Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію
Розроблено методику синтезу магнітокерованих біосумісних нанокомпозитів на основі магнетиту, модифікованого діоксидом кремнію при використанні прекурсору тетраметоксисилану, досліджено їх структуру та магнітні властивості. На основі нанокомпозитів Fe₃O₄—SiO₂ одержано імуносорбенти з імобілізованим н...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Украинский химический журнал |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82335 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію / Л.С. Семко, П.П. Горбик, І.В. Дубровін, О.Г. Сіренко, М.В. Абрамов, Д.Г. Усов, О.І. Оранська // Украинский химический журнал. — 2009. — Т. 75, № 1. — С. 37-42. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-82335 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-823352015-05-29T03:01:51Z Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію Семко, Л.С. Горбик, П.П. Дубровін, І.В. Сіренко, О.Г. Абрамов, М.В. Усов, Д.Г. Оранська, О.І. Неорганическая и физическая химия Розроблено методику синтезу магнітокерованих біосумісних нанокомпозитів на основі магнетиту, модифікованого діоксидом кремнію при використанні прекурсору тетраметоксисилану, досліджено їх структуру та магнітні властивості. На основі нанокомпозитів Fe₃O₄—SiO₂ одержано імуносорбенти з імобілізованим на їх поверхні імуноглобуліном людини. Встановлено, що фізично адсорбована кількість імуноглобуліну є максимальною для системи магнетит—оксид кремнію при вмісті 0.15 г SiO₂ на 1 г магнетиту і складає 31 мг на 1 г нанокомпозиту. Разработана методика синтеза магнитоуправляемых биосовместимых нанокомпозитов на основе магнетита, модифицированного диоксидом кремния, c использованием прекурсора тетраметоксисилана, исследована их структура и магнитные свойства. На основе нанокомпозитов Fe₃O₄—SiO₂ получены иммуносорбенты с иммобилизованным на их поверхности иммуноглобулином человека. Установлено, что физически адсорбированное количество иммуноглобулина максимально для системы магнетит—диоксид кремния при содержании 0.15 г SiO₂ на 1 г магнетита и составляет 31 мг на 1 г нанокомпозита. A technique of synthesis of magnetic biocompatible nanocomposites on a basis of magnetite coated with silicon dioxide using tetramethoxysilane as a precursor was developed. Immunoadsorbents on the basis of the nanocomposites Fe₃O₄—SiO₂ carrying surfaceimmobilized human immunoglobulin were prepared. It was found for the system magnetite—silicon dioxide at the SiO₂ contents 0.1—0.2 g (per 1 g magnetite) that the maximal physically adsorbed amount of the immunoglobulin is equal to 31 mg (per 1 g of the nanocomposite). 2009 Article Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію / Л.С. Семко, П.П. Горбик, І.В. Дубровін, О.Г. Сіренко, М.В. Абрамов, Д.Г. Усов, О.І. Оранська // Украинский химический журнал. — 2009. — Т. 75, № 1. — С. 37-42. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 0041–6045 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82335 544.72.02 uk Украинский химический журнал Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Неорганическая и физическая химия Неорганическая и физическая химия |
| spellingShingle |
Неорганическая и физическая химия Неорганическая и физическая химия Семко, Л.С. Горбик, П.П. Дубровін, І.В. Сіренко, О.Г. Абрамов, М.В. Усов, Д.Г. Оранська, О.І. Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію Украинский химический журнал |
| description |
Розроблено методику синтезу магнітокерованих біосумісних нанокомпозитів на основі магнетиту, модифікованого діоксидом кремнію при використанні прекурсору тетраметоксисилану, досліджено їх структуру та магнітні властивості. На основі нанокомпозитів Fe₃O₄—SiO₂ одержано імуносорбенти з імобілізованим на їх поверхні імуноглобуліном людини. Встановлено, що фізично адсорбована кількість імуноглобуліну є максимальною для системи магнетит—оксид кремнію при вмісті 0.15 г SiO₂ на 1 г магнетиту і складає 31 мг на 1 г нанокомпозиту. |
