Разработка и характеристика магнитных наночастиц Co$_{1-x}$Zn$_x$Fe$_2$O$_4$ (0 $\le x\le$ 0.6) для биомедицинских применений

Представлены результаты исследований свойств синтезированных методом соосаждения магнитных наночастиц (МНЧ) ферритов-шпинелей Co$_{1-x}$Zn$_x$Fe$_2$O$_4$ (при $x$ = 0.0; 0.1; 0.2; 0.4; 0.6) с целью создания магнитных частиц для биомедицины. Для изучения полученных МНЧ Co$_{1-x}$Zn$_x$Fe$_2$O$_4$ использовались рентгеновская дифракция (РД), комбинационное рассеяние света, магнитные измерения и мёссбауэровская спектроскопия (МС). Установлено, что синтезированные МНЧ Co$_x$Zn$_{1-x}$Fe$_2$O$_4$ однофазны. По результатам РД-измерений установлено, что средние размеры кристаллитов составляют 13 nm для CoFe$_2$O$_4$ ($x$ = 0) и при повышении концентрации Zn уменьшаются до 7 nm для Co$_{1-x}$Zn$_x$Fe$_2$O$_4$ ($x$ = 0.6), что согласуется с мёссбауэровскими данными, показавшими, что размеры кристаллитов меняются в пределах от 14 до 8 nm. На спектрах комбинационного рассеяния МНЧ Co$_{1-x}$Zn$_x$Fe$_2$O$_4$ в области $\sim$ 620 cm$^{-1}$ наблюдается расщепление линии $A_{1g}$, указывающее, что исследуемые частицы обладают структурой обратной шпинели. Изменение соотношения интенсивностей пиков $A_{1g}$ (1) и $A_{1g}$ (2) указывает на значительное перераспределение катионов Co$^{2+}$ и Fe$^{3+}$ между тетра- и октаэдрическими позициями в МНЧ Co$_{1-x}$Zn$_x$Fe$_2$O$_4$ при повышении количества Zn, что подтверждается мёссбауэровскими данными. Обнаружено, что малые размеры МНЧ приводят к усилению эффектов размерности и влиянию поверхности на магнитную структуру поверхностного слоя. Анализ МС показал, что на поверхности МНЧ существует слой, магнитная структура которого отличается от структуры объема кристаллита. При повышении количества ионов Zn толщина этого слоя увеличивается, и при $x$ = 0.6 частица становится полностью парамагнитной. Мёссбауэровские исследования показали, что частицы Co$_{0.8}$Zn$_{0.2}$Fe$_2$O$_4$ ($x$ = 0.2) находятся в суперпарамагнитном состоянии и температура магнитной блокировки составляет $\sim$ 315 K, что наиболее приемлемо для лечения злокачественных опухолей методом магнитной гипертермии.