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

 

Морские звезды и обнаженный лес
Морские звезды и обнаженный лес

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

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.