Научные достижения химического факультета
28.03.2022
Химики МГУ одели наномагниты в природную одежду
Андрей Сыбачин (слева) и Василий Спиридонов (справа)
Коллектив ученых с кафедр радиохимии и
высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ предложил метод
ультразвуковой обработки для получения магнитных металлоорганических каркасов
на основе альгината натрия. Полученные структуры – перспективные магнитные
носители для систем гипертермии и доставки лекарств благодаря стабилизации
магнитных наночастиц оксида железа. Характеристики и свойства материалов
изучили коллеги с кафедры радиохимии и физического факультета МГУ. Результаты
исследований опубликованы в Mendeleev Communications.
Одной из главных тенденций современной биомедицины стало
использование наночастиц для различных методов диагностики (к примеру, МРТ), в
системах адресной доставки лекарств, а также для гипертермии — метода лечения
онкологических заболеваний путем нагревания отдельных участков тела. Наибольшую
популярность обрели наночастицы маггемита на основе оксида железа (III) – они не только безопасны для человека, но и обладают
магнитными свойствами. Особенность позволяет управлять ими, настраивать и
детектировать их с помощью внешнего магнитного поля.
Для практического применения первое и главное требование ко
всем наночастицам — стабильность. Однако зачастую из-за тех же магнитных и
гидрофобных свойств наночастицы подвержены агрегации, и, как следствие, потере
их уникальных свойств. В качестве одного из способов стабилизировать магнитные
наночастицы ученые предложили поместить их в полимерный "каркас" на основе
природных соединений. Научный коллектив кафедры высокомолекулярных соединений химического
факультета МГУ под руководством с.н.с., к.х.н. Василия Спиридонова уже не
первый год создает композиты, представляющие собой наночастицы в полимерной
матрице, а коллеги с кафедры радиохимии и физического факультета помогают
изучать свойства полученных материалов. "Именно специфика строения наночастиц привела к
созданию научной группы, разнообразной по научным интересам, -- отмечает
Василий Спиридонов. -- Подтверждение природы неорганической компоненты после
получения конечного вещества невозможно без привлечения метода Мёссбауровской
спектроскопии, а магнитные характеристики исследованы группой сотрудников кафедры
магнетизма. Особенно хочется отметить, что подобное сотрудничество наших
научных групп продолжается уже более 15 лет".
В качестве основы для создания полимерного
материала ученые выбрали альгинаты – производные альгиновой кислоты,
содержащейся в бурых и красных водорослях. Они обладают высокой растворимостью,
биосовместимостью и способностью разлагаться. Сочетание этих качеств и
магнитных свойств наночастиц делает полученный металлоорганический каркас идельно
подходящим под выбранные задачи.
Композиты
синтезируются с помощью ультразвуковой обработки. Этот метод часто
использовался ранее, но при работе с полимерами и наночастицами возникали
определенные нюансы: "Природа используемой
полимерной матрицы оказывает существенное влияние на размер стабилизируемых наночастиц,
формирующихся в процессе обработки ультразвуком -- рассказывает один из авторов
работы, с.н.с., к.х.н. Андрей Сыбачин. -- В
свою очередь, неправильный размер может привести к потере магнитных свойств или
формированию ассоциатов из наночастиц, которые теряют свои свойства как
нанообъекты. Поэтому в ходе экспериментов мы оценивали потенциальную
возможность получения таких нанокомпозитов данным методом. Поскольку результат
был успешным, исследование свойств получившейся композитной конструкции
позволяет нам использовать полученные данные в дальнейшем".
Ученые планируют продолжить
работу не только над получением новых композитных материалов, но и над
регулированием их параметров – например, содержание магнитной компоненты. Для этого исследователи
разрабатывают методы получения подобных соединений без ультразвука, путём
непосредственного синтеза наночастиц в присутствии полимерной матрицы. Отдельно
следует отметить, что регулируемый синтез планируется осуществлять при
комнатной температуре. Также в планах провести исследования, которые ответят на
вопросы о структуре получаемых нанокомпозитов и дадут более четкое
представление о возможностях применения материалов.
Ссылка на статью:
Vasily V.Spiridonova, Mikhail I.Afanasov, Lyudmila A.Makarova, Andrey V.Sybachin, Alexander A.Yaroslavov
A facile approach to prepare water-soluble magnetic metal (oxide) frameworks based on Na,Ca alginate and maghemite
Mendeleev Communications Volume 31, Issue 3, May–June 2021, Pages 412-414
https://doi.org/10.1016/j.mencom.2021.04.043
