Synthesis and characterization of cobalt ferrite-barium titanate magnetoelectric nanoparticles used in neuromodulation systems

In the past decades, neuromodulation showed a huge potential to be used for therapeutic purposes. This master thesis is based on a research about magnetoelectric composite nanoparticles based on barium titanate and cobalt ferrite that exert a possibility to be used in the deep brain stimulation management. Magnetoelectric coupling is achieved by the strain coupling between ferroelectric component (barium titanate) and ferromagnetic component (cobalt ferrite). Furthermore, this master thesis is divided into five main sections. In the first section, an idea and motivation for this research are given. Also, basic principles of neuromodulation are briefly explained. The second section is dedicated to the full theoretical description of the mentioned effects (magnetoelectric effect, ferroelectric effect and ferromagnetic effect), properties and structure of the chosen materials. This section is finalized with basic principles and protocols of the used methods to characterize the obtained powders. The experimental part fully describes the sol gel technique that is used to obtain these magnetoelectric nanoparticles. After the experimental part, results obtained from the characterization of the nanopowders are given and explained. More precisely, magnetoelectric nanoparticles are characterized by SEM, TEM, XRD, FTIR and AGM. Since these powders have a possibility to be injected in the human brain, it was necessary to perform toxicity measurements. Finally, this master thesis is finalized with conclusions.

Negli ultimi decenni la neuromodulazione ha mostrato un enorme potenziale per essere utilizata a fini terapeutici. Questa tesi di laurea magistrale si basa alla ricerca e sviluppo delle nanoparticelle composite magnetoelettriche a base di titanato di bario e ferrito di cobalto che hanno la possibilita di essere utilizzate per la gestione della stimolazione cerebrale profonda. L’accoppamiento magnetoelettricho è ottenuto dall’accoppamiento di deformazione tra componente ferroelettrico (titanato di bario) e componente ferromagnetico (ferrito di bario). Principalmente, questa tesi di laurea è divisa in cinque sezioni principali. Nella prima sezione l’idea e motivazione sono fornite. Inoltre, erano brevemente spiegati i prinicipi di neuromodulazione. Poi, la seconda sezione è dedicata alla teoria degli effetti usati (effeto magnetoelettrico, effeto ferroelettrico ed effeto ferromagnetico). Inoltre, la scelta degli materiali e loro caratteristice vengono forniti.Questa sezione è terminate con i spiegazioni e prinicipi degli metodi usati per caratterizzare le nanoparticelle ottenute. La parte sperimentale descrive completamente la tecnica sol gel che viene utilizzata per ottenere queste nanoparticelle magnetoelettriche. Nella quarta parte di questa tesi, i dati ottenuti della caratterizacione sono forniti e spiegati. Più precisamente, le nanoparticelle magnetoelettriche sono caratterizzate da SEM, TEM, XRD, FTIR e AGM. Poiché queste polveri hanno la possibilità di essere iniettate nel cervello umano, è stato necessario eseguire misurazioni di tossicità. Infine, questa tesi di laurea è completata con le conclusioni.