Специалисты НИЦ «Курчатовский институт» в составе российской группы ученых детально исследовали структурную организацию наноалмазов в коллоидных растворах. С помощью современных методов криоэлектронной микроскопии и томографии им удалось объяснить, чем обусловлены уникальные свойства этих углеродных наночастиц. Полученные данные – важный шаг на пути к применению наноалмазов в медицине. Результаты этого исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Carbon.
«В последнее десятилетие активно развиваются как традиционные области практического применения алмазных наночастиц, так и новые. Эти материалы очень перспективны для электрохимии, микроэлектроники, разработки квантовых компьютеров, создания жидких теплоносителей, а также для медицины», – рассказал соавтор работы, инженер-исследователь отдела нанобиоматериалов и структур НИЦ «Курчатовский институт» к.ф.-м.н. Никита Кузнецов. По словам ученого, алмазные наночастицы могут найти широкое применение в качестве носителей для адресной доставки лекарств. Они гораздо более безопасны по сравнению с другими углеродными материалами (графен, фуллерены и нанотрубки) и уже доказали свою эффективность как контрастирующие агенты для магнитной томографии.
Важным этапом на пути к применению наноалмазов в медицине является детальное изучение их структуры и свойств в водных растворах, что и стало предметом данного исследования. Ученым впервые удалось объяснить, с чем связаны необычные свойства наноалмазов, такие как длительная стабильность наночастиц в растворе и повышенная вязкость.
«Известно, что коллоидные растворы наноалмазов очень стабильны, то есть частицы способны десятки месяцев находится во взвешенном состоянии, не оседая. Еще одной их особенностью является довольно высокий показатель вязкости, который наблюдается даже в случае разбавленных растворов. Все это не характерно для симметричных частиц и находится за гранью устоявшихся теорий. Целью нашей работы было найти объяснение этим уникальным свойствам», – пояснил главный научный сотрудник отдела нанобиоматериалов и структур НИЦ «Курчатовский институт» чл.-корр. РАН, проф., д.х.н. Сергей Чвалун. Ученый подчеркнул, что применение комплексного подхода, сочетающего структурные (рентгеновское рассеяние, электронная микроскопия) и реологические методы, а также уникального оборудования Курчатовского института позволило выявить взаимосвязь между структурной организацией наночастиц и отмеченными выше особенностями.
Ученым удалось выяснить, каким образом химический состав поверхности частиц влияет на свойства коллоидных растворов. Они показали, что уже при сравнительно низкой концентрации частицы начинают взаимодействовать между собой с образованием протяженных «цепочек» и даже «сетки». Более того, по-видимому, «сетка» является динамической, то есть в ней происходит постоянное перестроение частиц, что объясняет необычайную стабильность коллоидного раствора (длительную устойчивость к оседанию). При увеличении концентрации число частиц и «цепочек» возрастает, и, следовательно, формируется более прочная «сетка».
Данное исследование способствует пониманию процессов, происходящих в коллоидных растворах, с точки зрения фундаментальной науки, а также открывает возможности для практических приложений. Высокая стабильность наноалмазов в растворе может обеспечить длительную циркуляцию лекарства в кровотоке и успешное выведение из организма. Глубокое понимание природы уникальных свойств наночастиц очень важно для их успешного применения в медицине.
