تتميز المواد المغناطيسية مثل Fe3O4,Ni,CO,Fe عندما تحضر بطريقة ما بحيث تكون أحجام جسيماتها على المقياس النانو متري الأقل من nm 100 ، بامتلاكها سلوكا فريدا مختلفا عن سلوك المواد نفسها في الحالة الطبيعية الكبيرة ، فحتى الخواص المغناطيسية الذاتية مثل التمغنط و خاصية الاتجاهية anisotropy تتغير نتيجة الحصر الكمي لإلكترونات الجسيمات الصغيرة جدا أي تنحصر بعض المواد في بعدين مما يؤدي إلى حركة الإلكترونات في اتجاه واحد وتنحصر بعض المواد في بعد واحد ، تكون الحركة في اتجاهين ، و كذلك نتيجة لتأثيرات السطح ، إذ حيث تزداد نسبة مساحة السطح مقارنة بالحجم مسببة تكسر الروابط و تغير التماثل التركيبي ، و زيادة الالكترونات على السطح مما يسبب تغير الخواص المغناطيسية وبروز ظواهر جديدة مثل البارا مغناطيسية الفائقة superparamagnetic ،تم استخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية المغلفة على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الطبية ، مثل عزل الخلايا والتخزين الالكتروني والاختبارات التشخيصية وتوصيل الأدوية. ، وتبين الخصائص المغناطيسية للجسيمات النانوية كما في الشكل (22.1)

الشكل (22.1) الخصائص المغناطيسية للجسيمات النانوية

بالمقارنة مع المواد السائبة، تُظهر المواد النانوية مجموعة متنوعة من السلوك المغناطيسي غير المعتاد بسبب تأثيرات السطح أو الواجهة، بما في ذلك كسر التناظر، أو البيئة الإلكترونية، أو نقل الشحنة والتفاعل المغناطيسي. علاوة على ذلك، بسبب النسبة الكبيرة من حجم السطح الخارجي للهياكل النانوية، تختبر الذرات المكونة اقترانًا مغناطيسيًا مختلفًا مع الذرات المجاورة مقارنة بالمواد السائبة. تعتمد مغناطيسية الجسيمات الدقيقة أيضا على بنية المجال المغناطيسي للمواد المغناطيسية. يشار إلى الجسيمات المغناطيسية الحديدية الأصغر من الحجم الحرج على أنها جسيمات ذات مجال واحد تظهر مغناطيسية موحدة بينما تمتلك الجسيمات الأكبر ذات المجالات المتعددة مغناطيسية غير منتظمة. يتأثر الحجم الحرج للمجال الفردي بعدة عوامل مثل قيمة التشبع المغناطيسي، وقوة التباين البلوري وقوى التبادل، والطاقة السطحية أو جدار المجال، وشكل الجسيمات. يتسم تفاعل المواد المغناطيسية الحديدية في حقل مطبق بعاملين رئيسيين: الباقي والإكراه. من بينها، قسر المواد المغناطيسية اعتماد مذهل على حجم الجسيمات. عندما يتم تقليل حجم الجسيمات، يزداد الإكراه إلى الحد الأقصى في حجم المجال الفردي ثم يتناقص بالنسبة للجسيمات الصغيرة جدا بسبب التأثيرات الحرارية ويصبح صفرًا عند حجم الجسيمات فائقة المغناطيسية الشكل (21.1(وبالتالي قد تصبح المواد النانوية مغناطيسية فائقة، على الرغم من أن المواد السائبة المقابلة لها ليست مغناطيسية على سبيل المثال، أظهرت جزيئات Fe₃O₄ النانوية سلوكًا شبيها بالمغناطيسية الفائقة، على الرغم من أن أكسيد الحديد السائب (Fe₃O₄) مغناطيسي. الطاقة السطحية الاستثنائية والاتجاه المقلوب للإلكترونات المغزلية للجسيمات النانوية Fe3O4 هي المسؤولة عن هذه الظاهرة لا تكون الجسيمات النانوية المغناطيسية الفائقة مغناطيسية عند وضعها في مجال مغناطيسي صفري، ولكنها سرعان ما تصبح ممغنطة بعد تطبيق مجال مغناطيسي خارجي. عندما تكون تحت القطر المغنطيسي الفائق، يمكن للجسيمات النانوية أن تعود بسرعة إلى حالة غير ممغنطة بعد إزالة المغناطيس الخارجي. هناك العديد من المواد البلورية التي تظهر المغناطيسية الحديدية، مثل Fe أو Co أو Ni. من بينها، أكسيد الفريت المغنتيت Fe3O4) هو الأكثر استخدامًا في شكل جسيمات نانوية مغناطيسية فائقة لجميع أنواع التطبيقات البيولوجية.