Введение 3
1 Обзор литературы 5
1.1 Ферригидрит, его свойства и получение 5
1.2 Методы дезагрегации осадков и гелей наночастиц 5
1.2 Динамическое рассеяние света 7
1.3 Цитотоксичность наноматериалов 9
1.4 Хемилюминесцентный анализ 12
2 Объекты и методы 15
2.1 Методика получения коллоидных растворов наночастиц 15
2.2 Ультразвуковое диспергирование и гидродинамическая кавитация 16
2.3 Определение дисперсной структуры ферригидрита методом ДРС 17
2.4 Тестирование каталитической и биологической активности 18
3 Результаты 20
3.1 Определение дисперсной структуры золей ферригидрита, влияния
лазерного излучения и магнитного поля на дисперсную структуру 20
3.2 Тестирование каталитической активности 27
3.3 Тестирование биологической активности 31
Выводы 33
Список используемой литературы: 34
Исследование свойств наноразмерных материалов - одно из наиболее активно развиваемых направлений современной науки. На протяжении последних 15 - 20 лет все большее внимание исследователей в различных областях физики, химии, биологии и медицины направленно на магнитные нанокристаллы и наноматериалы на их основе. Признано, что наноразмерные материалы представляют интерес для фундаментальных исследований и имеют большой потенциал использования в различных технологиях.
Физико-химические методы синтеза и исследования наночастиц еще недостаточно развиты, поэтому нередко затруднительно получить достаточно полную характеристику полученных объектов и их свойств. Отмечается, что свойства наночастиц очень чувствительны к нестабильности параметров технологии получения. В связи с этим представляют интерес новые методы синтеза наночастиц с магнитными свойствами. К числу новых относятся биотехнологические методы получения наночастиц. При всех известных способах получения исходно они находятся в агрегированном состоянии. Для получения их в виде изолированных наночастиц используются различные носители или стабилизаторы и методы дезагрегирования. Интенсивность диспергирования и кавитации наночастиц должна рассматриваться как один из важнейших параметров синтеза наночастиц и получения на их основе функциональных материалов.
Наноразмерные магнитные частицы имеют множество применений в различных областях физики, химической технологии, экологии и др. Наночастицы оксида железа имеют большой потенциал в биомедицине. Например, для разделения клеток, в магнитно-резонансной томографии, в терапии рака [1], а также в доставке лекарственных средств в естественных условиях. Тем не менее, железо известно как один из важных активных переходных металлов, которое участвует в реакции Фентона с образованием свободных радикалов (ОН • и О2 • -)[2].
Ферригидрит отличается минимальными размерами в сравнении с другими гидроксидами и оксидами железа и в силу этого обладает повышенной удельной площадью поверхности и реакционной способностью.
Широко распространеный в природе ферригидрит представляет собой гидроксид железа. Он принимает активное участие во многих природных процессах (в почвах, различных осадках и др.). В тканях теплокровных животных (в том числе человека), растениях и бактериях ферригидрит входит в состав ферритина. Ферритин представляет собой сферическую молекулу с диаметром ~ 12 нм, ядро которой представлено гидратированным железом (5Fe2O3^9H2O). Ядро диаметром 7,5 нм окружено белковыми субъединицами. Предполагается, что ферритин играет роль депо для ионов железа, которые могут быть токсичны для клеток. Показано, что в начальной стадии формирования в ядрах ферритина образуется не только ферригидрит. Обнаружено изменение фазового состава гидроксида железа в ядре ферритина в зависимости от размеров наночастиц.
Цель данной работы - освоение технологии синтеза и исследование дисперсных характеристик, биологической и каталитической активности биогенного ферригидрита. Для достижения данной цели решались следующие задачи:
1. Освоить методику получения коллоидных растворов гидроксида железа с помощью бактерий.
2. Определить размер наночастиц и дисперсную структуру коллоидных растворов биогенного ферригидрита.
3. Оценить влияние магнитного поля и излучения лазера на дисперсную структуру золей биогенного ферригидрита.
4. Получить оценки химической и биологической активности наночастиц биогенного ферригидрита на примере разложения перекиси водорода и клетках экспериментальных животных (крыс).
1. Освоена методика получения коллоидных растворов биогенных наночастиц ферригидрита.
2. Получены сведения о дисперсной структуре коллоидных растворов биогенного ферригидрита методом динамического рассеяния света. Методом ДРС показано, что в седиментационно устойчивых коллоидных растворах биогенный ферригидрит находится в виде индивидуальных наночастиц с гидродинамическим диаметром 3 - 6 нм и наноразмерных агрегатов с гидродинамическим диаметром от 15 - 20 до 100 - 200 нм.
3. Установлено, что лазерное излучение прибора влияет на дисперсную структуру коллоидных растворов наночастиц ферригидрита. Влияние излучения лазера обусловлено магнитной природой наночастиц.
4. Показано, что наложение магнитного поля оказывает влияние на дисперсную структуру коллоидных растворов наночастиц ферригидрита. В магнитном поле наночастицы образуют цепочки из агрегатов.
5. Показано, что наночастицы биогенного ферригидрита оказывают каталитическое воздействие на разложение перекиси в системах «вода+перекись+люминол+наночастицы ферригидрита» и «клетки животных+люминол+наночастицы ферригидрита»
6. Генерация свободных радикалов при взаимодействии перекиси водорода с наночастицами биогенного ферригидрита зависит от дисперсной структуры золей.
