Синтез гибридных золотосодержащих наночастиц CuFe₂O₄/Au и CuO/Au с использованием метода анионообменного осаждения

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Одним из наиболее популярных направлений в области нанотехнологий является создание и применение гибридных наноматериалов, обладающих широкими возможностями вследствие их многофункциональности, которой невозможно достичь путем простого смешения отдельных компонентов. Благодаря сочетанию физико-химических (магнитные, оптические) свойств составных веществ гибридные наноматериалы могут быть использованы в таких областях, как химия, физика, микроэлектроника, биотехнология, катализ и медицина [1–5].

В последнее время отмечается рост интереса к использованию гибридных наночастиц (НЧ), обладающих суперпарамагнитными и ферримагнитными свойствами, в тераностике (объединение терапевтических и диагностических функций в одном нанообъекте) [6–9]. При помощи внешнего магнитного поля такие частицы могут быть легко направлены в определенные органы и ткани вместе с закрепленными на их поверхности молекулами лекарственного препарата [10–13]. Анализ литературы показывает, что магнетит часто используется в качестве материала для создания магнитных ядер, поскольку он обладает высокой биосовместимостью. Однако наночастицы магнетита могут проявлять цитотоксичность как в отношении культур клеток, так и при введении подопытным животным [14, 15]. Кроме того, магнетит подвержен окислению, что приводит к снижению его магнитных свойств [16, 17].

Большей химической и термической стабильностью, а также значительной удельной намагниченностью обладают ферриты цветных металлов, в частности меди (СuFe₂O₄), которые все чаще рассматриваются в качестве альтернативы магнетиту. Магнитные свойства феррита меди к тому же могут быть настроены путем контроля условий синтеза, поскольку он кристаллизуется в двух сосуществующих фазах (кубической и тетрагональной), отличающихся магнитными свойствами [18–21].

Некоторым ограничением для использования в биомедицине материалов на основе меди является их потенциальная токсичность. Однако она может быть заметно снижена нанесением на поверхность НЧ оболочки из благородных металлов, например серебра или золота. Такая модификация поверхности НЧ высокостабильна, инертна и биосовместима. Кроме того, оптические и каталитические свойства таких гибридных структур можно варьировать в зависимости от типа покрытия (плотная оболочка или декорирование нанокластерами), морфологии и размеров НЧ золота на поверхности [22–27].

Значительный интерес для биомедицины представляют также гибридные НЧ с ядром из СuO и золотом на поверхности. Они рассматриваются как перспективный материал для создания, например, высокочувствительных неферментативных средств определения глюкозы [28, 29], поскольку НЧ оксида меди(II) обладают отличными электрохимическими свойствами, высокой светочувствительностью и физико-химической стабильностью.

Эти структуры востребованы и для каталитических приложений, поскольку обладают большой удельной площадью поверхности, уникальной геометрической и электронной структурой [30].

В литературе широко представлен синтез НЧ оксида меди(II) с различной морфологией [31–34], однако работ, посвященных получению гибридных наноструктурных материалов с наличием благородных металлов на поверхности, не так много. Сообщается о получении композитов CuO/Pt [35], CuO/Ag [36], CuO/Pd [37, 38] и СuO/Au [39].

На наш взгляд, это связано со сложностью получения таких гибридных систем, обусловленной в первую очередь различием кристаллических структур оксидного ядра и золотой оболочки, что препятствует закреплению последней на поверхности ядра. Для решения этой проблемы используют модификацию поверхности НЧ различными органическими молекулами, выполняющими роль “якоря”. Эффективность получения гибридных структур зачастую определяется методом синтеза оксидного ядра, размером получаемых частиц, величиной поверхностного заряда, составом поверхности.

В данной работе для получения ядер – НЧ феррита и оксида меди(II) – использовали разработанный нами и хорошо зарекомендовавший себя для получения гибридных систем метод – анионообменное осаждение с использованием анионита в ОН-форме [40–43]. Анионообменное осаждение имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным химическим осаждением [44, 45]. Процесс осуществляется в стационарных легко контролируемых условиях, при низких ионных силах, без избытка осадителя, что позволяет получать однородный монодисперсный продукт с воспроизводимыми физико-химическими свойствами. Кроме того, разработанный нами метод позволяет контролировать поверхностный заряд и морфологию получаемого продукта [46].

