10.04.2008
На фото: Бактерия Magnetospirillum magneticum, синтезирующая кристаллы оксида железа Команда американских ученых разработала технологию производства магнитных наночастиц, которая имитирует поведение магнитотаксических бактерий. Магнитные наночастицы, как известно, можно использовать для доставки лекарства в нужное место организма и лечения, в магнитных чернилах и в памяти с большой плотностью записи, а также в качестве магнитных уплотнителей. Некоторые штаммы бактерий производят кристаллы магнетита (Fe3O4) – отдельные наночастицы размером около 50 нанометров с магнитными свойствами. Эти магнитотаксические бактерии используют белок Mms6, чтобы связывать ионы железа. Мембраны соединяют кристаллы и образуют цепочки частиц, которые бактерии используют как иголки компаса, чтобы ориентироваться по магнитному полю Земли. Чтобы исследовать поведение этих бактерий Сурья Маллапрагада (Surya Mallapragada) собрала команду из микробиологов, биохимиков, химиков-материаловедов, химиков-инженеров и физиков из Лаборатории Эймса и Университета штата Айова. Коммерческое производство ферромагнитных наночастиц при комнатной температуре – непростое дело, так как частицы быстро собираются в кластеры, которые не обладают нужными кристаллическими и магнитными свойствами. Размер также имеет значение. При уменьшении частиц их магнитные свойства, особенно в зависимости от температуры, также изменяются. Для начала микробиолог Денис Базилински (Dennis Bazylinski, the University of Nevada-Las Vegas) выделил несколько штаммов магнитотаксических бактерий. На основе прежних работ японских исследователей (University of Agriculture and Technology) биохимик Марит Нильсен-Гамильтон (Marit Nilsen-Hamilton) клонировала и изучала белки, обнаруженные в магнитотаксических бактериях, которые связывают железо, в том числе Mms6. «Каждая бактерия производит частицы со своей собственной уникальной кристаллической структурой», – говорит исследовательница. Химик Татьяна Прозорова занялась синтезом кристаллов с помощью белков с разными концентрациями реагентов в водном растворе, но частицы образовывались слишком быстро, были маленькими и не имели специфической кристаллической структуры. По предложению физика и специалиста по росту кристаллов Поля Кэнфилда (Paul Canfield) ученые использовали полимерные гели, разработанные в Лаборатории Эймса и Университете штата Айова (Mallapragada и Balaji Narasimhan), чтобы замедлить реакцию, контролировать образование нанокристаллов и уменьшить их агломерацию (слипание). «Это обычная химия, и вы можете судить о происходящей реакции по цвету, наблюдая, как он изменяется от желтого к зеленому и черному пока образуются кристаллы. Как только кристаллы выпадают в осадок, мы берем магнит, чтобы собрать частицы на дне колбы, затем разделяем их и изучаем дальше», - рассказывает Прозорова. Исследовательница изучала синтетические наночастицы с помощью электронного микроскопа и выяснила, что Mms6, действительно, производит четко ограненные кристаллы, напоминающие те, что образуют бактерии в естественных условиях. Физик Руслан Прозоров из Лаборатории Эймса проверил магнитные свойства синтетических кристаллов, которые оказались поразительно похожи на свойства кристаллов, созданных бактериями и присущих объемным магнетитам. «Природа нашла способ «нанести удар» термодинамике (кристаллического магнетита), выстраивая наночастицы таким образом, что на них не сказывается влияние температура, как в случае отдельных кристаллов», - говорит Руслан Прозоров. Разобравшись в поведении магнитотаксических бактерий и научившись синтезировать наночастицы магнетита, ученые использовали новый подход для изготовления наночастиц феррита кобальта. Эти частицы в живых организмах не встречаются, но имеют более подходящие магнитные свойства, нежели магнетит. Ученые присоединили белок Mms6 к полоске полимеров, которые называются самособирающимися и термообратимыми гелями. Такие полоски создают определенную упорядоченную структуру и при добавлении солей кобальта и железа синтезируют кристаллы феррита кобальта. Полученные кристаллы обладали хорошими магнитными и кристаллическими свойствами. «Наш метод неплохо работает, мы получили очень хорошие гексагональные кристаллы феррита кобальта», - рассказывает Татьяна Прозорова. Ученые проверяют, будут ли белки работать с другими ферритами – неодима, гадолиния и гольмия. Исследования ученых опубликованы в журналах «ACSNano», «Physical Review B» и «Advanced Functional Materials». http://www.external.ameslab.gov/final/News/2008rel/Magnetite.html
