Проведенное специалистами СПбГЭТУ «ЛЭТИ» исследование параметров полученных материалов может использоваться для понимания механизмов образования горных пород и создания новых платформ таргетной доставки лекарств.
10.11.2023
Сегодня одним из перспективных исследовательских направлений является сфера создания синтетических аналогов природных объектов, свойства которых могут найти применение в науке, технике и экономике.
Одним из видов таких материалов являются импактиты – это стеклообразные горные породы с различными включениями (например, с металлическими наночастицами), которые образуются в результате столкновения метеоритов с поверхностью Земли. Эти материалы возникают в очень сложных условиях: высокое давление и температура выше 2 тыс. градусов Цельсия, а также многие другие факторы, не все из которых известны ученым. Поэтому процесс синтеза таких материалов довольно сложно повторить в лаборатории.
Импактиты обладают рядом полезных физических свойств, поэтому в перспективе они могут найти применение в таких сферах, как производство высокопрочных конструкционных и изоляционных материалов для авиа- ракето- и автомобилестроения, в атомной энергетике, металлургии и некоторых других. Кроме того, благодаря содержанию магнитных наночастиц в будущем такие соединения могут использоваться в том числе для компонентов систем записи и хранения информации, а также сенсоров медицинского назначения. Однако для широкого применения импактитов в указанных отраслях требуется разработать методологию и эффективные способы для их получения.
«Наша научная группа разработала метод, который позволяет получить искусственные стекла, содержащие наночастицы оксидов железа. Для этого мы создали условия, максимально приближенные к тем, в которых импактиты формируются в природе без вмешательства человека».
Ученые использовали для синтеза искусственных стекол несколько образцов горных пород (из них в естественных условиях формируются импактиты), которые подвергли высокотемпературной плавке в специальной печи – до 2 тыс. градусов Цельсия. После этого одна часть образцов быстро охлаждалась в воде, а другая – медленно внутри выключенной печи.
Затем исследователи измерили физические характеристики полученных стекол, в частности, магнитные свойства наночастиц оксидов железа (магнетита и гематита), которые в небольшом количестве зафиксированы в образцах. Кроме того, с помощью разработанного в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» программного обеспечения ученые провели моделирование свойств этих включений. Результаты работы опубликованы в научном журнале Magnetochemistry.
«Мы показали, что наночастицы оксидов железа в некоторых образцах обладают так называемыми суперпарамагнитными свойствами. То есть они не обладают собственным магнитным моментом при отсутствии внешнего магнитного поля, но способны намагничиваться под действием поля. В будущем эти характеристики могут быть интересны, например, для создания агентов при адресной доставке лекарств в организм человека, для безопасной неинвазивной диагностики и для многих других применений».
Кроме того, разработка и изучение методов синтеза искусственных импактитов поможет уточнить понимание исследователей о соответствующих геологических процессах на Земле.
Данный проект является частью работы ученых ЛЭТИ по изучению магнитных наночастиц, образующихся в результате процессов природного происхождения. Например, ранее ими был предложен подход, который позволяет изучать магнитные частицы, являющиеся частью организма некоторых бактерий.
В исследовании приняли участие ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПбГУ, ФТИ им. А. Ф. Иоффе, ДВФУ, Института химии ДВО РАН, а также ИГГД РАН.