С целью предотвращения агрегации полученных магнитных НЧ феррита меди, а также контроля их размера осаждение осуществляли в присутствии полисахарида декстрана-40. Функционализацию поверхности феррита и оксида меди(II) для адсорбции и дальнейшего восстановления золота проводили аминокислотой L-метионином. Это восстанавливающая аминокислота, которая играет важную роль в жизнедеятельности организмов. При этом дополнительные восстановители или предварительно сформированные нанокластеры золота не использовались. Полученные гибридные нанокомпозиты CuO/Au и CuFe₂O₄/Au были охарактеризованы комплексом современных физико-химических методов, в том числе проведено их биотестирование (Escherichia coli, Bacillus subtilis).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовали следующие реактивы: декстран-40 (М = 40000 Да, PanReac AppliChem), L-метионин (PanReac AppliChem), HAuCl₄ ⋅ 4H₂O, NaOH, FeCl₃ ⋅ 6H₂O, Cu(NO₃)₂ ⋅ 3H₂O, CuCl₂ ⋅ 2H₂O (“х. ч.”, Химреактивснаб), гелевый анионит АВ-17-8 (ГОСТ 20301-74, ПАО “АЗОТ”), содержащий в качестве ионогенных групп четвертичные триметиламмониевые группы. Анионит был переведен в ОН-форму, для чего исходный сорбент в хлоридной форме отмывали от мономеров 1М раствором NaCl (Т : Ж = 1 : 3), обрабатывали 5–6 раз 2М раствором NаОН (Т : Ж = 1 : 3) по 1 ч, промывали водой до рН 6–7 и высушивали при температуре 60°С. Полная обменная емкость анионита в OH-форме, установленная по 0.1М раствору HCl, составила 1.5 ммоль-экв/г.

Синтез наночастиц СuFe₂O₄. Навески исходных солей (0.68 г СuCl₂ · 2H₂O и 2.16 г FeCl₃ · 6H₂O) растворяли в 50 мл 10%-ного раствора декстрана-40 и добавляли предварительно набухший в воде анионит (1.5-й молярный избыток). Синтез проводили при 60°С и перемешивании 180 об./мин в течение 1 ч. Для отделения анионита смесь пропускали через сито с диаметром отверстий 0.16 мм и промывали дистиллированной водой. Осадок отделяли центрифугированием, высушивали при 80°С и подвергали отжигу при 850°С в течение 1 ч.

Синтез CuFe₂O₄/Au. 0.025 г наночастиц феррита меди диспергировали в 20 мл 0.03М раствора L-метионина с использованием ультразвука в течение 30 мин. После этого в реакционную среду добавляли 20 мл 0.6 мМ раствора H[AuCl₄], 1М раствор NaOH до pH 12. Процесс проводили при 37°С в течение 4 ч при перемешивании (180 об./мин). Полученные наночастицы отделяли при помощи магнитного сепарирования, тщательно промывали дистиллированной водой и 96%-ным этиловым спиртом.

Синтез наночастиц CuO. К 50 мл 0.08M раствора нитрата меди добавляли предварительно набухший в воде анионит (1.5-й молярный избыток). Синтез проводили при 60°С и перемешивании (180 об./мин) в течение 20 мин. По истечении указанного времени с целью увеличения эффективности отслаивания осадка и снижения его доли на поверхности зерен анионита проводили ультразвуковую обработку (УЗ-ванна, 35 кГц (Сапфир, Россия)) в течение 30 с. Для отделения анионита полученную суспензию пропускали через сито с диаметром отверстий 0.16 мм и промывали дистиллированной водой. Для дополнительных исследований полученные наночастицы CuO прокаливали при температуре 400°С в течение 1 ч.

