Специалисты Томского политехнического университета в сотрудничестве с научным сообществом представили революционные коллоидные магнитоэлектрические наночастицы сверхмалого размера. Новые частицы созданы из биосовместимых материалов и превосходят существующие аналоги в десять раз по компактности, демонстрируя при этом улучшенные функциональные характеристики. Уникальные свойства разработки открывают широкие возможности для применения в биомедицине — от ранней диагностики рака до терапии болезней Альцгеймера и Паркинсона.
Проект реализован при поддержке Российского научного фонда (грант № 23-23-00511). Итоги исследования доступны в одном из ведущих международных научных изданий.
Современные магнитоэлектрические наночастицы на основе магнетита, несмотря на клиническое одобрение, имеют существенные ограничения. Их размер превышает 200 нм, а процесс синтеза требует многоступенчатых операций, включая длительный отжиг для кристаллизации. Кроме того, такие частицы уступают по электрофизическим параметрам аналогам с токсичными компонентами, что сужает сферу их медицинского использования.
Прорывная технология томских ученых решает эти проблемы. Разработанные наночастицы размером менее 20 нм обладают уникальной структурой «ядро-оболочка», сочетающей магнетит и модифицированный титанат бария. Инновационный микроволновый гидротермальный метод синтеза позволил впервые создать кристаллические частицы с одновременной функционализацией поверхности, предотвращающей слипание.
«Наш подход не только ускоряет производство в разы, но и обеспечивает стабильность частиц, что критически важно для медицинского применения», — подчеркивает Алина Уракова, сотрудник Международного исследовательского центра ТПУ. Это достижение знаменует новый этап в создании безопасных и эффективных инструментов для персонализированной медицины будущего.
Ученые совершили прорыв, создав магнитоэлектрические наночастицы на основе ядер оксида железа (Fe₃O₄) с инновационным покрытием из перовскита Ba₀.₈₅Ca₀.₁₅Zr₀.₁Ti₀.₉O₃ (BCZT). Благодаря функционализации биосовместимой лимонной кислотой удалось достичь превосходной коллоидной стабильности частиц, размер которых составляет всего 14–15 нм — настоящий успех в нанотехнологиях!
«Наши эксперименты подтвердили, что новые наночастицы демонстрируют магнитоэлектрический отклик в десять раз мощнее, чем у аналогов на основе магнетита! Это стало возможным благодаря уникальной модификации структуры титаната бария», — с энтузиазмом делится профессор ТПУ Роман Сурменев, директор Международного исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы».
Команда провела масштабное изучение свойств наночастиц, используя передовые методы: электронную микроскопию, рентгеновскую дифракцию, спектроскопию комбинационного рассеяния, а также магнитометрию и зондовую микроскопию. Такой комплексный подход позволил детально проанализировать морфологию, состав и электрофизические характеристики материала.
Особое внимание уделили каталитической активности частиц при беспроводной стимуляции безопасным низкочастотным магнитным полем. Ученые стремились выяснить, могут ли наночастицы генерировать активные формы кислорода — ключевые «борцы» с раковыми клетками. И результаты превзошли ожидания!
«Всего за час воздействия наши частицы нейтрализовали 80–90% модельного красителя Родамина! Низкочастотное поле не вызывает нагрева, что исключает риск повреждения здоровых тканей — это важнейший шаг к безопасной терапии», — подчеркивает Роман Чернозем, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ.
В проекте участвовали специалисты Томского политеха, ТГУ, Института катализа и Института физики прочности СО РАН, а также эксперты из Центра науки и технологий LIFT и Центра нейробиологии имени Владимира Зельмана. Совместными усилиями они открыли новые горизонты в медицине и материаловедении!
Источник: scientificrussia.ru
