Ученые Томского политеха разработали нетоксичные наночастицы c магнитными свойствами для биомедицины
Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха разработали новые магнитоэлектрические наноструктуры на основе биосовместимых материалов. Это позволяет использовать их в биомедицине, например, для изготовления на их основе композитных материалов для регенеративной медицины, биосенсоров, адресной доставки лекарств. Магнитные и магнитоэлектрические свойства дают возможность управлять соответственно перемещением и поверхностным зарядом наноструктур. Наночастицы могут быть легко модифицированы под конкретные задачи и, в отличие от зарубежных аналогов, не содержат токсичных материалов.
Проект реализуется в рамках мегагранта Минобрнауки России и национального проекта «Наука и университеты». Результаты работы ученых опубликованы в журнале Nano-Micro Small. Разработка наноразмерных структур представляет большой исследовательский интерес для мировой науки. Они имеют потенциал для использования их в качестве неинвазивных хирургических инструментов. Такие наноструктуры приводятся в движение внешним источником — магнитным полем или ультразвуком. В частности, обычные магнитные наночастицы не позволяют осуществлять контролируемое высвобождение лекарства.
Ученые Томского политехнического университета синтезировали новые наночастицы с магнитоэлектрическими свойствами для биомедицинских приложений. Ранее подобные наноразмерные структуры с магнитоэлектрическими свойствами разрабатывались в России только для приложений в электронике. Проект реализуется под руководством директора Международный научно-исследовательский центр «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ИШХБМТ Андрея Холкина. Новые гетероструктуры синтезированы гидротермальным методом. Они созданы по типу «ядро-оболочка», что позволяет получить материал с магнитоэлектрическими свойствами. Для этого исследователи соединили два разных по кристаллической структуре и химическому составу материала.
«Ядро представляет собой магнитострикционный материал — феррит марганца, который во внешнем магнитном поле может растягиваться, сжиматься, скручиваться. Его покрывает оболочка из пьезоматериала — модифицированного титаната бария. Когда мы подаем механическое напряжение на ядро, то есть деформируем материал за счет магнитного поля, деформация переходит на пьезоболочку и возникает электрический потенциал. Под действием внешнего магнитного поля мы можем перераспределять этот поверхностный заряд, то есть менять поляризацию. Создаваемый магнитоэлектрический эффект приводит к высвобождению лекарства, которое содержится на поверхности наноструктуры, по требованию в условиях переменного магнитного поля за счет изменения поляризации», — рассказывает доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха Роман Чернозем.
При модифицировании титаната бария для создания оболочки ученые частично заменили в нем ионы бария ионами кальция, ионы титана — ионами циркония. Это позволило усилить пьезосвойства, что в разы повышает эффективность наноструктур. А замена феррита кобальта, применимого обычно при создании таких гетероструктур, на феррит марганца помогла избежать токсического эффекта. Кроме того, феррит марганца является рентгеноконтрастным веществом: при помощи томографа можно отслеживать его распределение и накопление в организме. Это обуславливает высокую биосовместимость наноразмерных структур. Они способны легко встраиваться в организм пациента и стимулировать реакции клеток и тканей, необходимые для достижения оптимального терапевтического эффекта.
«Многие процессы в организме управляются электрическими биосигналами, в том числе клеточные функции. Когда мы создаем электрический материал, способный обладать такими функциями управления, и используем электрические стимулы пьезоэлектрического эффекта, мы можем «запускать» необходимые химические и биохимические реакции. Например, стимулировать регенерацию костных и нервных тканей или создавать губительный эффект для раковых клеток.
Сейчас мы активно изучаем потенциал наноструктур для разработки на их основе нейростимуляторов для лечения болезней Паркинсона и Альцгеймера. Кроме того, они могут быть эффективны для очистки водоемов от органических загрязнителей. Заряженный материал в воде приводит к генерации активных форм кислорода, которые являются токсичными для органики – бактерий, вирусов, красителей», — отмечает профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Роман Сурменев.
На данном этапе исследования ученые тестируют наноструктуры на биологических моделях и клеточных линиях. Это позволит подобрать оптимальные эксплуатационные параметры, такие как сила магнитного поля и время воздействия, для усиления положительного эффекта воздействия наночастиц и снижения негативного.
Telegram 
Дзен 
VK Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Исследование крупнейшего в Европе массового захоронения медного века Камино-дель-Молино указало на то, что дети и подростки, жившие в Испании почти пять тысяч лет назад, страдали и умирали от хронических респираторных инфекций, в числе которых, вероятно был туберкулез.
Кофеин известен прежде всего как стимулятор, повышающий бодрость и физическую работоспособность, однако его влияние на глубинные процессы восстановления мозга во время сна остается предметом дискуссий. Систематический обзор 32 исследований показал, что кофеин не столько сокращает продолжительность сна, сколько меняет его нейрофизиологическое качество, подавляя медленноволновую активность мозга, и сдвигает спящий мозг в более поверхностное, возбужденное состояние.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно