«Несмотря на все попытки отказаться от редкоземельных материалов из-за создавшейся уникальной ситуации с их малой доступностью, свойства редкоземельных магнетиков уникальны, а их исследования лишь приобретают дополнительную важность. Гадолиний — один из основных рабочих материалов для устройств магнитного охлаждения. Кроме того, наночастицы, содержащие гадолиний, перспективны в качестве контрастирующих агентов для резонансной томографии, материалов для достижения терапевтических эффектов при радиотерапии, использования в устройствах спинтроники и микроэлектроники, магнитном биодетектировании», — рассказывает профессор-исследователь кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Галина Курляндская.
Как поясняют исследователи, несмотря на накопленный опыт создания магнитных наночастиц для биоприложений (преимущественно биосовместимые наночастицы магнетита), одной из нерешенных проблем биомедицины остается малый размер партий, получаемых путем химического синтеза.
«Электрофизические методы, такие как электрический взрыв проволоки и лазерное испарение мишени, позволяют получить большие партии (порядка 100 г и более) и создают уникальную базу для новой многоступенчатой технологии получения наночастиц, содержащих гадолиний. Так, сферические наночастицы железа или магнетита, легированные гадолинием, позволяют варьировать величину намагниченности и имеют более высокий удельный коэффициент поглощения. Кроме того, электрофизические методы относят к „зеленым технологиям“, так как они требуют меньшего расхода сольвентов и воды по сравнению с химическим синтезом», — поясняет Галина Курляндская.
Электрофизические методы позволяют получить большие партии наночастиц железа и оксида железа. Затем применяется технология размола в шаровой мельнице с заданным количеством микрочастиц гадолиния, полученных путем измельчения быстрозакаленной ленты гадолиния. Сочетание этих методов и позволяет создавать магнитные композиты нового типа, добавляют ученые.
«На первом этапе работы мы предложили новый метод получения электростатически стабилизированных водных суспензий оксидов железа с помощью размола наночастиц железа или оксидов железа в шаровой мельнице. Работа включала биологическое тестирование суспензий, полученных стандартным ультразвуковым методом и предложенным методом размола в шаровой мельнице, — описывает процесс Галина Курляндская. — В итоге мы оформили заявку на патент „Магниторезонансное и рентгеновское контрастное средство на основе оксида железа и способ его получения“».
На втором этапе исследований ученые разработали метод бимодальных композитов для магнитокалорики и биоприложений. Путем совместного размола быстрозакаленной ленты гадолиния и магнитных наночастиц железа или оксида железа они получили большие партии композитов нового типа, в которых крупные наночастицы железа или оксида железа аккумулировали на поверхности более мелкие наночастицы.
«Появление материалов нового типа требует и создания дополнительных методов их аттестации. Например, на основе получаемых механосинтезом ансамблей наночастиц можно синтезировать наполненные магнитные полимерные композиты. Созданная методика измерения гигантского магнитоимпедансного эффекта в присутствии магнитной вставки (образца такого композита) позволяет бесконтактно определять как его положение, так и концентрацию наночастиц наполнителя в композите», — заключает Галина Курляндская.
Анна Маринович
Уральский федеральный университет — один из ведущих вузов России, расположен в Екатеринбурге. Участник проекта по созданию кампусов мирового уровня — части национального проекта «Наука и университеты», реализуемого Минобрнауки России. Университет — участник государственной программы поддержки российских вузов «Приоритет-2030», выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы».
