Российские ученые разработали магнитоэлектрические наночастицы для онкотераностики
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) в составе научной группы разработали коллоидные дисперсные магнитоэлектрические наночастицы ультрамалого размера на основе биосовместимых материалов. Они в десять раз меньше аналогов и обладают улучшенными магнитоэлектрическими свойствами. Это делает полученные наночастицы перспективными в широком спектре биомедицинских приложений — от онкотераностики до лечения нейродегенеративных заболеваний.
В современной медицине используют магнитоэлектрические наночастицы на основе магнетита размером более 200 нм. Однако их электрофизические свойства на порядок хуже аналогов, которые содержат токсичные элементы, такие как свинец. А синтез этих частиц сложен и занимает до нескольких дней.
Ученые Международного исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» Томского политеха совместно с коллегами из Томского госуниверситета, Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Института физики прочности и материаловедения СО РАН и других научных учреждений синтезировали коллоидные дисперсные магнитоэлектрические наночастицы ультрамалого размера.
Они состоят из магнетита и сегнетоэлектрического перовскита модифицированного титаната бария и имеют структуру «ядро-оболочка». В рамках исследования впервые был применен микроволновый гидротермальный метод синтеза перовскитной оболочки на поверхности наночастиц магнетита, который позволяет сразу формировать кристаллические структуры. Средний размер частиц составил 14-15 нм.
«Эксперименты показали, что полученные наночастицы обладают магнитоэлектрическим откликом на порядок выше, чем у ранее опубликованных результатов с магнетитом. Усиление электрофизических свойств было достигнуто за счет модифицирования структуры титаната бария», — отметил один из участников исследования директор Международного исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы», профессор ТПУ Роман Сурменев.
Ученые выполнили систематическое исследование морфологии, состава, структуры, магнитных и электрофизических свойств разработанных наночастиц с помощью комплекса методов. Часть экспериментов была посвящена каталитической активности частиц с помощью беспроводной магнитоэлектрической стимуляции. Главной задачей было установить, способны ли наночастицы продуцировать активные формы кислорода, разрушающие клетки и ткани.
«Результаты показали, что наночастицы смогли разрушить более 80-90 % модельного красителя Родамина, который мы использовали для проверки, всего за один часа воздействия низкочастотным магнитным полем. Важно отметить, что по сравнению с высокочастотными, низкочастотные магнитные поля являются безопасными, так как не приводят к нагреву магнитных наночастиц. Это является важным фактором, который в последствии поможет избежать губительных термических эффектов для здоровых клеток и тканей организма», — добавил руководитель исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Роман Чернозем.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.