EDP Sciences 1772875871 20260307 fre

laboutique.edpsciences.fr-R001627 03 01 01 R001627 00 ED E107 00 01 01 Synthesis and biomedical applications of magnetic nanomaterials 01 eng 08 394 03 22 445347986 17 01 P15 EDP Sciences & Science Press 01 01 P15 EDP Sciences & Science Press 11 00 20220215 02 01 002059 03 9782759827152 15 9782759827152 03 01 D1 EDP Sciences 45 03 laboutique.edpsciences.fr-002059 03 01 01 002059 03 9782759827152 15 9782759827152 10 EA E107 10 00 01 R001627 ED E107 1 10 01 02 Current Natural Sciences 01 01 Synthesis and biomedical applications of magnetic nanomaterials 1 A01 01 A2030 Yanglong Hou Hou, Yanglong Yanglong Hou 2 A01 01 A2031 Jing Yu Yu, Jing Jing Yu 3 A01 01 A2032 Song Gao Gao, Song Song Gao 01 eng 08 394 03 01 20 biomedical;magnetic nanomaterials 10 2011 BISACMED062000 10 2011 BISACSCI038000 10 2011 BISACSCI050000 10 2011 BISACSCI055000 01 530 06 06 03 00 This book aims to address cutting-edge progress in the area of synthesisand biomedical applications of magnetic nanomaterials. It compiles a broadspectrum from fundamental principles to technological advances, from synthesisand modification to biomedical applications along with biocompatibility. Themain topics include principles in nanomagnetism, technologies for magneticnanomaterials fabrication, developments in their biomedical applications, andthe challenges in the toxicity in clinical translation. The first partintroduced the principles of nanomagnetism and specific properties in magnetic nanomaterials.Then, some typical fabrication strategies in magnetic nanomaterials forcontrolled composition, morphologies and sizes are reviewed; and surfacemodification methods with better hydrophilcity and biocompatibility arepresented. Next, magnetic nanomaterials-based applications in biomedical fieldare highlighted in detail, mainly including magnetic resonance image, magnetic hyperthermia,cancer therapy, multi-mode imaging, imaging-guided therapy and manipulatebiological objects. Finally, biocompatibility issues caused by magneticnanomaterials are also overviewed.<o:p></o:p>  02 00 <span lang="EN-US" style="font-size:9.0pt;line-height:107%;font-family:MilibusLt-Regular;mso-fareast-font-family:Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-bidi-font-family:MilibusLt-Regular;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language:EN-US;mso-bidi-language:AR-SA">This book aims to addresscutting-edge progress in the area of synthesis and biomedical applications ofmagnetic nanomaterials. It compiles a broad spectrum from fundamental principlesto technological advances, from synthesis and modification to biomedicalapplications along with biocompatibility.  04 00 ForewordPrefaceIntroductionChapter 1 Nanomagnetism: Principles, Nanostructures, and Biomedical Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Nanomagnetic e®ects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.1 Single domain and superparamagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.2 Exchange-coupling e®ect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.3 Exchange bias e®ect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3 Magnetism of nanomaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.1 Magnetism of NPs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121.3.2 Magnetism of nanoplates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.3 Magnetism of nanorings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.4 Biomedical applications of nanomagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.4.1 T2 MRI contrast agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.4.2 Magnetic hyperthermia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.4.3 Biosensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Controlled Synthesis and Modi¯cationChapter 2 Chemical Synthesis of Magnetic Nanocrystals: Recent Progress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2 Chemical synthesis of single-component magnetic NCs . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.1 Metal oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.2 Metals and alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292.2.3 Metal carbides, phosphides, and chalcogenides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.3 Chemical synthesis of multi-component magnetic NCs. . . . . . . . . . . . . . . . . .382.3.1 Core/shell heterostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.3.2 Oligomer-like heterostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .442.3.3 Anisotropically shaped material-based heterostructure . . . . . . . . . . . . . . . . 492.4 Chemical synthesis of hollow/porous magnetic NCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.4.1 Fe-based hollow/porous NCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.4.2 Mn-based hollow/porous NCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562.5 Summary and perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Chapter 3 Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis and Surface Coating Techniques for Biomedical Applications. . .  .683.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.2 Fe3O4 and °-Fe2O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.3 Size-induced magnetism evolution and application mechanisms . . . . . . . . . 723.4 Synthesis approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.4.1 Physical vapor deposition (PVD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.4.2 Chemical vapor deposition (CVD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.4.3 Electrodeposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .753.4.4 Hydrothermal synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763.4.5 Co-precipitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .783.4.6 High-temperature (thermal) decomposition of organometallic precursors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.5 Surface coating for biomedical application. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .883.5.1 Au coating. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .883.5.2 SiO2 coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913.5.3 TaOx coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 943.5.4 Polymer coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .953.5.5 Small molecular coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1003.5.6 Carbon coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.6 Conclusions and perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105Chapter 4 Surface Modi¯cation of Magnetic Nanoparticles in Biomedicine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1124.