Синтез наночастиц CuO/Au. К 20 мл 0.003М раствора L-метионина добавляли 1М раствор NaOH до pH 12, а затем в полученной среде диспергировали 0.025 г наночастиц оксида меди и подвергали ультразвуковой обработке в течение 30 мин (УЗ-ванна, 35 кГц (Сапфир, Россия)). После этого в реакционную среду добавляли 20 мл 0.6мМ раствора H[AuCl₄]. Процесс проводили при 37°С в течение 4 ч при перемешивании (180 об./мин). Полученные наночастицы отделяли при помощи центрифугирования (6000 об./мин), тщательно промывали дистиллированной водой и 96%-ным этиловым спиртом.

Характеризация полученных наночастиц. Фазовый состав образцов устанавливали на дифрактометре Shimadzu XDR-600 (Shimadzu Corporation, Япония) в СuK_α-излучении, идентификацию фаз осуществляли с помощью картотеки базы данных PDF2. Уточнение параметров ячейки осуществляли в ПО Topas3 методом Ритвельда. Методом динамического рассеяния света (ДРС) были определены ζ-потенциалы частиц при помощи прибора Zetasizer Nano ZS (Malvern Panalytical, Великобритания). Изучение микроструктуры, энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию (ЭДРС), а также электронную микродифракцию НЧ проводили с использованием просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) Hitachi 7700М (Hitachi Corporation, Япония) при ускоряющем напряжении 100 кВ. Для построения диаграммы распределения частиц СuO, CuFe₂O₄ по размерам было подвергнуто статистической обработке 500 частиц. Размер получаемых нанокластеров золота определяли в ходе статистической обработки ПЭМ-изображений (900 частиц). Для исследования методом рентгеновской фотоэлектронной (РФЭ) спектроскопии каплю полученного гидрозоля высушивали на пирографитовой подложке в вакууме шлюзовой камеры спектрометра SPECS (SPECS GmbH, Германия), снабженного полусферическим анализатором электронов PHOIOS 150-CD-9. Спектры образцов регистрировали при возбуждении монохроматизированным излучением AlK_α (E = 1486.6 эВ).

Биотестирование полученных наночастиц осуществлялось с использованием метода агаровых лунок. На агар в чашку Петри наносили аликвоту (100 мкл) бактериальной суспензии, которую равномерно распределяли шпателем Дрегальского для получения газонов тестовых микроорганизмов Escherichia coli, Bacillus subtilis. Затем при помощи пробочного сверла в агаре вырезали несколько лунок, в которые вносили одну-две капли расплавленного и остуженного до 45°С агара для образования луночного дна. В получившиеся углубления помещали гидрозоли с различной концентрацией НЧ. Активацию микробных культур осуществляли методом пассажа из музейных культур истощающим мазком для образования единичных колоний. Микробные культуры далее использовали для приготовления бактериальной суспензии с необходимым титром 1×10⁶ КОЕ путем разбавления дистиллированной водой.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Синтез наночастиц CuFe₂O₄. Процесс анионообменного соосаждения меди и железа анионитом АВ-17-8 в ОН-форме в присутствии полисахарида декстрана-40 может быть описан уравнением (1):

${\mathrm{FeCl}}_3+{\mathrm{CuCl}}_2+5\mathrm{R}-\mathrm{OH}\stackrel{\mathrm{декстран}-40 60°\mathrm{С}}{\to }\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3\downarrow +\mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2\downarrow +5\mathrm{R}-\mathrm{Cl}$, (1)

где R-OH и R-Cl – анионообменная смола AВ-17-8 в OH- и Cl-формах соответственно.

Полисахарид предотвращает агломерацию и агрегацию образующихся частиц, что позволяет получить высокоактивные прекурсоры и снизить температуру и длительность их дальнейшего прокаливания для получения наноразмерных порошков шпинели [40, 41].

В ходе обработки при 850°С в течение 1 ч продуктов анионообменного осаждения сформировались однородные частицы размером 18.3 ± 0.4 нм (рис. 1а, 1в), представляющие собой, по данным электронной микродифракции (рис. 1б), однофазный СuFe₂O₄.

