Nghiên Cứu Chế Tạo Chất Lỏng Từ Oxit Sắt Siêu Thuận Ứng Dụng Chụp Ảnh Cộng Hưởng Từ MRI

Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ oxit sắt siêu thuận từ, ứng dụng trong chụp ảnh cộng hưởng từ MRI, mở ra hướng đi mới trong y học.

• Tác giả: Lê Thế Tâm
• Người hướng dẫn: GS. Trần Đại Lâm
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Chất Lỏng Từ Oxit Sắt Siêu Thuận Ứng Dụng Chụp Ảnh Cộng Hưởng Từ MRI
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Chất Lỏng Từ Oxit Sắt Siêu Thuận Từ MRI

Chất lỏng từ oxit sắt siêu thuận từ (SPIONs) đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực y sinh học, đặc biệt là trong chụp ảnh cộng hưởng từ MRI. MRI là một kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh mạnh mẽ, cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc và chức năng của các mô và cơ quan trong cơ thể. Chất lỏng từ đóng vai trò là tác nhân tương phản, giúp tăng cường độ tương phản của hình ảnh MRI, từ đó cải thiện khả năng phát hiện và chẩn đoán bệnh. Nghiên cứu và phát triển các loại chất lỏng từ nano mới với các đặc tính ưu việt là một lĩnh vực đầy hứa hẹn, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ trên nền oxit sắt siêu thuận từ, định hướng ứng dụng trong chụp ảnh cộng hưởng từ MRI. Công trình này hứa hẹn đóng góp vào sự phát triển của vật liệu nano y sinh tại Việt Nam.

1.1. Ứng Dụng Chất Lỏng Từ Trong Chẩn Đoán Hình Ảnh MRI

Chất lỏng từ được sử dụng trong chẩn đoán hình ảnh để cải thiện độ tương phản của hình ảnh MRI. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc phát hiện các khối u nhỏ, các bệnh lý mạch máu và các tổn thương viêm. Độ tương phản MRI được tăng cường nhờ khả năng của hạt nano oxit sắt trong việc thay đổi thời gian hồi phục của các proton nước xung quanh chúng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chất lỏng từ có thể giúp phát hiện các khối u nhỏ hơn so với các phương pháp chẩn đoán hình ảnh khác.

1.2. Ưu Điểm Của Oxit Sắt Siêu Thuận Từ So Với Vật Liệu Khác

Oxit sắt siêu thuận từ (SPIONs) có nhiều ưu điểm so với các vật liệu khác được sử dụng làm tác nhân tương phản MRI. Chúng có tính tương thích sinh học cao, ít độc hại và có thể được bài tiết khỏi cơ thể một cách an toàn. SPIONs cũng có thể được điều chỉnh kích thước, hình dạng và tính chất bề mặt để tối ưu hóa hiệu quả tương phản và khả năng nhắm mục tiêu đến các mô cụ thể. Ngoài ra, hạt nano từ tính có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác như dẫn truyền thuốc và tăng nhiệt trị liệu.

II. Thách Thức Trong Chế Tạo Chất Lỏng Từ Cho MRI Hiện Nay

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc chế tạo chất lỏng từ cho MRI vẫn còn nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo độ ổn định của chất lỏng từ trong môi trường sinh học. Hạt nano oxit sắt có xu hướng kết tụ lại với nhau, làm giảm hiệu quả tương phản và gây ra các vấn đề về độc tính. Việc kiểm soát kích thước hạt nano và hình thái hạt nano cũng rất quan trọng để đảm bảo độ tương phản MRI tối ưu. Ngoài ra, cần phải phát triển các phương pháp phủ bề mặt hạt nano hiệu quả để tăng cường tính tương thích sinh học và giảm độc tính của hạt nano.

2.1. Vấn Đề Ổn Định Của Chất Lỏng Từ Nano Trong Môi Trường Sinh Học

Sự ổn định của chất lỏng từ nano trong môi trường sinh học là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn khi sử dụng trong MRI. Trong môi trường có độ mặn cao và protein, hạt nano từ tính có thể kết tụ lại với nhau, làm giảm khả năng phân tán và tăng nguy cơ gây tắc nghẽn mạch máu. Các phương pháp phủ bề mặt hạt nano bằng các polyme như PEG hoặc chitosan có thể giúp cải thiện độ ổn định và giảm sự kết tụ.

