificiales simulados (fantomas), lo que permitiría caracterizar y tener un mayor control del desempeño y el comportamiento de las NPMs antes de exponer a los cultivos celulares a las mismas. Los factores correspondientes al campo, mientras se mantengan dentro de límites de frecuencia y amplitud biológicamente aceptables, se pueden elegir. Por último, las características de las NPMs pueden ser optimizadas a través de cambios en su composición y su morfología que mejoren sus propiedades magnéticas y su capacidad de generar más calor. Dentro de este marco, el tema de las interacciones entre partículas es un ítem muy importante a tratar. Conociendo el tipo de ordenamiento de las nanopartículas en el entorno celular (o su símil, un fantoma) es posible potenciar el calentamiento en los experimentos de hipertermia.La aplicación segura y controlada de la hipertermia requiere la optimización de muchas variables cuyos efectos pueden a su vez estar interconectados, por lo que la complejidad del tema demanda un abordaje teórico-computacional previo. También es necesario estandarizar el desempeño de las partículas luego de su fabricación validando su comportamiento en modelos de fantomas y cultivos celulares para realimentar las simulaciones con resultados experimentales.The treatments of hyperthermia in oncology are based on the absorption of the energy of an alternating magnetic field by magnetic nanoparticles (NPMs) localized in the tumor to be treated and its subsequent conversion into heat with the aim of inducing the death of the tumor tissue by local heating (> 45ºC). It is a potential technique to be applied as adjuvant treatment to other therapies (chemo- and radiotherapy), with multiple clinical trials underway to test their effectiveness in different types of tumors. However, the phenomenon of hyperthermia is far from being standardized for its implementation in the clinic due to the large number of parameters (physical and biological) Among the most important parameters to be highlighted are those inherent to the environment, such as specific heat and viscosity, those related to the applied field, such as amplitude and frequency, and the characteristics of NPMs, such as their magnetic and rheological behavior, and the interactions between particles, and the phenomena inherent to the environment, which correspond to the biological environment in which find the particles at the time of applying the magnetic field, they can be imitated through simulated artificial tissues (phantoms), which would allow to characterize and have a better control of the performance and behavior of the NPMs before exposing the cell cultures to the The factors corresponding to the field, while remaining within frequency limits and Biologically acceptable amplitude, can be chosen. Finally, the characteristics of the NPMs can be optimized through changes in their composition and morphology that improve their magnetic properties and their ability to generate more heat. Within this framework, the topic of particle interactions is a very important item to be addressed. Knowing the type of arrangement of the nanoparticles in the cell environment (or its simile, a phantom) it is possible to enhance the heating in the hyperthermia experiments.The safe and controlled application of hyperthermia requires the optimization of many variables whose effects can in turn be interconnected, so the complexity of the subject demands a prior theoretical-computational approach. It is also necessary to standardize the performance of the particles after their manufacture validating their behavior in models of phantoms and cell cultures to feed the simulations with experimental results

Modeling the Magnetic-Hyperthermia Response of Linear Chains of Nanoparticles with Low Anisotropy: A Key to Improving Specific Power Absorption

The effect of magnetic interactions is a key issue for the performance of nanoparticles in magnetic fluid hyperthermia. There are reports informing on beneficial or detrimental effects in terms of the specific power absorption depending on the intrinsic magnetic properties and the spatial arrangement of the nanoparticles. To understand this effect, our model treats a simple system: an ensemble of identical nanoparticles arranged in an ideal chain with the easy axis of the effective uniaxial anisotropy of each particle aligned parallel to the chain. We study the magnetic relaxation of linear chains with low anisotropy in magnetic-fluid-hyperthermia experiments, a system that yields a larger hysteresis area than the noninteracting case (i.e., improved specific power absorption) for all orientations of the chain (even in the perpendicular configuration and the randomly oriented case). The most-favorable case is the chain parallel to the external field; however, we show that the incorporation of a dipolar-field component perpendicular to the external field is necessary for the correct modeling of chains nearly in the perpendicular configuration, which is not always done. The mechanism involved in the hysteresis-area increase can be interpreted as a shift between the local field and the applied field.Fil: Valdés, Daniela Paola. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Lima, Enio Junior. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Zysler, Roberto Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: de Biasi, Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentin

