При участии ЛЭТИ разработан метод получения ферритных нанокристаллов для улучшенной МРТ-визуализации

Магнитно-резонансная томография (МРТ) – это метод медицинской визуализации, который использует магнитное поле и радиоволны для создания детальных изображений внутренних органов и тканей тела человека. С помощью данного вида диагностики можно выявить широкий спектр патологий, включая воспалительные процессы, опухоли, кисты, полипы, а также состояние сосудов и нервной системы. 

Для лучшей визуализации тканей и органов используются два типа контрастных веществ: на основе гадолиния, дающего яркий (позитивный) контраст, и на основе оксида железа, обеспечивающего затемнение (негативный контраст). 

В зависимости от цели исследования МРТ проводится с использованием либо первого, либо второго, что не позволяет провести диагностику всего организма. Однако одновременное или повторное применение не рекомендуется из-за риска накопления веществ в организме и возможных побочных эффектов.

Поэтому создание универсального контрастного агента, способного совмещать оба типа визуализации, стало актуальной задачей. Одним из перспективных материалов для её решения является ортоферрит гадолиния (GdFeO3), сочетающий ионы гадолиния и железа(III), что открывает возможности для бимодальной контрастной активности. При этом синтез наночастиц с необходимыми свойствами требует высокой точности и подбора условий получения.

«Объединенный коллектив трёх институтов – ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, СПбГТИ(ТУ) и ЛЭТИ разработал метод синтеза нанокристаллов ортоферрита гадолиния с использованием ультразвукового и микрореакторного соосаждения. Мы изучили влияние условий синтеза на структуру, магнитные характеристики и контрастность образцов после термообработки, определили механизм формирования частиц и влияние примесей. По результатам специального метода исследования установлено, что такие наночастицы могут стать основой для бимодальных МРТ-контрастных агентов нового поколения, которые способны обеспечивать и позитивный, и негативный контраст, делая диагностику более информативной и щадящей для пациента».

Метод соосаждения – это переход в осадок примесей, сопутствующий осаждению основного вещества из раствора, содержащего несколько веществ. Процесс позволяет синтезировать нанокристаллы GdFeO3 с минимальными химическими примесями, однако такие условия, как температура, концентрации и т.д., при которых происходит соосаждение, влияют на физико-химические свойства и функциональные характеристики получаемых нанокристаллов.

Для решения этой задачи были предложены два новых метода синтеза: микрореакторное (под руководством профессора СПбГТИ(ТУ) Руфата Шовкетовича Абиева) и ультразвуковое (выполнен аспирантом СПбГТИ(ТУ) Яменом Албади) соосаждение. В первом методе соосаждение происходит в микрореакторе, где струи реагентов свободно сталкиваются друг с другом. Во втором методе используется ультразвук для обработки раствора на протяжении всего процесса соосаждения.

Таким способом ученые получили несколько нанокристаллов GdFeO3. Образцы прошли термообработку и были исследованы с применением комплекса современных методов анализа. Ученые выявили, как параметры синтеза – температура, состав и подача растворов, а также геометрия реакционной зоны – влияют на морфологию, магнитные и контрастные свойства частиц. Исследования показали, что комбинированный подход позволил получить однородные наночастицы с минимальным уровнем примесей и контролируемыми характеристиками.

По словам ученого, полученные результаты создают задел для дальнейших разработок в области медицинской визуализации и демонстрируют потенциал междисциплинарных исследований с участием ведущих научных центров Санкт-Петербурга.

Исследование выполнено в рамках кандидатской диссертации аспиранта СПбГТИ (ТУ) Ямена Албади под руководством доцента кафедры ФХ СПбГЭТУ «ЛЭТИ», доцента СПбГТИ (ТУ), заведующего лабораторией материалов и процессов водородной энергетики ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН Вадима Игоревича Попкова. Ряд экспериментов, проведенных 2019-2021 гг., поддержан Российским научным фондом (проект № 19-73-00286).

Работа ведется в русле научно-исследовательской политики программы развития СПбГЭТУ «ЛЭТИ» «Приоритет 2030».