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GO-Functionalized Large Magnetic Iron Oxide Nanoparticles with Enhanced Colloidal Stability and Hyperthermia Performance
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2019-06-03 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.9b04261 Pon Janani Sugumaran 1 , Xiao-Li Liu 2 , Tun Seng Herng 1 , Erwin Peng 1 , Jun Ding 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2019-06-03 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.9b04261 Pon Janani Sugumaran 1 , Xiao-Li Liu 2 , Tun Seng Herng 1 , Erwin Peng 1 , Jun Ding 1
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Because of their high magnetization and suitable biocompatibility, iron-oxide nanoparticles (IONPs) have been widely employed in various biomedical applications, including magnetic hyperthermia for cancer treatment. In many cases, the colloidal stability requirement will limit the usage of ferromagnetic particles that are usually associated with good magnetic response. To address this challenge, a stable carrier for better colloidal stability regardless of the size or shape of the IONPs while at the same time providing enhanced magnetic hyperthermia heating performance is required. In this work, IONPs of different sizes (4, 8, 20, 45, and 250 nm) were engineered to reside in the graphene oxide (GO) sheet carrier, which were stable in aqueous solution even in the presence of a strong magnetic field. Out of various IONPs sizes, highest specific absorption rate (SAR) value of 5020 W g−1 was obtained with 45 nm GO-IONPs nanocomposites at a frequency and alternating magnetic field of 400 kHz and 32.5 kA m–1, respectively. The calculated intrinsic loss power (ILP) was 12.21 nH m2 kg–1, which is one of the highest ILP values reported for synthesized IONPs to the best of our knowledge. To enhance the excellent colloidal stability in biological environment, the GO-IONPs nanocomposites can be further grafted with polyethylene glycol (PEG) because agglomeration of pristine GO sheets occurs because of adsorption of cations. High ILP values could be well maintained even after PEG coating. The PEGylated 45 nm GO-IONP showed excellent antitumor efficacy in 4T1-tumor model mice by inhibiting tumor progression within a safe dosage range. Overall, the novel nanocomposite in this work—PEG-GO-IONP—possesses high hyperthermia performance, excellent colloidal stability in biological environment, and availability of functional groups in GO and can be utilized for tagging in various biomedical applications.
中文翻译：
具有增强的胶体稳定性和热疗性能的GO功能化大型磁性氧化铁纳米颗粒
由于它们的高磁化强度和合适的生物相容性，氧化铁纳米粒子（IONPs）已广泛用于各种生物医学应用中，包括用于癌症治疗的磁热疗。在许多情况下，胶体稳定性要求将限制通常与良好磁响应有关的铁磁颗粒的使用。为了解决该挑战，需要稳定的载体以提供更好的胶体稳定性，而与IONP的大小或形状无关，同时提供增强的磁热疗加热性能。在这项工作中，将不同大小（4、8、20、45和250 nm）的IONP设计为驻留在氧化石墨烯（GO）片状载体中，该载体即使在强磁场中也能在水溶液中稳定。在各种IONP尺寸中，-1是在一个频率与45纳米GO-IONPs纳米复合材料获得，并且交替的400千赫和32.5千安米的磁场-1分别。计算出的固有损耗功率（ILP）为12.21 nH m 2 kg –1，据我们所知，这是合成IONP报告的最高ILP值之一。为了增强生物环境中的优异胶体稳定性，可以将GO-IONPs纳米复合材料进一步接枝聚乙二醇（PEG），因为由于吸附了阳离子，原始GO片层会发生团聚。即使在PEG包被后，也可以很好地保持高ILP值。通过在安全剂量范围内抑制肿瘤进展，PEG化的45 nm GO-IONP在4T1肿瘤模型小鼠中显示出优异的抗肿瘤功效。总体而言，这项工作中的新型纳米复合材料PEG-GO-IONP具有较高的高温性能，在生物环境中优异的胶体稳定性以及GO中官能团的可用性，可用于各种生物医学应用中的标记。
更新日期：2019-06-03
中文翻译：
具有增强的胶体稳定性和热疗性能的GO功能化大型磁性氧化铁纳米颗粒
由于它们的高磁化强度和合适的生物相容性，氧化铁纳米粒子（IONPs）已广泛用于各种生物医学应用中，包括用于癌症治疗的磁热疗。在许多情况下，胶体稳定性要求将限制通常与良好磁响应有关的铁磁颗粒的使用。为了解决该挑战，需要稳定的载体以提供更好的胶体稳定性，而与IONP的大小或形状无关，同时提供增强的磁热疗加热性能。在这项工作中，将不同大小（4、8、20、45和250 nm）的IONP设计为驻留在氧化石墨烯（GO）片状载体中，该载体即使在强磁场中也能在水溶液中稳定。在各种IONP尺寸中，-1是在一个频率与45纳米GO-IONPs纳米复合材料获得，并且交替的400千赫和32.5千安米的磁场-1分别。计算出的固有损耗功率（ILP）为12.21 nH m 2 kg –1，据我们所知，这是合成IONP报告的最高ILP值之一。为了增强生物环境中的优异胶体稳定性，可以将GO-IONPs纳米复合材料进一步接枝聚乙二醇（PEG），因为由于吸附了阳离子，原始GO片层会发生团聚。即使在PEG包被后，也可以很好地保持高ILP值。通过在安全剂量范围内抑制肿瘤进展，PEG化的45 nm GO-IONP在4T1肿瘤模型小鼠中显示出优异的抗肿瘤功效。总体而言，这项工作中的新型纳米复合材料PEG-GO-IONP具有较高的高温性能，在生物环境中优异的胶体稳定性以及GO中官能团的可用性，可用于各种生物医学应用中的标记。
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