Челябинские ученые придумали наноматериал для биомедицины
25 декабря 2020
Фото: сайт ЮУрГУ
Его смогут использовать для адресной доставки лекарств или контрастной визуализации, а в электронике — для создания сенсоров.
Южноуральские ученые синтезировали наноматериал с особыми свойствами. Он сможет найти применение в электронике для создания особо чутких сенсоров и других приборов. Не менее ценным может стать и использование материала в биомедицине — для адресной доставки лекарств к пораженному участку тела и контрастной визуализации по выявлению опухоли на ранней стадии болезни. В планах ученых исследование его свойств по защите от электромагнитного излучения.
Для исследования они выбрали ферриты-оксиды железа с так называемой структурой шпинели. Это своего рода плотная кубическая упаковка шаров, в узлах которых находятся большие по размерам ионы кислорода, образующие решетку. Ученые изменили магнитные свойства материала за счет модификации химического состава — замещения ионов железа. Проводя исследования феррит-шпинелей, они выяснили, что физические свойства этих сложных оксидных систем можно варьировать, изменяя химический состав. Это дает возможность отслеживать фундаментальные эффекты, возникающие при замене ионов.
Международная группа ученых из ЮУрГУ, их коллег из Беларуси, Саудовской Аравии и Индии рассмотрела ферриты с двойным замещением ионов железа ионами тулия и тербия. Химиков очень заинтересовали магнитные свойства исследуемых соединений, проявляющиеся в ферритах при переходе на наноразмерный уровень. Оказалось, что, меняя распределение замещающих ионов, можно управлять магнитными свойствами материала.
«Образцы были синтезированы так называемым золь-гель-методом, позволяющим создавать наноразмерные сложные оксиды, — сообщил доктор химических наук, профессор, директор НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» Денис Винник. — При синтезе мы применили облучение ультразвуком, что позволило добиться более равномерного распределения замещающих ионов, уменьшить средний размер кристаллитов».
Сам синтез был проведен учеными из Саудовской Аравии. А микроструктурные магнитные свойства наноразмерных феррит-шпинелей исследовали в южноуральском НОЦ «Нанотехнологии». В итоге ученые заметили интересную особенность таких оксидов: с ростом степени замещения ионов железа на ионы с большими радиусами параметр ячейки уменьшался, хотя теоретически должен был увеличиться.
«Мы предположили, что эта аномалия может быть результатом эффекта поверхностного сжатия нанокристаллитов, — прокомментировал старший научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии» Алексей Труханов. — А уменьшение их размера может приводить к эффекту поверхностного сжатия и деформации ячейки».
Пока работа в основном носит теоретический характер, но, по мнению ученых, на ее основании можно будет синтезировать соединения сложных оксидов железа и корректировать их свойства. Новый наноматериал сможет найти применение в электронике для создания особо чутких сенсоров, датчиков, других «умных» приборов. Не менее ценным может стать и его использование в биомедицине — для адресной доставки лекарств к пораженному участку тела, к примеру, для «щадящего» уничтожения раковой опухоли. Как считают эксперты, такие материалы с заранее заданными свойствами можно будет применять и для контрастной визуализации по выявлению опухоли на ранней стадии болезни.
Для исследования они выбрали ферриты-оксиды железа с так называемой структурой шпинели. Это своего рода плотная кубическая упаковка шаров, в узлах которых находятся большие по размерам ионы кислорода, образующие решетку. Ученые изменили магнитные свойства материала за счет модификации химического состава — замещения ионов железа. Проводя исследования феррит-шпинелей, они выяснили, что физические свойства этих сложных оксидных систем можно варьировать, изменяя химический состав. Это дает возможность отслеживать фундаментальные эффекты, возникающие при замене ионов.
Международная группа ученых из ЮУрГУ, их коллег из Беларуси, Саудовской Аравии и Индии рассмотрела ферриты с двойным замещением ионов железа ионами тулия и тербия. Химиков очень заинтересовали магнитные свойства исследуемых соединений, проявляющиеся в ферритах при переходе на наноразмерный уровень. Оказалось, что, меняя распределение замещающих ионов, можно управлять магнитными свойствами материала.
«Образцы были синтезированы так называемым золь-гель-методом, позволяющим создавать наноразмерные сложные оксиды, — сообщил доктор химических наук, профессор, директор НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» Денис Винник. — При синтезе мы применили облучение ультразвуком, что позволило добиться более равномерного распределения замещающих ионов, уменьшить средний размер кристаллитов».
Сам синтез был проведен учеными из Саудовской Аравии. А микроструктурные магнитные свойства наноразмерных феррит-шпинелей исследовали в южноуральском НОЦ «Нанотехнологии». В итоге ученые заметили интересную особенность таких оксидов: с ростом степени замещения ионов железа на ионы с большими радиусами параметр ячейки уменьшался, хотя теоретически должен был увеличиться.
«Мы предположили, что эта аномалия может быть результатом эффекта поверхностного сжатия нанокристаллитов, — прокомментировал старший научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии» Алексей Труханов. — А уменьшение их размера может приводить к эффекту поверхностного сжатия и деформации ячейки».
Пока работа в основном носит теоретический характер, но, по мнению ученых, на ее основании можно будет синтезировать соединения сложных оксидов железа и корректировать их свойства. Новый наноматериал сможет найти применение в электронике для создания особо чутких сенсоров, датчиков, других «умных» приборов. Не менее ценным может стать и его использование в биомедицине — для адресной доставки лекарств к пораженному участку тела, к примеру, для «щадящего» уничтожения раковой опухоли. Как считают эксперты, такие материалы с заранее заданными свойствами можно будет применять и для контрастной визуализации по выявлению опухоли на ранней стадии болезни.
Поделиться