Free-Radical Formation by the Peroxidase-Like Catalytic Activity of MFe2O4 (M = Fe, Ni, and Mn) Nanoparticles

Ferrite magnetic nanoparticles (MNPs) have peroxidase-like activity and thus catalyze the decomposition of H2O2-producing reactive oxygen species (ROS). Increasingly important applications of these ferrite MNPs in biology and medicine require that their morphological, physicochemical, and magnetic properties need to be strictly controlled. Usually, the tuning of their magnetic properties is achieved by the replacement of Fe by other 3d metals, such as Mn or Ni. Here, we studied the catalytic activity of ferrite MNPs (MFe2O4, M = Fe2+/Fe3+, Ni, and Mn) with the mean diameter ranging from 10 to 12 nm. Peroxidase-like activity was studied by electron paramagnetic resonance (EPR) using the spin-trap 5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide at different pHs (4.8 and 7.4) and temperatures (25 and 40 °C). We identified an enhanced amount of hydroxyl (•OH) and perhydroxyl (•OOH) radicals for all samples, compared to a blank solution. Quantitative studies show that [•OH] is the dominant radical formed for Fe3O4, which is strongly reduced with the concomitant oxidation of Fe2+ or its substitution (Ni or Mn). A comparative analysis of the EPR data against in vitro production of ROS in microglial BV2 cell culture provided additional insights regarding the catalytic activity of ferrite MNPs, which should be considered if biomedical uses are intended. Our results contribute to a better understanding of the role played by different divalent ions in the catalytic activity of ferrite nanoparticles, which is very important because of their use in biomedical applications.Fil: Moreno Maldonado, Ana Carolina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Winkler, Elin Lilian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Raineri Andersen, Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Toro Córdova, Alfonso. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Rodriguez, Luis Miguel. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Troiani, Horacio Esteban. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Mojica Pisciotti, Mary Luz. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Vasquez Mansilla, Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Tobia, Dina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Nadal, Marcela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Torres Molina, Teobaldo Enrique. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: de Biasi, Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Ramos, Carlos A.. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; ArgentinaFil: Goya, Gerardo Fabian. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Zysler, Roberto Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Lima, Enio Junior. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentin

Reply to "comment on 'Free-Radical Formation by the Peroxidase-Like Catalytic Activity of MFe2O4 (M = Fe, Ni, and Mn) Nanoparticles'"

Recently we have reported a qualitative, quantitative and reproducible study of the generation of free radicals as a result of the surface catalytic activity of Fe3O4, Fe2O3, MnFe2O4 and NiFe2O4 nanoparticles as a function of the Fe2+/Fe3+ oxidation state under different pHs (4.8 and 7.4) and temperatures (25 ºC and 40 ºC) condition. These results were contrasted with those obtained from the in vitro experiments in BV2 cells incubated with dextran-coated magneticnanoparticles. Based on these results we affirm that our ferrite magnetic nanoparticles catalyze the formation of free radicals and the decomposition of H2O2 by a ?peroxidase-like? activity. In a comment on this article, Meunier and A. Robert question two points: First they assert that the measured free radicals are not produced by a peroxidase reaction. Also, based on a different normalization method from those reported in our work, they also discuss that the reaction is not catalytic. Here we reply the arguments of the authors about these two points.Fil: Moreno Maldonado, Ana Carolina. Instituto de Nanociencia de Aragón; ; EspañaFil: Winkler, Elin Lilian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Raineri Andersen, Mariana. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Toro Cordova, Alfonso. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Rodriguez, Luis Miguel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Troiani, Horacio Esteban. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Mojica Pisciotti, Mary Luz. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Vasquez Mansilla, Marcelo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Tobia, Dina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Nadal, Marcela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Torres Molina, Teobaldo Enrique. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: de Biasi, Emilio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Ramos, Carlos Alberto. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Goya, Gerardo Fabian. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Zysler, Roberto Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Lima, Enio Junior. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentin

