
Наночастицы маггемита: новый материал для диагностики и лечения заболеваний
Оксид железа — одно из самых распространенных веществ на Земле, которое имеет множество форм и свойств. Одна из таких форм — маггемит, или гамма-оксид железа, обладает уникальными магнитными характеристиками, которые делают его востребованным материалом в различных областях науки и техники. В частности, наночастицы маггемита, имеющие размеры порядка нескольких нанометров, могут применяться для диагностики и лечения различных заболеваний, а также для очистки воды от органических загрязнителей.
Наночастицы маггемита — это крошечные кристаллы оксида железа, которые имеют спинельную структуру и состоят из двух типов ионов железа: Fe2+ и Fe3+. Эти ионы распределены по разным позициям в кристаллической решетке и образуют магнитные моменты, которые направлены в противоположные стороны. В результате образуется так называемый антиферромагнетизм, когда суммарный магнитный момент кристалла равен нулю. Однако при уменьшении размеров кристаллов до нанометровых величин происходит эффект суперпараметризма, когда магнитный момент кристалла становится зависимым от внешнего магнитного поля. Таким образом, наночастицы маггемита можно управлять с помощью магнитных полей, что дает им большие возможности для практического использования.
Наночастицы маггемита имеют ряд преимуществ перед другими формами оксида железа, особенно в биомедицине. Во-первых, они имеют меньший относительно сосудов человека размер, что позволяет им легко проникать в ткани и органы, не вызывая токсичности или иммунного ответа. Во-вторых, они обладают способностью к фотокатализу, то есть ускорению химических реакций под действием света. Это свойство может быть использовано для очистки воды от органических загрязнителей, таких как пестициды, лекарства или красители. Также это свойство может быть использовано для лечения раковых опухолей, когда наночастицы под действием света выделяют активные формы кислорода, которые разрушают раковые клетки, при этом уменьшая дозу облучения. В-третьих, наночастицы маггемита обладают высокой чувствительностью к магнитному полю, что позволяет им использоваться в качестве контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии (МРТ) — одного из самых точных и безопасных методов диагностики заболеваний. МРТ основана на измерении сигнала, который возникает при возбуждении водородных атомов в тканях человека переменным магнитным полем. Наночастицы маггемита, введенные в организм, усиливают этот сигнал и делают изображение более контрастным и четким.
Однако получение наночастиц маггемита высокого качества не такое простое дело, как может показаться. Существующие химические методы синтеза дают возможность получить различные формы маггемита: микрозерна, пленки или наночастицы при достаточно высоких температурах, однако для всех указанных методов существует проблема, связанная с необходимостью отделения маггемита от других сопутствующих фаз оксида железа, таких как гематит или магнетит. Кроме того, эти методы требуют использования дорогостоящих реактивов и растворителей, которые могут оставаться на поверхности наночастиц и ухудшать их свойства.
Ученые из Уральского федерального университета (УрФУ) придумали новый способ получения наночастиц маггемита, который основан на простой и дешевой реакции радиационно-химического метода. 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. Статья ученых с описанием исследований и их результатов опубликована в журнале Ceramics International. Работу поддержал Российский научный фонд.
Наночастицы маггемита, полученные уральскими физиками, прошли ряд тестов, которые подтвердили их высокие магнитные, катализаторные и биологические свойства. В частности, они показали хорошую способность к фотокатализу при разложении органических загрязнителей в воде под действием ультрафиолетового света. Также они продемонстрировали высокую эффективность в качестве контрастных агентов для МРТ, обеспечивая четкое изображение тканей и органов. Более того, они не вызывали негативных эффектов на живые клетки, что свидетельствует об их безопасности для биомедицинских приложений. Это было подтверждено тестом на гемолиз, который оценивает повреждение мембран красных кровяных телец при взаимодействии с наночастицами. Все образцы наночастиц маггемита не показали гемолитической активности при концентрации до 3 мг/мл, что говорит об их хорошей совместимости с кровью.
Таким образом, уральские физики смогли создать универсальный материал из оксида железа, который может быть использован для различных целей в области здравоохранения. Метод является простым, дешевым и экологичным, так как не требует использования дорогостоящих реактивов и растворителей. В будущем ученые планируют оптимизировать параметры синтеза наночастиц маггемита и исследовать их влияние на различные типы клеток и тканей.
Наночастицы маггемита — это крошечные кристаллы оксида железа, которые имеют спинельную структуру и состоят из двух типов ионов железа: Fe2+ и Fe3+. Эти ионы распределены по разным позициям в кристаллической решетке и образуют магнитные моменты, которые направлены в противоположные стороны. В результате образуется так называемый антиферромагнетизм, когда суммарный магнитный момент кристалла равен нулю. Однако при уменьшении размеров кристаллов до нанометровых величин происходит эффект суперпараметризма, когда магнитный момент кристалла становится зависимым от внешнего магнитного поля. Таким образом, наночастицы маггемита можно управлять с помощью магнитных полей, что дает им большие возможности для практического использования.
Наночастицы маггемита имеют ряд преимуществ перед другими формами оксида железа, особенно в биомедицине. Во-первых, они имеют меньший относительно сосудов человека размер, что позволяет им легко проникать в ткани и органы, не вызывая токсичности или иммунного ответа. Во-вторых, они обладают способностью к фотокатализу, то есть ускорению химических реакций под действием света. Это свойство может быть использовано для очистки воды от органических загрязнителей, таких как пестициды, лекарства или красители. Также это свойство может быть использовано для лечения раковых опухолей, когда наночастицы под действием света выделяют активные формы кислорода, которые разрушают раковые клетки, при этом уменьшая дозу облучения. В-третьих, наночастицы маггемита обладают высокой чувствительностью к магнитному полю, что позволяет им использоваться в качестве контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии (МРТ) — одного из самых точных и безопасных методов диагностики заболеваний. МРТ основана на измерении сигнала, который возникает при возбуждении водородных атомов в тканях человека переменным магнитным полем. Наночастицы маггемита, введенные в организм, усиливают этот сигнал и делают изображение более контрастным и четким.
Однако получение наночастиц маггемита высокого качества не такое простое дело, как может показаться. Существующие химические методы синтеза дают возможность получить различные формы маггемита: микрозерна, пленки или наночастицы при достаточно высоких температурах, однако для всех указанных методов существует проблема, связанная с необходимостью отделения маггемита от других сопутствующих фаз оксида железа, таких как гематит или магнетит. Кроме того, эти методы требуют использования дорогостоящих реактивов и растворителей, которые могут оставаться на поверхности наночастиц и ухудшать их свойства.
Ученые из Уральского федерального университета (УрФУ) придумали новый способ получения наночастиц маггемита, который основан на простой и дешевой реакции радиационно-химического метода. 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. Статья ученых с описанием исследований и их результатов опубликована в журнале Ceramics International. Работу поддержал Российский научный фонд.
Наночастицы маггемита, полученные уральскими физиками, прошли ряд тестов, которые подтвердили их высокие магнитные, катализаторные и биологические свойства. В частности, они показали хорошую способность к фотокатализу при разложении органических загрязнителей в воде под действием ультрафиолетового света. Также они продемонстрировали высокую эффективность в качестве контрастных агентов для МРТ, обеспечивая четкое изображение тканей и органов. Более того, они не вызывали негативных эффектов на живые клетки, что свидетельствует об их безопасности для биомедицинских приложений. Это было подтверждено тестом на гемолиз, который оценивает повреждение мембран красных кровяных телец при взаимодействии с наночастицами. Все образцы наночастиц маггемита не показали гемолитической активности при концентрации до 3 мг/мл, что говорит об их хорошей совместимости с кровью.
Таким образом, уральские физики смогли создать универсальный материал из оксида железа, который может быть использован для различных целей в области здравоохранения. Метод является простым, дешевым и экологичным, так как не требует использования дорогостоящих реактивов и растворителей. В будущем ученые планируют оптимизировать параметры синтеза наночастиц маггемита и исследовать их влияние на различные типы клеток и тканей.
- Евгения Бусина
- Родион Нарудинов/ ресурс Научная Россия
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Северное полушарие Земли стремительно темнеет. И это плохая новость для всех
Почему Россия находится в зоне особого риска и можно ли остановить этот процесс?...