| format |
Article |
| author |
Семко, Л.С. Горбик, П.П. Дубровін, І.В. Сіренко, О.Г. Абрамов, М.В. Усов, Д.Г. Оранська, О.І. |
| author_facet |
Семко, Л.С. Горбик, П.П. Дубровін, І.В. Сіренко, О.Г. Абрамов, М.В. Усов, Д.Г. Оранська, О.І. |
| author_sort |
Семко, Л.С. |
| title |
Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію |
| title_short |
Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію |
| title_full |
Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію |
| title_fullStr |
Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію |
| title_full_unstemmed |
Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію |
| title_sort |
одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію |
| publisher |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Неорганическая и физическая химия |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82335 |
| citation_txt |
Одержання та дослідження шаруватих нанокомпозитів магнетит—діоксид кремнію / Л.С. Семко, П.П. Горбик, І.В. Дубровін, О.Г. Сіренко, М.В. Абрамов, Д.Г. Усов, О.І. Оранська // Украинский химический журнал. — 2009. — Т. 75, № 1. — С. 37-42. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| series |
Украинский химический журнал |
| work_keys_str_mv |
AT semkols oderžannâtadoslídžennâšaruvatihnanokompozitívmagnetitdíoksidkremníû AT gorbikpp oderžannâtadoslídžennâšaruvatihnanokompozitívmagnetitdíoksidkremníû AT dubrovínív oderžannâtadoslídžennâšaruvatihnanokompozitívmagnetitdíoksidkremníû AT sírenkoog oderžannâtadoslídžennâšaruvatihnanokompozitívmagnetitdíoksidkremníû AT abramovmv oderžannâtadoslídžennâšaruvatihnanokompozitívmagnetitdíoksidkremníû AT usovdg oderžannâtadoslídžennâšaruvatihnanokompozitívmagnetitdíoksidkremníû AT oransʹkaoí oderžannâtadoslídžennâšaruvatihnanokompozitívmagnetitdíoksidkremníû |
| first_indexed |
2025-07-06T08:50:25Z |
| last_indexed |
2025-07-06T08:50:25Z |
| _version_ |
1836886865510137856 |
| fulltext |
тем имеет линейный характер и связана с приро-
дой этих систем и, возможно, со степенью шеро-
ховатости образующихся осадков. Характер зави-
симостей Re—Те объясняется линейной зависи-
мостью каждого из них от скорости вращения в
различных по природе системах химического вос-
становления. При увеличении степени шерохова-
тости образующихся осадков (в случае систем кон-
тактного обмена) значения Re и Те существенно
снижаются, но линейный характер зависимости меж-
ду ними не нарушается в широком диапазоне зна-
чений ω (рис. 3).
Таким образом, анализ экспериментальных за-
висимостей и рассчитанных кинетических (VMe ,
τ1/2), физических (Fсв, Fц, q2) и гидродинамических
(Re, Te) параметров в системах химической ме-
таллизации и контактного обмена показал, что наи-
более приемлемым объяснением физико-химичес-
кой природы установленного нами ранее [8] эффек-
та гидродинамического ограничения скорости оса-
ждения металла с увеличением угловой скорости
ω на вращающемся цилиндрическом образце яв-
ляется определенное соотношение центробежной
силы Fц и силы связи Fсв, воздействующих на реак-
ционно-активные частицы в межфазном слое.
РЕЗЮМЕ. Вперше побудовано математичну мо-
дель процесів хімічного осадження металів на діелек-
трики та метали в умовах гідродинамічного режиму. На
основі порівняльного аналізу кінетичних, фізичних та
гідродинамічних параметрів у системах хімічної ме-
талізації та контактного обміну знайдено, що причиною
прояву встановленого нами раніше ефекту гідроди-
намічного обмеження швидкості осадження металів на
обертальному циліндричному зразку є нерівність Fц
≥ Fсв, яка приводить до виштовхування реакційно-ак-
тивних частинок з міжфазного шару.
