Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Наночастицы, синтезированные бактериями. Вверху - магнетит, внизу - феррит кобальта. ПЭМ.
Магнитные свойства биогенных наночастиц.

Бактерии синтезируют магнитные наночастицы

Ключевые слова:  бактерии, биогенные наночастицы, магнетизм, феррит кобальта

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

20 сентября 2009


Группа ученых из Великобритании предложила оригинальный способ синтеза ферромагнитных наночастиц феррита кобальта при помощи бактерий. Наноразмерные магнитные частицы имеют широкий спектр применения – от противоопухолевой терапии и доставки лекарств до магнитных носителей информации. Однако для большинства задач необходимо иметь частицы с одинаковыми размерами, составом и магнитными свойствами. И бактерии прекрасно справляются с этой задачей.

Как, вероятно, помнят читатели Нанометра, первые попытки использования бактерий для синтеза магнитных наночастиц связаны с магниточувствительными бактериями. Однако использование таких бактерий не позволяет добиться высокого выхода продукта, потому что в этом случае наночастицы синтезируются внутри клетки, а внутриклеточное содержание того или иного компонента подвержено строгой регуляции.

Теперь же ученые обратили свое внимание на другой организм – железо(III)восстанавливающую бактерию Geobacter sulfurreducens. Этот микроорганизм способен производить огромные количества наноразмерного магнетита вне клетки, восстанавливая железо(III) из окружающей среды при обычных температуре и давлении.

Исследователи усложнили задачу для бактерии: помимо аморфного оксигидроксида железа(III) в среду добавляли различные количества Co(II). И чудо произошло! Оказалось, что при определенных условиях бактерии синтезируют настоящий феррит кобальта, который по магнитным свойствам, кристаллической структуре, содержанию и валентным состояниям кобальта и железа не отличается от синтетического феррита кобальта.

Размер произведенных бактериями наночастиц равен 15 нм для биогенного магнетита и 8 нм – для биогенного феррита кобальта. Выход продукта составляет 1.6 грамм наночастиц на 100 мл среды в день, что весьма радует авторов работы – ведь теперь можно запросто производить биогенные наночастицы нужного состава и свойств в коммерческих масштабах.

Работа «Harnessing the Extracellular Bacterial Production of Nanoscale Cobalt Ferrite with Exploitable Magnetic Properties» опубликована в ACS Nano.


Источник: ACS Publications



Комментарии
Действительно чудо

Трёхвалентное железо есть, кобальт есть, рН подходящий. Ну как тут ферриту не образоваться?

Непонятна роль бактерий в этом процессе, ибо для феррита кобальта железо восстанавливать не нужно.
Трусов Л. А., 21 сентября 2009 14:03 
да, я тоже заметил. хотя там феррит кобальта вроде не шибко стехиометричный, так что в нем тоже есть железо (2). вроде там где-то между строк написано, что без бактерии не получается.
Что-то типа изоморфного замещения в решётке кристалла? Тогда ещё можно ожидать ферритов марганца, цинка и даже меди.

Кстати, кобальт цитотоксичен.
Шляхтин Олег Александрович, 21 сентября 2009 20:29 
Александр Ринатович, не обижайте, пожалуйста, бактерии. Лучше попробуйте на досуге к суспензии оксигидроксида Fe(III) прилить раствор Co(II) и дождаться образования феррита при комнатной температуре.
Если считать суспензией 5 нм частицы оксигидроксида Fe(III), то шансы, пожалуй, неплохие.

Но всё-таки странностей хватает. рН полного осаждения железа (III) - где-то 4,5. Это почти на грани существования бактерий. Более низкий рН (порядка 3), обеспечиваемый неорганическими кислотами, губителен. В то же время, столь высокий рН для железа означает очень малую концентрацию ионов, пригодных для "поедания" бактерией. Частицы она захватывает, что-ли...

Поделитесь статьёй, пожалуйста.
Трусов Л. А., 21 сентября 2009 23:59 
отправил
По самой статье:

"Synthetic amorphous Fe(III)-oxyhydroxide was produced using
the method of Lovley and Philips,37 where a 0.4 mol solution
of FeCl3 is neutralized by 10 N NaOH to pH 7 and the solid
then washed in deionized H2O until no Cl ions remain."

10 N NaOH - это тяжёлая жидкость, имеющая вязкость глицерина. Не представляю, как с её помощью можно получить рН точно 7.

"CoCl2 · 6H2O was added prior to neutralization at a concentration
of either 0.02 or 0.132 mol to create FeCo-oxyhydroxides
which formed a suite of starting materials with an increasing
amount of cobalt"

Проводили соосаждение кобальта и железа. При таких условиях вполне может получиться феррит сам по себе. Правда, по данным анализа, его не обнаружили.

