Сотрудники химического факультета МГУ совместно с учеными из НИТУ МИСИС разработали одностадийный метод синтеза магнитных наночастиц оксида железа, которые можно использовать для диагностики и терапии онкологических заболеваний. Результаты исследования ученых опубликованы в журнале Langmuir.

С уменьшением размера частиц вещества до нанометров, значительно возрастает доля поверхностных атомов, которые обладают высокой энергией. Значительная доля такой поверхностной энергии меняет химические и физические свойства материала. Уникальными свойствами наночастиц вызван значительный интерес ученых, открывающих с каждом годом новые направления применения нанотехнологий.

Магнитные наночастицы имеют большой потенциал в медицине и биологии. Наночастицы определенного размера могут селективно накапливаться в сосудах опухолевых тканей.  В раковых клетках межклеточное расстояние больше, чем в здоровых тканях, поэтому наночастицы не задерживаются в обычных клетках. Визуализируя наличие наночастиц при помощи магнитно-резонансной томографии, можно детектировать развитие раковых опухолей.  

Не менее важным моментом является возможность онкотерапии магнитными нанокластерами. В переменном магнитном поле, наночастицы парамагнетика колеблются, передавая свою кинетическую энергию окружающим тканям. Благодаря такому «трению» возникает незначительное – до 40–42 °С, локальное нагревание, которое губительно для раковых клеток. Здоровые клетки при этом не подвергаются перегреву. Такой метод терапии получил название гипотермии высокочастотного магнитного поля.  

При синтезе наночастиц, не только магнитных, возникает проблема их агрегации: высокая поверхностная энергия приводит к тому, что частицы стремятся соединиться, уменьшая тем самым суммарную площадь поверхности. Для предотвращения этого, при синтезе наночастиц вводят органические кислоты, которые диссоциируют в растворе на ионы и отрицательно заряженные остатки кислоты покрывают поверхность наночастиц. Одинаковые заряды на частицах препятствуют сближению и соединению нанокластеров. 

Сотрудники химического факультета МГУ и лаборатории «Биомедицинские материалы» НИТУ МИСИС под руководством доктора химических наук, профессора Александра Мажуги получили одностадийным синтезом наночастицы оксида железа (III), изучили их магнитные свойства и поведение в присутствии серосодержащих карбоновых кислот. 

Относительно простой синтез наночастиц заключался в термическом разложении комплексов иона железа (III) с органическими кислотами. Варьируя концентрации исходных растворов и температуру, исследователи получают нанокластеры необходимого размера. Последующее введение в систему серосодержащих кислот оказывает существенное влияние на поверхностные свойства частиц и их форму. Как поясняет один из авторов работы, доктор химических наук, профессор Елена Белоглазкина, сульфокислоты выигрывают у обычных карбоновых кислот в качестве модификатора наночастиц, поскольку между атомами железа и серы образуется крепкая ковалентная связь. 

Изучением магнитных свойств нанокластеров оксида железа занимались сотрудники НИТУ МИСИС. Синтезированные нанокластеры обладали высоким значением магнитного насыщения. Чем выше магнитное насыщение вещества, тем меньше может быть приложенное магнитное поле для намагничивания частиц.