SUMMARY. The terms of mathematical model of
processes of the chemical besieging of metals on dielectrics
and metals in the conditions of the hydrodynamic mode
are first set. On the basis of comparable analysis of kinetic,
physical and hydrodynamic parameters it is set in the
systems of chemical metallization and contact exchange,
that the reason of display of besieging of metals set by
us before the effect of hydrodynamic limitation of speed
on the revolved cylindrical pattern is establishment of
inequality Fcent ≥ Fcom, resuting in the extrusion of reac-
tionary-active particles from a on verge of distributing
of phases.
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М . Гидродинамика. -3-е
изд., перераб. -М .: Наука, 1986.
2. Семиохин И .А ., Страхов Б .В., Осипов А .И . Кине-
тика химических реакций: Учеб. пособие. -М .: Изд-
во МГУ, 1995.
3. Сокольский Д.В., Друзь В.А . Введение в теорию
гетерогенного катализа: Учеб. пособие для студен-
тов вузов. -2-е изд., перераб. и доп. -М .: Высш.
шк., 1981.
4. Касаткин А .Г. Основные процессы и аппараты
химической технологии. -М .: Химия, 1971.
5. Дорфман Л.А . Гидродинамическое сопротивление и
теплоотдача вращающихся тел. -М.: Физматгиз, 1960.
6. Плесков Ю.В., Филиновский В.Ю. Вращающийся
дисковый электрод. -М .: Наука, 1972.
7. Гупало Ю.П ., Полянин А .Д., Рязанцев Ю .С. Массо-
теплообмен реагирующих частиц с потоком. -М .:
Наука, 1985.
8. Бешенцева О.А ., Калугин В.Д., Опалева Н .С. // Вісн.
Харків. нац. ун-ту. Хімія. -2005. -Вип. 12(35), №
648. -С. 127—130.
Научно-исследовательский институт химии ХНУ Поступила 28.05.2008
им. В.Н . Каразина, Харьков
Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
УДК 544.72.02
Л.С. Семко, П.П. Горбик, І.В. Дубровін, О.Г. Сіренко, М.В. Абрамов, Д.Г. Усов, О.І. Оранська
ОДЕРЖАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ШАРУВАТИХ НАНОКОМПОЗИТІВ
МАГНЕТИТ—ДІОКСИД КРЕМНІЮ
Розроблено методику синтезу магнітокерованих біосумісних нанокомпозитів на основі магнетиту, модифіко-
ваного діоксидом кремнію при використанні прекурсору тетраметоксисилану, досліджено їх структуру та
магнітні властивості. На основі нанокомпозитів Fe3O4—SiO2 одержано імуносорбенти з імобілізованим на
© Л.С. Семко, П .П . Горбик, І.В. Дубровін, О.Г. Сіренко, М .В. Абрамов, Д.Г. Усов, О.І. Оранська , 2009
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 1 37
їх поверхні імуноглобуліном людини. Встановлено, що фізично адсорбована кількість імуноглобуліну є мак-
симальною для системи магнетит—оксид кремнію при вмісті 0.15 г SiO2 на 1 г магнетиту і складає 31 мг
на 1 г нанокомпозиту.
Синтез функціональних наносистем, молеку-
лярний дизайн поверхні та фізико-хімічні дослід-
ження їх властивостей — важливий напрямок су-
часних нанотехнологій [1]. У цей напрямок вхо-
дять задачі розробки перспективних магніто-ке-
рованих адсорбентів (в тому числі і магнітних іму-
носорбентів) медико-біологічного призначення [2
—5]. Як адсорбційне покриття на магнітному но-
сії застосовують переважно оксиди кремнію і ти-
тану. Такі матеріали можуть бути використані для
вилучення певних речовин з розчинів, сепарації клі-
тин або інших біологічних об’єктів, а також ство-
рення імуносорбентів [6, 7].
Для отримання поверхневого шару наноком-
позитів типу Fe3O4—SiO2 застосовують силікати
лужних металів [5, 8] або алкоксиди кремнію [9].
Раніше нами було одержано серію нанокомпози-
тів на основі магнетиту, модифікованого діокси-
дом кремнію при використанні прекурсору тетра-
етоксисилану (ТЕОС) та досліджено їх структуру
і властивості [4, 10]. Оцінено процеси гідролізу
та перетворення ТЕОС на поверхні магнетиту
при нагріванні нанокомпозитів. Показано, що по-
криття SiO2 на поверхні магнетиту підвищує тер-
мічну стабільність нанокомпозитів у порівнянні
з немодифікованим магнетитом.
