Ученые из России и Македонии создали магнитную жидкость на основе воды и стабильных наночастиц из оксидов кобальта и железа. Под действием магнитного поля такой раствор быстро нагревается и начинает ускорять окислительные реакции подобно природному ферменту-пероксидазе.
Благодаря таким свойствам полученную жидкость потенциально можно использовать для избирательного нагрева раковых клеток при лечении онкологических заболеваний, а также в качестве искусственного фермента в лабораторных анализах, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.
В медицине и биотехнологии все чаще используют магнитные жидкости — помещенные в воду наночастицы на основе металлов или их оксидов, которые реагируют на магнитное поле. С помощью него наночастицы можно перемещать по организму для доставки лекарств. Кроме того, если «провести» такие частицы к опухоли и затем с помощью того же поля нагреть, можно уничтожать раковые клетки без вреда для здоровых тканей.
Обычно магнитные частицы создают из оксидов железа, кобальта или их смеси. Они хорошо реагируют на магнитное поле, но склонны слипаться друг с другом и из-за этого терять свои качества. Чтобы избежать такого эффекта, ученым приходится использовать специальные химические «покрытия», которые, хотя и препятствуют слипанию, делают частицы токсичными для живых клеток или мешают дополнительно их изменять, придавая новые свойства. Поэтому химики ищут способ создать стабильные наночастицы без посторонних примесей.
Ученые из Научно-технологического университета «Сириус» совместно с коллегами из Москвы и Скопье (Македония) разработали метод получения нетоксичных магнитных двухкомпонентных жидкостей на основе воды и «чистых» наночастиц из оксидов кобальта и железа без добавления каких-либо стабилизирующих агентов, полимеров или кислот.
Наиболее стабильные растворы получались, когда кобальта в наночастицах было в 2,3–9 раз меньше, чем железа. Если количество кобальта сильно сокращали (вплоть до полного отсутствия этого элемента), наночастицы начинали слипаться. Это объясняется тем, что на поверхности частиц кобальт взаимодействует с водой и формирует оболочку, которая заставляет их отталкиваться друг от друга и предотвращает слипание. При этом, благодаря отсутствию посторонних примесей, такие системы можно широко применять в современном химическом и наноинжиниринге для получения функциональных наносистем.
Исследователи также оценили способность полученных жидкостей нагреваться под действием магнитного поля, что может быть использовано в противоопухолевой терапии. Оказалось, что сильнее всего температура поднимается в частицах, содержащих в 6,5–9 раз меньше кобальта, чем железа. Поскольку такой состав оказался достаточно стабильным, его применение будет наиболее перспективно при борьбе с опухолями.
Кроме того, авторы обнаружили, что наночастицы с высоким содержанием кобальта способны осуществлять окислительные реакции с участием перекиси, за которые в природе отвечают ферменты-пероксидазы. Эта особенность будет полезна при создании биосенсоров и высокочувствительных тест-систем для диагностики онкологических и инфекционных заболеваний.
«Несмотря на то, что схожих магнитных материалов существует великое множество, наш отличается простотой химического состава, благодаря которому с ним легко работать, особенно тогда, когда какие-либо примеси могут мешать. Например, это важно при разработках, связанных с различными биомедицинскими задачами, при нанесении тонких неорганических пленок или покрытий. Разработанный нами материал будет, конечно, в первую очередь интересен другим ученым и профессионалам, занятым в химическом инжиниринге, материаловедении и нанотехнологиях. Подобные высокостабильные растворы наночастиц можно использовать для замены дорогостоящих ферментов при создании биосенсоров или контрастных агентов для МРТ, а также в разработке приборов и систем, где нужны тонкие магнитные слои. Поскольку подобный материал был описан впервые, в дальнейшем мы планируем исследовать возможность его применения для создания печатных биосенсоров, систем диагностики и терапии, а также магнитных катализаторов», — рассказал руководитель проекта Андрей Дроздов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус».
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда и Федеральной территории «Сириус», опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces.
