Физики получили вещества для биомедицины и фотокатализаторов

12:36, 16 июня 2023

Использовать их можно для безопасной диагностики или очистки вод от вредных примесей

Впервые физикам удалось синтезировать наночастицы маггемита радиационно-химическим методом. Фото: Родион Нарудинов.

Российские ученые получили наночастицы маггемита (минерал, магнитная модификация окиси железа) из немагнитного исходного железного купороса. Такие частицы физикам удалось впервые синтезировать радиационно-химическим методом. В результате наночастицы намагничиваются во внешнем магнитном поле (такие вещества называются парамагнетиками) и могут быть использованы в качестве контрастных веществ в магнитно-резонансной томографии и фотокатализе. Статья ученых с описанием проведенных исследований и их результатов опубликована в журнале Ceramics International. Работу поддержал Российский научный фонд (проект № 22-19-00239).

«Во-первых, поскольку маггемит является магнитным материалом, несмотря на малый размер, его наночастицы хорошо различимы в магнитном поле. Во-вторых, наночастицы маггемита настолько малы, что при введении в организм человека не забивают кровеносные сосуды. В-третьих, маггемит, будучи модификацией оксида железа, хорошо взаимодействует с гемоглобином, который представляет собой железосодержащий белок. И самое главное: маггемит — абсолютно нетоксичное вещество, в отличие от гадолиния, который традиционно применяется в качестве контрастного вещества. Таким образом, использование наночастиц маггемита позволит проводить МРТ более качественно, эффективно и безопасно», — рассказывает Сергей Соковнин, руководитель исследовательского коллектива, профессор кафедры экспериментальной физики УрФУ, ведущий научный сотрудник Института электрофизики УрО РАН.

Еще одна область возможного применения полученных наночастиц маггемита — фото- и радиационно-индуцированный катализ, то есть ускорение химических реакций под воздействием ультрафиолета или рентгена. Исследования авторов статьи показали: если в качестве катализатора использовать наночастицы маггемита, скорость реакций увеличивается более чем вдвое, а при поддержании прежней скорости соответственно уменьшается доза облучения и, как следствие, стоимость реакции.

По словам Сергея Соковнина, этот эффект можно использовать, в частности, при очистке воды от химических примесей. В этой области применения маггемит не уступает наиболее продуктивному промышленному катализатору — оксиду титана.

«Основные оксиды железа, такие как маггемит и гематит, постоянно находятся в центре внимания науки благодаря их выдающимся магнитным, оптическим и электрическим свойствам. Они используются не только в качестве нетоксичных контрастных веществ и фотокатализаторов, но и как наноконтейнеры для доставки лекарств, магнитные носители, датчики газа и так далее. Конкретно маггемит по праву считается одним из самых интересных оксидов железа. Он перспективен, в частности, для использования в биомедицине, в том числе в лечении онкологических заболеваний, так как, с одной стороны, нетоксичен для здоровых клеток, с другой — негативно воздействует на раковые. В то же время синтез в водных растворах наночастиц оксида железа, магнитной модификацией которого является маггемит, по-прежнему остается сложной задачей», — объясняет Сергей Соковнин значение проведенной работы.

Отметим, синтез маггемита ученые осуществляли радиационно-химическим методом — путем облучения водного раствора кристаллов железного купороса ускоренными электронами. Этот метод позволяет получать нанопорошки с высокой концентрацией структурных дефектов, от которых часто зависят многие интересные и полезные свойства. В результате облучения получили нанопорошок, содержащий как аморфную фазу маггемита, так и его сверхтонкие кристаллы размером около 2-3 нанометров.

Справка

В исследованиях приняли участие сотрудники подразделений Уральского федерального университета, Уральского отделения РАН, Санкт-Петербургского государственного университета, Омского государственного технического университета.