ВКР: Мессбауэровские исследования биогенных наночастиц оксидов железа

ВВЕДЕНИЕ
На протяжении всего периода существования жизни на Земле, бактерии играли важную роль, принимая участие в круговороте веществ в природе. Любые органические соединения и большая часть неорганических подвержены изменениям благодаря бактериям. Являясь старейшими организмами на планете (появились более 3,5 млрд. лет назад), бактерии создали живую оболочку Земли и по сей день участвуют в процессе переработки органических и неорганических веществ, продукты распада которых являются основой существования жизни на планете [1]. За прошедшее время было открыто и изучено огромное количество микроорганизмов, отличающихся по функциям, свойствам, местам обитания, условиям культивирования и т.д. Одной из физиологических групп бактерий являются диссимиляторные железовосстанавливающие микроорганизмы (железоредукторы), открытые в 1980 году [2]. Эти бактерии получают энергию за счет переноса электронов с исходного продукта на атомы железа. Многочисленные исследования данных микроорганизмов обнаружили их существование практически в каждой экосистеме (почва, морские и пресноводные водоемы). Одним из представителей данного сообщества является бактерия Geoalkalibacter ferrihydriticus (штамм Z - 0531) [3].
Большое внимание к железоредукторам вызвано идеей о возможном участии этой группы микроорганизмов в образовании магнетита докембрийских железистых кварцитов – железорудной формации, являющейся основным источником мировых запасов железа. Магнетит и сидерит – типичные рудные минералы этих пород, однако способ их образования до сих пор вызывает много споров [4]. В этой связи особенно интересной среди диссимиляторных железоредукторов представляется группа термофильных железоредукторов, поскольку для большинства железистых кварцитов поступление, по крайней мере, части железа предполагается за счет гидротермальных процессов [5].
При изучении процесса восстановления Fe3+ штаммом Z-0531 было замечено влияние внешнего магнитного поля на процесс железоредукции. Поскольку существуют некоторые аномальные зоны на Земле, в которых интенсивность магнитного поля существенно отличается от среднего значения по всей поверхности [6], то возникает вопрос о возможном влиянии магнитного поля на процесс железоредукции. Одним из интересующих нас вопросов было изучение влияния магнитного поля, характерного для областей магнитных аномалий, на процесс железоредукции, который мог осуществляться в процессе формирования железорудных формаций. В результате роста диссимиляторных бактерий в лабораторных условиях формируются наночастицы магнетита, который является материалом, находящим широкое применение в медицине и биологии, используются при диагностике и терапии. Их основным преимуществом является отсутствие токсичности, биосовместимость, биологическое разложение и особые магнитные свойства (суперпарамагнитное состояние, высокая намагниченность), что позволяет воздействовать на них внешним магнитным полем. Целью данной работы было исследование возможного влияния магнитного поля на рост наночастиц Fe3O4, полученных в процессе бактериального синтеза в постоянном внешнем магнитном поле

ГЛАВА 1. БАКТЕРИИ И ИХ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ МИНЕРАЛОВ ЖЕЛЕЗА (по данным литературы)
Взаимодействие между микроорганизмами и минералами является сложным динамическим процессом, который создавал геосферу планеты с самого еѐ появления. Работы доктора Беверидж [7, 8, 9] в области металломикробных и минерально-микробных взаимодействий были одними из первых и создали основу для дальнейших исследований взаимодействий между микроорганизмами и минералами. В его работах изучались механизмы взаимодействия клеток с их непосредственным окружением в нано и микро масштабах. В 1988 году Дерек Ловли открыл новую физиологическую группу микроорганизмов, получивших название диссимиляторные железоредуцирующие микроорганизмы или железоредукторы [10]. Эти организмы получают энергию, восстанавливая оксиды и гидроксиды трехвалентного железа, окисляя при этом как органические (ацетат), так и неорганические (водород) субстраты [11]. В статье [12] описывается диссимиляторное восстановление ферментативного железа, окисленного серой железа, окисленного водородом железа, железа, окисленного органическими кислотами, и железа, окисленного ароматическими соединениями. Во всех типах бактериального восстановления железа используются различные типы бактерий-железоредукторов. В результате проведенных исследований было выяснено, что степень окисления и морфология полученных минералов сильно зависит от условий роста бактерий, уровня pH и условий роста