В современном мире повышенное внимание исследователей привлекают железосодержащие магнитные наночастицы (МНЧ) из-за присущих им магнитных свойств в сочетании с поверхностными и наноразмерными эффектами. Такие МНЧ перспективны для множества различных применений, в том числе их можно использовать в биомедицине для адресной доставки лекарств, магнитной резонансной томографии, магнитной сепарации и магнитной гипертермии.
В последние годы одной из наиболее актуальных проблем в биомедицине является борьба со злокачественными опухолями.
Перспективным методом лечения раковых заболеваний является магнитная гипертермия, при которой происходит разрушение раковых клеток при их локальном нагреве с помощью МНЧ, вводимых в опухоль.
Наиболее подходящими МНЧ для магнитной гипертермии являются магниевые ферриты шпинели (MgFe2O4), так как они обладают большей способностью к нагреванию при наложении внешнего магнитного поля, чем другие ферриты шпинели, а также являются нетоксичными и биосовместимыми для живого организма. Но МНЧ MgFe2O4 обладают плохой диспергируемостью в водных растворах, склонностью к окислению и агломерации, что сильно ограничивает их применение в магнитной гипертермии. Чтобы предотвратить данные ограничения и повысить эффективность МНЧ MgFe2O4, необходимо создание магнитных нанокомпозитов (МНК) типа ядро/оболочка, в которых немагнитная оболочка покрывает поверхность МНЧ. Наиболее подходящим материалом в качестве оболочки является диоксид кремния (SiO2), потому что он нетоксичный, термостойкий, легко диспергируется, обладает высокой биосовместимостью и обеспечивает химически инертную поверхность.
Цель работы: Исследование влияния оболочки из SiO2 на структуру и магнитные свойства МНЧ MgFe2O4, служащих ядром, синтезированных при различных концентрациях прекурсоров.
Задачи:
1) изучение литературных данных про методы синтеза МНЧ, их свойства и применение в биомедицине;
2) исследование структуры МНЧ MgFe2O4 и МНК MgFe2O4/SiO2, синтезированных с концентрацией прекурсоров 0,06 и 0,12 М;
3) исследование магнитных свойств МНЧ MgFe2O4 и МНК MgFe2O4/SiO2, синтезированных с концентрацией прекурсоров 0,06 и 0,12 М.
4) мессбауэровские исследования МНЧ MgFe2O4 и МНК MgFe2O4/SiO2, синтезированных с концентрацией прекурсоров 0,06 и 0,12 М.
В работе были проанализированы методы синтеза железосодержащих магнитных наночастиц (МНЧ), их свойства и применение в биомедицине. Результат такого анализа показал, что для борьбы с раковыми заболеваниями методом магнитной гипертермии наиболее подходящими являются МНЧ магниевых ферритов шпинели (MgFe2O4). Однако, из-за плохой
диспергируемости в водных растворах, склонности к агломерации и окислению необходимо нанесение на МНЧ MgFe2O4, являющихся ядром, оболочки из диоксида кремния (SiO2).
С целью исследования влияния влияние оболочки из SiO2 на структуру и магнитные свойства МНЧ MgFe2O4 в данной работе в качестве основного метода исследования использовалась мессбауэровская спектросокпия, как обеспечивающая достаточную чувствительность при изменении характеристик локального магнитного поля.
Исследуемые магнитные нанокомпозиты (МНК) MgFe2O4/SiO2 были синтезированы в два этапа. На первом этапе синтезировались магнитные наночастицы (МНЧ) MgFe2O4 методом пиролиза ультразвуковой аэрозоли. На втором этапе поверхности МНЧ MgFe2O4 покрывались слоем диоксида кремния (SiO2) золь-гель методом. Также в качестве катализатора использовалась соляная кислота (HCl), способствующая формированию аморфного слоя диоксида кремния на поверхности наночастиц MgFe2O4 и препятствующая образованию частиц кремнезема.
В результате исследований было установлено, что МНК MgFe2O4/SiO2 обладают структурой типа ядро/оболочка. Агломерированные из нанокристаллитов MgFe2O4 размерами —9,6 нм и —11,5 нм сферические частицы служат ядрами, которые покрыты оболочкой диоксида кремния толщиной —30 нм и —50 нм, соответственно. При этом полный размер МНК
MgFe2O4/SiO2 типа ядро/оболочка составляет ~200 нм и ~300 нм, соответственно.
По данным, полученным в результате мессбауэровской спектроскопии, можно утверждать, что в агломерациях сферической формы размерами 200300 нм нанокристаллиты с размерами ~ 9-11 нм находятся в суперпарамагнитном состоянии при комнатной температуре.
Помимо этого, исследования структуры и магнитных свойств МНК MgFe2O4/SiO2 типа ядро/оболочка показали, что данные МНК являются достаточно перспективными для применения в биомедицине в качестве источников тепла в магнитной гипертермической терапии, благодаря узкому распределению МНК по размерам, отсутствию агломерации, биологической совместимости SiO2 и тому, что температура перехода в немагнитное состояние МНК MgFe2O4/SiO2 равная 320°К находится в области, которая позволяет использовать полученные наночастицы для магнитной гипертермии.