2.2. Kiểm Soát Kích Thước Và Hình Thái Hạt Nano Oxit Sắt

Kích thước hạt nano và hình thái hạt nano ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính từ và độ tương phản MRI của chất lỏng từ. Hạt nano có kích thước quá lớn có thể bị giữ lại trong hệ thống lưới nội mô, trong khi hạt nano có kích thước quá nhỏ có thể bị bài tiết quá nhanh khỏi cơ thể. Việc kiểm soát kích thước hạt nano và hình thái hạt nano đòi hỏi các phương pháp tổng hợp hạt nano chính xác và các kỹ thuật đặc trưng vật liệu tiên tiến.

III. Phương Pháp Thủy Nhiệt Chế Tạo Chất Lỏng Từ Fe3O4 Bọc Chitosan

Luận án này trình bày một phương pháp tổng hợp hạt nano oxit sắt (Fe3O4) bằng phương pháp thủy nhiệt, sau đó bọc hạt nano bằng chitosan để tạo ra chất lỏng từ ổn định và tương thích sinh học. Phương pháp thủy nhiệt cho phép kiểm soát tốt kích thước hạt nano và hình thái hạt nano. Chitosan là một polyme tự nhiên có tính tương thích sinh học cao và khả năng phân hủy sinh học, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng để phủ bề mặt hạt nano. Chất lỏng từ Fe3O4 bọc chitosan được đặc trưng bằng các kỹ thuật như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR).

3.1. Quy Trình Tổng Hợp Hạt Nano Fe3O4 Bằng Phương Pháp Thủy Nhiệt

Phương pháp thủy nhiệt là một kỹ thuật tổng hợp hạt nano trong môi trường nước ở nhiệt độ và áp suất cao. Trong quy trình này, các tiền chất sắt được hòa tan trong nước và sau đó được đun nóng trong một bình phản ứng kín. Nhiệt độ và thời gian phản ứng được kiểm soát để điều chỉnh kích thước hạt nano và hình thái hạt nano. Phương pháp thủy nhiệt có ưu điểm là đơn giản, hiệu quả và có thể sản xuất hạt nano với độ tinh khiết cao.

3.2. Bọc Hạt Nano Fe3O4 Bằng Chitosan Để Tăng Tính Ổn Định

Chitosan được sử dụng để phủ bề mặt hạt nano Fe3O4 nhằm tăng cường tính ổn định và tính tương thích sinh học của chất lỏng từ. Chitosan là một polyme tự nhiên có chứa các nhóm amin, có thể tương tác với bề mặt của hạt nano Fe3O4 thông qua các lực tĩnh điện. Quá trình bọc hạt nano được thực hiện bằng cách trộn hạt nano Fe3O4 với dung dịch chitosan trong nước. Lớp phủ chitosan giúp ngăn chặn sự kết tụ của hạt nano và cải thiện khả năng phân tán của chúng trong môi trường sinh học.

3.3. Đặc Trưng Cấu Trúc Và Hình Thái Của Hạt Nano Fe3O4 Chitosan

Các kỹ thuật đặc trưng vật liệu như XRD, TEM và FTIR được sử dụng để xác định cấu trúc, hình thái và thành phần của hạt nano Fe3O4 bọc chitosan. XRD cho thấy hạt nano có cấu trúc tinh thể spinel đặc trưng của Fe3O4. TEM cho thấy hạt nano có hình dạng gần như hình cầu và kích thước đồng đều. FTIR xác nhận sự hiện diện của chitosan trên bề mặt của hạt nano Fe3O4.

IV. Nghiên Cứu Chất Lỏng Từ Fe3O4 Tổng Hợp Bằng Phân Hủy Nhiệt

Ngoài phương pháp thủy nhiệt, luận án cũng nghiên cứu phương pháp phân hủy nhiệt để tổng hợp hạt nano Fe3O4. Phương pháp này sử dụng các tiền chất hữu cơ chứa sắt, được phân hủy ở nhiệt độ cao để tạo thành hạt nano Fe3O4. Kích thước hạt nano và hình thái hạt nano có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, thời gian và dung môi. Hạt nano Fe3O4 được bọc bằng PMAO (poly(maleic anhydride-alt-1-octadecene)) để cải thiện tính ổn định và tính tương thích sinh học.

