ssmuБюллетень сибирской медициныBulletin of Siberian Medicine1682-03631819-3684Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation10.20538/1682-0363-2023-1-96-102ssmu-5139Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSДесятилетняя стабильность нанопорошка магнетита, приготовленного методом электровзрыва проводников: полезное свойство для экологической безопасности и биомедицинcкого использования?10-year stability of magnetite nanopowder prepared by the exploding wire method: is it a useful feature for environment safety and biomedical applications?https://orcid.org/0000-0003-3465-8452ХлусовИ. А.KhlusovI. A.

Хлусов Игорь Aльбертович – доктор медицинских наук, профессор, кафедра морфологии и общей патологии

634055, г Томск, Московский тракт, 2

2, Mosсow Trakt, Tomsk, 634050

khlusovia@ssmu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3876-8261ОмельянчикА. С.OmelyanchikA. S.

Омельянчик Александр Сергеевич – кандидат физико-математических наук, НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения»

236016, г. Калининград, ул. А. Невского, 14

14, Nevskogo Str., Kaliningrad, 236016

asomelyanchik@kantiana.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7793-538XРодионоваВ. B.RodionovaV. V.

Родионова Валерия Викторовна – кандидат физико-математических наук, директор НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения»

236016, г. Калининград, ул. А. Невского, 14

14, Nevskogo Str., Kaliningrad, 236016

vvrodionova@kantiana.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7243-9731ШуплецоваВ. В.ShupletsovaV. V.

Шуплецова Валерия Владимировна – кандидат биологических наук, Центр иммунологии и клеточных биотехнологий

236016, г. Калининград, ул. А. Невского, 14

14, Nevskogo Str., Kaliningrad, 236016

vshupletsova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5525-3529ХазиахматоваО. Г.KhaziakhmatovaO. G.

Хазиахматова Ольга Геннадьевна – кандидат биологических наук, Центр иммунологии и клеточных биотехнологий

236016, г. Калининград, ул. А. Невского, 14

14, Nevskogo Str., Kaliningrad, 236016

olga_khaziakhmatova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6146-3330ЮроваК. А.YurovaK. A.

Юрова Кристина Aлексеевна – кандидат медицинских наук, Центр иммунологии и клеточных биотехнологий

236016, г. Калининград, ул. А. Невского, 14

14, Nevskogo Str., Kaliningrad, 236016

kristina_kofanova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5231-6910ЛитвиноваЛ. С.LitvinovaL. S.

Литвинова Лариса Сергеевна – доктор медицинских наук, директор Центра иммунологии и клеточных биотехнологий

236016, г. Калининград, ул. А. Невского, 14

14, Nevskogo Str., Kaliningrad, 236016

larisalitvinova@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5212-2435НоркинИ. К.NorkinI. K.

Норкин Игорь Константинович – лаборант, Центр иммунологии и клеточных биотехнологий

236016, г. Калининград, ул. А. Невского, 14

14, Nevskogo Str., Kaliningrad, 236016

norkin_igor@mail.ruСибирский государственный медицинский университетРоссияSiberian State Medical UniversityRussian FederationБалтийский федеральный университет им. И. КантаРоссияImmanuel Kant Baltic Federal UniversityRussian Federation20232004202322196102Copyright © Хлусов И.А., Омельянчик А.С., Родионова В.B., Шуплецова В.В., Хазиахматова О.Г., Юрова К.А., Литвинова Л.С., Норкин И.К., 20232023Хлусов И.А., Омельянчик А.С., Родионова В.B., Шуплецова В.В., Хазиахматова О.Г., Юрова К.А., Литвинова Л.С., Норкин И.К.Khlusov I.A., Omelyanchik A.S., Rodionova V.V., Shupletsova V.V., Khaziakhmatova O.G., Yurova K.A., Litvinova L.S., Norkin I.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.ssmu.ru/jour/article/view/5139Цель

Цель. Провести анализ структурных, магнитных и цитотоксических свойств наночастиц магнетита (МНЧ), приготовленных методом электровзрыва проводников и хранящихся в защищенном от света месте при комнатной температуре (влажность 65 ± 15%, атмосферное давление 760 ± 20 мм рт. ст., температура 22 ± 4 °С) в течение 10 лет.

Материалы и методы

Материалы и методы. Свойства МНЧ изучали с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) с исследованием электронной дифракции на выбранной области (SAED) и магнитометрии с вибрирующим образцом (VSM). Жизнеспособность мононуклеарных лейкоцитов крови человека определяли окрашиванием 0,4%-м раствором трипанового синего после 24-часового сокультивирования с нанопорошком.

Результаты

Результаты. Расчетный размер частиц практически не изменился после 10 лет хранения. Картины электронной и ренгеновской дифракции показали, что кристаллическая природа сохранялась в течение 10 лет. Диаметр кристаллической части МНЧ, определяемый, как область когерентного рассеивания ренгеновского излучения (DОКР,) был близок к размеру частиц, определенному с помощью ПЭМ (DTEM), что свидетельствует об их высокой кристалличности. Намагниченность насыщения (MS) для порошка МНЧ после 10 лет хранения оказалась неожиданно выше, чем для свежеприготовленного порошка МНЧ. Приведенная остаточная намагниченность (MR/MS) была одинаковой в пределах погрешности измерений для обоих образцов. При длительном исследовании in vitro цитотоксическое влияние МНЧ не установлено.

