As medidas de hipertermia magnética foram feitas segundo o procedimento apresentado no § 5.6. Inicialmente, observamos uma dinâmica bem peculiar retratada na Fig. 6.8. Esta foto foi registrada durante uma medida feita sem isolamento térmico e permitiu visualizar o ordenamento das partículas em estruturas que denominamos needles.
Estes needles se mostraram mecanicamente estáveis e permaneciam mesmo depois que o campo era desligado. Porém, ao agitarmos a solução, estes needles se desfazem e as partículas se dispersam. Isto demonstra que existe uma interação dipolar entre as partículas que se mantém
mesmo sem o campo aplicado.
Qualitativamente, sua formação é atribuída à limitação experimental em se criar um campo magnético homogêneo ao longo da direção ˆz. Como a altura da bobina utilizada não é grande se comparada a altura do frasco, podemos inferir que o campo apresenta um gradiente radial que deve exercer uma força neste mesmo sentido e, com isto, teremos o deslocamento das partículas em direção a parede do frasco.
(a)
(b)
Figura 6.8 – Foto do ordenamento das partículas denominadoneedles: na Fi- gura (a) foto da montagem experimen- tal sem o isolamento térmico. Figura (b) ampliação da região destacada em (a) na qual é possível ver asneedles.
Consequentemente, podemos dividir o experimento de hi- pertermia em dois instantes: o primeiro, devido ao atrito das partículas com a água, podemos inferir que o mecanismo de perda por viscosidade (§ 1.4.3) deverá contribuir para a libera- ção de calor; o segundo, devido à formação dos needles, os graus de liberdade de translação das partículas diminuirão, cancelando o mecanismo de aquecimento por viscosidade, e portanto alte- rando o SAR (§ 2.3.4).
Na Fig. 6.9, notamos que todas as medidas do grupo de amostras VIPξ apresentam uma região na qual a curva de aque- cimento sofre uma inflexão. Durante o mesmo experimento, quando se registrou a foto da Fig. 6.8, um registro em vídeo da dinâmica permitiu observar que a inflexão na curva de aqueci- mento está correlacionada à formação dos needles. Porém, ao se repetir o experimento com os needles já formados, não se obser- vou nenhuma inflexão, o que demonstra, que a mudança na taxa de geração de calor, é devido as perdas por viscosidade. Quanto à interação dipolar, e sua contribuição para o calor, não reali- zamos nenhum experimento que quantificasse o fenômeno, mas
como as curvas de aquecimento mostraram que a contribuição é constante, qualquer contribuição, positiva[89]ou negativa[92], foi incorporada ao valor de SAR.
Sendo assim, para efeitos de reprodutibilidade e linearidade, optamos por definir a região linear destacada em azul na Fig. 6.9 como a janela de tempo tomada como referência para o cálculo do SAR. Além das partículas, temos, na Fig. 6.9, as medidas realizadas em água pura, da amostra hema6rCo de ferrita de cobalto e de um SPION feito em colaboração pelo Prof. Dr. Heberton
Wender.
Figura 6.9 – Medidas de SAR das partículas do grupo VIPξ e da amostra hema6rCo. O campo magnético aplicado foi de300 Oe por 150 s.
O resultado que mais se destaca é a grande diferença na curva de aquecimento das amostras do grupo VIPξ quando comparada ao SPION, mostrando a eficiência das VIPs. Contudo, antes de nos aprofundarmos nas discussões do grupo VIPξ , podemos ressaltar também o resultado obtido com a amostra hema6rCo, que, como pode ser observado na mesma figura teve uma resposta de aquecimento igual à da água pura, ou seja, não produziu calor.
O interesse nesta medida vem do fato da partícula ter sido confeccionada, mantendo-se todas as características morfológicas, ao mesmo tempo que o material que a compõe ser um magneto extremamente duro. Como a amplitude do campo alternado é muito baixo com relação ao campo coercivo da amostra, podemos supor que não existirão perdas histeréticas significativas. Além disso, devido ao tamanho da partícula, mas principalmente pela histerese observada na medida de magnetometria, podemos afirmar que a partícula hema6rCo está bloqueada, e por isso não pode haver relaxação de Néel. Sendo assim, havendo aquecimento, ele seria decorrente somente da rela- xação de Brown da partícula, uma vez que não há mais nenhum outro mecanismo de aquecimento. No entanto, como não houve aquecimento, a partícula hema6rCo também não apresenta relaxação de Brown, isto pode ser entendido se aproximarmos o raio hidrodinâmico∗de hema6rCo em (1.38)
∗Devido a camada de solvatação o raio hidrodinâmico de uma partícula sempre é maior ou igual ao raio de giro da
pelo seu raio de giro∗. Nesta aproximação, o tempo de Brown fica subestimado, mas este valor calculado (Tabela 6.4) é muito alto e a partícula não tem tempo para relaxar dentro do período de 3,33 × 10−6s do campo magnético.
Tabela 6.4 – Tempo de relaxação calculado para as partículas esféricas de raio igual ao raio de giro de hema6rCo.
Nome Tempo de Brown (1.38) Tempo de Néel (1.20) Tempo efetivo (1.39) VIP1 1 × 10−02s ∞ 1 × 10−02s VIP3 3 × 10−02s ∞ 1 × 10−02s VIP6 5 × 10−02s ∞ 1 × 10−02s
Desta forma, em um ciclo de campo magnético AC, a partícula pode ser considerada bloqueada e não gerar calor por perdas de susceptibilidade. Como a morfologia desta amostra e das VIPs é a mesma, esperamos que nestas últimas também não haja esse mecanismo de perda. Com isso, o resultado de não aquecimento da partícula hema6rCo mostra que todo calor gerado pelas amostras VIPξ deve ser atribuído somente às perdas Histeréticas.
Retomando, as medidas feitas nas amostras VIPξ . Na Tabela 6.5, temos um resumo dos valores calculados para o SAR segundo a equação (1) para campos de 300 Oe. Na Fig. 6.10, o gráfico mostra os valores de SAR e Magnetização de saturação de cada amostra.
Tabela 6.5 – SAR a 313 kHz calculado segundo a (1) e normalizado pela magnetização de saturação respectiva.
Amostra SARa 300 Oe SARa 200 Oe SAR/Ms
(W/g) (W/g) (W/emu) VIP1 1004 427 9,8 VIP2 836 351 9,1 VIP3 831 368 10,5 VIP4 767 274 10,0 VIP5 738 398 9,0 VIP6 804 401 9,9 SPION 179 83 3,4
Vemos pela Fig. 6.10 que, como esperado, o valor de SAR acompanha a magnetização de saturação da amostra. Logo, como o processo de redução não teve uma eficiência constante em cada partícula, devemos considerar o valor de SAR normalizado pela magnetização de saturação para
Figura 6.10 – Medidas de SAR a 300 Oe das partículas do grupo VIPζ e suas respectivas Magnetizações de Saturação.
qualquer comparação entre as partículas. Estes valores estão mostrados na Tabela 6.5 e ilustrado na Fig. 6.11.
Figura 6.11 – SAR normalizado pela Magnetização de saturação Vs Amostra.
Por outro lado para uma comparação dos resultados de SAR com os resultados encontrados na literatura, devemos considerar o valor absoluto do SAR. Porém, como comentado, devemos enfatizar que em qualquer comparação direta, teremos o problema na falta de coerência nos pro- cedimentos experimentais utilizados para determinar o SAR. Ainda assim, mesmo as partículas sintetizadas estando longe de um ideal otimizado, o valor máximo de 300 W/g[24]associado a um SPION convencional é consideravelmente inferior ao observado para as partículas do trabalho.