Проте для розробки сучасної технології одер-
жання нанокомпозитів магнетит—діоксид крем-
нію необхідно підібрати оптимальні прекурсори
для отримання шару SiO2 на поверхні магнетиту
та умови синтезу, спростити процеси синтезу, вдос-
коналити характеристики цих нанокомпозитів. У
даній роботі для створення шаруватого наноком-
позиту Fe3O4—SiO2 як прекурсор з ряду алкокси-
дів кремнію обрано тетраметоксисилан (ТМЕС),
що не дає зайвих домішок при перетворенні в SiO2.
Метою роботи є синтез та дослідження влас-
тивостей нанокомпозитів Fe3O4—SiO2 з викорис-
танням ТМЕС. Відомо про застосування ТМЕС як
прекурсора SiO2 для одержання нанокомпозитів
магнетит—діоксид кремнію [9], але умови їх син-
тезу та процеси перетворення тетраметоксисила-
ну на поверхні магнетиту практично не вивчені.
Тому нами розроблена методика, що базується
на реакції перетворення ТМЕС у SiO2, і в якій
використані методи золь–гель технології [9]. Як
каталізатор гідролізу тетраметоксисилану застосо-
вували фторид амонію.
Одержання зазначених вище нанокомпозитів
включає стадії синтезу магнетиту та безпосеред-
ньо шаруватих нанокомпозитів. Синтез магнети-
ту детально описаний нами в роботі [11]. Для його
одержання використовували реакцію швидкої ней-
тралізації надлишком водного розчину аміаку су-
міші солей дво- і тривалентного заліза:
FeSO4 + 2FeCl3 + 8NH 4OH =
= Fe3O4 + (NH 4)2SO4 + 6NH 4Cl + 4H 2O .
Одержання нанокомпозитів включає такі ос-
новні стадії: попередній гідроліз ТМЕС у суміші
метанолу і води, обробка заданої наважки магне-
титу продуктами попереднього гідролізу ТМЕС
в присутності 0.025 %-го розчину NH4F при пос-
тійному змішуванні в ультразвуковому дисперга-
торі УЗДН-2 до утворення гелю, сушка протягом
10 год при температурі 80 ± 5 оС, нагрівання в ат-
мосфері аргону до 450 ± 5 оС та витримування за
цієї температури 2 год. Вміст SiO2 на поверхні 1 г
магнетиту змінювали від 0.1 до 0.5 г, кількість ка-
талізатору варіювали від 0.5 до 1.5 мг у залежно-
сті від об’єму тетраметоксисилану в суміші. Тер-
мообробка необхідна для здійснення процесів по-
лімеризації ТМЕС, видалення побічних продуктів
синтезу, а також для наступного процесу руйнуван-
ня покриття полімеру до (SiO2)n, де n<7 [4]. Засто-
сування атмосфери аргону за умови термообро-
бки запобігає окисленню магнетиту при Т>400 oС.
Питому поверхню вихідного Fe3O4 та зразків
Fe3O4—SiO2 визначали по адсорбції азоту (метод
БЕТ) на установці Kelvіn-1042 (Costech Іnterna-
tіonal Іnstruments). РФА-аналіз проводили за допо-
могою дифрактометру (ДРОН-4-07) у випроміню-
ванні кобальтового аноду (λ=1.79021 Ao ) із заліз-
ним фільтром у відбитих променях і геометрією
зйомки за Брегом–Брентано. ІЧ-Фур’є спектроско-
пічні дослідження нанокомпозитів проводили на
ІЧ -Фур’є спектрометрі NEXUS виробництва
Thermo Nicolet (США) у діапазоні 400—4000 см –1.
Для дослідження магнітних властивостей поро-
шків магнетиту і нанокомпозитів на його основі
використовували вібраційний магнітометр. Часто-
та і амплітуда вібрації зразка задавалися генера-
тором коливань і підсилювачем низької частоти.
