Магнитные наночастицы возможно их использования для адресной доставки лекарств и детектирования меченых такими частицами клеток или биомолекул (антигенов, антител, белков и нуклеиновых кислот) с помощью сенсоров магнитного поля. Также магнитные частицы применимы для «магнитной гипертермии», где нагрев происходит в результате воздействия внешнего СВЧ магнитного поля. По словам ученых МГУ, для внедрения наночастиц в живой организм нужна их высокая химическая чистота, достигаемая физическими методами синтеза. В своем исследовании физики выбрали метод лазерной абляции в воде тонких пленок (толщиной от 5 до 500 нм). Это дало дополнительную возможность управлять размерами и составом наночастиц.
«Есть некоторые характерные толщины пленок, на которых происходят изменения лазерно-индуцированного нагрева вещества, — глубина термической диффузии (несколько сотен нанометров), глубина скин-слоя (что более важно для данной статьи). В этом исследовании мы оценили толщину скин-слоя в 38 нм, и она являлась характерной толщиной тонкой пленки, на границе которой должны происходить эти изменения», — рассказал Станислав Заботнов, доцент кафедры общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ.
Проникая в металл, излучение локализуется иначе на толщинах меньших, чем глубина скин-слоя — тепло от поглощенного излучения сильнее «растекается» в плоскости поверхности. Если же пленка становится толще, то заметную роль играют процессы теплопроводности и термической диффузии — тепло при поглощении локализовано уже не в скин-слое, а проникает вглубь. В результате возникают различия в пространственном распределении температуры и протекании абляции, уточняют ученые.
Они обнаружили изменения распределений наночастиц по размерам в зависимости от толщины используемой пленки. При толщинах больше глубины скин-слоя средний размер частиц находится в диапазоне 70–100 нм, а само распределение по размерам имеет большую дисперсию (порядка 40%, что типично для метода лазерной абляции). Это соответствует случаю так называемой откольной абляции, когда происходит механический отрыв кусков пленки в результате ее лазерного нагрева и плавления. При толщинах меньше 35 нм наблюдалась немонотонная зависимость среднего размера (растет до 1 мкм, потом начинает спадать с дальнейшим уменьшением толщины), при этом относительная дисперсия составляла всего лишь 20%, что соответствует фазовому взрыву, когда перегретый материал переходит в парокапельную смесь.
Физики также исследовали магнитный отклик частиц методом вибрационной магнитометрии. Они зафиксировали наличие петли гистерезиса, что соответствует ферромагнитным свойствам чистого кобальта. Другие исследования (спектроскопия комбинационного рассеяния света, спектроскопия электронного парамагнитного резонанса) показали также наличие оксида кобальта в изготовленных наночастицах. В планах ученых — создание магнитных биосенсоров, где будут использоваться такие магнитные наночастицы.
Результаты работы опубликованы в журнале «Bulletin of the Russian Academy of Science: Physics».
