Возможность автоматизации процесса получения наночастиц магнетита для их промышленного производства доказало исследование микрофлюидного чипа и специальной установки для подачи реагентов, проведенное специалистами из Национального медицинского исследовательского центра (НМИЦ) им. В. А. Алмазова и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (СПбГЭТУ «ЛЭТИ»), 25 октября сообщает пресс-служба университета.

Многие современные препараты для лечения онкологических заболеваний имеют серьезные побочные эффекты, так как воздействуют и на здоровые клетки организма. Безопасность лечения рака может обеспечить так называемая таргетная терапия, когда препарат доставляется адресно — только в опухолевые клетки с помощью специализированных носителей.

Одним из таких носителей могут служить наночастицы магнетита, которые обеспечивают точную транспортировку препаратов к опухолям за счет суперпарамагнитных свойств магнетита.

Магнитные наночастицы получают в основном в объемных реакторах периодического действия, которые обладают при этом рядом недостатков. К ним в первую очередь следует отнести невозможность массового производства таких частиц.

Также такой реактор при синтезе периодически закупоривается химикатами (например, оксидом железа), что приводит к снижению качества конечного продукта. Кроме того, синтез в таком устройстве требует ручных операций — оператор должен контролировать скорости подачи реагентов и их перемешивания, а также температуру в реакторе. Но в результате произведенный продукт имеет неоднородный состав.

Ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ» нашли решение этих проблем, разработав технологию непрерывного (проточного) синтеза с использованием микрореакторов на основе микрофлюидных чипов.

Доцент кафедры микро- и наноэлектроники (МНЭ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ», докторант Камиль Гареев рассказал о разработке:

«Нам удалось синтезировать наночастицы магнетита в разработанном микрофлюидном реакторе. Мы исследовали физико-химические свойства полученных продуктов, а затем сравнили их со свойствами наноматериалов, полученных традиционным способом, т. е. в объемном реакторе. Экспериментально установлено, что с помощью данного микрофлюидного чипа можно получать наноматериалы с лучшими магнитными характеристиками, а также с заданными формой и размерами».

Исследователи из НМИЦ им. В. А. Алмазова и ЛЭТИ разработали компьютерную модель топологии чипа и на ее основе создали физический прототип, используя технологию мягкой литографии. В результате они изготовили одноразовые компактные чипы из полимера со стеклянной основой и силиконовыми разветвленными каналами, в которых происходило смешивание и осаждение оксида железа.

Студенты и аспирант кафедры МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Алексей Никифоров вместе с сотрудниками научно-исследовательской лаборатории нанотехнологий НМИЦ им. В. А. Алмазова синтезировали в этих чипах наночастицы магнетита.

При этом подача в чип реагентов из пробирок производилась под действием давления с помощью специальной установки, разработанной в Институте аналитического приборостроения РАН. Она обеспечила в микрореакторе непрерывный синтез оксида железа.

За правильностью хода реакции исследователи наблюдали с помощью микроскопа со встроенной видеокамерой, управляемой программой в персональном компьютере.

Полученные суспензии магнетита в ЛЭТИ сравнили по физико-химическим свойствам с наночастицами магнетита, синтезированном при тех же условиях в объемном реакторе НМИЦ им. В. А. Алмазова. Исследовалась возможность использования полученных частиц в медицинских и биологических целях.

Определялась их гемолитическая активность, а именно — их токсичность по отношению к эритроцитам. Специалисты из Санкт-Петербургского государственного университета подтвердили, что продукт на выходе реактора-на-чипе имел необходимые параметры.

«Данный метод позволил нам полностью автоматизировать процесс синтеза магнитных наночастиц. Так, с помощью компьютера можно контролировать водородный показатель, скорость подачи реагентов, температуру и т. д. В случае, если что-то в процессе реакции пойдет не так, устройство об этом оповестит. В частности, можно изготовить сразу несколько чипов и запустить синтез в них одновременно, что способно обеспечить массовое производство данных материалов», — заявил заведующий научно-исследовательской лабораторией нанотехнологий НМИЦ им. В. А. Алмазова Дмитрий Королёв.

Наночастицы магнетита, синтезированные по данной технологии, могут быть использованы для интеграции в липосомы — искусственно созданные везикулы, с помощью которых они будут адресно доставлять лекарство для лечения онкологических и иных заболеваний.

Результаты исследований ученые представили в статье «Микрофлюидный синтез наночастиц магнетита и его сравнение с синтезом в реакторе периодического действия» (Microfluidic Synthesis of Magnetite Nanoparticles and its Comparison with Synthesis in a Batch Reactor), опубликованной в Colloid Journal.