При нахождении в водном растворе наночастиц оксида марганца (MNOPs), их магнитные свойства сильно изменяют с течением времени [1]. В этой работе изменение магнитных свойств рассматривалось как взаимосвязанное со структурной эволюцией наночастиц. В случае образцов не подверженных воздействию воды наблюдалось горизонтальное смещение петли гистерезиса при измерении образца, предварительно охлажденного от температуры 300 К (выше точки Нееля для MnO, TN MnO = 118 K) до температуры 5 К (ниже точки Кюри для Mn₃O₄ , T_C Mn₃O₄ = 43 K) в магнитном поле 5Т. Стоит отметить, что такое смещение является необычным, так как в данном случае TN MnO > TC Mn₃O₄ (условие для наблюдения обменного смещения – TN < TC). После нахождения наночастиц в водном растворе смещение петли не наблюдалось, при этом петли гистерезиса показывали большую коэрцитивную силу и остаточную намагниченность. Такие особенности были объяснены влиянием MnO-оболочки и, в частности, наличием фрустрированной межфазной области. Большее влияние на магнитные свойства наночастиц после процесса деградации оказывает доминирующая фаза Mn₃O₄ , высоко анизотропный характер которой (т.е. большое значение коэрцитивной силы и остаточной намагниченности) объясняется большим вкладом поверхностных спинов. Такой результат согласуется с обнаруженной структурной эволюцией – переходом от структуры ядро/оболочка к полым наночастицам, которая была подтверждена с помощью проведенного ПЭМ-анализа.

Рисунок 1. FC-петли гистерезиса наночастиц до и после их деградации.

[1] B.H. McDonagh, G. Singh, S. Hak, S. Bandyopadhyay, I.L. Augestad, D. Peddis, I. Sandvig, A. Sandvig, W.R. Glomm, Small. 12 (2016)

Омельянчик А.¹, Родионова В.¹, Синг Г.² , Мак-Донах Б.², Фиорани Д.³, Педдис Д.³, Лаурети С.³

¹ Балтийский Федеральный Университет им. Иммануила Канта,
² Norwegian University of Science and Technology, 3 Istituto di Struttura della Materia – CNR

Correspondence to: asomelyanchik@kantiana.ru 

Immanuel Kant Baltic Federal University,

Gaidara 6, Kaliningrad, Russia

Манипулирование биологическими объектами на клеточном и молекулярном уровнях является темой, вызывающей возрастающий интерес в ряде приложений в области биомедицины. Одним из наиболее перспективных методов является токовый магнитный манипулятор, который не имеет ограничений по размеру управляемых объектов, свойственных аналогам, и обладающий уникальной особенностью, по сравнению с оптическим и атомно силовым управлением, – возможностью инвазивного управления [1]. Рисунок 1 – Золотые микропровода на стеклянной подложке. Физический принцип манипулятора основан на том, что при протекании тока по проводнику создаётся неоднородное магнитное поле, которое действует на ферромагнитную нано- или микрочастицу, которая прикреплена к пара- или диамагнитному биологическому объекту (например, клетке). Управление происходит путем регулировки силы тока, протекающего в вы- бранном элементе системы микропроводов. В данной работе был изготовлен и протестирован элемент токового магнитного манипулятора – система планарных золотых (Au) микропроводов с параллельной геометрией, по- крытых защитным слоем оксида титана (TiO₂ ). Изготовление элементов проводилось методами магнетронного напыления тонкоплёночной структуры на стеклянную подложку через предварительно изготовленную маску. Теоретически и экспериментально были оценены максимальные величины силы тока, которые не вызывают разрушения проводов вследствие нагревания. Используемые в данной работе микроструктуры показали лучшую химическую и температурную устойчивость по сравнению с используемыми ранее микропроводами на основе меди и алюминия. Была показана возможность захвата, удержания и перемещения ферромагнитных наночастиц Fe₃O₄ с диаметром 11 нм.

Рисунок 1.  Золотые микропровода на стеклянной подложке.

[1] Bessalova V., Perov N., Rodionova V. – JMMM, 2016, 415, 66–71

А. Омельянчик¹, В. Родионова¹, Дж. Динг², С. Лендинез², В. Новосад²

¹ Центр функциональных магнитных материалов (FunMagMa), Балтийский Федеральный Университет им. Иммануила Канта, Калининград, Россия

