Российские нанобиотехнологи синтезировали наногематит новым способом. Они исследовали реакцию, происходящую на Марсе после столкновения астероидов, и во время одного из опытов обнаружили образование частиц оксида железа (III). Этот способ может быть использован при создании наносенсоров, препаратов для направленной терапии бактериальных инфекций и рака, а также при визуализации процессов в организмах людей и животных. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).
Реакция раствора ферригидрита с раствором серной кислоты
Реакция раствора ферригидрита с раствором серной кислоты
«Считалось, что реакция оксигидроксида железа (ферригидрита) с крепкими растворами серной кислоты приводит к его растворению с образованием сульфата железа, тогда как взаимодействие сильно разбавленных кислот с ферригидритом в течение месяцев или даже лет приводит к образованию микрочастиц различных оксидов железа, таких как гематит. Гематит обладает низкой токсичностью и поэтому перспективен для использования в различных отраслях биомедицины. Мы проводили поиск новых методов синтеза наночастиц и решили провести реакцию ферригидрита с серной кислотой при низкой температуре (минус 60 градусов Цельсия), свойственной поверхности Марса»,— рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Евгений Колычев, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологий Московского физико-технического института.
Ученые исследовали процессы, которые могли происходить с ферригидритом на Марсе. Для этого в лабораторных условиях при типичной для Красной планеты температуре в раствор серной кислоты добавили ферригидрит. Исследователи обнаружили, что вместо растворения с образованием прозрачного раствора сульфата железа образовывался кирпично-красный осадок наночастиц гематита. Стремясь усовершенствовать этот способ синтеза, ученые выяснили, что лучший результат достигается в среде с максимально обезвоживающими способностями — смеси серной кислоты и пятиокиси фосфора.
Ученым удалось продемонстрировать потенциал полученных наночастиц для биомедицинского применения. Так, исследователи показали, что после покрытия частиц полиакриловой кислотой они могут быть использованы для избирательного связывания с патологическими клетками, например с опухолевыми. Также эти частицы, дополнительно меченные флуоресцентным красителем, были успешно использованы как контрастный препарат для оптической томографии органов животных. Дальнейшие исследования ученых будут направлены на усовершенствование и расширение возможностей применения оксида металла в этой сфере.
По мнению авторов статьи, реакция взаимодействия ферригидрита с концентрированными кислотами требует дальнейшего глубокого изучения и в перспективе может помочь в различных отраслях биомедицины, а также может быть использована при поиске новых путей эволюции минералов на других планетах, где концентрированные кислоты могут взаимодействовать с гидратированными оксидами железа, например на Марсе или Венере.
По материалам статьи Hematite Nanoparticles from Unexpected Reaction of Ferrihydrite with Concentrated Acids for Biomedical Applications; Afanasy V. Lunin, Anna A. Lizunova, Elizaveta N. Mochalova, Maria N. Yakovtseva, Vladimir R. Cherkasov, Maxim P. Nikitin, Eugene L. Kolychev, журнал Molecules, апрель 2020 г