Вимірювання були проведені на частоті 228 Гц при
кімнатній температурі. Зразками для досліджень
служили сухі розмагнічені порошки. Методика ви-
Неорганическая и физическая химия
38 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 1
мірів описана в роботі [12]. На основі експери-
ментальних результатів будували циклічні залеж-
ності значень магнітної індукції (B) від напруже-
ності магнітного поля (Н) — петлі гістерезису. Вико-
ристовуючи ці залежності, визначали наступні
магнітні характеристики порошків магнетиту та
нанокомпозитів — індукцію та намагніченість
насичення (Bs та М s відповідно), залишкову на-
магніченість (М r) та коерцитивну силу по індукції
(вНс). Значення питомої намагніченості дослід-
жуваних зразків знаходили за формулою
sх = (σетmет/uет)(uх/mх) ,
де σ — питома намагніченість; m — маса; u — е.р.с.;
індексами “ет” і “х” позначені відповідні значення
еталонного і досліджуваного зразків. В якості ета-
лонного зразка використовували Fe3O4 (98 %) ви-
робництва фірми Nanostructured & Amorphous
Materials Inc., USA, питома намагніченість наси-
чення при кімнатній температурі якого становить
~8.25 мкТл⋅м3/кг.
Тестування адсорбційної здатності отриманих
зразків проводили з використанням розчину нор-
мального імуноглобуліну (Іg) людини з концен-
трацією 2.34 мг в 1 мл фізіологічного розчину. На-
важки композитів по 100 мг у пробірках залива-
лися 5 мл розчину імуноглобуліну і витримува-
лись у ньому при кімнатній температурі і пері-
одичному перемішуванні на протязі 1 та 3 год. За-
лишкову концентрацію розчину Іg після витри-
мування зразків встановлювали спектрофотомет-
рично (при λ=280 нм) після центрифугування роз-
чинів при 1000 об/хв. Оптичну густину розчинів
Іg визначали за допомогою спектрофотометру СФ-
16. На основі отриманих даних будували графік
залежності кількості сорбованого імуноглобуліну
на поверхні 100 мг нанокомпозиту (ν, мг) від вмі-
сту SiO2 у поверхневому шарі 1 г Fe3O4 (g, г).
Відомо, що процеси гідролізу алкоксидів за-
лежать від співвідношення розчинника і води, рН
середовища, наявності каталізатора та інших фак-
торів [4, 9, 10]. Наші попередні дослідження пока-
зали, що процеси гідролізу відбуваються найбільш
ефективно в присутності каталізатора NH4F. На
початковій стадії гідролізу найбільш ймовірне про-
тікання таких процесів:
де R — СН3.
Проте процеси гідролізу відбуваються значно
складніше [6, 7]. За умови розробленої нами мето-
дики для розрахунку кількості продуктів весь про-
цес гідролізу, поліконденсації і руйнування полі-
меру можна умовно виразити двома рівняннями:
Si(OСН3)4 + 4H 2O = Si(OH)4 + 4CН3OH ;
Si(OH)4 = SiO2 + 2H 2O .
Основні одержані результати наведено на
рис. 1—4. Було визначено, що вихідний магнетит
має питому поверхню 100 м2/г. На основі даних
рентгенофазового аналізу за допомогою рівняння
Шерера [13] розраховане значення середнього
розміру кристалітів Fe3O4, яке дорівнює 12 нм.
Питома поверхня композитів з вмістом 0.15, 0.2 та
0.3 г SiO2 на 1 г магнетиту по відношенню до ви-
хідного магнетиту зростає і дорівнює, відповідно,
105, 126, 164 м2/г.
Наявність Fe3O4 у композитах було підтвер-
Рис. 1. Дифрактограми зразків вихідного (1) та модифі-
кованого діоксидом кремнію магнетиту з його вмістом
0.1 (2); 0.15 (3); 0.2 (4); 0.3 г (5) на 1 г магнетиту,
витриманих за температури 450 оС в атмосфері аргону.
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 1 39
джено даними дифракції рентгенівського випро-
мінювання по присутності на дифрактограмах (рис.