² Аргоннская национальная лаборатория, Иллинойс, США

Correspondence to: asomelyanchik@kantiana.ru 

Immanuel Kant Baltic Federal University,

Gaidara 6, Kaliningrad, Russia

Развитие нанотехнологий в последние десятилетие вызвало растущий интерес и в смежных областях, например к изучению методов манипулирования микро- и нанообъектами. Основное внимание сосредоточено на сле- дующих методах манипулирования: оптический пинцет [1], атомно-силовой микроскоп [2] и магнитный пинцет [3, 4]. Основными преимуществами магнитных пинцетов являются низкая стоимость и простота использования. Однако, диапазон их применения ограничен из-за недостатков, таких как остаточная намагниченность ферромагнитного сердечника и взаимодействие между ферромагнитными сердечниками. Мы представляем новую конструкцию электромагнитного пинцета, которая позволяет манипулировать магнитными частицами, используя градиентные поля, создаваемые электрическим токам, протекающим через немагнитные микропровода [5]. Создание проводов с различными составами и геометрическими формами позволяет управлять контролируемым движением частиц в 2D или 3D измерениях. Системы планарных микропроводов с различными геометриями (параллельная и зигзагообразная), размерами в диапазоне 25-100 мкм и химическими составами (Al, Cu/SiO₂ , Au/Ti) были изготовлены и испытаны. Экспериментально измерены силы, действующие на магнитные частицы с магнитным моментом 0.2-2*10-10 Ам на расстояниях до 1 мм. Рабочие прототипы были изготовлены и использовались в нескольких экспериментах. Изготовленные прототипы электромагнитных пинцетов были проверены 143 на цитотоксическое действие на человеческие жировые мультипотентные, мезенхимальные, стромальные клетки (hAMMSCs). Максимальная сила, действующая на частицы в центре рабочей области 2×2 мм, была оценена и оказалась в диапазоне 3-30 пН.

[1] Khokhlova M.D., Lyubin E.V., Zhdanov A.G., Rykova S.Yu., Sokolova  I.A., Fedyanin A. A. – J. Biomed. Opt., 2012, 17 (2), 025001 1-5.
[2] Alonso J.L., Goldmann W.H. – Life Sci., 2003, 72, 2553–2560.
[3] De Vlaminck I., Dekker C. – Recent advances in magnetic tweezers. – Annu. Rev. Biophys. – 2012, 41, 453–472.
[4] Zlatanova J., van Holde K. – Mol. Cell, 2006, 24 (3), 317–329.
[5] Bessalova V., Perov N., Rodionova V. – New approaches in the design of magnetic tweezers-current magnetic tweezers. – J. Magn. Magn. Mater., 2016, 415, 1–6.

А. Омельянчик¹, В. Родионова¹, Е. Левада¹, В. Бессалова²,Н. Перов², Дж. Динг², С. Лендинез², В. Новосад²

¹ Центр функционализированных магнитных материалов (FunMagMa), Балтийский Федеральный Университет им. Иммануила Канта
² Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова
³ Аргоннская национальная лаборатория

Correspondence to: asomelyanchik@kantiana.ru 

Immanuel Kant Baltic Federal University,

Gaidara 6, Kaliningrad, Russia

В настоящее время специально разработанные и функционализированные наноматериалы имеют большие перспективы для биомедицинских применений. Такие наноматериалы широко тестируются как для диагностики, так и для целенаправленного лечения рака. Однако для разработки эффективных и безопасных методов лечения, диагностики и терапии на основе наночастиц крайне важно систематически исследовать побочные эффекты этих материалов. Целью этого исследования является изучение эффекта четырех видов наночастиц (Таблица 1) на цитотоксичность и активации различных видов клеточной смерти. Принимая во внимание, что наночастицы оксида железа преимущественно накапливаются в печени, мы выбрали клеточную линию HuH7 (человеческая гепатоцеллюлярная карцинома) в качестве модели для оценки гепатотоксичности, вызванной магнитными наночастицами. Цитотоксичность оценивали с помощью анализа WST-1. Иммуноблоттинг использовался для идентификации маркеров клеточной гибели. Мы обнаружили, что все типы наночастиц индуцируют гибель клеток в соответствии со временем инкубации и их изменением концентрации. Мы показали, что различные типы наночастиц индуцировали различные пути клеточной гибели. NP1 показал большее количество маркера некроптоза RIP3 по сравнению с контрольными клетками и клетками, инкубированными с другими типами наночастиц. NP2, а также наночастицы NP3, индуцировали апоптоз посредством активации каспазы 3. NP3, но не другие виды использованных наночастиц, также активировали переход LC3I в LC3II и индуцировали активацию каспазы 3. Такие результаты указывают на возможные изменения в лизосомах. Интересно то, что на данный момент, при использовании NP4 мы не детектировали определенного меха-низма гибели клеток через 6 часов.

Левада Е.¹, Ефремова М.², Никитин А.², Мажуга А.², Дейнека А.³, Родионова В.¹, Лунова М.⁴, Ирса М.⁴ и Лунов О.³

¹ Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта,
² Междисциплинарный центр: функциональные магнитные материалы для приложений энергетики и биомедицинских применений
³ Химический факультет, Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова
⁴ Institute of Physics of the Academy of Sciences of the Czech Republic,
⁵ Institute for Clinical & Experimental Medicine

Correspondence to: asomelyanchik@kantiana.ru 

Immanuel Kant Baltic Federal University,

Gaidara 6, Kaliningrad, Russia