Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Определены условия, при которых начинается образование наноцепочек. Данные структуры формируются при достижении наночастицами оксида железа размера больше 30 нм, а также при проведении синтеза при температурах от 245 оС и выше в среде триэтиленгликоля. Также выполнена серия синтезов при 3-х температурах в режиме механического перемешивания в отсутствие внешнего магнитного поля. Обнаружено, что образование цепочечных структур происходит и в этом случае при температурах 245 оС и 265 оС. Это может быть связано с большой остаточной намагниченностью наночастиц, отсутствием сильного стабилизатора и высокой температурой. Установлено, что исходные зародыши наночастиц оксида железа обладают монокристаллической структурой, в то время как с увеличением времени синтеза методом введения наблюдается линейный рост среднего размера наночастиц, причем размер области когерентного рассеивания остается меньше размера частиц, что свидетельствует об их переходе в поликристаллическую форму. По фазовому составу все образцы имеют структуру обращенной шпинели. Исследование динамики нагрева в переменном магнитном поле показало, что образцы, полученные на поздних стадиях синтеза, демонстрируют более высокие значения удельной мощности поглощения SLP, достигающие 306 ± 13 Вт/г после 240 часов введения при 245 оС, что связано с ростом намагниченности и формированием цепочек. Образование цепочек объясняется агрегацией частиц и их взаимным магнитным притяжением. Дополнительное введение прекурсора приводит к дальнейшему росту наночастиц и стабилизации образовавшихся цепочечных структур. После пэгилирования SLP еще больше вырос до 569 Вт/г, что может быть связано с повышением коллоидной стабильность наноцепочек. Определено оптимальное массовое соотношение ПЭГ к наночастицам – от 4 к 5 до 8 к 5 для ПЭГ-2000. При данных соотношениях покрытые образцы сохраняют коллоидную стабильность в натрий-фосфатном буфере и имеют наименьший гидродинамический размер. Определено, что при 10-кратном избытке реактива Траута относительно нитродофамина наблюдается образование наноцепочечных структур во внешнем постоянном магнитном поле 1 Тл. Выявлено, что с увеличением размера больше 30 нм наблюдается образование наноцепочечных структур при температурах 245 и 265 оС, в то время как при температуре 225 оС данное явление не наблюдается. Образование наноцепочек приводит к росту коэрцитивной силы, например, для образца 265-270 до 80 Э, притом, что размер кристаллитов (16 нм) для него меньше критического размера в 20 нм. Также наноцепочки существенно более эффективно нагреваются во внешнем магнитном поле. SLP достигает 569 Вт/г для образца 245-270, в то время как для образцов серии 225 оС этот коэффициент почти в два раза ниже. r2-релаксивность для измеренных образцов не оказалась выше 28,11 мМ-1*с-1, что может быть связано с агрегацией образцов в процессе измерения. Анализ результатов МТС клеток PC3, инкубированных с МНЧ 2-24 и МНЧ 4-27 с последующим воздействием низкочастотного магнитного поля, выявил что синтезированные МНЧ интернализуются клетками и вызывают их гибель после обработки низкочастотным магнитным полем. Гистограмма выживаемости клеток PC3 после 24 ч совместной инкубации с МНЧ подтверждает описанный выше постулат. Интересно, что наши данные показывают, что магнитомеханический эффект от образца МНЧ 4-27 был достигнут уже при концентрации 30 мкг•мл−1 после 1 ч, воздействия низкочастотного магнитного поля (f = 22 Гц, B = 100 мТл), тогда как цитотоксические эффекты при той же концентрации МНЧ не наблюдались для необработанных клеток магнитным полем. Эта величина концентрации МНЧ, приводящая к снижению жизнеспособности клеток в магнитомеханических экспериментах, на порядок меньше аналогичной концентрации сферических НП, ранее упоминавшейся в других работах [1], при этом усиленный магнитомеханический эффект может быть результатом высокой анизотропии формы МНЧ 4-27. С ростом концентрации МНЧ они сами начинают проявлять слабое токсическое действие. Токсические эффекты от МНЧ в аналогичных концентрациях, но подвергнутых воздействию LF-AMF, в несколько раз выше, что делает синтезированные МНЧ 4-27 перспективной и эффективной многофункциональной платформой в тераностике. Анализ результатов МТС клеток PC3, инкубированных с МНЧ 2-24 и МНЧ 4-27 с последующим воздействием высокочастотного магнитного поля, выявил, что синтезированные МНЧ интернализуются клетками и вызывают их гибель после обработки «греющим» магнитным полем. Гистограммы выживаемости клеток PC3 после 24 ч совместной инкубации с МНЧ подтверждает описанный выше постулат. Исследования проводили с образцами МНЧ 2-24 и МНЧ 4-27 в концентрации 2 мг•л−1, и результат был, достигнут уже после 15 мин инкубации клеток PC3 c МНЧ в высокочастотном поле с F = 393 кГц и B = 25 мТл, тогда как цитотоксические эффекты при той же концентрации МНЧ не наблюдались для необработанных клеток высокочастотном магнитном поле Токсические эффекты от МНЧ в аналогичных концентрациях, но подвергнутых воздействию высокочастотного «греющего» магнитного поля, в несколько раз выше, хорошо согласуется с ранее проведенными результатами по гипертермии, что делает синтезированные МНЧ 4-27 и МНЧ 2-24 перспективными и эффективными многофункциональными платформами в тераностических приложениях. Разработан масштабируемый метод синтеза феррита ZnxFe3-xO4 (x = 0–1) методом механохимического окисления смеси железа и цинка. Изучены фазовые превращения: на ранних стадиях образуются ZnO и магнетит, затем доля магнетита увеличивается, и образуется ZnFe2O4. Мессбауэровский спектр для x = 1,0 подтверждает уменьшение магнитокристаллической анизотропии при легировании. Гистерезисные характеристики уменьшаются с ростом содержания Zn, что позволяет получать материалы с заданными свойствами. Статья по теме принята в журнал «Радиотехника и электроника». В рамках проекта наночастицы Fe₃O₄ 3-х размеров использованы для синтеза магнитоэлектрических нанокомпозитов Fe₃O₄@BaTiO₃. Были изучены их структурные, магнитные и магнитоэлектрические свойства. Наночастицы Fe₃O₄ (14,6, 25,8 и 47,3 нм) были покрыты фазой BaTiO₃. Магнитострикция составила 6,5 ppm, 6,8 ppm и 14,6 ppm соответственно. Результаты были опубликованы в качестве препринта статьи «Локальный магнитоэлектрический эффект в нанокомпозитах Fe₃O₄-BaTiO₃ со структурой ядро-оболочка» для журнала Journal of Nanoparticle Research. По данным, полученным в рамках выполнения проекта, подана статья «Seed-mediated continuous growth of CoFe2O4 nanoparticles in triethylene glycol media: role of temperature and injection speed» в журнал “Journal of Cluster Science”. В связи с обновлением белого списка статей и частичным исключением издательства Elsevier, статьи, направленные в это издательство были отозваны и перенаправлены в журналы издательства Springer, что привело к задержке выхода статей в иностранных журналах.