Заключение

Заключение. Кардинальные изменения структурных, магнитных свойств МНЧ после 10-летнего хранения не обнаружены. Сделан вывод о 10-летней стабильности электровзрывного нанопорошка магнетита, которая может быть полезна в плане его экологической безопасности и биомедицинских приложений.

Aim

Aim. To analyze the structural, magnetic, and cytotoxic features of magnetite nanoparticles (MNPs) prepared by the exploding wire method and stored in a dark place at ambient temperature (65 ± 15% humidity, air pressure 760

± 20 mm Hg

± 20 mm Hg., temperature 22 ± 4 °C) for 10 years.

Materials and methods

Materials and methods. The properties of MNPs were analyzed by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and selected area electron diffraction (SAED), and vibrating-sample magnetometer (VSM). Viability of human blood mononuclear leukocytes was determined using 0.4% trypan blue staining after 24-hour culture with the nanopowder.

Results

Results. The calculated size of the particles remained almost unchanged after 10 years of storage. The XRD and SAED patterns showed that crystallinity was preserved for 10 years. The diameter of the crystalline component of MNPs (DXRD) was close to the particle size determined by TEM. It confirms high crystallinity of the tested nanoparticles. Saturation magnetization (MS) of the MNP powder after 10 years of storage was unexpectedly higher than that of the as-prepared MNP powder. Reduced remanent magnetization (MR / MS) was equal for both samples within the margin of error. No cytotoxic effect of MNPs in vitro was detected in the long-term study.

Conclusion

Conclusion. No dramatic changes in the structural, magnetic, and cytotoxic features of MNPs were noted after 10 years of storage. It indicated 10-year stability of MNP powder that may be a useful feature for environment safety and biomedical applications.

