Российские ученые раскрыли уникальные магнитные наноматериалы из бактерий для медицины и экологии

Российские исследователи из нескольких ведущих научных организаций смогли определить атомную структуру перспективных магнитных наноматериалов, которые синтезируются бактериями, обитающими в сточных водах промышленных предприятий. По информации пресс-службы Центра коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (ЦКП "СКИФ"), полученные биоматериалы обладают уникальными магнитными свойствами и представляют собой значительный потенциал для использования как в очистке сточных вод и обработке хвостохранилищ, так и в медицине, в частности, для таргетной терапии заболеваний.

Ученые отмечают, что биогенный, или "зелёный" синтез наноматериалов имеет множество преимуществ перед традиционным химическим методом. В частности, он исключает применение токсичных веществ, что делает процесс экологически чистым и более доступным по стоимости. При этом полученные наноструктуры демонстрируют высокую стабильность, что важно для практического применения в различных областях науки и техники.

В исследовании принимали участие специалисты ЦКП "СКИФ", Томского государственного университета, Курчатовского института в Москве, Института физики СО РАН в Красноярске, а также новосибирских институтов ядерной физики и химии твердого тела и механохимии СО РАН. Совместная работа позволила установить, что некоторые штаммы бактерий рода Desulfovibrio, которые способны получать энергию без кислорода посредством сульфатного дыхания, относятся к магнитотактическим микроорганизмам. Эти бактерии способны ориентироваться вдоль магнитных силовых линий Земли, что объясняет их уникальные свойства.

Особое внимание ученых привлек штамм Desulfosporosinus sp. OL, выделенный в Томском университете из хвостохранилища золоторудного месторождения в Кемеровской области. Этот штамм синтезирует нанокристаллы, переданные для детального анализа в отдел синхротронных исследований ЦКП "СКИФ". В результате исследований на синхротронных источниках излучения, расположенных в Институте ядерной физики СО РАН и Курчатовском институте, было подтверждено, что штамм образует наночастицы железосодержащих минералов с выраженными магнитными характеристиками, таких как грейгит, ферригидрит, виванит и сидерит.

Ученые также выяснили, что бактерии, обитающие в шламах промышленных предприятий, действуют как биосорбенты, эффективно поглощая фосфор и способствуя формированию фосфорсодержащих минералов. Это дает не только возможность отделять фосфорсодержащие соединения с высокой эффективностью, но и восстанавливать ценный элемент для последующего использования в производстве удобрений, компонентов для литиевых аккумуляторов и катализаторов. Такая функциональность биоматериалов открывает новые горизонты для экологически ориентированных технологий.

Другой исследованный штамм — Desulfovibrio sp. A2, также выделенный в Томском государственном университете, продемонстрировал способность формировать наноструктуры из смеси железосодержащего минерала вивианита, кристаллических фаз серы и наночастиц ферригидрита. При этом ученые отметили, что небольшие изменения в локальной атомной структуре данных материалов способны значительно влиять на их магнитные параметры, такие как намагниченность насыщения и магнитная жесткость. Это открывает перспективы для точной настройки свойств материалов, что особенно важно при разработке биомедицинских приложений, например, для целенаправленной доставки лекарственных средств или гипертермической терапии опухолей.