Десятилетняя стабильность нанопорошка магнетита, приготовленного методом электровзрыва проводников: полезное свойство для экологической безопасности и биомедицинcкого использования?

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. 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. 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 (D_ОКР,) был близок к размеру частиц, определенному с помощью ПЭМ (D_TEM), что свидетельствует об их высокой кристалличности. Намагниченность насыщения (M_S) для порошка МНЧ после 10 лет хранения оказалась неожиданно выше, чем для свежеприготовленного порошка МНЧ. Приведенная остаточная намагниченность (M_R/M_S) была одинаковой в пределах погрешности измерений для обоих образцов. При длительном исследовании in vitro цитотоксическое влияние МНЧ не установлено.

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.

1. 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.

2. Halwani A.A. Development of pharmaceutical nanomedicines: from the bench to the market. Pharmaceutics. 2022;14(1):106. DOI: 10.3390/pharmaceutics14010106.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Feoktystov A. Mechanism of magnetization reduction in iron oxide nanoparticles. Nanoscale. 2021;13(14):6965–6976. DOI: 10.1039/D0NR08615K.

16. 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.