В последнее десятилетие наблюдается новая волна интереса к магнитореологическим материалами в связи с их применением в диагностике и терапии (Shevchenko et al, App. Nanoscience, 2018). В настоящий момент экспериментальные технологии вышли на уровень, когда стало возможным осуществлять контроль синтеза на уровне отдельных частиц, их внутренней структуры, формы, топологии (Baraban et al., Phys. Rev. E., 2008; Zhao and Gao, Adv. Mat., 2009; Smoukov et al., Soft Matter., 2009; Sacanna et al., JACS, 2012). За счет введения ферромагнитных частиц увеличивается контрастность снимков магнитно-резонансной томографии. Усиленная разрешающая способность позволяет получить информацию о расположении рубцовых зон после перенесенного инфаркта миокарда, но оставляет без ответа вопросы современной физиологии, например, о ходе, например, о ходе, расположении волокон в миокардиальной ткани. Это, в свою очередь, существенно ограничивает возможности прогнозирования результата проведения сердечной ресинхронизирующой терапии (Kirk, Kass Circ. Res., 2013). В связи с этим на первый план выходит развитие новых методов неинвазивной диагностики. На данный момент разрабатываются несколько методик реконструкции пространственного распределения магнитных частиц, в основе которых лежат измерения спектров динамической восприимчивости и/или магниторелаксометрия (Coene et al., Phys. Med. Biol., 2017). В них ансамбль магнитных наночастиц используется в качестве чувствительного элемента, поскольку благодаря своим размерам они могут проникать в любые участки тела. Использование магнитных капсул вместо традиционных магнитных наночастиц позволяет увеличить временное разрешение и улучшает соотношение сигнал-шум (Kratz et al. PLoS ONE, 2018). Благодаря магнитным капсулам усиливается эффективность магнитно-индукционной гипертермии, а также рассматривается возможность применения одного и того же типа частиц как для диагностики, так и для последующей терапии. Данные системы уже используется при биосепарации и в биосенсорах. Все вышесказанное говорит об актуальности исследования магнитных микро- и нанорзамерных капсул.
Изучение нового типа частиц проводится в основном экспериментально, что закономерно для развивающейся области.
В данном проекте предполагается комплексное теоретическое изучение динамических магнитных свойств одиночных магнитных капсул, их парного взаимодействия, а также ансамблей частиц в суспензии, методами молекулярной динамики и с помощью построения функции плотности распределения вероятности ориентации магнитного момента частицы. Естественно, что модели необходимы для физически верного и непротиворечивого описания уже проведенных компьютерных и ряда экспериментальных исследований, а также могут сыграть важную роль при разработке материалов с новыми функциональными свойствами, необходимыми в медицинских технологиях.
Новизна проекта связана прежде всего связана с развитием статистико-механического формализма и методов компьютерного моделирования для описания неравновесных магнитных свойств магнитнореологических смесей нового типа, что является фундаментальной и важной задачей как с точки зрения физики магнитных материалов, так и с точки зрения потенциального практического применения.