Faster modified protocol for first order reversal curve measurements

In this work we present a faster modified protocol for first order reversal curve (FORC) measurements. The main idea of this procedure is to use the information of the ascending and descending branches constructed through successive sweeps of magnetic field. The new method reduces the number of field sweeps to almost one half as compared to the traditional method. The length of each branch is reduced faster than in the usual FORC protocol. The new method implies not only a new measurement protocol but also a new recipe for the previous treatment of the data. After of these pre-processing, the FORC diagram can be obtained by the conventional methods. In the present work we show that the new FORC procedure leads to results identical to the conventional method if the system under study follows the Stoner-Wohlfarth model with interactions that do not depend of the magnetic state (up or down) of the entities, as in the Preisach model. More specifically, if the coercive and interactions fields are not correlated, and the hysteresis loops have a square shape. Some numerical examples show the comparison between the usual FORC procedure and the propose one. We also discuss that it is possible to find some differences in the case of real systems, due to the magnetic interactions. There is no reason to prefer one FORC method over the other from the point of view of the information to be obtained. On the contrary, the use of both methods could open doors for a more accurate and deep analysis.Fil: de Biasi, Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentin

Quantitative study of FORC diagrams in thermally corrected Stoner– Wohlfarth nanoparticles systems

The use of FORC diagrams is becoming increasingly popular among researchers devoted to magnetism and magnetic materials. However, a thorough interpretation of this kind of diagrams, in order to achieve quantitative information, requires an appropriate model of the studied system. For that reason most of the FORC studies are used for a qualitative analysis. In magnetic systems thermal fluctuations “blur” the signatures of the anisotropy, volume and particle interactions distributions, therefore thermal effects in nanoparticles systems conspire against a proper interpretation and analysis of these diagrams. Motivated by this fact, we have quantitatively studied the degree of accuracy of the information extracted from FORC diagrams for the special case of single-domain thermal corrected Stoner– Wohlfarth (easy axes along the external field orientation) nanoparticles systems. In this work, the starting point is an analytical model that describes the behavior of a magnetic nanoparticles system as a function of field, anisotropy, temperature and measurement time. In order to study the quantitative degree of accuracy of our model, we built FORC diagrams for different archetypical cases of magnetic nanoparticles. Our results show that from the quantitative information obtained from the diagrams, under the hypotheses of the proposed model, is possible to recover the features of the original system with accuracy above 95%. This accuracy is improved at low temperatures and also it is possible to access to the anisotropy distribution directly from the FORC coercive field profile. Indeed, our simulations predict that the volume distribution plays a secondary role being the mean value and its deviation the only important parameters. Therefore it is possible to obtain an accurate result for the inversion and interaction fields despite the features of the volume distribution.Fil: de Biasi, Emilio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Curiale, Carlos Javier. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Zysler, Roberto Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentin

Comparative study of the thermal fluctuations effects on the classical Stoner-Wohlfarth and analytical vector hysteron models

In this work we present a comparative study of the classical Stoner Wohlfarth model and the analytical vector hysteron model. We analyze the hysteretic behavior description when the thermal fluctuations are included. We found a different behavior in the evolution of the coercive field as function of temperature for the vector hysteron model when the anisotropy easy axis is non-parallel to the magnetic field orientation. At low temperatures a plateau is observed as consequence of the switching field behavior. At high temperature both models give identical description of the magnetization behavior, which merges with the superparamagnetic approximation.Fil: de Biasi, Emilio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ramos, C. A.. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; ArgentinaFil: Zysler, Roberto Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Effect of Thermal Fluctuations in FMR Experiments in Uniaxial Magnetic Nanoparticles: Blocked vs. Superparamagnetic Regimes