4.1. Ảnh Hưởng Của Dung Môi Và Nhiệt Độ Lên Tính Chất Hạt Fe3O4

Dung môi và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất của hạt nano Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp phân hủy nhiệt. Các dung môi khác nhau có thể ảnh hưởng đến kích thước hạt nano, hình thái hạt nano và độ kết tinh của hạt nano. Nhiệt độ phản ứng cũng ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy của tiền chất và sự hình thành của hạt nano Fe3O4.

4.2. Chế Tạo Chất Lỏng Từ Fe3O4 Bọc PMAO Sau Chuyển Pha

Sau khi tổng hợp hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy nhiệt, cần phải chuyển pha hạt nano từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước để có thể sử dụng trong các ứng dụng y sinh. PMAO được sử dụng để bọc hạt nano Fe3O4 trong quá trình chuyển pha. PMAO là một polyme lưỡng tính, có thể hòa tan trong cả dung môi hữu cơ và dung môi nước, giúp hạt nano phân tán tốt trong nước.

V. Đánh Giá Độ Tương Phản MRI Của Chất Lỏng Từ Oxit Sắt

Độ tương phản MRI của chất lỏng từ oxit sắt được đánh giá bằng cách đo thời gian hồi phục T1 và T2 của các proton nước trong sự hiện diện của hạt nano. Độ hồi phục r1 và độ hồi phục r2 là các thông số quan trọng cho biết hiệu quả của chất lỏng từ trong việc tăng cường độ tương phản MRI. Các thử nghiệm in vitro và in vivo được thực hiện để đánh giá khả năng ứng dụng của chất lỏng từ trong chẩn đoán hình ảnh MRI.

5.1. Đo Độ Hồi Phục R1 R2 Của Chất Lỏng Từ Fe3O4

Độ hồi phục r1 và độ hồi phục r2 là các thông số quan trọng cho biết hiệu quả của chất lỏng từ trong việc tăng cường độ tương phản MRI. Độ hồi phục r1 liên quan đến thời gian hồi phục T1, trong khi độ hồi phục r2 liên quan đến thời gian hồi phục T2. Chất lỏng từ có độ hồi phục r2 cao thường được sử dụng làm tác nhân tương phản T2, trong khi chất lỏng từ có độ hồi phục r1 cao thường được sử dụng làm tác nhân tương phản T1.

5.2. Thử Nghiệm In Vivo Đánh Giá Khả Năng Ứng Dụng Trên Động Vật

Các thử nghiệm in vivo được thực hiện trên động vật để đánh giá khả năng ứng dụng của chất lỏng từ trong chẩn đoán hình ảnh MRI. Chất lỏng từ được tiêm vào động vật và sau đó được chụp ảnh MRI để đánh giá khả năng tăng cường độ tương phản của các mô và cơ quan. Các thử nghiệm này giúp xác định dược động học và dược lực học của chất lỏng từ trong cơ thể.

VI. Kết Luận Và Triển Vọng Phát Triển Chất Lỏng Từ MRI

Nghiên cứu này đã thành công trong việc chế tạo chất lỏng từ trên nền oxit sắt siêu thuận từ bằng cả phương pháp thủy nhiệt và phương pháp phân hủy nhiệt. Chất lỏng từ được đặc trưng kỹ lưỡng và cho thấy tiềm năng ứng dụng trong chụp ảnh cộng hưởng từ MRI. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa các đặc tính của chất lỏng từ, cải thiện tính tương thích sinh học và giảm độc tính. Việc phát triển các chất lỏng từ có khả năng nhắm mục tiêu đến các mô cụ thể cũng là một hướng đi đầy hứa hẹn.

6.1. Tối Ưu Hóa Đặc Tính Của Chất Lỏng Từ Nano

Việc tối ưu hóa các đặc tính của chất lỏng từ nano là rất quan trọng để cải thiện hiệu quả tương phản MRI và giảm thiểu tác dụng phụ. Các yếu tố cần được tối ưu hóa bao gồm kích thước hạt nano, hình thái hạt nano, độ ổn định, tính tương thích sinh học và khả năng nhắm mục tiêu.

