美国能源部成功合成出磁铁纳米粒子晶体

        美国能源部埃姆斯实验室研究人员日前表示，他们模仿细菌的自然本领，成功合成出磁性纳米粒子晶体。这些粒子晶体有望用于药物寻靶和传递、高密度存储装置或作为电机的磁密封。  



        商业化室温合成磁性铁纳米粒子晶体相当困难，原因是纳米粒子形成快，人们获得的往往是缺乏理想的晶体和磁性特征的粒子聚合块。同时，当粒子更小时，其磁性特别是同温度相关的特征会出现消失的现象。  



        在自然界中，有数种细菌能够产生精细和均匀的磁性四氧化三铁纳米粒子。该粒子具有理想的磁性特征。这些细菌被称为桥性细菌，它们采用一种蛋白质来生成尺寸约为50纳米的晶体状粒子，这些粒子在膜的约束下形成粒子链。据悉，细菌用体内的粒子链作为指南针，与地球磁场配合来确定方向。  



        为了解人类是否可以模仿细菌这种特殊的本领，埃姆斯实验室材料化学和生物分子材料项目主任苏利耶·马拉普拉嘎达召集实验室和爱荷华州立大学的微生物学家、生物化学家、材料学家、化学工程师、材料科学家和物理学家组成了跨学科研究小组。  



        研究中，小组人员首先分离出数种桥性细菌。然后基于他人早期研究的成果，分析了能够“捆绑”铁的几种蛋白质，其中包括在桥性细菌体内发现的Mms6蛋白。在细菌体内，Mms6蛋白同包围磁性晶体的膜相关。  



        随即，在试剂浓度不同的水性溶剂中，他们开始尝试合成磁性晶体。开始，快速形成的粒子小且缺乏特殊的晶体形态。于是，遵循小组物理学家提出的建议，他们采用自己开发的高分子凝胶剂降低了反应速度，从而控制了纳米晶体的形成并最大程度地减小了聚合块的尺寸。  



        对合成的纳米粒子晶体经过电子显微镜分析，研究人员发现，Mms6蛋白能够产生类似细菌自然产生的那种成型好的纳米粒子晶体，同时它们具有十分相似的特性。  



        铁酸钴未见于生物体中，它比磁铁具有更令人满意的磁性特征，但在商业化生产中也存在类似磁铁纳米粒子晶体生产的问题。基于对桥性细菌和合成磁性纳米粒子能力的认识，研究人员通过在合成磁铁纳米粒子过程中增加额外步骤，获得了六边形的铁酸钴晶体。据悉，他们的下步目标是了解是否可以将新方法推广到合成更多的磁性物质晶体。