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1124.2 Surface modi¯cation with organic molecules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1144.3 Coating modi¯cation with macromolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.3.1 Polymer coating. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1174.3.2 Liposome and micelle encapsulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1204.4 Coating modification with inorganic materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1204.4.1 Silica coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1204.4.2 Metal element coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1224.5 Conclusions and outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125Diagnosis and TherapyChapter 5 Magnetic Nanoparticle-Based Cancer Nanodiagnostics . . 1335.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1345.2 Magnetic resonance imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1365.3 Diagnostic magnetic resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1645.4 Multifunctional MNPs for multimodal probing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1665.5 Conclusion and future prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174Chapter 6 Magnetic Microbubble: A Biomedical Platform Co-constructed from Magnetics and Acoustics. . . . . . . . . . . . 1836.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1836.2 Magnetic nanoparticles and magnetic characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1856.2.1 Preparation, surface modi¯cation, assembly of magneticnanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1856.2.2 Special features of magnetic nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1866.2.3 Biomedical applications of magnetic nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1906.2.4 Ultrasonic characteristics of magnetic nanoparticles liquid . . . . . . . . . . . 1926.3 Microbubble formalism and acoustic characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1936.3.1 Design and preparation of microbubbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1936.3.2 Actions of MBs with ultrasound waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1946.4 Magnetic and acoustic character of magnetic microbubbles (MMBs). . .1976.4.1 Fabrication of magnetic microbubbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1976.4.2 Acoustic response of magnetic microbubbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1986.4.3 Magnetic response of magnetic microbubbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2006.5 Applications of magnetic microbubbles in biomedicine . . . . . . . . . . . . . . . . 2036.5.1 Multimodal imaging of MMBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2036.5.2 Ultrasound assisted drug delivery of MMBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2046.5.3 Magnetic ¯eld-controlled drug delivery and release of MMBs. . . . . . . . . 2046.6 Summary and perspectives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2056.6.1 MMBs as physical triggering smart drug delivery system . . . . . . . . . . . . 2066.6.2 MMBs for gene delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2066.6.3 MMBs for treating diseases of the central nervous system. . . . . . . . . . . .207References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208Chapter 7 Multifunctional Magnetic Nanoparticles for Magnetic Resonance Image-guided Photothermal Therapy for Cancer.  . . .2137.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2137.2 ICG-loaded MNPs for MR/°uorescence bimodal image-guided PTT. . . 2157.2.1 Fabrication of ICG-loaded SPIO NPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2157.2.2 In vivo MR/°uorescence bimodal imaging of ICG-loaded SPIO NPs . . 2167.2.3 In vivo photothermal therapy with ICG-loaded SPIO NPs . . . . . . . . . . . 2187.3 Gold-nanoshelled magnetic cerasomes for MRI-guided photothermal therapy. . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2187.3.1 Cerasomes combine the advantages of both liposomes and silica nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2187.3.2 Contrast-enhanced MRI imaging using GNMCs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2207.3.3 Synergistic e®ect in killing cancer cells using GNMCs . . . . . . . . . . . . . . . 2207.4 Gold-nanoshelled magnetic nanocapsules for MR/ultrasound bimodal image-guided photothermal therapy . . . . . . . . . . . . . 2217.4.1 SPIOs-embedded PFOB nanocapsules with PEGylated gold shells (PGS-SP NCs). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2217.4.2 Bimodal US/MRI contrast imaging capability of PGS-SP NCs . . . . . . . 2227.5 Conclusion and perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225Chapter 8 Magnetic-mediated Hyperthermia for Cancer Treatment: Research Progress and Clinical Trials . . . . . 2288.1 Cancer hyperthermia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2298.2 Overview of magnetic-mediated hyperthermia (MMH) . . . . . . . . . . . . . . . . 2308.2.1 Working mechanism and brief introduction to MMH . . . . . . . . . . . . . . . . 2308.2.2 Categories of MMH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2338.3 Research progress of MMH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2348.3.1 IIH by thermoseeds and magnetic stent hyperthermia . . . . . . . . . . . . . . . 2348.3.2 AEH for liver cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2368.3.3 Magnetic hyperthermia by MNPs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2378.4 Clinical applications of MMH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2418.4.1 Clinical trials of MMH by thermoseeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2418.4.2 Clinical trials of MSH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2428.4.3 Clinical Trials of MNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2438.4.4 Clinical trials of AEH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2448.5 Multifunctional magnetic devices for cancer multimodality treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2448.5.1 Multifunctional magnetic device for thermoradiotherapy . . . . . . . . . . . . . 