Российские ученые получили новый эффективный очиститель для сточных вод

Ученые синтезировали чистый гидрогель магнетита и исследовали его свойства. Новое вещество можно использовать как для очистки воды от тяжелых металлов, так и для адресной доставки лекарств. С результатами работы ученых можно ознакомиться в журнале RSC Soft Matter. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Реклама

Гидрогели — это гелеподобные материалы, содержащие в своей структуре большое количество воды. В большинстве случаев гидрогели состоят из разветвленных, связанных между собой молекул органических полимеров, однако в последнее время активно развивается направление создания органо-неорганических или чисто неорганических гидрогелей, так как внесение неорганических компонентов позволяет сделать гидрогели чувствительными к различным физическим факторам, таким как электрический потенциал или магнитное поле, и тем самым расширить потенциал их применения. В основном такие материалы используются в качестве поглощающих веществ (сорбентов) для связывания токсичных агентов или как «умные» хранилища воды для аграрных задач, но также активно развиваются и другие области применения таких материалов, например, доставка лекарств, тканевая инженерия и создание сенсоров.

В ходе исследования группе ученых из Университета ИТМО совместно с коллегами из Македонии и Израиля впервые удалось получить высокомагнитный гидрогель, состоящий исключительно из магнетита и воды, причем содержание последней в материале может составлять до 94% по массе и 99% по объему. Гидрогель состоит из связанных между собой наночастиц магнетита и образует пространственную сетку, которая и поддерживает структуру материала.

«В поры этого геля можно загружать различные вещества. В нашей статье мы говорим о том, что есть возможность загрузить органические молекулы или какие-либо лекарственные препараты. Также данный материал биосовместим, что делает возможным его дальнейшее применение в адресной доставке лекарств», — рассказала один из авторов работы, магистрант Университета ИТМО Елизавета Анастасова.

Полученный гидрогель представляет собой темно-коричневую гелеобразную субстанцию, которая притягивается магнитом. Отличительной особенностью полученного материала является простота его состава, мягкие условия получения и высокая степень биосовместимости (способности встраиваться в человеческий организм).

Исследованные гидрогели могут избирательно поглощать из среды определенные вещества, например, ионы хрома и свинца, благодаря чему их можно использовать в качестве сорбентов. Этому способствует большая удельная поверхность гидрогеля и большой объем пор (их средний диаметр — 15 нанометров, в несколько тысяч раз тоньше человеческого волоса). В результате гидрогель оказывается на 225% более эффективным сорбентом, чем отдельные частицы магнетита, которые также используются для удаления веществ из среды. Необходимо также отметить, что полученный сорбент почти не теряет своей эффективности при повторном применении.

Еще одно интересное свойство гидрогеля — его тиксотропия: вещество становится менее вязким при механическом воздействии и сгущается в состоянии покоя. Благодаря этому можно добиться контролируемого высвобождения добавок, например, функциональных молекул и лекарственных средств, которые вносятся в состав перед образованием геля.