1) рефлексів відповідних 2θ = 21.5°; 35°; 41.5°; 50.5°;
63.4°; 67.5°; 74° (JCPDS № 19-629). Рефлексів, ха-
рактерних для кристалічної гратки діоксиду крем-
нію, виявлено не було. Про присутність кремній-
вмісного композиту в досліджуваних зразках свід-
чить зменшення інтенсивності рефлексів Fe3O4 на
дифрактограмах зразків модифікованого магне-
титу. Найбільш помітно воно для зразку з найбі-
льшим вмістом SiO2 (рис. 1, дифрактограма 5). За
умови мінімального вмісту модифікатора (рис. 1,
дифрактограма 2) на дифрактограмі присутній
слабкий пік при 2θ = 38.5°, який відповідає най-
більш інтенсивному рефлексу кристалічної гратки
α-Fe2O3 (JCPDS № 33-664). Це свідчить про те,
що така маса покриття не є достатньою для утво-
рення суцільного шару SiO2 на поверхні магнетиту
і не перешкоджає окисленню поверхні. Проте при
подальшому збільшенні вмісту SiO2 в наноком-
позитах фаза α-Fe2O3 зникає в зв’язку з утворен-
ням суцільного шару SiO2 на поверхні магнетиту.
Аналогічна закономірність спостерігалась у ро-
боті [10], де встановлено, що мінімальна товщина
шару, яка перешкоджає окисленню частинок маг-
нетиту, забезпечується модифікуванням 0.15—
0.18 г SiO2 на 1 г магнетиту; 1.5—1.8 мг на 1 м2
магнетиту.
За допомогою метода ІЧ-Фур’є спектроскопії
індентифікована фаза SiO2 на поверхні магнетиту
в нанокомпозитах. Інфрачервоні спектри порош-
ків немодифікованого магнетиту і нанокомпози-
тів (магнетит, покритий SiO2) представлені на
рис. 2. Аналізуючи спектри, можна констатувати,
що немодифікований магнетит має смуги погли-
нання при 442, 475 см–1, які характеризують ва-
лентні коливання зв’язків Fe–O в оксидах заліза.
Смуги поглинання 890, 980, 1050 та 1130 см–1 на-
лежать деформаційним коливанням груп Fe–OН
[2, 4]. Після модифікації поверхні магнетиту SiO2
відбуваються значні зміни в ІЧ-спектрах відбиття
нанокомпозитів. При вмісті 0.1 г SiO2 на 1 г маг-
нетиту cпостерігається зникнення смуги поглинан-
ня при 1130 см–1, що відповідає деформаційним
коливанням Fe–OН ; смуги 980 та 890 см–1 також
зникають. При збільшенні вмісту SiO2 до 0.15 г
на 1 г магнетиту ІЧ-спектри змінюються в порів-
нянні зi спектром немодифікованого магнетиту та
магнетиту, покритого 0.1 г SiO2: з’являються та збі-
льшуються інтенсивності смуг 810, 970 та 1080 см–1.
З літератури відомо, що смуги поглинання 460,
810, 1080 см–1 характерні для каркасних коливань
та зв’язків Si–O–Si у кремнеземі, 970 см–1 — ва-
лентні коливання зв’язків Si–O у групі Si—OX
(Х — в більшості випадків Н або Ме) [11]. Отже,
ці смуги поглинання належать коливанням у по-
верхневих шарах SiO2. Таким чином, наявність
покриття на поверхні магнетиту не викликає
сумніву.
Для створення магнітокерованих адсорбентів
важливо оцінити їх магнітні характеристики. Ба-
жано також наблизити їх до характеристик вихід-
ного магнетиту. Результати досліджень магнітних
властивостей нанокомпозитів (рис. 3) показали,
Неорганическая и физическая химия
Рис. 2. ІЧ-Фур’є спектри вихідного магнетиту (1) та на-
нокомпозитів на основі магнетиту, модифікованого
SiО2 (2–7). Вміст SiО2 (г) у поверхневому шарі наноком-
позиту на 1 г магнетиту: 2 — 0.1; 3 — 0.15; 4 — 0.2;
5 — 0.3; 6 — 0.4; 7 — 0.5 г.
