Synthesis of magnetostrictive nanoparticles for wireless neural implant devices : a wet chemical route study

Non-invasive brain stimulation is important for studying neural circuits and treating number of neurological disorders in human. However, present technologies of non-invasive brain stimulation usually have low spatial and temporal precision and poor brain penetration, which greatly limit their application. A new class of nanoparticles known as magneto-electric nanoparticles is highly efficient in coupling an externally applied magnetic field with generating local electric fields for neuronal activity modulation. Here in this work, magneto-strictive nanoparticles i.e., cobalt ferrite (CoFe2O4) is being synthesized with different wet chemical route methods. The obtained nanoparticles are characterized using XRD, SEM, and vibrating sample magnetometer (VSM). Using SEM analysis, we found that the size and the shape of nanoparticles could be controlled by varying certain parameters such as the synthesis temperature, the quantity, and nature of reagents. Furthermore, the impacts of synthesized methods on the formation of CoFe2O4 nanoparticles are being studied in details with help of M-H loop and XRD analysis, which can help in the surface modifications and enveloping of cobalt ferrite core with barium titanate shell. The results show that the prepared samples of cobalt ferrite exhibit low and high ferromagnetic behavior depending on the methods of the syntheses.

La stimolazione non-invasiva del cervello è importante ai fini dello studio dei circuiti neurali e del trattamento di diverse patologie neurologiche nell'uomo. Tuttavia, le attuali tecnologie per la stimolazione non-invasiva del cervello tipicamente hanno una bassa precisione spaziale e temporale e una limitata penetrazione nel cervello, che limitano fortemente la loro applicazione. Una nuova classe di nanoparticelle, denominate nanoparticelle magneto-elettriche, hanno un'elevata efficienza nella generazione di campi elettrici locali per la modulazione dell'attività neuronale, indotta dall'applicazione di campi magnetici esterni. Nanoparticelle magneto-elettriche possono essere ottenute avvolgendo un nucleo di ferrite, magnetostrittivo, in un guscio di titanato di bario. In questo lavoro, nanoparticelle magnetostrittive, di cobalto-ferrite (CoFe2O4), vengono sintetizzate mediante diversi metodi di via chimica umida. Le nanoparticelle ottenute vengono caratterizzate mediante XRD, SEM e il magnetometro a campione vibrante (vibrating sample magnetometer, VSM). Mediante l'analisi SEM è stato dimostrato che la dimensione e la forma delle nanoparticelle possono essere controllate variando alcuni parametri quali la temperatura di sintesi e la natura e la quantità dei reagenti. Inoltre l'impatto dei metodi di sintesi sulla formazione delle nanoparticelle di CoFe2O4 viene studiato in dettaglio mediante l'analisi XRD e la misura del ciclo di isteresi M-H, ottenendo informazioni utili sullo stato della superficie e sulla possibile interazione con il guscio di titanato di bario. I risultati mostrano che i campioni di cobalto ferrite hanno comportamento debolmente o fortemente ferromagnetico, a seconda del metodo di sintesi.