Ученые Уральского федерального (УрФУ, Екатеринбург) и Венского университетов (Австрия) исследовали свойства различных по конфигурации магнитоуправляемых коллоидных кластеров — групп связанных магнитных частиц. Исследования позволили выявить кластеры, наиболее подходящие для адресной доставки лекарств в организме. О содержании и результатах проведенной работы ученые сообщили в Journal of Molecular Liquids. Работу исследовательского коллектива поддержал Российский научный фонд (грант №19-72-10033).
Объект исследований ученых — линейные, закольцованные, Y-, X-образные комплексы магнитных наночастиц, «сшитых» друг с другом полимерными связями и имитирующих магнитный материал на примере феррита кобальта. Используя суперкомпьютерные технологии, исследователи смоделировали поведение данных комплексов внутри микроскопических каналов, заполненных вязкой жидкостью (аналог кровеносных сосудов). В модели движение кластеров по каналам осуществлялось воздействием внешнего магнитного поля. Варьировались направления приложенного магнитного поля и потока жидкости внутри канала, скорость жидкости, ее температура и вязкость.
Исследователи обнаружили, что предварительное сшивание наночастиц придает кластерам дополнительную эластичность, поэтому под влиянием даже сильного внешнего магнитного поля они, стабилизируясь потоком жидкости, лишь испытывают значительную деформацию, но не распадаются.
«Оказалось, что наибольшей магнитной отзывчивостью и в то же время устойчивостью обладают Y-, X-образные кластеры. По этому параметру они превосходят не только линейные и кольцеобразные кластеры, но и другие магнитные коллоидные системы. Согласно нашей гипотезе специфические свойства Y-, X-образных кластеров объясняются их пространственной структурой, наличием большего числа свободных ветвей, чем у кластеров линейной и тем более кольцеобразной формы», — объясняет Владимир Зверев, доцент кафедры теоретической и математической физики УрФУ, участник исследовательского коллектива, соавтор научной статьи.
Периодические деформации могут привести к преждевременному и нежелательному высвобождению полезного груза, «запакованного» внутрь кластера (к примеру, лекарства). Поэтому физики работают над поиском наиболее устойчивых и надежных кластеров. И Y-, X-образные кластеры показали себя многообещающими кандидатами на роль магнитоуправляемых «контейнеров» для адресной транспортировки лекарств к пораженным органам.
Дальнейшие исследования ученых будут направлены на изучение того, как на кластеры наночастиц, находящиеся в потоке жидкости и под воздействием приложенного магнитного поля, влияет межкластерное взаимодействие.
Справка
В последние десятилетия возникла новая отрасль науки – физика магнитных мягких материалов, которая объединяет физику, химию, биологию и медицину. В связи с развитием технологий стал возможен синтез магнитных частиц различной формы и создание магнитных композитных материалов. Магнитные композитные материалы ввиду уникальной способности реагировать на внешние магнитные поля оказались весьма перспективными для применения в биомедицине и микрогидродинамике. Цель исследовательского коллектива УрФУ и Венского университета – определить оптимальную структуру, размер, механические и магнитные характеристики композитных частиц и управлять ими с помощью внешнего магнитного поля. Таким образом можно эффективно менять свойства немагнитной жидкости в организме человека и использовать нанокомпозиты в медицине, к примеру, для таргетного выжигания опухоли или доставки лекарств. Для этого и нужно определить наиболее подходящих кандидатов для эффективного транспорта. Подбор наиболее подходящих комплексов с помощью компьютерного моделирования позволяет сократить время и расходы на натурные эксперименты.
УрФУ — один из ведущих вузов России, расположен в Екатеринбурге. Участник проекта по созданию кампусов мирового уровня — части национального проекта «Наука и университеты», реализуемого Минобрнауки России. Университет — участник государственной программы поддержки российских вузов «Приоритет-2030», выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы».
УрФУ оперативный — в телеграм.