 

Рис. 1. ПЭМ-изображение (а), электронная микродифракция (б), а также диаграммы распределения НЧ CuFe₂O₄ по размерам (в).

 

Известно, что для CuFe₂O₄ характерно существование кубической и тетрагональной модификаций, причем последняя считается более термодинамически устойчивой при обычных условиях [47, 48]. Согласно РФА (рис. 2а), в данных условиях получена смесь кубического (c-CuFe₂O₄, Fd$\overline{3}$m; 33 ± 2%; a = 8.388 ± 0.001 Å) и тетрагонального (t-CuFe₂O₄, I4₁/amd; 67 ± 2%; a = 5.870 ± 0.001 Å, c = 8.556 ± 0.001 Å) феррита меди.

 

Рис. 2. Рентгенограммы НЧ CuFe₂O₄ (a) и CuO (б) (черные линии), результаты уточнения профиля по методу Ритвельда (красные линии) и разностная кривая (светло-серые линии).

 

Синтез наночастиц СuO. Анионообменное осаждение ионов меди(II), как показано нами ранее [49], в зависимости от условий процесса приводит к формированию гидроксида (Cmc21) или оксида меди (C12/c1). Причем CuO образуется в растворе без использования стабилизаторов и дополнительной стадии термической обработки:

$\mathrm{Cu}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2+2\mathrm{R}-\mathrm{OH}-\stackrel{60°\mathrm{С}}{\to }\mathrm{CuO}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+2\mathrm{R}-{\mathrm{NO}}_3$.

По данным РФА (рис. 2б) и микродифракции электронов (рис. 3б), в ходе анионообменного осаждения в реакционном растворе сформировался однофазный оксид меди(II) – тенорит.

 

Рис. 3. ПЭМ-изображение (а), электронная микродифракция (б), а также диаграммы распределения НЧ СuO по длине (в) и по толщине (г).

 

Как правило, дегидратация гидроксида меди в водных растворах протекает в щелочной среде (рН > 12) при температуре выше 80°С [50–52]. Однако в ходе анионообменного осаждения pH составляло 6–7, а температура не превышала 60°С. По нашему мнению, процесс дегидратации первоначально образовавшегося гидроксида меди протекает на поверхности зерна анионита через образование поверхностных гидроксокомплексов меди [49].

Согласно данным ПЭМ (рис. 3а), полученный образец НЧ CuO представляет собой агломераты вытянутой формы длиной 85 ± 3 нм и толщиной 15.1 ± 0.3 нм, которые, вероятно, состоят из частиц меньшего размера. Распределение наночастиц CuO по размерам (рис. 3в, 3г) подчиняется логнормальному закону, что указывает на их возможную агломерацию.

Получение гибридных НЧ CuFe₂O₄/Au и СuO/Au. Существуют два основных подхода к синтезу золотосодержащих нанокомпозитов. В соответствии с первым, сначала получают нанокластеры золота, например путем восстановления золотохлористоводородной кислоты борогидридом [53] или цитратом натрия [54]. После смешения полученных кластеров с золем поверхностно модифицированных ядер происходит самосборка частиц типа “ядро–сателлит”. Для модификации ядер используют, в частности, полиэтиленимин (PEI) [55, 56], соединения меркаптанов или кремнезем с привитыми аминогруппами (APTMS) [57, 58].

В другом подходе восстановление золота происходит непосредственно на поверхности ядер. В этом случае поверхность модифицируют бифункциональными лигандами: цитратом [59], дитиоянтарной кислотой [5], метионином [60]. Бифункциональный лиганд должен обладать сродством как к поверхности ядра, так и золота. Восстановителем при таком подходе может выступать как само соединение-якорь, вводимое в избытке, так и добавленный восстановитель (аскорбиновая кислота [61], гидроксиламин [62]). Зачастую золото восстанавливается не на поверхности, а в объеме раствора с образованием отдельных крупных (50–80 нм) частиц. Для предотвращения такого “паразитного” восстановления требуется тщательный подбор восстановителя, модификатора и стабилизатора. Этот подход, успешно примененный нами ранее для синтеза гибридных частиц CoFe₂O₄/Au и NiFe₂O₄/Au [63–65], использован и в данной работе.

