Исследование структуры и магнитных свойств наночастиц ферригидрита биогенного происхождения

• Автор: Ищенко, Лидия Анатольевна
• Шифр специальности: 05.16.06, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
Г ЛАВА 1. Литературный обзор
1Л Физикохимические предпосылки зарождения металлосодержащих наночастиц
1.1.1 Гомогенное зародышеобразование
1.1.2. Гетерогенное зародышеобразование
1.2 Особенности получения наночастиц оксидов железа инкапсулированных в оболочке
1.2.1. Методы синтеза и коллоидная стабилизация биосовместимых наночастиц оксидов железа химическими методами
1.2.2. Синтез оксидов железа микроорганизмами
1.3 Применение магнитных наночастиц ферригидрита в медицине
ГЛАВА 2. Получение и методы исследований наночастиц, синтезируемых бактериями
2.1 Методы культивирования и количественного учета микроорганизмов культуры Klebsiella oxytoca
2.2 Получение гидрозоля биогенных магнитных наночастиц
2.3 Метод рентгеновской дифракции
2.4 Метод просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ)
2.5. Спектрометрический метод анализа в ульрафиолетой и видимой области спектра
2.6 Метод малоуглового рентгеновского рассеяния
2.7 Метод ферромагнитного резонанса
2.8 Метод мессбауэровской (гамма резонансной) спектроскопии
2.9 ИК Фурье спектроскопия
ГЛАВА 3. Исследования наночастиц и золя наночастиц биогенного ферригидрита. Структура и магнитные свойства
3.1 Особенности бактериального синтеза биогенных наночастиц
3.1.1 Локализация наночастиц ферригидрита в бактериальной клетке
3.1.2 Физико-химические предпосылки формирования наночастиц
3.1.3 Оболочка наночастиц
3.2 Морфология наночастиц биогенного ферригидрита
3.2.1. Исследование порошков наночастиц неочищенного ферригидрита
3.2.2 Структурные исследования суспензии наночастиц биогенного ферригидрита
3.3. Магнитные свойства биогенных наночастиц ферригидрита
3.3.1 Исследование методом электронного магнитного резонанса
3.3.2 Изучение магнитных характеристик по кривым намагничивания
3.3.3 Разделение фаз методом магнитной сепарации

ГЛАВА 4. Методы обработки биогенных наночастиц ферригидрита
4.1 Мессбауэровское исследование температурных превращений в бактериальном ферригидрите
4.2 Структура и магнитные свойства биогенных наночастиц ферригидрита, легированных
гадолинием
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия наука и промышленность проявляют повышенное внимание к наноматериалам, что обусловлено необычными физическими и химическими свойствами таких материалов, связанных с проявлением так называемых «квантовых/размерных эффектов». Наноматериалы нашли применение в оптике, электронике, биомедицине, магнетизме, механике, катализе, энергетике и т. д [ 1, 2]. В частности, наночастицы оксида железа представляют большой интерес для использования в различных областях наукоемкой промышленности. Доказана возможность применения наноматериалов из гематита (y-Fe?!);,), наиболее стабильной формы оксида железа в условиях окружающей среды, для применения в качестве газовых сенсоров, катализаторов и электродных материалов [3].
Наночастицы оксида железа (РезС>4 и РегОз) исследуются для применения в биомедицине в качестве контрастного вещества для магнитно-резонансной томографии (МРТ), гипертермии, для адресной доставки лекарственных препаратов и магнитной сепарации биологических объектов. Основные требования, предъявляемые к магнитным наночасгицам для использования в медицине, - размеры частиц не должны превышать 20 нм и характеризоваться малой дисперсией; используемые частицы должны быть суперпарамагнитными; наночастицы должны быть биосовместимы и должна существовать возможность получения стабильных водных растворов для обеспечения транспорта наночастиц в биологических тканях.
Развитие методов синтеза наночастиц определенных размеров, формы и композиции - это сложная задача и важное направление исследований. Современные методы химического синтеза наночастиц являются энергоемкими, используют токсичные химические вещества и, в частности, для стабилизации частиц в растворе применяются несовместимые с биологическими тканями вещества, что ограничивает биомедицинские приложения. Перспективное новое направление в этой области - это использование микроорганизмов для производства неорганических наноразмерных частиц [4-10].
Многие микроорганизмы, как известно, производят неорганические наноструктуры и наночастицы определённого размера, формы и состава со свойствами, подобными химически синтезированным материалам. Например, бактерии чувствительные к магнитному полю формируют магнитные наночастицы; Pseudomonas stutzeri производит частицы серебра; дрожжи Schizosaccharomyces pombe синтезируют наноразмерные, полупроводниковые кристаллы CdS; наночастицы палладия образуются сульфатредуцирующими бактериями в присутствии экзогенных доноров электронов [4-10]. Нетоксичная и экологически чистая способность эукариотических и прокариотических микроорганизмов формировать наночастицы внутри- или внеклеточно является особенно важной в развитии нанобиотехнологии. Синтез неорганических материалов биологическими системами характеризуется процессами, которые происходят при

Рисунок 1.15 - Мёссбауэровские спектры высушенной культуры железосодержащих бактерий, выращенных в течение 15 и 90 дней
Таблица 1.2 Мёссбауэровские параметры высушенной культуры, измеренные при
комнатной температуре
Вещество Размер, а 18 08 W Б
15-дневная высушенная <100 0.40 0.39 0.53 0.93 0.37 0.39 0.43 0.
культура 0.39 0.40 1.41 1.80 0.29 0.28 0.10 0.
90-дневная высушенная <100 0.36 0.37 0.56 0.95 0.37 0.37 0.43 0.
культура 0.37 0.38 0.95 1.72 0.26 0.23 0.10 0.
минерал 0.35 0.61 0.40 0.
РегОзпНгО 0.35 1.07 0.38 0.
ферритин 70 0.366 0.372 0.375 0.552 0.20 0.
РегОзпНгО 0.364 0.357 0.784 1.071 0.38 0.
0.361 1.389 0.
РезС>4 35 0.340 0.85 0.90
а-РегОз 50 0.390 0.79 1.38 0.64 0.
а-РегОз <100 0.320 0.98
180 0.380 0.44
у-РегОз 100 0.260 0.90
х-РегОз <80 0.370 0.90
З-РегОз <560 0.290 0.60
1Б - изомерный химический сдвиг относительно аРе, ± 0.01 мм/с; - квадрупольное
расщепление, ± 0.02 мм/с; - ширина линии поглощения на полувысоте, ± 0.02 мм/с; Б - долевая заселенность позиции, ± 0.03.