2458.5.2 Multifunctional magnetic devices for thermochemotherapy . . . . . . . . . . . 2468.6 Conclusions and remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252Chapter 9 Magnetic Nanoparticle-based Cancer Therapy . . . . . . . . . . . . 2619.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2629.2 MNPs-based cancer therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2639.2.1 Magnetic hyperthermia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2639.2.2 Magnetic speci¯c targeting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2689.2.3 Magnetically controlled drug delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2709.2.4 Magnetofection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2719.2.5 Magnetic switches for controlling cell fate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2739.2.6 Recently developed therapies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2779.3 Conclusions and perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282Chapter 10 Composite Magnetic Nanoparticles: Synthesis and Cancer-related Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29110.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29110.2 Controlled synthesis of composite nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29210.2.1 Dumbbell-like nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29210.2.2 Core@shell nanoparticles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29510.2.3 Core/satellite- or °ower-like NPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29910.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29910.4 Summary and perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302Chapter 11 Formation of Multifunctional Fe3O4/Au Composite Nanoparticles for Dual-mode MR/CT Imaging Applications . . . . . 30711.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30711.2 Synthesis or formation of Fe3O4/Au CNPs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30911.2.1 \Dumbbell-like" structured CNPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30911.2.2 \Core/shell" structured CNPs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31011.3 Dual-mode MR/CT imaging applications of Fe3O4/Au CNPs . . . . . . . . 31411.4 Concluding remarks and outlooks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .319References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320BiocompatibilityChapter 12 Using Magnetic Nanoparticles to Manipulate Biological Objects. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .32712.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32712.2 Protein separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32912.3 Magnetofection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33212.4 Manipulation of cellular organelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33312.5 Separation and detection of bacteria and virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33712.6 Manipulation of cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34112.7 Manipulation of organs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34412.8 Magnetic micro-/nanorobots to interact with multi- scale biological objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347Chapter 13 Toxicity of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles: Research Strategies and Implications for Nanomedicine . . 35213.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35313.2 Mechanism of toxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35313.3 In vitro cytotoxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35513.4 In vivo toxicity of SPIONs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35913.5 Blood compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36313.6 Biodistribution and elimination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36313.7 In silico assays for nanotoxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36413.8 Surface engineering for SPIONs-based nanomedicine . . . . . . . . . . . . . . . . . 36513.9 Conclusions and perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369Perspective. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .376References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 ForewordPrefaceIntroductionChapter 1 Nanomagnetism: Principles, Nanostructures, and Biomedical Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Nanomagnetic e®ects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.1 Single domain and superparamagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.2 Exchange-coupling e®ect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.3 Exchange bias e®ect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3 Magnetism of nanomaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.1 Magnetism of NPs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121.3.2 Magnetism of nanoplates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.3 Magnetism of nanorings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.4 Biomedical applications of nanomagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.4.1 T2 MRI contrast agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.4.2 Magnetic hyperthermia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.4.3 Biosensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Controlled Synthesis and ModficationChapter 2 Chemical Synthesis of Magnetic Nanocrystals: Recent Progress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2 Chemical synthesis of single-component magnetic NCs . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.1 Metal oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.2 Metals and alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292.2.3 Metal carbides, phosphides, and chalcogenides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.3 Chemical synthesis of multi-component magnetic NCs. . . . . . . . . . . . . . . . . .382.3.1 Core/shell heterostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.3.2 Oligomer-like heterostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .442.3.3 Anisotropically shaped material-based heterostructure . . . . . . . . . . . . . . . . 492.4 Chemical synthesis of hollow/porous magnetic NCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.4.1 Fe-based hollow/porous NCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.4.2 Mn-based hollow/porous NCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562.5 Summary and perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Chapter 3 Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis and Surface Coating Techniques for Biomedical Applications. . .  .683.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.2 Fe3O4 and °-Fe2O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.3 Size-induced magnetism evolution and application mechanisms . . . . . . . . . 723.4 Synthesis approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.4.1 Physical vapor deposition (PVD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.4.2 Chemical vapor deposition (CVD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.4.3 Electrodeposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .753.4.4 Hydrothermal synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763.4.5 Co-precipitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .783.4.6 High-temperature (thermal) decomposition of organometallic precursors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.5 Surface coating for biomedical application. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .883.5.1 Au coating. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .883.5.2 SiO2 coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913.5.3 TaOx coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 943.5.4 Polymer coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .953.5.5 Small molecular coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1003.5.6 Carbon coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.6 Conclusions and perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105Chapter 4 Surface Modi¯cation of Magnetic Nanoparticles in Biomedicine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1124.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1124.2 Surface modi¯cation with organic molecules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1144.3 Coating modi¯cation with macromolecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.3.1 Polymer coating. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1174.3.2 Liposome and micelle encapsulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1204.4 Coating modification with inorganic materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1204.4.1 Silica coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1204.4.2 Metal element coating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1224.5 Conclusions and outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125Diagnosis and TherapyChapter 5 Magnetic Nanoparticle-Based Cancer Nanodiagnostics . . 1335.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1345.2 Magnetic resonance imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1365.3 Diagnostic magnetic resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1645.4 Multifunctional MNPs for multimodal probing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1665.5 Conclusion and future prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174Chapter 6 Magnetic Microbubble: A Biomedical Platform Co-constructed from Magnetics and Acoustics. . . . . . . . . . . . 1836.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1836.2 Magnetic nanoparticles and magnetic characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1856.2.1 Preparation, surface modi¯cation, assembly of magneticnanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1856.2.2 Special features of magnetic nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1866.2.3 Biomedical applications of magnetic nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1906.2.4 Ultrasonic characteristics of magnetic nanoparticles liquid . . . . . . . . . . . 1926.3 Microbubble formalism and acoustic characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1936.3.1 Design and preparation of microbubbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1936.3.2 Actions of MBs with ultrasound waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1946.4 Magnetic and acoustic character of magnetic microbubbles (MMBs). . .1976.4.1 Fabrication of magnetic microbubbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1976.4.2 Acoustic response of magnetic microbubbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1986.4.3 Magnetic response of magnetic microbubbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2006.5 Applications of magnetic microbubbles in biomedicine . . . . . . . . . . . . . . . . 2036.5.1 Multimodal imaging of MMBs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2036.5.2 Ultrasound assisted drug delivery of MMBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2046.5.3 Magnetic ¯eld-controlled drug delivery and release of MMBs. . . . . . . . . 2046.6 Summary and perspectives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2056.6.1 MMBs as physical triggering smart drug delivery system . . . . . . . . . . . . 2066.6.2 MMBs for gene delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2066.6.3 MMBs for treating diseases of the central nervous system. . . . . . . . . . . .207References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208Chapter 7 Multifunctional Magnetic Nanoparticles for Magnetic Resonance Image-guided Photothermal Therapy for Cancer.  . . .2137.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2137.2 ICG-loaded MNPs for MR/°uorescence bimodal image-guided PTT. . . 2157.2.1 Fabrication of ICG-loaded SPIO NPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2157.2.2 In vivo MR/°uorescence bimodal imaging of ICG-loaded SPIO NPs . . 2167.2.3 In vivo photothermal therapy with ICG-loaded SPIO NPs . . . . . . . . . . . 2187.3 Gold-nanoshelled magnetic cerasomes for MRI-guided photothermal therapy. . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2187.3.1 Cerasomes combine the advantages of both liposomes and silica nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2187.3.2 Contrast-enhanced MRI imaging using GNMCs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2207.3.3 Synergistic e®ect in killing cancer cells using GNMCs . . . . . . . . . . . . . . . 2207.4 Gold-nanoshelled magnetic nanocapsules for MR/ultrasound bimodal image-guided photothermal therapy . . . . . . . . . . . . . 2217.4.1 SPIOs-embedded PFOB nanocapsules with PEGylated gold shells (PGS-SP NCs). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2217.4.2 Bimodal US/MRI contrast imaging capability of PGS-SP NCs . . . . . . . 