Магнетні наночастинки медико-біологічного призначення: методи синтези, дослідження властивостей, застосування

Abstract

Синтеза суперпарамагнетних наночастинок для медико-біологічного застосування зараз інтенсивно розвивається. Суттєвий прогрес, особливо протягом останнього десятиріччя, був досягнутий у синтезі магнетних наночастинок, що покриває широкий діяпазон їх складу, розмірів та властивостей. Різні типи монодисперсних нанокристалів з визначеним розміром, складом та фізико-хемічними характеристиками частинок було синтезовано та модифіковано за допомогою широкого ряду хемічних синтетичних метод. Однак синтеза магнетних наночастинок високої якости, а саме, що призводить до утворення гомодисперсної популяції магнетних зернин контрольованого розміру, стабільних, неаґльомерованих частинок з покриттям, придатним для різних середовищ (водного, сольового, культур клітин та біологічного), досі залишається складною задачею. Тобто необхідно розробляти нові стратегії синтези для утворення наночастинок з відповідними властивостями. В цьому огляді розглянуто можливі методи синтези магнетитових наночастинок для медико-біологічного застосування (метода співосадження, гідротермічні та високотемпературні реакції, електрохемічні методи та ін.), методи стабілізації синтезованих магнетитових наночастинок, методи модифікації поверхні наночастинок, методи дослідження структури та фізико-хемічних характеристик синтезованих наночастинок, їх можливе застосування, а також перспективи розвитку в галузі нанотехнології.

Synthesis of superparamagnetic nanoparticles for medical-biological applications is now intensively developed. Essential progress, especially throughout the last decade, has been achieved in the synthesis of magnetic nanoparticles that leads to the wide range of nanoparticles’ structure, sizes and properties. Different types of monodisperse nanocrystals with certain size, structure and physical and chemical characteristics of the particles were synthesized and modified by a wide range of chemical synthetic methods. However, synthesis of magnetic nanoparticles of high quality, namely, homodispersed population of magnetic grains with controlled size, which are stable, nonagglomerate, with the coating for various media (water, salt, cell cultures, and biological ones) remains till now a challenge. Therefore, it is necessary to develop new strategies of synthesis of nanoparticles with appropriate properties. In this review, the possible methods of synthesis of magnetite nanoparticles for medical and biological use (co-precipitation, hydrothermal and high-temperature reactions, electrochemical methods etc.), methods of synthesized magnetite-nanoparticles’ stabilization, methods of a nanoparticles’ surface modification, methods of investigation of the structure and physical and chemical characteristics of synthesized nanoparticles, the possible use of synthesized nanoparticles, and also development perspectives in the field of nanotechnology are considered.

Синтез суперпарамагнитных наночастиц для медико-биологического использования сейчас интенсивно развивается. Существенный прогресс, особенно на протяжении последнего десятилетия, был достигнут в синтезе магнитных наночастиц, который покрывает широкий диапазон их состава, размеров и свойств. Разные типы монодисперсных нанокристаллов с определённым размером, составом и физико-химическими характеристиками частиц были синтезированы и модифицированы с помощь широкого ряда химических синтетических методов. Однако синтез магнитных наночастиц высокого качества, а именно, который приводит к образованию гомодисперсной популяции магнитных зёрен контролированного размера, стабильных, неагломерированных частиц с покрытием для разных сред (водной, солевой, культур клеток и биологической), до сих пор остаётся сложной задачей. То есть необходимо разрабатывать новые стратегии синтеза для образования наночастиц с соответствующими свойствами. В этом обзоре рассмотрены возможные методы синтеза магнетитовых наночастиц для медико-биологического использования (метод соосаждения, гидротермические и высокотемпературные реакции, электрохимические методы и др.), методы стабилизации синтезированных магнетитовых наночастиц, методы модификации поверхности наночастиц, методы исследования структуры и физико-химических характеристик синтезиранных наночастиц, их возможное использование, а также перспективы развития в области нанотехнологии.