Учёные из ФИАНа, Сколтеха и МФТИ под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артёма Оганова и главного научного сотрудника ФИАН Юрия Успенского обнаружили необычные свойства наночастиц оксида кремния. Они показали, что наночастицы оксида кремния в обычных условиях существуют в обогащённой кислородом форме.
Такие наночастицы проявляют магнитные свойства и несут активные формы кислорода (в частности, пероксид-, озонид-ионы и оксо-радикалы). Это может объяснять их известную высокую токсичность и канцерогенность.
нананокластер Si7O19
Наночастицы кремния перспективны для использования в различных областях, таких как наноэлектроника, оптоэлектроника, производство солнечных батарей и биосенсоров, поэтому они активно изучаются в последние десятилетия. Наночастицы кремния подвергаются окислению в кислородной атмосфере — но детали этого процесса неясны. Хорошо известно, что тонкая пыль диоксида кремния оказывает негативное влияние на организм человека, вызывая силикоз и рак лёгких, но природа этого эффекта неизвестна.
В своём исследовании учёные из групп Артёма Оганова и Юрия Успенского с помощью эволюционного алгоритма USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography) показали, что в атмосферных условиях наночастицы оксида кремния существуют не в форме SiO2, постулируемой классической химией, а в обогащённой кислородом форме, например, Si7O19. Присоединённые лишние атомы кислорода проявляют магнитные свойства и образуют активные формы кислорода. Активные формы кислорода, в частности пероксид-ион, очень активны по отношению к важнейшим биомолекулам и давно называются как важная причина онкологических заболеваний.
«Мы были немало удивлены тому, что при обычных условиях, в атмосфере кислорода устойчивыми оказываются наночастицы не привычного всем состава SiO2, а совершенно другие, химически активные и магнитные наночастицы», — говорит Сергей Лепёшкин, первый автор этого исследования, возможно, открывающего путь к пониманию природы канцерогенной активности пыли кремнезёма.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nanoscale.
Источник: Официальный сайт МФТИ