Содержание кобальта в образцах - от 5 до 23 мольных % по отношению к железу (2+). До стехиометрии... как пешком до Луны.

Думаю, что образование феррита - здесь просто побочный процесс, не связанный с метаболизмом бактерии. В то же время, бактерии "поедают" частицы железного субстрата, сильно увеличивая растворимость трёхвалентного железа. "Суперактивированные" нерастворившиеся остатки самостоятельно перекристаллизовываются в тот или иной феррит. Размер частиц скорее всего будет определяться стабильностью решётки феррита в зависимости от слагаюших её ионов.
Шляхтин Олег Александрович, 22 сентября 2009 18:49 
"Проводили соосаждение кобальта и железа. При таких условиях вполне может получиться феррит сам по себе"

- Александр Ринатович, может быть, Вы все таки поставите такой эксперимент? А уже потом мы вернемся к вопросу, осаждается ли феррит кобальта из водных растворов при комнатной температуре, хорошо?
"10 N NaOH - это тяжёлая жидкость, имеющая вязкость глицерина. Не представляю, как с её помощью можно получить рН точно 7."

Я, возможно, задам глупый вопрос. Как вязкость жидкости связана с pH и со способностью изменять pH раствора, в который эту жидкость добавляют?
Олег Александрович, я ставил подобные эксперименты. И не только при комнатной температуре, но и пониже (градусах при 12). Получается прекрасно магнитящийся чёрный материал, устойчивый к окислителям. РСА у меня правда нету, так что серьёзных доказательств не приведу. Если интересуют детали - можем начать отдельную переписку.

----
Я, возможно, задам глупый вопрос. Как вязкость жидкости связана с pH и со способностью изменять pH раствора, в который эту жидкость добавляют?
----

Хитро запутанным способом. Высокая вязкость не позволяет внести жидкость малыми каплями. Внесение большой капли сразу вызывает перелёт рН. Если, конечно, Вы капаете в колбочку, а не в бочку с раствором.

Предваряя встречный вопрос - я так пытался делать (когда готовил 50 литров буферного раствора). Доводить рН пришлось 2% щёлочью.
Мне кажется, им не требовался pH 7,(0). У них же написано "pH 7", а не 7,0, не 7,104, и уж никак не "точно 7". Не удивлюсь даже, если они этот pH 7 при помощи бумажки с универсальным индикатором определяли.

Фух! Я уж думала, какой-то неведомый мне фундаментальный запрет (раствором, вязким как глицерин, нельзя доводить pH, потому что глицерином нельзя доводить pH). А Вы просто сложности на ровном месте придумываете. Для тех, кого не устраивают большие капли, изобретены автоматические пипетки.
Да, автоматические пипетки - это одно из главных орудий нанохимиков.
А "попадание" в pH прежде всего определяется буферной емкостью системы. И кривые титрования сильных и слабых кислот наглядно демонстрируют ожидаемую вероятность "попадания".
Светлана Владимировна, вообще-то, доведение рН концентрированными растворами - это фундаментальный запрет аналитики.

Простой расчёт: 1 капля такой вязкости - это примерно 50 мкл. Меньше с носика просто не капнет. 50 мкл - это 5*10-4 моль щёлочи. Это даёт скачок рН примерно на 4 единицы. То есть, имея стартовый рН 5 - мы перелетим в 9. Буферная ёмкость в этом конкретном случае вообще отсутствует как предмет обсуждения. Согласитесь, 7,2 или 9 - это всё-таки значительная разница.

И опять же повторюсь, сложность эта реальная, с которой мне уже доводилось сталкиваться.
Александр Ринатович
Зачем капать каплями по 50 мкл? Я вам вот об этом говорила.
Шляхтин Олег Александрович, 23 сентября 2009 13:31 
Александр Ринатович, я именно о шпинельном феррите кобальта говорил, а не о магнитных частицах непонятного состава.

Очень бы было интересно, Александр Ринатович, увидеть Ваши более подробные расчеты про 7.2 и 9!
(А если с "носика не капает", то в фундаментально-научных исследованиях хорошо помогает "клюнуть" маленькой каплей поверхность жидкости или стенку сосуда реакционного )
Хорошо, берём калькулятор.

Пусть у нас литр раствора с рН 5. (10-5 моль Н+) Добавляем 50 мкл 10М щёлочи (5*10-4 моль ОН-). Изменением объёма пренебрегаем. Имеем 1 литр с количеством ОН- 4,9*10-4 моль. рН = 10,69.

Ну, почти не ошибся.

Если же "клевать каплей", то надо носик выбрасывать. Жалко и глупо
Если же "клевать каплей", то надо носик выбрасывать. Жалко и глупо

Против этого трудно возразить

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

 

Углеродная травка выросла на карбидокремниевой почве
Углеродная травка выросла на карбидокремниевой почве

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

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.



 
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.