Nanocintas de FeCo para aplicaciones en sensores magnéticos y biotecnología

Résumé

Uno de los temas de investigación que mayor interés despierta entre los materiales magnéticos es el estudio de los materiales de baja dimensionalidad. Estos materiales no solo resultan interesantes por sus potenciales aplicaciones tecnológicas sino también por la posibilidad de estudiar nuevos fenómenos físicos que sólo se muestran a escala muy pequeña. La tecnología de fabricación actual permite fabricar nuevos materiales con dimensiones en la escala nanométrica lo que ha hecho surgir nuevas aplicaciones en diversas áreas. El trabajo que se presenta a continuación está relacionado con dos de ellas: los dispositivos magnéticos y la biomedicina. Las muestras han sido fabricadas mediante la combinación de pulverización catódica de tipo magnetrón y litografía óptica o por haz de electrones, en función de las dimensiones de la estructura obtenida. Todo el procesado se ha realizado en una Sala Blanca. Para la caracterización magnética se han usado dos tipos de técnicas: VSM y MOKE. Se han utilizado técnicas de XRD y XAS para obtener la estructura cristalina, el tamaño de grano y las distancias. La morfología de las estructuras ha sido obtenida mediante SEM y TEM así como por AFM. Con esta técnica también se ha estudiado la rugosidad de las superficies y el espesor de las nanoestructuras. El análisis químico para obtener la composición de la aleación y descartar la presencia de óxidos se ha realizado mediante EDS y AES respectivamente. Se ha llevado a cabo un estudio de los procesos de imanación en las nanocintas mediante el simulador LLG Micromagnetics Simulator. En primer lugar, se ha conseguido controlar las propiedades magnéticas de películas delgadas de FeCo mediante la variación de los siguientes parámetros de crecimiento: la presión y el flujo de entrada de Ar en el sistema, el tipo de fuente de potencia (DC y PDC) y los valores de potencia de la fuente. La morfología, la rugosidad, el tamaño de grano y la composición química no se modifican de forma significativa. Se ha demostrado que los cambios observados en las propiedades magnéticas de las películas delgadas están relacionados con cambios en la estructura cristalina, en concreto con tensiones en la red. A continuación se han diseñado y fabricado series ordenadas en 2-D formadas por nanocintas con una única capa magnética (monocapa) y con dos capas con un separador no-magnético (bicapa) mediante el uso de litografía de haz de electrones. Se ha estudiado la interacción magnética entre ellas con el fin de controlar los campos de conmutación y de saturación magnética a lo largo del eje de fácil y difícil imanación respectivamente. Este control se ha llevado a cabo mediante la variación del espaciado lateral entre las nanocintas de cada serie ordenada. Se ha propuesto el diseño de un dispositivo basado en este tipo de configuración que podría ser utilizado como sensor o codificador magnético. Por último, se han producido y posteriormente liberado en un medio líquido, tres tipos de cintas bicapa rectangulares para tratamientos en cultivos celulares mediante la aplicación de campos magnéticos de 1 mT a frecuencias del orden de los Hz. Las dimensiones de las cintas con las que se ha trabajado han abarcado la micro y la nanoescala. Esta distribución de las cintas en el cultivo celular genera dos posibles caminos de muerte en la célula al aplicar el campo magnético externo. El porcentaje de muerte por necrosis ha sido estudiado mediante ensayos de calceína-AM / IP obteniendo entre el 20% y el 32% muerte celular en función de tipo de cinta y la frecuencia utilizada. El porcentaje de muerte por apoptosis ha sido estudiado mediante un ensayo TUNEL. En este estudio el porcentaje de muerte celular oscila entre el 10% y el 25% en función del tipo de cinta y la frecuencia. Esta aplicación puede ser una alternativa a la hipertermia con nanopartículas magnéticas ya que permite una mejor focalización en las células objetivo y la utilización de campos de menor frecuencia.