2227.5 Conclusion and perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225Chapter 8 Magnetic-mediated Hyperthermia for Cancer Treatment: Research Progress and Clinical Trials . . . . . 2288.1 Cancer hyperthermia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2298.2 Overview of magnetic-mediated hyperthermia (MMH) . . . . . . . . . . . . . . . . 2308.2.1 Working mechanism and brief introduction to MMH . . . . . . . . . . . . . . . . 2308.2.2 Categories of MMH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2338.3 Research progress of MMH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2348.3.1 IIH by thermoseeds and magnetic stent hyperthermia . . . . . . . . . . . . . . . 2348.3.2 AEH for liver cancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2368.3.3 Magnetic hyperthermia by MNPs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2378.4 Clinical applications of MMH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2418.4.1 Clinical trials of MMH by thermoseeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2418.4.2 Clinical trials of MSH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2428.4.3 Clinical Trials of MNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2438.4.4 Clinical trials of AEH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2448.5 Multifunctional magnetic devices for cancer multimodality treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2448.5.1 Multifunctional magnetic device for thermoradiotherapy . . . . . . . . . . . . . 2458.5.2 Multifunctional magnetic devices for thermochemotherapy . . . . . . . . . . . 2468.6 Conclusions and remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252Chapter 9 Magnetic Nanoparticle-based Cancer Therapy . . . . . . . . . . . . 2619.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2629.2 MNPs-based cancer therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2639.2.1 Magnetic hyperthermia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2639.2.2 Magnetic speci¯c targeting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2689.2.3 Magnetically controlled drug delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2709.2.4 Magnetofection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2719.2.5 Magnetic switches for controlling cell fate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2739.2.6 Recently developed therapies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2779.3 Conclusions and perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282Chapter 10 Composite Magnetic Nanoparticles: Synthesis and Cancer-related Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29110.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29110.2 Controlled synthesis of composite nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29210.2.1 Dumbbell-like nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29210.2.2 Core@shell nanoparticles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29510.2.3 Core/satellite- or °ower-like NPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29910.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29910.4 Summary and perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302Chapter 11 Formation of Multifunctional Fe3O4/Au Composite Nanoparticles for Dual-mode MR/CT Imaging Applications . . . . . 30711.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30711.2 Synthesis or formation of Fe3O4/Au CNPs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30911.2.1 \Dumbbell-like" structured CNPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30911.2.2 \Core/shell" structured CNPs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31011.3 Dual-mode MR/CT imaging applications of Fe3O4/Au CNPs . . . . . . . . 31411.4 Concluding remarks and outlooks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .319References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320BiocompatibilityChapter 12 Using Magnetic Nanoparticles to Manipulate Biological Objects. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .32712.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32712.2 Protein separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32912.3 Magnetofection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33212.4 Manipulation of cellular organelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33312.5 Separation and detection of bacteria and virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33712.6 Manipulation of cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34112.7 Manipulation of organs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34412.8 Magnetic micro-/nanorobots to interact with multi- scale biological objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347Chapter 13 Toxicity of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles: Research Strategies and Implications for Nanomedicine . . 35213.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35313.2 Mechanism of toxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35313.3 In vitro cytotoxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35513.4 In vivo toxicity of SPIONs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35913.5 Blood compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36313.6 Biodistribution and elimination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36313.7 In silico assays for nanotoxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36413.8 Surface engineering for SPIONs-based nanomedicine . . . . . . . . . . . . . . . . . 36513.9 Conclusions and perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369Perspective. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .376References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 21 00 06 01 https://laboutique.edpsciences.fr/product/1248/9782759827152/synthesis-and-biomedical-applications-of-magnetic-nanomaterials 01 00 03 02 https://laboutique.edpsciences.fr/system/product_pictures/data/009/982/586/original/9782759824946-Synthesis_and_Biomedical_Applications_couv-sofedis.jpg 17 14 20240913T184217+0200 01 P15 EDP Sciences & Science Press 01 01 P15 EDP Sciences & Science Press 04 11 00 20220215 01 00 20220215 19 00 20220215 2026 06 3052868830012 01 WORLD 13 03 9782987524946 15 9782987524946 WORLD 08 EDP Sciences & Science Press 04 01 00 20220215 03 01 D1 EDP Sciences 20 04 05 01 02 1 00 92.99 01 5.50 4.85 EUR 04 06 01 02 1 00 324.99 01 5.50 4.85 EUR 01 04 06 01 02 1 00 357.99 01 5.50 18.66 USD 01