6.2. Ứng Dụng Chất Lỏng Từ Trong Điều Trị Ung Thư

Ngoài chẩn đoán hình ảnh MRI, chất lỏng từ còn có tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư. Hạt nano từ tính có thể được sử dụng để dẫn truyền thuốc đến các tế bào ung thư hoặc để tăng nhiệt trị liệu, trong đó hạt nano được làm nóng bằng từ trường để tiêu diệt các tế bào ung thư.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU FERIT SPINEL VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH BẰNG KỸ THUẬT CHỤP MRI 1. Cấu trúc và tính chất của vật liệu ferit spinel 1. Cấu trúc của vật liệu ferit spinel Ferit spinel là thuật ngữ dùng để chỉ loại vật liệu có cấu trúc hai phân mạng mà các tương tác giữa chúng là phản sắt từ hoặc ferit từ [24]. Một đơn vị ô cơ sở của ferit spinel (với hằng số mạng tinh thể, a  8,4 nm) được hình thành bởi 32 nguyên tử O2- và 24 cation (Fe2+, Zn2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, Mg2+, Fe3+, Gd3+).

Trong một ô cơ sở có 96 vị trí cho các cation (64 ở vị trí bát diện, 32 ở vị trí tứ diện). Số cation ở vị trí bát diện nhiều hơn ở vị trí tứ diện (A), cụ thể có 16 cation chiếm ở vị trí bát diện (B) trong khi đó ở vị trí tứ diện có 8 cation (bao gồm cation hóa trị 2+ hoặc 3+). Thông số bán kính của một số ion kim loại [1, 24]. Ion Bán kính (nm) Fe2+ 0,083 Fe3+ 0,067 Co2+ 0,072 Mn2+ 0,091 Zn2+ 0,082 Hình 1.

Cấu trúc tinh thể của vật liệu ferit spinel [24]. Cấu trúc ferit spinel thường có dạng (A)[B2]O4 được mô tả bởi khối lập phương bao gồm cả các ion oxy (hình 1. Với bán kính ion của ôxy là 0,132 nm lớn hơn rất nhiều so với bán kính ion của các kim loại trong cấu trúc (0,06 ÷ 0,091 nm) (bảng 1.1) do đó ion này trong mạng hầu như nằm sát nhau và tạo thành một mạng lập phương tâm mặt xếp chặt [1]. Một ô cơ sở của ferit spinel chứa 8 nguyên tử (A)[B2]O4, các ion kim loại hóa trị 2+ và 3+ có thể có mặt ở các vị A và B trong cấu trúc ferit spinel.

Ở cả hai ví trí A và B xen kẽ bởi các nút mạng bị chiếm chỗ bởi các cation. Khi tất cả các cation hóa trị 2+ chiếm ở vị trí A, trong khi tất cả các cation hóa trị 3+ chiếm ở vị trí B, kiểu sắp sếp cation như vậy được gọi là cấu trúc spinel thuận (A)[B2]O4. Khi tất cả các cation hóa trị 2+ chiếm ở vị trí B, một nửa cation hóa trị 3+ chiếm ở vị trí A và một nửa ở vị trí B, gọi là cấu trúc spinel hỗn hợp với dạng sau (B)[AB]O4 (bảng 1. Phân bố ion trong các vị trí của cấu trúc spinel [1, 4].

Số vị trí có Số được sử Kiểu cấu trúc Vị trí sẵn dụng Spinel thuận Spinel đảo 2+ (A) 64 8 8 Me 8 Fe3+ (B) 32 16 16 Fe3+ 8 Me2+, 8 Fe3+ Fe3O4 (Magnetite) là hợp chất ôxít phổ biến của nguyên tố sắt, vật liệu này thuộc họ vật liệu ferit spinel. Vật liệu Fe3O4 có cấu trúc spinel đảo. Công thức phân tử: Fe3O4 = FeO. Mô hình ion: [Fe3+]A[ Fe3+Fe2+]B O42- Các ion O2- hình thành nên mạng lập phương tâm mặt với hằng số mạng a = 0,8398 nm.