We present ferromagnetic resonance (FMR) experiments on two low-interacting nanoparticle systems: Fe3O4 and CoFe2O4 corresponding to low- and high-anisotropy cases, respectively. The spectra have been interpreted in terms of a phenomenological model which applies to the FMR of nanoparticles. The model includes the effect of thermal fluctuations in the FMR covering the range from the superparamagnetic (low-anisotropy-high-temperature) regime to the high-anisotropy-low-temperature situation. We have been able to explain several simultaneous features observed in the FMR spectra of a system of anisotropic nanoparticles when lowering the temperature that include: a decrease of the resonance field with a simultaneous linewidth increase and intensity reduction. These effects had been previously attributed to the existence of a ‘‘blocking-temperature’’ in the FMR. Our interpretation, however, shows that in a magnetic system with easy axes this FMR response originates in the temperature dependence of the dispersion relation. Also, applying the present model to the FMR within the hysteresis cycle it is possible to reproduce the irreversibilities occurring in the resonance spectra. Comparison of FMR and magnetization measurements show that the characteristic FMR time is not related to the inverse microwave frequency.Fil: de Biasi, Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Area de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Fisica (CAB); ArgentinaFil: Lima Jr., Enio. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Area de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Fisica (CAB); ArgentinaFil: Ramos, Carlos A.. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Area de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Fisica (CAB); ArgentinaFil: Butera, Alejandro Ricardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Area de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Fisica (CAB); ArgentinaFil: Zysler, Roberto Daniel. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Area de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Fisica (CAB); Argentin

Role of anisotropy, frequency, and interactions in magnetic hyperthermia applications: Noninteracting nanoparticles and linear chain arrangements

Efforts by numerous research groups have provided a deeper insight into the physical mechanisms behind the power absorption of single-domain magnetic nanoparticles in magnetic-fluid-hyperthermia applications and theoretical models now account for the main experimental observations. However, the role of all parameters relevant to the magnetic relaxation remains a matter of debate. Here, we employ a nonlinear model for the magnetic relaxation of single-domain magnetic nanoparticles with uniaxial effective anisotropy and evaluate the influence of particle-intrinsic parameters as well as experimental conditions on the power absorption of both noninteracting and interacting systems (linear arrangements). These effects are assessed through the enclosed hysteresis area of the magnetization loops as a function of relative anisotropy hK (the anisotropy field with respect to the amplitude of the ac field), i.e., the “area curve” of the system. These curves can be divided into four regions with distinct magnetic responses and boundaries that depend on the particle size, frequency of the applied field and interactions. Interactions change the effective anisotropy of the system and shift the area curve towards lower hK values. For the low relative anisotropy range, dipolar interactions increase the area of the hysteresis loops [thus, the specific power absorption (SPA)], while they are detrimental or produce nonsignificant effects for the range of high relative anisotropy. Our study resolves seemingly contradictory results of interaction effects in linear arrangements recently reported in the literature. Simulations of randomly oriented particles and chains were contrasted with the oriented cases. An analytical approach and the thermal interpretation of its validity range are discussed, both aimed at the design of nanoparticles and the choice of the experimental conditions for optimal heating. We find that systems with low-thermal-fluctuation influence are better candidates for the application due to their high SPA values.This work is part of a research project supported by Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (Argentina) under Grants No. PICT-2012-2995 and No. PICT-2015-0883, CONICET. D.P.V., E.L., R.D.Z., and E.D.B. thank Universidad Nacional de Cuyo for supporting us with Project SIIP No. 06/C564. G.F.G. thanks partial financial support from the Spanish Ministerio de Ciencia, Innovacioón y Universidades through Project No. PID2019-106947RB-C21.Peer reviewe