Синтез магнитных наночастиц одинакового размера и формы – интересная и непростая задачка. Причем относительно размера кристаллов далеко не всегда «меньше» означает «лучше». Зачастую хочется получить магнитные наночастицы, размер которых лежит лишь немного ниже суперпарамагнитной границы. Однако синтезировать образцы с высокой степенью кристалличности и избежать при этом агломерации частиц довольно проблематично.
В то же время магниточувствительные бактерии (
magnetotactic bacteria) умеют без особых проблем синтезировать кристаллы магнетита Fe
3O
4 практически одинаковой формы и с узким распределением по размерам – и всё это при комнатной температуре. У таких бактерий (например, у
Magnetospirillum magneticum) имеются специальные органеллы –
магнитосомы, в которых и происходит синтез частиц магнетита из солей железа (рисунок 1).
Связыванием ионов железа занимается белок mms6 (и, возможно, не только он). Конечно, ученые не могли пройти мимо такого замечательного явления – и исследователи из Tokyo University of Agriculture and Technology (Япония) показали, что белок mms6 можно использовать для синтеза
in vitro частиц магнетита при комнатной температуре из гидроксида железа(II).
Ученые из Ames Laboratory и Iowa State University (США) пошли еще дальше: они использовали бактериальный белок mms6 для синтеза нанокристаллов феррита кобальта (CoFe
2O
4), который живые организмы производить не умеют. Авторы работы предложили некоторые ухищрения для улучшения морфологии образующихся частиц. Белок mms6 включили в состав геля, где его отдельные молекулы были объединены в группы, а группы расположены упорядоченным образом, формируя матрицу для синтеза нанокристаллов. Оказалось, что полноразмерный белок несколько великоват для формирования хорошей матрицы, зато для этих целей отлично подходит небольшой фрагмент белка (25 аминокислотных остатков), содержащий, по сути, только С-концевой железосвязывающий домен (рисунок 2).
При добавлении солей кобальта и железа (CoCl
2 и FeCl
2) были получены довольно крупные (50-80 нм) тонкие гексагональные пластинки феррита кобальта (рисунок 3). Эти частицы продемонстрировали лучшие магнитные свойства по сравнению с ферритом кобальта, синтезированным в аналогичных условиях, но без использования белка mms6: более высокую температуру блокировки, высокую коэрцитивную силу (при 5 К), больший магнитный момент, что свидетельствует о большей степени кристалличности образца (рисунок 4).
Работа японских ученых
«Controlled formation of magnetite crystal by partial oxidation of ferrous hydroxide in the presence of recombinant magnetotactic bacterial protein Mms6» опубликована в журнале
Biomaterials; работа их американских коллег
«Cobalt Ferrite Nanocrystals: Out-Performing Magnetotactic Bacteria» опубликована в журнале
ACS Nano.