Модификацию поверхности наночастиц феррита и оксида меди осуществляли молекулами серосодержащей аминокислоты – L-метионина (Met), способными связать, а затем и восстановить золотосодержащие ионы.

Механизм восстановления золота из HAuCl₄ метионином довольно сложен. Процесс протекает в несколько стадий. На первой стадии аминокислота быстро связывается как бидентатный S- и N-донорный лиганд с ионом [AuCl₄]^–, образуя промежуточный комплекс [AuCl₂(Met)]⁺. На второй стадии промежуточный продукт реагирует со второй молекулой метионина, в результате чего золото восстанавливается до [AuCl₂]⁻, и образуется сульфоксид метионина S(O)CH₂CH₂C(NH₂)COOH. [AuCl₂]⁻ затем быстро диспропорционирует, образуя [AuCl₄]⁻ и металлическое золото [66–69]:

$3{\left[{\mathrm{AuCl}}_2\right]}^{-}=2{\mathrm{Au}}^0+{\left[{\mathrm{AuCl}}_4\right]}^{-}+2{\mathrm{Cl}}^{-}$.

Согласно данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (рис. 4а), на поверхности полученных гибридных наночастиц присутствует золото.

 

Рис. 4. Обзорный РФЭ-спектр (a), РФЭ-спектры S 2p (б) и Au 4f (в) НЧ CuFe₂O₄/Au.

 

Спектр S 2p (рис. 4б) представлен дублетом с энергией связи S 2p_3/2 162.6 эВ и S 2p_1/2 164.1 эВ, который можно отнести к тиоэфирной группе C-S-C исходного метионина [63, 64, 66]. Сульфоксид метионина в спектрах не наблюдается, вероятно, по причине его низкой концентрации или десорбции с поверхности в ходе пробоподготовки.

Спектр Au 4f (рис. 4в) можно разложить с использованием трех компонент: первый дублет с энергиями связи Au 4f_7/2 84.0 эВ и Au 4f_5/2 87.7 эВ соответствует металлическому Au (22.7%); второй дублет с энергиями связи Au 4f_7/2 84.9 эВ и Au 4f_5/2 88.7 эВ обусловлен наличием на поверхности Au⁺ (61.4%); третий дублет Au 4f_7/2 85.6 эВ и Au 4f_5/2 89.6 эВ может быть отнесен к Au³⁺ (15.0%). Наличие в спектрах ионов Au+ и Au³⁺ подтверждает приведенный выше механизм восстановления золота метионином.

На рис. 5 показаны микрофотографии полученных гибридных наночастиц CuFe₂O₄/Au (рис. 5а) и CuO/Au (рис. 5в, д). На поверхности оксидов хорошо заметны имеющие более высокий контраст нанокластеры золота, что подтверждается электронным микродифракционным анализом (рис. 5б, г, е), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (рис. 6а, б) и рентгенофазовым анализом (рис. 7).

 

Рис. 5. ПЭМ-изображения (а, в, д) и картины микродифракции электронов (б, г, е) НЧ CuFe₂O₄/Au (a, б) и CuO/Au без прокаливания CuO (в, г) и после прокаливания CuO (д, е).

 

Рис. 6. ЭДРС НЧ CuO/Au без прокаливания CuO (а) и после прокаливания CuO (б).

 

Рис. 7. Рентгенограммы CuFe₂O₄/Au (a) и CuO/Au без прокаливания CuO (б), после прокаливания CuO (в), а также результаты уточнения профиля по методу Ритвельда (красные линии) и разностная кривая (светло-серые линии).