Рис. 3. Петлі гістерезісу зразків вихідного магнетиту
(1) та нанокомпозитів на основі магнетиту, модифіко-
ваного діоксидом кремнію (2–7). Вміст SiО2 у поверх-
невому шарі нанокомпозиту на 1 г магнетиту: 2 — 0.1;
3 — 0.15; 4 — 0.2; 5 — 0.3; 6 — 0.4; 7 — 0.5 г.
40 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 1
що як для вихідного магнетиту, так і для нано-
композитів характерні вузькі петлі гістерезісу, що
свідчить про малі втрати на гістерезис при пере-
магнічуванні зразків. Такі петлі гістерезису при-
таманні нанокристалічним матеріалам і спостері-
галися нами для всіх магнітних матеріалів і для
нанокомпозитів на їх основі [2–4, 15].
Аналіз одержаних даних (рис. 3) свідчить про
наступні закономірності. Зростання маси покрит-
тя SiO2 від 0 до 0.5 г на 1 г магнетиту приводить
до зменшення питомої намагніченості насичення
(σs) нанокомпозитів від 4.7 до 1.9 мкТл⋅м3/кг та
нелінійної зміни значень коерцитивної сили. Так,
із збільшенням маси покриття SiO2 від 0 до 0.1,
0.15, 0.2 г на 1 г магнетиту величина σs зміню-
ється, відповідно, до 4.6, 4.0, 3.4 мкТл⋅м3/кг, тобто в
порівнянні зі значенням питомої намагніченості
вихідного магнетиту неістотно, а значення вНс спо-
чатку збільшується, відповідно, від 4.5 до 5.4, 5.7,
6.1 кА/м, а потім знижується до 4.0 кА/м для нано-
композиту, що містить 0.5 г SiO2 на 1 г Fe3O4.
Синтезований нанокомпозит Fe3O4—SiO2 мо-
же бути застосований для утворення магнітних
адсорбентів типу Fe3O4—SiO2—Іg та одержання
біомагнітного комплекса магнітний адсорбент—
антиген (Аng), тобто Fe3O4—SiO2—Іg—Аng. Як
антиген можуть бути використані віруси гепати-
ту (А, В, С). У зв’язку з цим необхідно було оці-
нити адсорбцію Іg на поверхні магнітного адсор-
бенту. Одержані дані (рис. 4) показали, що най-
більше значення маси адсорбованого імуноглобу-
ліну спостерігається при вмісті 0.15 г на 1 г магне-
титу і становить 31 мг.
У результаті проведеної роботи розроблено
методику синтезу магнітокерованих біосумісних
нанокомпозитів на основі магнетиту, модифіко-
ваного діоксидом кремнію (при використанні
прекурсору тетраметоксисилану). За допомогою
методів РФА і ІЧ-Фур’є спектроскопії ідентифі-
ковано фази магнетиту і діоксиду кремнію в одержа-
них нанокомпозитах. Показано, що величини пито-
мої намагніченості та індукції насичення зразків на-
нокомпозитів із вмістом 0.1—0.2 г немагнітних
компонентів (на 1 г магнетиту) наближаються до
відповідних характеристик вихідного магнетиту.
На основі нанокомпозитів Fe3O4—SiO2 одержано
імуносорбенти з імобілізованим на їх поверхні
імуноглобуліном людини. Встановлено, що мак-
симальна кількість імуноглобуліну при фізичній
адсорбції для системи магнетит—оксид кремнію
при вмі сті 0.15 г SiO2 (на 1 г магнетиту) складає 31
мг (на 1 г нанокомпозиту). Одержані композити
можуть бути застосовані для створення імуно-
магнітного комплексу Fe3O4—SiO2—імуногло-
булін—антиген та апробовані при деконтамінації
плазми крові від вірусів.
