Живые нанозаводы: бактерии производят магнитные частицы для очистки воды и борьбы с опухолями

Междисциплинарная команда российских исследователей впервые определила атомную структуру биогенных магнитных наноматериалов, получаемых бактериями, обитающими в промышленных отходах. Эти материалы показали высокий потенциал в очистке сточных вод, медицинских технологиях и производстве аккумуляторов.

Учёные из ведущих российских научных организаций, включая Центр коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (ЦКП "СКИФ"), Томский государственный университет, Курчатовский институт и институты СО РАН, провели уникальное исследование, в рамках которого удалось установить атомную структуру магнитных наночастиц, синтезируемых бактериями в промышленных шламах.

Это исследование представляет собой важный шаг на пути к созданию "зелёных" нанотехнологий, сочетающих биологические процессы с высокоточной физикой материалов. Результаты могут привести к разработке новых поколений экологически безопасных и высокоэффективных наноматериалов.

Исследование показало, что бактерии из рода Desulfovibrio и Desulfosporosinus, выделенные из отходов Комсомольского золоторудного месторождения (Кемеровская область), способны формировать железосодержащие магнитные наночастицы. Эти микроорганизмы относятся к магнитотактическим — они ориентируются вдоль магнитных линий Земли и используют уникальный метаболизм, основанный на сульфатном дыхании.

Полученные бактериями магнитные минералы — грейгит, ферригидрит, вивианит и сидерит — отличаются высокой стабильностью и выраженными магнитными свойствами. Это делает их особенно перспективными как для экологических решений, так и для биомедицинских приложений.

"Эти бактерии работают как биосорбенты — они поглощают фосфор и синтезируют магнитные минералы, которые можно использовать для очистки сточных вод и восстановления фосфора с последующим применением в удобрениях и литий-ионных батареях", — сообщают в ЦКП "СКИФ".

Для анализа структуры синтезированных наночастиц учёные использовали синхротронное излучение — мощный инструмент, позволяющий изучать материалы на атомном уровне. Исследования проводились на установках Института ядерной физики СО РАН и Курчатовского института.

Анализ показал, что микроизменения в структуре наночастиц значительно влияют на их магнитные свойства — намагниченность, жёсткость и стабильность. Это открывает возможности точной настройки материалов для таргетной доставки лекарств и онкотерапии, например, в виде магнитных носителей или агентов гипертермии.