 

Следует отметить, что плотность покрытия частиц CuFe₂O₄ и СuO нанокластерами золота довольно высока и практически одинакова для всех образцов (около 10 кластеров на 400 нм² поверхности оксидной наночастицы), а осаждение золота не влияет на структуру, стехиометрию и морфологию исходных частиц. Размер золотых кластеров на частицах СuO/Au и CuFe₂O₄/Au составил 2.4 ± 0.3 нм и 1.9 ± 0.2 нм соответственно. В работе [39] также получали гибридный материал CuO/Au, однако плотность покрытия поверхности золотом была очень низкой (~ 1 частица на 10 000 нм²), а размеры наночастиц золота варьировалиcь от 7 до 20 нм. Достигнутая нами высокая плотность покрытия ядер нанокластерами золота, по всей видимости, объясняется положительным значение дзета-потенциала полученных с использованием анионообменного осаждения оксидных ядер (14 ± 2 мВ для CuFe₂O₄, 29 ± 2 мВ для СuO, что обеспечивает высокую степень адсорбции AuCl₄ и соли метионина (рН 12) на поверхности ядер и способствует последующему восстановлению золота.

Полученные наноматериалы обладают значительной удельной поверхностью и низкой стоимостью вследствие небольших размеров кластеров золота на поверхности (~ 2 нм), что делает их привлекательными для каталитических и биомедицинских применений. Кроме того, свойства полученных нанокомпозитов можно варьировать в зависимости от природы ядра и размера поверхностных кластеров золота. Например, в случае использования магнитных ядер такой катализатор можно легко отделить с помощью внешнего магнитного поля.

Биотестирование гибридных наночастиц CuFe₂O₄/Au и СuO/Au. В связи с возможностью потенциального применения полученных гибридных материалов в биологии и медицине важным вопросом остается проблема их биосовместимости. Размер получаемых наночастиц является существенным фактором, влияющим на токсичность наноматериалов [70]. Частицы меньшего размера обладают большей площадью поверхности, более высокой поверхностной активностью, что может привести к их большей токсичности [71]. Токсичность наночастиц может возрастать с увеличением поверхностного положительного заряда вследствие усиления электростатического взаимодействия с клеткой [72, 73].

В качестве тест-систем в наших экспериментах были использованы микроорганизмы – E. coli и B. subtilis. Биосовместимость полученных наночастиц исследовали методом агаровых лунок, снижая концентрацию наночастиц от лунки к лунке в диапазоне 100–12.5 мг/мл.

Результаты диффузионного теста (рис. 8, 9) показали, что наночастицы оксида меди (II) без золота на поверхности проявляют заметный токсический эффект (B. subtilis: 100 мг/мл – 11 ± 2 мм, 50 мг/мл – 9 ± 1 мм, 25 мг/мл – 9 ± 1 мм, 12 мг/мл – 5 ± 1 мм; E.coli: 100 мг/мл – 11 ± 1 мм, 50 мг/мл – 10 ± 1 мм, 25 мг/мл – 9 ± 1 мм), что связано с их большой площадью поверхности и высокой реакционной способностью. После термической обработки при 400°C их токсичность резко снижается: отсутствие зоны ингибирования роста E. coli во всем концентрационном диапазоне и при концентрации ниже 50 мг/мл для B. subtilis, что связано с укрупнением частиц оксида меди (II) после прокаливания, а также снижением их дзета-потенциала до 11 ± 1 мВ. Наночастицы CuFe₂O₄ продемонстрировали ингибирующий эффект как на E. coli, так и на B. subtilis, что позволяет потенциально использовать наночастицы CuFe₂O₄ в качестве магнитного антибактериального агента. Наночастицы CuFe₂O₄ и CuO обладают выраженным олигодинамическим действием по отношению к E. coli и B. subtilis вследствие положительного заряда поверхности НЧ (14 ± 2 мВ для CuFe₂O₄, 29 ± 2 мВ для СuO, 11 ± 1 мВ для СuO после прокаливания). Наночастицы адсорбируются на отрицательно заряженной поверхности бактерий, что приводит к изменению проницаемости цитоплазматической мембраны, нарушению гомеостаза, трофических и генеративных процессов [74, 75]. Снижение токсичности золотосодержащих образцов вероятно, объясняется резким снижением дзета-потенциала, вызванным адсорбцией AuCl₄^– и восстановлением золота на поверхности наночастиц: 0.7 ± 0.2 мВ для CuFe₂O₄/Au; 5 ± 1 мВ для СuO/Au; 0.5 ± 0.2 мВ СuO_{прокал.}/Au.

