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, стабилизирующие наночастицы оксида железа. Характеристики и свойства материалов изучили коллеги с кафедры радиохимии химфака и физического факультета МГУ.
Одной из главных тенденций современной биомедицины стало использование наночастиц для различных методов диагностики (например, МРТ), в системах адресной доставки лекарств, а также для гипертермии — метода лечения онкологических заболеваний путем нагревания отдельных участков тела. Наибольшую популярность приобрели наночастицы минерала маггемита на основе оксида железа (III): они не только безопасны для человека, но и обладают магнитными свойствами. Эта 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 магнитных и гидрофобных свойств наночастицы подвержены агрегации и, как следствие, потере своих 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 группы, столь разнообразной по научным интересам, — отметил Василий Спиридонов. — Подтверждение природы неорганической компоненты после получения конечного вещества невозможно без привлечения метода Мессбауровской спектроскопии, а магнитные характеристики исследованы группой сотрудников кафедры магнетизма. Особенно хочется отметить, что 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 и биосовместимостью, а также биорезорбируемы. Сочетание этих качеств и магнитных свойств наночастиц делает полученный металлоорганический каркас идеально 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 наночастиц, формирующихся в процессе обработки ультразвуком, — рассказал 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 агрегатов из наночастиц, которые теряют свои свойства как нанообъекты. Поэтому в ходе экспериментов мы оценивали потенциальную возможность изготовления таких нанокомпозитов данным методом. Поскольку результат был успешным, исследование свойств получившейся конструкции позволяет нам использовать наши данные в дальнейших экспериментах».
Ученые планируют продолжить работу не только над получением новых композитных материалов, но и над регулированием их параметров, например содержания магнитной компоненты. Для этого исследователи разрабатывают методы получения подобных соединений без ультразвука, путем непосредственного синтеза в присутствии полимерной матрицы. Отдельно следует отметить, что регулируемый синтез планируется осуществлять при комнатной температуре, а значит, можно удешевить процесс. Также в планах провести исследования, которые ответят на вопросы о структуре получаемых нанокомпозитов и дадут более четкое представление о возможностях применения материалов.