Усовершенствованный метод получения наночастиц на основе кобальта разработали ученые кафедры общей физики и молекулярной электроники и кафедры магнетизма физфака МГУ совместно с коллегами из Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д. В.Скобельцына (НИИЯФ) МГУ, 19 августа сообщает пресс-служба университета.

Такие магнитные наночастицы могут быть использованы для адресной доставки лекарств, а также в биосенсорике. Результаты исследования нового метода представлены в статье «Магнитные наночастицы, полученные методом импульсной лазерной абляции тонких пленок кобальта в воде», опубликованной в журнале Bulletin of the Russian Academy of Science: Physics.

Магнитные наночастицы интересны науке, поскольку их можно использовать в медицине для адресной доставки лекарств или магнитной гипертермии опухолевых клеток, при которой нагрев таких частиц, доставленных в эти клетки, выполняется внешним магнитным СВЧ-полем.

Еще одной областью применения магнитных наночастиц являются биологические исследования, в которых такими частицами метят клетки или биомолекулы (антигенов, антител, белков и нуклеиновых кислот) для последующего их детектирования.

Внедрение наночастиц в живой организм требует их высокой химической чистоты, которой добиваются с помощью физических методов синтеза. Команда ученых МГУ выбрала для этих целей метод лазерной абляции (разрушения) в воде тонких пленок (толщиной от 5 до 500 нм), что позволило управлять размерами и составом получаемых наночастиц.

Доцент кафедры общей физики и молекулярной электроники физфака МГУ Станислав Заботнов пояснил суть лазерной абляции нанопленки:

«Есть некоторые характерные толщины пленок, на которых происходят изменения лазерно-индуцированного нагрева вещества, — глубина термической диффузии (несколько сотен нанометров), глубина скин-слоя (что более важно). В этом исследовании мы оценили толщину скин-слоя (в котором сосредоточено поле — прим. ИА Красная Весна) в 38 нм, и она являлась характерной толщиной тонкой пленки, на границе которой должны происходить эти изменения».

Лазерное излучение, проникая в металл, на толщинах меньших глубины скин-слоя локализуется иначе, чем в более толстых пленках. В первом случае тепло от поглощенного излучения в плоскости поверхности «растекается» сильнее. При увеличении толщины пленки заметную роль уже начинают играть процессы теплопроводности и термической диффузии, и поглощенное тепло начинает проникать вглубь. В результате распределение температуры различается в пространстве материала, что изменяет процесс абляции.

Исследование показало отличия в распределении наночастиц по размерам в зависимости от толщины пленки. Если эта толщина больше глубины скин-слоя, средний размер частиц составлял 70–100 нм, а распределение по размерам имел больший разброс (дисперсию) — порядка 40%, что характерно для метода лазерной абляции.

То есть в этом случае происходила так называемая откольная абляция — механический отрыв кусков пленки в результате ее нагрева и плавления. Но при толщинах меньше 35 нм исследователи наблюдали немонотонную зависимость среднего размера (растет до 1 мкм, потом начинает спадать с дальнейшим уменьшением толщины), но относительная дисперсия составляла всего лишь 20%, что говорит о фазовом взрыве, происходящем, когда перегретый материал переходит в парокапельную смесь.

Получив наночастицы, физики методом вибрационной магнитометрии установили их магнитный отклик. Была установлена петля гистерезиса, соответствующая ферромагнитным свойствам чистого кобальта. Проведя спектроскопию комбинационного рассеяния света и спектроскопию электронного парамагнитного резонанса, ученые установили наличие оксида кобальта в изготовленных вышеописанным методом наночастицах.

Ученые намерены далее использовать полученные магнитные наночастицы для создания магнитных биосенсоров.