 

Рис. 8. Зоны ингибирования роста тест-культур B. subtilis (a–д) и E. coli (е–к) НЧ СuFe₂O₄ (a, е), CuFe₂O₄/Au (б, ж), CuO (в, з), CuO/Au (г, и) и CuO (д, к) после прокаливания: 1 – 100, 2 – 50, 3 – 25, 4 – 12.5 мг/мл.

 

Рис. 9. Антибактериальная активность наночастиц CuFe₂O₄, CuFe₂O₄/Au, CuO, CuO/Au и СuO (после прокаливания) на тест-культурах B. subtilis и E. coli.

 

Наличие золота на поверхности всех гибридных наночастиц повышает их биосовместимость, на что указывает меньшая зона ингибирования, измеренная после 20 ч инкубации. Это позволяет сделать вывод о потенциальной применимости таких материалов в биомедицине.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подобраны условия получения монофазного феррита меди, содержащего наночастицы с узким распределением по размерам (18.3 ± 0.4 нм), пригодные для использования в качестве магнитных ядер. Предложен метод синтеза оксида меди(II) с использованием сильноосновного анионита АВ-17-8 в ОН-форме, позволяющий без дополнительных стадий отмывки и очистки, а также прокаливания получать однородные по составу и морфологии наночастицы.

Полученные оксидные наночастицы использованы для синтеза гибридных материалов состава CuFe₂O₄/Au и CuO/Au. Установлено, что под действием L-метионина на поверхности феррита и оксида меди (II) формируются нанокластеры золота размером около 2 нм с плотностью покрытия 10 частиц на 400 нм². Все полученные материалы охарактеризованы комплексом физических методов исследования (ПЭМ, ЭДРС, ДРС, РФА, РФЭС).

Исследование биосовместимости синтезированных наноматериалов на тест-организмах Escherichia coli и Bacillus subtilis показало, что после осаждения золота токсическое действие наночастиц CuFe₂O₄/Au и СuO/Au заметно снижается по сравнению с непокрытыми наночастицами феррита меди и оксида меди(II). Низкая токсичность и подходящие магнитные свойства наночастиц CuFe₂O₄/Au делают их потенциальными кандидатами для применения в магнитотермической терапии.

БЛАГОДАРНОСТЬ

В работе использовано оборудование ИХХТ СО РАН, Красноярского регионального центра коллективного пользования ФИЦ КНЦ СО РАН и Центра коллективного пользования СФУ.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Измерение дзета-потенциалов частиц, запись РФЭ-спектров и отработка методики получения фотокаталитически активных нанокомпозитов полупроводник-золото проводились в рамках проекта Российского научного фонда № 22-13-00321.

Синтез НЧ феррита и оксида меди, а также их изучение методами ПЭМ и РФА проводилось в рамках реализации проекта гос. задания FWES-2021-0014.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

About the authors

А. Ю. Павликов

Сибирский федеральный университет

Author for correspondence.
Email: apavlikov98@mail.ru
Russian Federation, Свободный пр., 79, Красноярск, 660041

С. В. Сайкова

Сибирский федеральный университет; Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Email: apavlikov98@mail.ru
Russian Federation, Свободный пр., 79, Красноярск, 660041; Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

Д. В. Карпов

Сибирский федеральный университет; Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Email: apavlikov98@mail.ru
Russian Federation, Свободный пр., 79, Красноярск, 660041; Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

А. С. Самойло

Сибирский федеральный университет

Email: apavlikov98@mail.ru
Russian Federation, Свободный пр., 79, Красноярск, 660041

References

Supplementary files