Проведено исследование магнитных свойств наночастиц бактериального происхождения, результаты которого опубликованы в цикле работ, ученых Института физики им. Л.В. Киренского [1-4]. Речь идет о наночастицах ферригидрита, которые составляют внутреннее ядро с размерами 4 — 10 нм из атомов железа белкового комплекса ферритина, выполняющего роль основного внутриклеточного хранилища железа у человека и животных. Исследуя магнитные свойства таких наночастиц, было установлено, что магнитный момент определяется магнитными моментами атомов железа, расположенными на поверхности наночастицы, так как остальные магнитные моменты, находящиеся в объеме расположены в противоположных направлениях, тем самым компенсируя магнитный момент друг друга.

Схематичное представление нескомпенсированных а...

Схематичное представление нескомпенсированных атомов на поверхности наночастиц ферригидрита

Проводя измерения величины намагниченности такой системы наночастиц в широком температурном диапазоне, от –269 градусов Цельсия до комнатной температуры, возможно увидеть изменение магнитного состояния образца, а именно температуру перехода из одной магнитной фазы в другую. При этом, если в эксперименте охлаждать образец во внешнем магнитном поле и без него, то можно определить характерную температуру, которая называется температурой блокировки, и говорит о наличии в исследуемом образце магнитоупорядоченных наночастиц. Анализируя полученные данные, ученые пришли к выводу, что значение этой температуры блокировки увеличивается, если образец предварительно подвергнуть отжигу в течении нескольких часов при температуре порядка 150 градусов Цельсия, что говорит об увеличении объема самих наночастиц примерно в 2 раза.

При увеличении размеров наночастиц увеличивается площадь поверхности, а следовательно, и количество нескомпенсированных магнитных моментов атомов железа на поверхности, которые дают вклад в намагниченность. Другими словами, наночастицы становятся более магнитными. Из проведенного эксперимента удалось сделать оценки количества атомов железа, располагающихся на поверхности наночастиц двух отожженного и не отожженного образцов.

Обнаруженный в цикле работ факт увеличения магнитного момента частиц в результате отжига бактериального ферригидрита дает возможность целенаправленно изменять размеры частиц и управлять их магнитными свойствами достаточно простым способом, что важно для практических применений, например, для целенаправленного транспорта лекарственных средств в организме, где одновременно необходимо, чтобы частицы оставались наноразмерными и обладали достаточно большим магнитным моментом.

1. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 410, 171-180 (2016)

2. Письма в журнал технической физики 41, (вып.14), 88 (2015)

3. Журнал экспериментальной и теоретической физики 146, 546 (2014)

4. Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики 98, (N3), 160 (2013)