наночастицы магнетитакомнатные условиястабильность нанопорошкалейкоциты крови человекацитотоксичность in vitromagnetite nanoparticlesambient conditionsnanopowder stabilityhuman blood mononuclear leukocytesin vitro cytotoxicityИсследование выполнено при финансовой поддержке Сибирского государственного медицинского университета в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет – 2030».The study was supported by Siberian State Medical University development program Priority 2030ReferencesFarjadian F., Ghasemi A., Gohari O., Roointan A., Karimi M., Hamblin M.R. Nanopharmaceuticals and nanomedicines currently on the market: challenges and opportunities. Nanomedicine. 2019;14(1):93–126. DOI: 10.2217/nnm-2018-0120.Farjadian F., Ghasemi A., Gohari O., Roointan A., Karimi M., Hamblin M.R. Nanopharmaceuticals and nanomedicines currently on the market: challenges and opportunities. Nanomedicine. 2019;14(1):93–126. DOI: 10.2217/nnm-2018-0120.Halwani A.A. Development of pharmaceutical nanomedicines: from the bench to the market. Pharmaceutics. 2022;14(1):106. DOI: 10.3390/pharmaceutics14010106.Halwani A.A. Development of pharmaceutical nanomedicines: from the bench to the market. Pharmaceutics. 2022;14(1):106. DOI: 10.3390/pharmaceutics14010106.Al-Anazi A. Iron-based magnetic nanomaterials in environmental and energy applications: a short review. Current Opinion in Chemical Engineering. 2022;36:100794. DOI: 10.1016/j.coche.2022.100794.Al-Anazi A. Iron-based magnetic nanomaterials in environmental and energy applications: a short review. Current Opinion in Chemical Engineering. 2022;36:100794. DOI: 10.1016/j.coche.2022.100794.Kabir E., Kumar V., Kim K.H., Yip A.C.K., Sohn J.R. Environmental impacts of nanomaterials. J. Environ. Manage. 2018;225:261–271. DOI: 10.1016/j.jenvman.2018.07.087.Kabir E., Kumar V., Kim K.H., Yip A.C.K., Sohn J.R. Environmental impacts of nanomaterials. J. Environ. Manage. 2018;225:261–271. DOI: 10.1016/j.jenvman.2018.07.087.Nel A., Xia T., Mädler L., Li N. Toxic potential of materials at the nanolevel. Science. 2006;311(5761):622–627. DOI: 10.1126/science.1114397.Nel A., Xia T., Mädler L., Li N. Toxic potential of materials at the nanolevel. Science. 2006;311(5761):622–627. DOI: 10.1126/science.1114397.Widdrat M., Kumari M., Tompa Е. Keeping nanoparticles fully functional: Long-term storage and alteration of magnetite. Chem. Plus Chem. 2014;79(8):1225–1233. DOI: 10.1002/cplu.201402032.Widdrat M., Kumari M., Tompa Е. Keeping nanoparticles fully functional: Long-term storage and alteration of magnetite. Chem. Plus Chem. 2014;79(8):1225–1233. DOI: 10.1002/cplu.201402032.Sedoi V.S., Ivanov Yu.F., Osmonaliev M.N. Study of ultra-fine powders produced by the exploding wire method. In book: DeLuca L.T., Galfetti L., Pesce-Rodriguez R.A. (ed). Novel Energetic Materials and Applications. Grafiche G.S.S., 24040 Arzago d’Adda, BG, Italy; 2004:1–10. DOI: 10.1002/prep.200300019.Sedoi V.S., Ivanov Yu.F., Osmonaliev M.N. Study of ultra-fine powders produced by the exploding wire method. In book: DeLuca L.T., Galfetti L., Pesce-Rodriguez R.A. (ed). Novel Energetic Materials and Applications. Grafiche G.S.S., 24040 Arzago d’Adda, BG, Italy; 2004:1–10. DOI: 10.1002/prep.200300019.Khlusov I.A., Omelyanchik A.S., Rodionova V.V. Granulocyte-macrophage progenitor cells response to magnetite nanoparticles in a static magnetic field. J. Magn. Magn. Mater. 2018;459:84–91. DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.12.017.Khlusov I.A., Omelyanchik A.S., Rodionova V.V. Granulocyte-macrophage progenitor cells response to magnetite nanoparticles in a static magnetic field. J. Magn. Magn. Mater. 2018;459:84–91. DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.12.017.Omelyanchik A., Varvaro G., Gorshenkov M. High-quality α-Fe nanoparticles synthesized by the electric explosion of wires. J. Magn. Magn. Mater. 2019;484:196–200. DOI: 10.1016/j.jmmm.2019.03.109.Omelyanchik A., Varvaro G., Gorshenkov M. High-quality α-Fe nanoparticles synthesized by the electric explosion of wires. J. Magn. Magn. Mater. 2019;484:196–200. DOI: 10.1016/j.jmmm.2019.03.109.Kurlyandskaya G.V., Litvinova L.S., Safronov A.P. Water-based suspensions of iron oxide nanoparticles with electrostatic or steric stabilization by chitosan: Fabrication, characterization and biocompatibility. Sensors. 2017;17(11):2605. DOI: 10.3390/s17112605.Kurlyandskaya G.V., Litvinova L.S., Safronov A.P. Water-based suspensions of iron oxide nanoparticles with electrostatic or steric stabilization by chitosan: Fabrication, characterization and biocompatibility. Sensors. 2017;17(11):2605. DOI: 10.3390/s17112605.Muscas G., Yaacoub N., Concas G. Evolution of the magnetic structure with chemical composition in spinel iron oxide nanoparticles. Nanoscale. 2015;7(32):13576–13585. DOI: 10.1039/c5nr02723c.Muscas G., Yaacoub N., Concas G. Evolution of the magnetic structure with chemical composition in spinel iron oxide nanoparticles. Nanoscale. 2015;7(32):13576–13585. DOI: 10.1039/c5nr02723c.Frison R., Cernuto G., Cervellino A. Magnetite-maghemite nanoparticles in the 5–15 nm range: Correlating the core–shell composition and the surface structure to the magnetic properties. A total scattering study. ChemMater. 2013;25(23):4820– 4827. DOI: 10.1021/cm403360f.Frison R., Cernuto G., Cervellino A. Magnetite-maghemite nanoparticles in the 5–15 nm range: Correlating the core–shell composition and the surface structure to the magnetic properties. A total scattering study. ChemMater. 2013;25(23):4820– 4827. DOI: 10.1021/cm403360f.Sandler S., Fellows B.D., Mefford O.T. Best practices for characterization of magnetic nanoparticles for biomedical applications. Anal. Chem. 2019;91:4159–14169. DOI: 10.1021/acs.analchem.9b03518.Sandler S., Fellows B.D., Mefford O.T. Best practices for characterization of magnetic nanoparticles for biomedical applications. Anal. Chem. 2019;91:4159–14169. DOI: 10.1021/acs.analchem.9b03518.Teja A.S., Koh P.Y. Synthesis, properties, and applications of magnetic iron oxide nanoparticles. Prog. Cryst. Growth Charact. Mater. 2009;55(1–2): 22–45. DOI: 10.1016/j.pcrysgrow.2008.08.003.Teja A.S., Koh P.Y. Synthesis, properties, and applications of magnetic iron oxide nanoparticles. Prog. Cryst. Growth Charact. Mater. 2009;55(1–2): 22–45. DOI: 10.1016/j.pcrysgrow.2008.08.003.Feoktystov A. Mechanism of magnetization reduction in iron oxide nanoparticles. Nanoscale. 2021;13(14):6965–6976. DOI: 10.1039/D0NR08615K.Feoktystov A. Mechanism of magnetization reduction in iron oxide nanoparticles. Nanoscale. 2021;13(14):6965–6976. DOI: 10.1039/D0NR08615K.Omelyanchik A. Effect of citric acid on the morpho-structural and magnetic properties of ultra small iron oxide nanoparticle. J. Alloys Compd. 2021;883:160779. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.160779.Omelyanchik A. Effect of citric acid on the morpho-structural and magnetic properties of ultra small iron oxide nanoparticle. J. Alloys Compd. 2021;883:160779. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.160779.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.