РЕЗЮМЕ. Разработана методика синтеза магнито-
управляемых биосовместимых нанокомпозитов на ос-
нове магнетита, модифицированного диоксидом крем-
ния, c использованием прекурсора тетраметоксисилана,
исследована их структура и магнитные свойства. На ос-
нове нанокомпозитов Fe3O4—SiО2 получены иммуно-
сорбенты с иммобилизованным на их поверхности им-
муноглобулином человека. Установлено, что физически
адсорбированное количество иммуноглобулина макси-
мально для системы магнетит—диоксид кремния при
содержании 0.15 г SiО2 на 1 г магнетита и составляет
31 мг на 1 г нанокомпозита.
SUMMARY. A technique of synthesis of magnetic
biocompatible nanocomposites on a basis of magnetite
coated with silicon dioxide using tetramethoxysilane as a
precursor was developed. Immunoadsorbents on the basis
of the nanocomposites F e3O4—SiO2 carrying surface-
immobilized human immunoglobulin were prepared. It was
found for the system magnetite—silicon dioxide at the
SiO2 contents 0.1—0.2 g (per 1 g magnetite) that the maxi-
mal physically adsorbed amount of the immunoglobulin
is equal to 31 mg (per 1 g of the nanocomposite).
1. Нанотехнология в ближайшем десятилетии.
Прогноз направлений исследований / Под. ред.
М .К . Роко, Р.С. Уильямса . -М : Мир, 2002.
2. Горбик П .П ., Петрановська А .Л., Сторожук Л.П .
та інш. // Хімія, фізика та технологія поверхні.
Міжвід. зб. наук. праць / Ін-т хімії поверхні НАН
Рис. 4. Залежність кількості сорбованого імуногло-
буліну на поверхні 100 мг нанокомпозиту (ν) від вмісту
SiO2 в поверхневому шарі 1 г Fe3O4 (g) через 1 (1) та
3 год (2) процесу адсорбції.
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 1 41
України. -Київ: Наук. думка, 2006. -Вип. 11–12.
-С. 374—397.
3. Семко Л.С., Горбик П .П ., Чуйко О.О. та інш. //
Доп. НАН України. -2007. -№ 2. -С. 150—157.
4. Семко Л.С., Горбик П .П ., Сторожук Л.П . та інш.
// Там же. -2007. -№ 3. -С. 153—160.
5. Пат. 6447911 США , МКИ В32В 005/16. -Prior.
10.09.2002.
6. Ларин М .Ю ., Иванов П .К., Блохин Д.Ю . и др. //
Рос. биотерапевт. журн. -2005. -3, № 4. -С. 24—29.
7. Латкин А .Т . Автореф. дис. ... канд. мед. наук.
-М ., 2005.
8. Пат. 6924033 США , Іnt. Cl. В32В 005/16. -Prior.
2.08.2005.
9. Brinker C.I., Scherer C.W . Sol-Gel Science. -Boston;
San Diego; New York: Academ. Press. Inc, 1990.
10. Семко Л.С., Горбик П .П . та інш. // Фізика і хімія
тв. тіла. -2007. -8, № 3. -С. 526—532.
11. Семко Л.С., Горбик П .П ., Сторожук Л.П . та інш.
// Укр. хім. журн. -2007. -73, № 10. -С. 84—89.
12. Борисенко Н . В., Богатырев В. М ., Дубровин И .В.
и др. // Физико-химия наноматериалов и супра-
молекулярных структур. -Київ: Наук. думка, 2007.
-Т. 1. -С. 394—406.
13. Оранская Е.И ., Горников Ю .И ., Фесенко Т .В. //
Заводск. лаборатория. -1994. -60, № 1.
14. Литтл Л. Инфракрасные спектры адсорбирован-
ных молекул. -М .: Мир, 1991.
14. Коваленко А .С., Гринь С.В., Ильин В.Г. // Теорет.
и эксперим. химия. -2004. -40, № 1. -С. 46—51.
15. Семко Л.С., Горбик П .П ., Рево С.Л., Сторожук
Л.П . // Вісн. Київ. ун-ту. -2006. -№ 4. -С. 76—85.
Інститут хімії поверхні НАН України Надійшла 24.04.2008
ім. О.О. Чуйка, Київ
Неорганическая и физическая химия
42 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 1
|