Green, scalable, low cost and reproducible flow synthesis of biocompatible PEG-functionalized iron oxide nanoparticles

文献情報

出版日 2021-07-29
DOI 10.1039/D1RE00239B
インパクトファクター 4.239
著者

Julien Mahin, Christoph O. Franck, Luise Fanslau, Hirak K. Patra, Michael D. Mantle, Ljiljana Fruk, Laura Torrente-Murciano


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要旨

Functionalized iron oxide nanoparticles are of great interest for multiple biomedical applications. However, it remains a considerable challenge to manufacture these nanoparticles reproducibly on a large scale with the appropriate surface coating to render them completely stable and biocompatible. To overcome this problem, a novel combination of synthesis and functionalization using modular microreactor systems is presented here, avoiding the need of intermediate ligand exchange steps. Continuous flow technology enables reproducible synthesis of bare iron oxide nanoparticles (7 ± 2 nm) in water under mild conditions, in tandem with extremely fast and efficient functionalization with a custom heterobifunctional PEG stabilizer. The nanoparticles can be easily derivatized with any molecule of interest through simple amide coupling, demonstrating their capacity to act as a versatile platform for biomedical applications. The produced iron oxide nanoparticles are fully biocompatible based on a LDH cytotoxicity assay, highly stable in various biologically relevant media and suitable for T2 MRI contrast applications (r1 = 1.44 mM−1 s−1, r2 = 272 mM−1 s−1). A full cost analysis reveals the commercial viability of the process, with a total cost as low as £ 506 g−1, demonstrating the potential of this modular approach to enable the large-scale deployment of functionalized nanomaterials in real world applications.

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Contents list

2022-02-01 Front/Back Matter

DOI: 10.1039/D2QO90010F

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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