«Магнит для неприятностей»: ученые предложили использовать наночастицы оксида железа для борьбы с токсичными веществами

Российские ученые исследовали сорбционные свойства наночастиц оксида железа в углеродной оболочке. Изучение структуры этих частиц показало их высокую эффективность в процессе извлечения органических красителей из воды. Также эти частицы продемонстрировали пригодность для направленного разрушения клеток карциномы легкого. Работа выполнена сотрудниками подведомственных Минобрнауки России Сибирского федерального университета (СФУ) и Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения РАН» (ФИЦ КНЦ СО РАН).

Наночастицы железа часто применяются в медицине и экологии — ученым уже известна их способность нарушать целостность клеточной мембраны раковой опухоли, тем самым уничтожая ее. Также эти наночастицы используют в качестве «многоразовых» сорбентов (очищающих веществ) для тяжелых металлов и органических красителей, остатки которых попадают со сточными водами в реки и озера.

«Мы изучили свойства наночастиц, изготовленных из оксида железа и обернутых в «шубу» из углерода, и проверили, как они справляются с извлечением анионных и катионных органических красителей (родамина и эозина, дающих оттенки розового и красного) из воды. Не секрет, что бытовые и промышленные фильтры могут не справляться с задачей полного извлечения этих веществ — следовые количества красителей остаются и затем попадают в питьевую воду и почву. Оказалось, что оба типа красителей хорошо адсорбировались поверхностью наночастиц, что связано в большей степени с углеродным покрытием, которое наподобие губки «впитывает» загрязнители, а магнетитовое ядро позволяет быстро извлекать наночастицы из воды для ускорения процесса очистки», — говорит доцент кафедры экспериментальной физики и инновационных технологий Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ, заместитель директора по науке Института физики ФИЦ КНЦ СО РАН, кандидат физико-математических наук Алексей Соколов.

Обычные сорбенты, использующиеся для ликвидации загрязнений, работают длительное время — они адсорбируют (поглощают) загрязняющие вещества, а затем удаляются специалистами или самостоятельно разрушаются, если изготовлены из биоразлагаемого материала. Предлагаемая коллективом красноярских ученых альтернатива — это сорбент многоразового использования, который работает быстро и полностью извлекается из воды после выполнения задачи.

«Наночастицы из оксида железа в углеродной обертке легко собираются с помощью магнитного поля — их можно очистить от собранных загрязнителей химическим способом и использовать заново. Напрашивается аналогия с активированным углем — его тоже можно восстанавливать и использовать заново», — продолжил исследователь.

Самое очевидное использование таких «многоразовых» адсорбентов — фильтры, позволяющие наладить рециркуляцию (круговорот) воды с сопутствующим избавлением от отравляющих примесей — пойманными и обезвреженными окажутся не только анионные и катионные красители, встречающиеся в бытовой химии и пищевых продуктах, но и ионы тяжелых металлов, такие как медь и свинец.

Провести анализ воды с помощью метода магнитной сорбции получится даже у открытого водоема — взять небольшую пробу и прогнать ее через фильтр. По словам эксперта, таким образом можно выявить даже самые малые примеси токсикантов, которые могут пропустить лабораторные приборы, не улавливающие значения ниже предельно допустимой концентрации.

Вторым направлением, в котором можно успешно применять наночастицы оксида железа, покрытые углеродной «шубой», считается медицина. Алексей Соколов объяснил, в чем заключается работа наночастиц при проникновении в раковую клетку.

«Наночастицы давно широко используют для направленной транспортировки лекарств или уничтожения раковых клеток. Известны эксперименты с покрытыми золотом наночастицами, проводящиеся, в частности, химиками СФУ. Механизм работы наших наночастиц сходный. Можно посадить на такие частицы метки-аптамеры и направить их в пораженный орган, там под воздействием переменного электромагнитного поля частицы начнут вибрировать, разрушая клеточные мембраны и уничтожая клетки опухоли изнутри. Оказалось, кстати, что углеродное покрытие, может вполне заменить дорогостоящее золото», — сообщил эксперт.

Эксперимент по разрушению клеток карциномы Эрлиха последовательно проводился с использованием низкочастотного чередующегося магнитного поля. Количество клеток, уничтоженных в результате их взаимодействия с наночастицами оксида железа в переменном магнитном поле, на 27% больше относительно контрольных клеток.

Исследование прошло при финансовой поддержке Минобрнауки России, его результаты опубликованы в одном из международных научных изданий.