Các ion Fe3+, Fe2+ có bán kính ion nhỏ hơn nên sẽ phân bố trong khoảng trống giữa các ion O2-. Vì ion Fe2+ chiếm 1/4 ở vị trí bát diện và ion Fe3+ thì được chia bằng nhau: 1/8 ở vị trí tứ diện và 1/4 ở vị trí bát diện nên magnetite có cấu trúc spinel đảo. Cấu trúc này được mô tả như hình 1.2, trong đó một ô cơ bản bao gồm 8 ô đơn vị và có công thức Fe24O32 phân bố như sau [21]: Fe3+8A[ Fe2+8 Fe3+8 ] BO32 Trong đó A là vị trí bát diện còn B là vị trí tứ diện. Trong spinel đảo Fe3O4, ion Fe3+ có mặt ở cả hai phân mạng nhưng vì momen từ của ion này sắp xếp đối song nên mômen từ tổng cộng chỉ do ion Fe2+ quyết định, tính chất này được mô tả như hình 1.

Cấu trúc tinh thể và sự sắp xếp mômen từ trong vật liệu Fe3O4. Tính chất từ của vật liệu ferit spinel Các vật liệu khi hưởng ứng với từ trường thì sẽ có tính chất từ. Đặc trưng tính chất từ của các vật liệu là độ từ hóa và độ từ cảm: - Độ từ hóa là momen từ trung bình của mẫu vật (hoặc trong một đơn vị thể tích của mẫu vật). Nếu từ trường không quá lớn thì độ từ hòa M tỷ lệ với cường độ từ trường H: M = χ H - Độ từ cảm χ, là tỷ số của độ từ hóa và từ trường, biểu hiện sự hưởng ứng của vật 𝑀 liệu với từ trường ngoài: χ = (độ từ cảm này có thể âm hoặc dương, thường được tính 𝐻 theo đơn vị thích hợp sao cho độ từ cảm không có thứ nguyên).

7 Dưới tác dụng của một từ trường bên ngoài, phụ thuộc vào hưởng ứng của từ trường ngoài mà người ta phân vật liệu thành các dạng như sau: nghịch từ (DM), thuận từ (PM), sắt từ (FM) và siêu thuận từ (SPM). a) Thuận từ Các chất có χ >0 gọi là chất thuận từ. Tính thuận từ thường thể hiện khá yếu và phụ thuộc vào nhiệt độ. Chẳng hạn ở nhiệt độ phòng thì χ ~ 10-4.

Vật liệu thuận từ là những vật liệu mà khi không có từ trường ngoài tác dụng thì các moment từ nguyên tử định hướng hỗn loạn, điều này dẫn đến moemnt từ trung bình bằng không, độ từ hóa bằng không. Khi có từ trường ngoài tác dụng thì các moment từ nguyên tử sẽ định hướng theo từ trường ngoài và xuất hiện độ từ hóa cùng chiều với từ trường ngoài. b) Nghịch từ Các chất có χ < 0 gọi là chất nghịch từ. Thông thường tính nghịch từ thể hiện rất yếu |𝜒|~ 10-6.

Chất nghịch từ là chất bị từ hóa ngược chiều từ trường ngoài. Khi từ trường không thật lớn, ta có M = χ H với χ < 0. Tính nghịch từ có liên quan với xu hướng của các điện tích muốn chắn phần trong của vật thể khỏi từ trường ngoài (tuân theo định luật Lentz của hiện tượng cảm ứng điện từ). c) Sắt từ Vật liệu sắt từ là các chất có tính từ mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt (Fe), và tên gọi “sắt từ” được đặt cho nhóm các chất có tính chất giống với sắt.

Các chất sắt từ có hành vi gần giống với các chất thuận từ ở đặc điểm hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài. Đặc trưng của chúng là ở dưới nhiệt độ nào đó (tùy từng chất) tồn tại momen từ trung bình một cách tự phát (gọi là độ từ hóa tự phát) ngay khi không có từ trường ngoài. Ở 0 K, các momen từ nguyên tử sắp xếp trật tự ngày khi không có từ trường ngoài. Giá trị của độ từ cảm χ của các chất từ trật tự này lớn hơn nhiều so với chất thuận từ và chất nghịch từ.

