Красноярские ученые рассмотрели свойства наночастиц минерала ферригидрита, полученных с помощью бактерий. Исследователи установили, что для биомедицинских применений пригодны частицы размером больше двух нанометров. Только у них формируется достаточно плотное ядро, определяющее необходимые для медицины магнитные свойства. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.

Ферригидрит — важный минерал, который участвует в жизнедеятельности живых организмов, в том числе человека. К примеру, белок апоферритин в нашей печени представляет собой частицу ферригидрида, «запакованную» в оболочку из органических соединений. Для синтеза природного ферригидрита можно использовать некоторые виды бактерий. Биосовместимость материала делает его перспективным для медицины. Однако для успешного применения важно детально исследовать свойства наночастиц.

Физики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» вместе с коллегами из Сибирского федерального университета обнаружили зависимость магнитных свойств ферригидрида от размера наночастиц и плотности их ядра. Ферригидрит обладает структурой ядро-оболочка, при этом в частицах размером больше двух нанометров формируется ядро, которое более плотное по структуре, чем оболочка.

Ученые выделяли частицы ферригидрита размером в несколько нанометров из биомассы бактерий Klebsiella oxytoca. Как и в теле человека, такие наночастицы состоят из плотного ядра в белковой оболочке. Примечательно, что оболочка сводит к минимуму магнитные взаимодействия между частицами. Это позволило физикам сосредоточиться на изучении особенностей магнетизма атомов железа в ядрах отдельных наночастиц.

В исследовании использовали наночастицы величиной от полутора до трех с половиной нанометров. Ученые обнаружили, что магнитные свойства зависят от размера частицы. В ходе последующих экспериментов выяснилось, что виновник различия — ядра частиц, а точнее — их наличие. Оказалось, что сплошное ядро формируется только у наночастиц размером более двух нанометров, тогда как мелкие частицы состоят из материала с низкой плотностью и совсем не имеют ядра.

«Условия образования ферригидрита существенно влияют на физические свойства его наночастиц, в частности, на его кристалличность и взаимодействия между отдельными частицами. Магнитные свойства, и соответственно применение, сильно зависят от структуры частицы. Плотное ядро обеспечивает наночастицам лучшие магнитные свойства и делает его более подходящим для применения в медицине, к примеру, для доставки лекарств или точечного теплового воздействия на очаги заболеваний в организме», — прокомментировал результаты исследования Юрий Князев, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН.

Исследование красноярских ученых поддержано Российским фондом фундаментальных исследований, Правительством Красноярского края и Красноярским краевым фондом поддержки научной и научно-технической деятельности (проект №19-42-240012).