Rheology of biocompatible ferrofluids in blood
Final Report Abstract
Die Verwendung von Suspensionen magnetischer Partikel in geeigneten Trägerflüssigkeiten, sogenannten Ferrofluiden, in der Medizin ist ein zur Zeit intensiv beforschtes Feld. Bei diesen Anwendungen werden wasserbasierte magnetische Flüssigkeiten in die Blutbahn eingespritzt und dort über magnetische Felder, die von außen angelegt werden kontrolliert. Aus der Erforschung technischer Ferrofluide ist bekannt, dass magnetische Felder zu signifikanten Eigenschaftsänderungen in Ferrofluiden führen können. Insbesondere ist hierbei die Erhöhung der Viskosität durch externe Magnetfelder zu nennen. Offensichtlich ist eine derartige Viskositätserhöhung für die medizinischen Anwendungen eine kritische Problematik, die zu einer signifikanten Veränderung der Applikationsprozeduren führen könnte. Es konnte gezeigt werden, dass die üblicherweise in medizinischen Versuchen verwendeten Ferrofluide auch in verdünnter Form extrem große Veränderungen ihres viskosem Verhaltens zeigen. In der realen Anwendung, in der die Ferrofluide in die Blutbahn eingespritzt werden, erfolgt die Verdünnung des ursprünglichen Fluids mit Blut, das über eine ausgeprägte, nicht newtonsche Charakteristik verfügt. Damit war es neben der Untersuchung magnetoviskoser Effekte in biokompatiblen Ferrofluiden das Ziel dieses Vorhabens, zu untersuchen, inwieweit sich die viskosen Eigenschaften von Ferrofluid-Blut-Gemischten durch Magnetfelder verändern. Es wurde ein Kapillarviskosimeter entwickelt, welches es erlaubt Strömungen des Ferrofluid-Blut-Gemischs zu erzeugen, die hinsichtlich der relevanten Strömungsparameter der Situation in der realen Anwendung entsprechen. Es konnte gezeigt werden, das in derartigen Ferrofluid-Blut-Gemischten signifikante Erhöhungen der Viskosität durch die Einwirkung magnetischer Felder erreicht werden. Mittels mikroskopischer Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass in den Ferrofluiden eine außerordentlich ausgeprägte Kettenbildung der magnetischen Partikel auftritt. Die Veränderung rheologischen Verhaltens der Ferrofluid-Blut-Gemische kann daher auf eine Wechselwirkung zwischen diesen Ketten magnetischer Partikel und den Blutzellen zurückgeführt werden. Die Größe der auftretenden Effekte ist so signifikant, dass sie Strömungen in den Gefäßen, die für die Applikation verwendet werden, beeinflussen würde. Damit ist dieses Ergebnis von signifikanter technischer Bedeutung für die weitere Entwicklung der medizinischen Anwendungen.
Publications
- Consequences of sheep blood used as diluting agent for the magnetoviscous effect in biocompatible ferrofluids, Appl. Rheol. 25:5 (2015)
J. Nowak, C. Nowak, S. Odenbach
(See online at https://doi.org/10.3933/APPLRHEOL-25-53250) - A capillary viscometer designed for the characterization of biocompatible ferrofluids, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 411(1), 49–54 (2016)
J. Nowak, S. Odenbach
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.03.057) - Magnetoviscous effect in ferrofluids diluted with sheep blood, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 442, 383–390 (2017)
J. Nowak, D. Borin, S. Haefner, A. Richter, S. Odenbach
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.07.029)
