This paper deals with the effect of a biocompatible surface coating layer on the magnetic properties of ultrasmall iron oxide nanoparticles. Particles were synthesized by laser pyrolysis and fully oxidized to maghemite by acid treatment. The surface of the magnetic nanoparticles was systematically coated with either phosphonate (phosphonoacetic acid or pamidronic acid) or carboxylate-based (carboxymethyl dextran) molecules and the binding to the nanoparticle surface was analyzed. Magnetic properties at low temperature show a decrease in coercivity and an increase in magnetization after the coating process. Hysteresis loop displacement after field cooling is significantly reduced by the coating, in particular, for particles coated with pamidronic acid, which show a 10% reduction of the displacement of the loop. We conclude that the chemical coordination of carboxylates and phosphonates reduces the surface disorder and enhances the magnetic properties of ultrasmall maghemite nanoparticles.

1.
S.
Laurent
,
D.
Forge
,
M.
Port
,
A.
Roch
,
C.
Robic
,
E.
Vander
, and
R. N.
Muller
,
Chem. Rev.
108
,
2064
(
2008
).
2.
M. C.
Bautista
,
O.
Bomati-Miguel
,
X.
Zhao
,
M. P.
Morales
,
T.
Gonzalez-Carreño
,
R.
Perez de Alejo
,
J.
Ruiz-Cabello
, and
S.
Veintemillas-Verdaguer
,
Nanotechnology
15
,
S154
S159
(
2004
).
3.
E.
Duguet
,
S.
Vasseur
,
S.
Mornet
,
G.
Goglio
,
A.
Demourgues
,
J.
Portier
,
F.
Grasset
,
P.
Veverka
, and
E.
Pollert
,
Bull. Mater. Sci.
29
,
581
(
2006
).
4.
A. F.
Thünemann
,
D.
Schütt
,
L.
Kaufner
,
U.
Pison
, and
H.
Möhwald
,
Langmuir
22
,
2351
(
2006
).
5.
N.
Kohler
,
C.
Sun
,
A.
Fichtenholtz
,
J.
Gunn
,
C.
Fang
, and
M.
Zhang
,
Small
2
,
785
(
2006
).
6.
C.
Duanmu
,
I.
Saha
,
Y.
Zheng
,
B. M.
Goodson
, and
Y.
Gao
,
Chem. Mater.
18
,
5973
(
2006
).
7.
B.
Srinivasan
and
X.
Huang
,
Chirality
20
,
265
(
2008
).
8.
A. P.
Philipse
,
M. P. B.
Van Bruggen
, and
C.
Pathmamanoharan
,
Langmuir
10
,
92
(
1994
).
9.
P.
Tartaj
and
C. J.
Serna
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
15754
(
2003
).
10.
M.
Chen
,
S.
Yamamuro
,
D.
Farrell
, and
S. A.
Majetich
,
J. Appl. Phys.
93
,
7551
(
2003
).
11.
C. K.
Lo
,
D.
Xiao
, and
M. M. F.
Choi
,
J. Mater. Chem.
17
,
2418
(
2007
).
12.
Y. J.
Kim
,
J. H.
Yu
, and
J. H.
Ahn
,
J. Alloys Compd.
434–435
,
675
677
(
2007
).
13.
S.
Veintemillas-Verdaguer
,
Y.
Leconte
,
R.
Costo
,
O.
Bomati-Miguel
,
B.
Bouchet-Fabre
,
M. P.
Morales
,
P.
Bonville
,
S.
Perez-Rial
,
I.
Rodriguez
, and
N.
Herlin-Boime
,
J. Magn. Mag. Mater.
311
,
120
(
2007
).
14.
M.
Sevilla
,
P.
Valle-Vigon
,
P.
Tartaj
, and
A. B.
Fuertes
,
Carbon
47
,
2519
(
2009
).
15.
C. C.
You
,
A.
Verma
, and
V. M.
Rotello
,
Soft Matter
2
,
190
(
2006
).
16.
J. R.
McCarthy
and
R.
Weissleder
,
Adv. Drug Delivery Rev.
60
,
1241
(
2008
).
17.