Các thông số xác định tính chất của vật liệu từ, ngoài độ cảm từ còn có từ độ bão hòa (từ độ đạt cực đại từ trường lớn, MS), độ từ dư (từ độ còn dư sau khi ngừng tác động của từ trường ngoài MR), lực kháng từ (từ trường ngoài cần thiết để một hệ sau khi đạt được trạng thái bão hòa từ, bị khử từ, HC). d) Siêu thuận từ Siêu thuận từ là trạng thái từ tính xảy ra ở các vật liệu từ, mà ở đó vật liệu biểu hiện cá tính chất giống như các chất thuận từ, ngay ở dưới nhiệt độ Curie (TC, nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ) hay nhiệt độ Neel (TN, nhiệt độ chuyển pha sắt từ- thuận từ). Đây là một hiệu ứng kích thước, về mặt bản chất là sự thắng thế của năng lượng nhiệt so với năng lượng định hướng khi kích thước của hạt quá nhỏ. Các thảo luận chi tiết về vật liệu siêu thuận từ sẽ được trình bày chi tiết dưới đây.

Vật liệu siêu thuận từ 1. Đômen từ Trong vật liệu từ, ở dưới nhiệt độ Curie (hay nhiệt độ Neel) có tồn tại từ độ từ hóa tự phát của vật liệu, nghĩa là độ từ hóa tồn tại ngày cả khi không có từ trường. Với vật liệu có kích thước thông thường, momen từ của các vật thường bằng không (trạng thái khử từ). Điều này được Weiss giải thích rằng vật liệu được chia thành các đômen.

Trong mỗi đômen vecto từ hóa tự phát có hướng xác định. Nhưng các đômen khác nhau thì vecto từ hóa tự phát sẽ có hướng khác nhau. Các đômen lân cận phân cách nhau bởi vách đômen. Qua vách đômen, hướng của momen từ dần thay đổi.

Thông thường các đômen có kích thước vi mô và trong đa tinh thể, mỗi hạt có thể chứa một số đômen đơn. Do đó, một vật rắn sẽ có một số lượng lớn các đômen với những hướng từ hóa khác nhau. Momen từ hóa M của vật rắn sẽ là tổng vecto từ hóa của tất cả các đômen. Phần đóng góp của mỗi đômen phụ thuộc vào thể tích của nó.

Nếu không có từ trường ngoài, năng lượng nhiệt làm cho momen từ của các đômen trong toàn khối sẽ sắp xếp hỗn độn, do đó độ từ hóa của vật rắn vẫn bằng). Sự phân chia thành đômen, vách đômen trong vật liệu khối Khi có từ trường ngoài tác dụng, các đômen thay đổi hình dạng và kích thước nhờ sự dịch chuyển các vách đômen. Những đômen nào có momen từ gần với hướng của từ trường sẽ được mở rộng, còn những đômen nào có momen từ có hướng với từ trường sẽ bị thu hẹp lại. Qua đó sẽ làm tăng năng lượng của hệ, độ từ hóa của vật liệu sẽ tăng dần đến một giới hạn gọi là từ độ bão hòa.

Tại đó hướng của momen từ trùng với hướng của từ trường. Tính chất siêu thuận từ Một vật liệu sắt từ được cấu tạo bởi một hệ các hạt (thể tích V), các hạt này tương tác và liên kết với nhau. Giả sử nếu ta giảm dần kích thước các hạt thì năng lượng dị hướng KV giảm dần, nếu ta tiếp tục giảm thì đến một lúc nào đó KV<< kT, năng lượng nhiệt sẽ thắng năng lượng dị hướng và vật sẽ mang đặc trưng của một chất thuận từ. Thông thường, lực liên kết bên trong vật liệu sắt từ làm cho các momen từ trong nguyên 9 tử sắp xếp song song với nhau, tạo nên một từ trường bên trong rất lớn.

Đó cũng là điểm khác biệt giữa vật liệu sắt từ và vật liệu thuận từ. Khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt đọ Curie (hay nhiệt độ Neel đối với vật liệu phản sắt từ), dao động nhiệt đủ lớn để thắng lại các lực liên kết bên trong, làm cho các momen từ nguyên tử dao động tự do. Do đó không còn từ trường bên trong nữa, và vật liệu thể hiện tính thuận từ.