Российские ученые объяснили канцерогенность пыли кремнезема

Ученые из ФИАН, Сколтеха и МФТИ под руководством профессора МФТИ и Сколтеха Артема 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 обогащенной кислородом форме. Такие наночастицы проявляют магнитные свойства и несут активные формы кислорода (в частности, пероксид-, озонид-ионы и оксо-радикалы). Это может объяснять их высокую токсичность и канцерогенность. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanoscale.

Наночастицы кремния перспективны для использования в различных областях, таких как наноэлектроника, оптоэлектроника, производство солнечных батарей, 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 легких, но природа этого эффекта неизвестна.

В своем исследовании ученые из групп Артема 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 обогащенной кислородом форме — например, Si₇O₁₉. Присоединенные лишние атомы кислорода проявляют магнитные свойства и образуют активные формы кислорода. Они, в частности пероксид-ион, очень активны по отношению к важнейшим биомолекулам и давно называются важной причиной 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 Лепешкин, первый автор этого исследования, возможно, открывающего путь к пониманию природы канцерогенной активности пыли кремнезема.