C. E.
Vestal
and
Z. J.
Zhang
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
9828
(
2003
).
18.
A. E.
Berkowitz
,
J. A.
Lahut
,
I. S.
Jacobs
,
L. M.
Levinson
, and
D. W.
Forester
,
Phys. Rev. Lett.
34
,
594
(
1975
).
19.
K. J.
Davies
,
S.
Wells
, and
S. W.
Charles
,
J. Magn. Mag. Mater.
122
,
24
(
1993
).
20.
Y.
Koseoglu
,
J. Magn. Magn. Mater.
300
,
e327
e330
(
2006
).
21.
N.
Jain
,
Y.
Wang
,
S. K.
Jones
,
B. S.
Hawkett
, and
G. G.
Warr
,
Langmuir
26
,
4465
(
2009
).
22.
A.
Karimi
,
B.
Denizot
,
F.
Hindre
,
R.
Filmon
,
J. M.
Greneche
,
S.
Laurent
,
T. J.
Daou
,
S.
Begin-Colin
, and
J. J.
Le Jeune
,
J. Nanopart. Res.
12
,
1239
(
2010
).
23.
A. T.
Ngo
,
P.
Bonville
, and
M. P.
Pileni
,
Eur. Phys. J. B
9
,
583
(
1999
).
24.
G.
Kataby
,
M.
Cojocaru
,
R.
Prozorov
, and
A.
Gedanken
,
Langmuir
15
,
1703
(
1999
).
25.
G.
Kataby
,
Y.
Koltypin
,
A.
Ulman
,
I.
Felner
, and
A.
Gedanken
,
Appl. Surf. Sci.
201
,
191
(
2002
).
26.
K. V. P. M.
Shafi
,
A.
Ulman
,
X.
Yan
,
N. L.
Yang
,
C.
Estournes
,
H.
White
, and
M.
Rafailovich
,
Langmuir
17
,
5093
(
2001
).
27.
C.
Yee
,
G.
Kataby
,
A.
Ulman
,
T.
Prozorov
,
H.
White
,
A.
King
,
M.
Rafailovich
,
J.
Sokolov
, and
A.
Gedanken
,
Langmuir
15
,
7111
(
1999
).
28.
T. J.
Daou
,
J. M.
Greneche
,
G.
Pourroy
,
S.
Buathong
,
A.
Derory
,
C.
Ulhaq-Bouillet
,
B.
Donnio
,
D.
Guillon
, and
S.
Begin-Colin
,
Chem. Mater.
20
,
5869
(
2008
).
29.
E.
Tronc
and
J. P.
Jolivet
,
Hyperfine Interact.
28
,
525
(
1986
).
30.
D.
Prodan
,
C.
Chaneac
,
E.
Tronc
,
J. P.
Jolivet
,
R.
Cherkaour
,
A.
Ezzir
,
M.
Nogues
, and
J. L.
Dormann
,
J. Magn. Magn. Mater.
203
,
63
(
1999
).
31.
S.
Veintemillas-Verdaguer
,
M. P.
Morales
, and
C. J.
Serna
,
Mater. Lett.
35
,
227
(
1998
).
32.
S.
Veintemillas-Verdaguer
,
M. P.
Morales
, and
C. J.
Serna
,
Appl. Organomet. Chem.
15
,
365
(
2001
).
33.
R.
Costo
,
V.
Bello
,
C.
Robic
,
M.
Port
,
J. F.
Marco
,
M. P.
Morales
, and
S.
Veintemillas-Verdaguer
,
Langmuir
28
,
178
(
2012
).
34.
A. G.
Roca
,
S.
Veintemillas-Verdaguer
,
M.
Port
,
C.
Robic
,
C. J.
Serna
, and
M. P.
Morales
,
J. Phys. Chem. B.
113
,
7033
(
2009
).
35.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4908132 for XRD diffractogram and FTIR spectra of the molecular CM-dextran.
36.
S.
Durot
,
C.
Policar
,
G.
Pelosi
,
F.
Bisceglie
,
T.
Mallah
, and
J. P.
Mahy
,
J. Inorg. Chem.
42
,
8072
(
2003
).