Тайна необъяснимых северных кратеров разгадана спустя 11 лет после появления первого провала на Ямале
Почему российские ученые не рады своему открытию, называя его «русской рулеткой»?...

Генетики вычислили, какую страшную цену заплатили наши предки за высокий интеллект
Новое исследование еще раз доказало, что эволюция требует огромных жертв...

Ученые наконец-то раскрыли главную загадку града. Старая теория оказалась неверной
Поразительное открытие помогли сделать грозовые «отпечатки пальцев»...

Секретная база в Гренландии, спрятанная 30-метровым слоем льда, угрожает всему миру
Гляциолог Уильям Колган говорит: «Американские военные думали, что это никогда не вскроется, но теперь...»...

Рядом с пирамидами Гизы обнаружены секретные тоннели, ведущие в забытый подземный мир
Быть может, их построили даже не египтяне. Но кто тогда?...

Наше тело — это… большой мозг: эксперимент русского ученого может совершить революцию в медицине
Эксперты говорят: «Открытие клеточной памяти — это огромный шаг к медицине, где лечение будет подбираться точно для конкретного человека»...

Почему на космическое ноу-хау «солнечный свет по запросу» ополчились астрономы всего мира?
Американский стартап обещает, что все будет хорошо, но ему никто не верит...

Астрофизики Гавайского университета неожиданно разгадали тайну… солнечного дождя
Рассказываем, почему новое открытие важно для каждого жителя Земли...

Как мадагаскарские лемуры ускоряют покорение космоса?
И почему именно эти животные оказались самые ценными для будущего всего человечества?...

В Антарктиде обнаружен метановый «спящий гигант», который очень быстро просыпается. И это плохая новость
Ученые в тревоге задаются вопросом: означают ли десятки газовых гейзеров под водой, что эффект домино уже запущен?...

Ученые выяснили: в каком возрасте наш мозг достигает пика своей активности
Почему же 20-30 лет оказались стереотипом, далеким от реальной жизни?...