Химики создали магнитную жидкость для медицинской диагностики и лечения опухолей

Ученые из Научно-технологического университета «Сириус» вместе с коллегами из Москвы и Скопье (Македония) получили магнитную жидкость на основе воды и стабильных наночастиц из оксидов кобальта и железа. Под действием магнитного поля такой раствор быстро нагревается и начинает ускорять окислительные реакции подобно природному ферменту-пероксидазе. Благодаря таким свойствам полученная жидкость потенциально может использоваться для избирательного нагрева раковых клеток при лечении онкологических заболеваний, а также в качестве искусственного фермента в лабораторных анализах. Результаты исследования опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces.

В медицине и биотехнологии все чаще используют магнитные жидкости — помещенные в воду наночастицы на основе металлов или их оксидов, которые реагируют на магнитное поле. С помощью него наночастицы можно перемещать по организму для доставки лекарств. Кроме того, если «провести» такие частицы к опухоли и затем с помощью того же поля нагреть, можно уничтожать раковые клетки без вреда для здоровых тканей.

Обычно магнитные частицы создают из оксидов железа, кобальта или их смеси. Они хорошо реагируют на магнитное поле, но склонны слипаться друг с другом и из-за этого терять свои качества. Чтобы избежать такого эффекта, ученым приходится использовать специальные химические «покрытия», которые, хотя и препятствуют слипанию, делают частицы токсичными для живых клеток или мешают дополнительно их изменять, придавая новые свойства. Поэтому химики ищут способ создать стабильные наночастицы без посторонних примесей.

Ученые разработали метод получения нетоксичных магнитных двухкомпонентных жидкостей на основе воды и «чистых» наночастиц из оксидов кобальта и железа без добавления каких-либо стабилизирующих агентов, полимеров или кислот.

Авторы разработали новую методику получения этого материала: меняя соотношение компонентов и подбирая оптимальные условия протекания процессов, исследователи улучшили классическую технологию, при которой соли железа и кобальта смешивают с раствором аммиака для формирования наночастиц феррита кобальта. Для получения качественных коллоидных систем и снижения количества посторонних примесей ученые использовали ультразвуковое облучение.

Наиболее стабильные растворы получались, когда кобальта в наночастицах было в 2,3–9 раз меньше, чем железа. Если количество кобальта сильно сокращали, наночастицы начинали слипаться. Это объясняется тем, что на поверхности частиц кобальт взаимодействует с водой и формирует оболочку, которая заставляет их отталкиваться друг от друга и предотвращает слипание. При этом благодаря отсутствию посторонних примесей такие системы можно широко применять в современном химическом и наноинжиниринге для получения функциональных наносистем.

Исследователи также оценили способность полученных жидкостей нагреваться под действием магнитного поля, что может быть использовано в противоопухолевой терапии. Оказалось, что сильнее всего температура поднимается в частицах, содержащих в 6,5–9 раз меньше кобальта, чем железа.

Специалисты также обнаружили, что наночастицы с высоким содержанием кобальта способны осуществлять окислительные реакции с участием перекиси, за которые в природе отвечают ферменты-пероксидазы. Эта особенность будет полезна при создании биосенсоров и высокочувствительных тест-систем для диагностики онкологических и инфекционных заболеваний.

«Несмотря на то что схожих магнитных материалов существует великое множество, наш отличается простотой химического состава, благодаря которому с ним легко работать, особенно тогда, когда какие-либо примеси могут мешать. Например, это важно при разработках, связанных с различными биомедицинскими задачами, при нанесении тонких неорганических пленок или покрытий», — сказал руководитель проекта и старший научный сотрудник Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус» Андрей Дроздов. 

Ожидается, что разработанный материал будет интересен ученым и профессионалам, занятым в химическом инжиниринге, материаловедении и нанотехнологиях.

«Подобные высокостабильные растворы наночастиц можно использовать для замены дорогостоящих ферментов при создании биосенсоров или контрастных агентов для МРТ, а также в разработке приборов и систем, где нужны тонкие магнитные слои», — уточнил Андрей Дроздов.