Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. (a) Magnetospirillum magneticum с цепочками магнитосом внутри; (b) нанокристаллы магнетита, соединенные фосфолипидной мембраной. Обратите внимание на разницу в шкалах (ПЭМ).
Рисунок 2. Возможная схема синтеза CoFe2O4 в полимерной матрице, содержащей железосвязывающий белок mms6. Красным, судя по всему, обозначен белок, синим и серым – неионогенные блок-сополимеры.
Рисунок 3. Частицы CoFe2O4, полученные разными способами: a,b – в присутствии полимера, но без белка; c – в присутствии полимера и белка mms6, не связанных друг с другом; d – то же для C-концевого фрагмента mms6; e – в присутствии полимера, связанного с mms6; f – в присутствии полимера, связанного с C-концевым фрагментом mms6 (ПЭМ). Размер метки 50 нм.
Рисунок 4. Магнитные характеристики частиц CoFe2O4: a – частицы получены в присутствии только полимера, без белка; b – частицы получены в геле, содержащем С-концевой фрагмент белка mms6.

Бактерии знают толк в магнитных наночастицах

Ключевые слова:  магнетизм, магнитосома, периодика, суперпарамагнетизм

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

21 декабря 2007

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 Fe3O4 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 (CoFe2O4), 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 (CoCl2 и FeCl2) 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.


Источник: ACS Publications, Elsevier



Комментарии
Лев Артемович, авторы действительно связывают увеличение коэрцитивной силы пластинок феррита кобальта именно с ростом их кристалличности, или это уже творческое осмысление их идей ?
Зайцев Дмитрий Дмитриевич, 21 декабря 2007 11:50 
Трусов Л. А., 21 декабря 2007 13:54 
моё понимание термина "кристалличность" иллюстрируется рисунком 3. к сожалению, в маленькой заметке довольно трудно отразить, какие факторы влияют на магнитные свойства и коэрцитивную силу в частности.
Руднев Игорь Анатольевич, 21 декабря 2007 16:09 
А зачем нужны такие магнитные частицы?
Зайцев Дмитрий Дмитриевич, 21 декабря 2007 16:29 
Ну что касается магнитных наночастиц - спектр их применения весьма широк.
Наночастицы Fe3O4 успешно используются для лечения раковых опухолей с помощью метода гипертермии - нагреванием в переменном магнитном поле.
Компании IBM b Fuji в последние годы разработали кассеты для видеозаписи с высокой плотностью записи в котрых используется пленка на основе нанчастиц гексаферрита стронция.
Магнитные наночастицы с "пришитыми" к ним лекарствами используются для адресной доставки лекарств непосредственно в нужную область организма.
Современные мощные магниты системы Nd-Fe-B содержат наночастицы Nd2Fe14B в матрице.
Трусов Л. А., 21 декабря 2007 16:39 
существует мнение, что магнитные наночастицы можно применить практически везде
Так отразили же, раз "свидетельствует". А у температуры блокировки и коэрцитивной силы есть еще зависимость от размера частиц достаточно серьезная. Я только о том, что бережнее бы надо с выводами, которых не было у авторов.
Трусов Л. А., 21 декабря 2007 17:57 
"моё понимание термина "кристалличность" иллюстрируется рисунком 3".

размер частиц, дефектность, огранка, наличие аморфных фаз...

а Вы что понимаете под кристалличностью?

авторы пишут: the material is well crystalline... uniform, well-defined nanocrystals

и про применение: This pathway of protein-templated synthesis may lead to rational design of nanomaterials for a wide range of applications, from sensing to magnetic data storage to biomedical imaging.
Я немного не о том. Способ синтеза в этой работе, как и во множестве других, влияет не только на кристалличность, - вот как раз эту зависимость во многих физических работах часто напрочь игнорируют, - но и на размер образующихся частиц. Тот самый размерный фактор, который нас всех собрал на этой поляне. Мне показалось, что как раз на него Вы и не обратили должного внимания. Пожалуйста, без обид, я тоже с интересом Вас читаю - только давайте ближе к тексту, хорошо ?
Трусов Л. А., 21 декабря 2007 19:45 
мне показалось, что сравнительных микрофотографий достаточно.
А из них, собственно, и следует, что последний вывод вряд ли полностью корректен. И слово "лучший" по отношению к свойствам частиц я бы тоже более осторожно применял - это смотря что от них хотели авторы.
Трусов Л. А., 23 декабря 2007 00:10 
там в первом абзаце написано, чего они хотели. более того, глядя на микрофотографии, я бы сказал, что в первых двух случаях ничего вообще не получилось хорошего.
Тогда перечитайте предпоследний абзац, пожалуйста.
«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». Уже идут попытки моделирования конструкций на наноуровне. Но все это происходит методом тыка.
http://www.bionet.nsc.ru/live/altay/altay .php?f=stenogram&p=05st_yushkin
Это интересно!
бактерии, производящие магнитные наночастицы,что это?
Трусов Л. А., 03 марта 2009 10:47 
людям можно, вот и бактерии не отстают.
Владимир Владимирович, 04 марта 2009 09:07 
Бактерии - первые! Они и толк знают, и смысл ведают

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Карбин из графена - легко!
Карбин из графена - легко!

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Итоги Менделеевского Года
28 ноября в Фундаментальной библиотеке МГУ состоялось торжественное закрытие Международного года Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.