37.
D.
Fiorani
,
Surface Effects in Magnetic Nanoparticles
(
Springer
,
New York
,
2005
).
38.
H.
Duan
,
M.
Kuang
,
X.
Wang
,
Y. A.
Wang
,
H.
Mao
, and
S.
Nie
,
J. Phys. Chem. C.
112
,
8127
(
2008
).
39.
D.
Ortega
,
E.
Velez-Fort
,
D. A.
Garcia
,
R.
Garcia
,
R.
Litran
,
C.
Barrera-Solano
,
M.
Ramirez-del-Solar
, and
M.
Dominguez
,
Philos. Trans. R. Soc. A
368
,
4407
(
2010
).
40.
B.
Issa
,
I. M.
Obaidat
,
B. A.
Albiss
, and
Y.
Haik
,
Int. J. Mol. Sci.
14
,
21266
(
2013
).
41.
Y.
Lalatonne
,
C.
Paris
,
J. M.
Serfaty
,
P.
Weinmann
,
M.
Lecouvey
, and
L.
Motte
,
Chem. Commun.
2008
,
2553
.
42.
M.
Stachen
,
M. P.
Morales
,
M.
Ocaña
, and
C. J.
Serna
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
1
,
4465
(
1999
).
43.
K. D.
Kwon
and
J. D.
Kubicki
,
Langmuir
20
,
9249
(
2004
).
44.
E. J.
Elzinga
and
D. L.
Sparks
,
J. Colloid Interface Sci.
308
,
53
(
2007
).
45.
B. C.
Barja
,
J.
Herszage
, and
M.
Dos Santos Alfonso
,
Polyhedron
20
,
1821
(
2001
).
46.
P.
Persson
,
N.
Nilsson
, and
S.
Sjoberg
,
J. Colloid Interface Sci.
177
,
263
(
1996
).
47.
M. I.
Tejedor-Tejedor
and
M. A.
Anderson
,
Langmuir
6
,
602
(
1990
).
48.
T. J.
Daou
,
S.
Begin-Colin
,
J. M.
Greneche
,
F.
Thomas
,
A.
Derory
,
P.
Bernhardt
,
P.
Legare
, and
G.
Pourroy
,
Chem. Mater.
19
,
4494
(
2007
).
49.
P.
Allia
,
M.
Coisson
,
P.
Tiberto
,
F.
Vinai
,
M.
Knobel
,
M. A.
Novak
, and
W. C.
Nunes
,
Phys. Rev. B
64
,
144420
(
2001
).
50.
D.
Farrell
,
Y.
Cheng
,
R. W.
McCallum
,
M.
Sachan
, and
S. A.
Majetich
,
J. Phys. Chem. B
109
,
13409
(
2005
).
51.
M.
Singh
,
P.
Ulbrich
,
V.
Prokopec
,
P.
Svoboda
,
E.
Šantavá
, and
F.
Štěpánek
,
J. Magn. Magn. Mater.
339
,
106
(
2013
).
52.
Y.
Yuan
,
D.
Rende
,
C. L.
Altan
,
S.
Bucak
,
R.
Ozisik
, and
D. A.
Borca-Tasciuc
,
Langmuir
28
,
13051
(
2012
).
53.
J.
Salafranca
,
J.
Gazquez
,
N.
Pérez
,
A.
Labarta
,
T. S.
Pantelides
,
J. S.
Pennycook
,
X.
Batlle
, and
M.
Varela
,
Nano Lett.
12
,
2499
(
2012
).
54.
N. J. O.
Silva
,
V. S.
Amaral
,
A.
Urtizberea
,
R.
Bustamante
,
A.
Millan
,
F.
Palacio
,
E.
Kampert
,
U.
Zeitler
,
S.
De Brion
,
A. A.
Iglesias
, and
A.
Labarta
,
Phys. Rev. B
84
,
104427
(
2001
).
55.
V.
Skumryev
,
S.
Stoyanov
,
Y.
Zhang
,
G.
Hadjipanayis
,
D.
Givord
, and
J.
Nogués
,
Nature
423
,
850
(
2003
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.