Использование спектроскопии комбинационного рассеяния для исследования магнитобактерий

Аннотация

Проведено сравнение магнитных свойств и структуры природных и искусственных магнитных наночастиц с использованием метода спектроскопии комбинационного рассеяния. Исследована морфология, состав и магнитные свойства магнитных наночастиц из бактерии Geoalkalibacter ferrihydriticus. Магнитные свойства образца определяются в основном агрегатами. Удельная намагниченность магнитных наночастиц составляет 2,7σs А · м²/кг, коэрцитивная сила по намагниченности JH_c = 31,8 кА/м. Удельная намагниченность искусственной магнитной наночастицы равна 69,7σs А · м²/кг, коэрцитивная сила намагниченности JH_c = 5,3 кА/м. Значение удельной намагниченности бактерии в 25,8 раза меньше удельной намагниченности искусственной наночастицы, а коэрцитивная сила по намагниченности бактерии в 6 раз больше, чем искусственной. Вероятно, причиной снижения отношения JH_б /JH_МНЧ может быть частичное окисление магнитной наночастицы. По мнению авторов, структура магнитных наночастиц бактерий близка к структуре Fe₃OР₄Gd₃ (полосы 250, 350, 950 см^--1 соответствуют характерным полосам КР-спектра 247, 350, 950 см^--1 в области скопления магнитных наночастиц бактерии)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Савченко А.Г., Шутова В.В., Максимов Г.В. и др. Использование спектроскопии комбинационного рассеяния для исследования магнитобактерий. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2025, № 2 (119), с. 78--92. EDN: KYXDAA

Литература

[1] Балашов В.В., Заварзин Г.А. Анаэробное восстановление окисного железа водородной бактерией. Микробиология, 1979, т. 48, № 5, с. 773--778.

[2] Lovley D.R., Stolz J.F., Nord G., et al. Anaerobic production of magnetite by a dissimilatory iron-reducing microorganism. Nature, 1987, vol. 330, no. 6145, pp. 252--254. DOI: https://doi.org/10.1038/330252a0

[3] Zavarzina D.G., Kolganova T.V., Boulygina E.S., et al. Geoalkalibacter ferrihydriticus gen. nov. sp. nov., the first alkaliphilic representative of the family Geobacteraceae, isolated from a soda lake. Microbiology, 2006, vol. 75, no. 6, pp. 673--682. DOI: https://doi.org/10.1134/S0026261706060099

[4] Слободкин А.И., Заварзина Д.Г., Соколова Т.Г. и др. Диссимиляционное восстановление неорганических акцепторов электронов термофильными аэробными прокариотами. Микробиология, 1999, т. 68, № 5, с. 600--622. EDN: VMSGOV

[5] Заварзина Д.Г. Железоредукторы содовых озер --- реликты "железного века"? Природа, 2013, № 9, с. 59--67. EDN: RNEORT

[6] Райхер Ю.Л., Степанов В.И., Столяр С.В. и др. Магнитные свойства биоминеральных наночастиц, продуцируемых бактериями Klebsiella oxytoca. Физика твердого тела, 2010, т. 52, № 2, с. 277--284. EDN: RCRTCR

[7] O’Loughlin E.J., Gorski C.A., Scherer M.M., et al. Effects of oxyanions, natural organic matter, and bacterial cell numbers on the bioreduction of lepidocrocite (γ-FeOOH) and the formation of secondary mineralization products. Environ Sci. Technol., 2010, vol. 44, iss. 12, pр. 4570--4576. DOI: https://doi.org/10.1021/es100294w

[8] Кондратьева Л.М., Голубева Е.М. Образование минералов железа на цеолитовой матрице. Геология и геофизика, 2014, т. 55, № 12, с. 1738--1747. EDN: TEAOTX

[9] Захарова Ю.Р. Микроорганизмы, окисляющие железо и марганец в донных осадках озера Байкал. Дис. ... канд. биол. наук. Владивосток, Дальневост. гос. ун-т, 2007.

[10] Hallberg R., Ferris F.G. Biomineralization by Gallionella. Geomicrobiol. J., 2004, vol. 21, iss. 5, pp. 325--330. DOI: https://doi.org/10.1080/01490450490454001

[11] Sarkar D., Mandal M., Mandal K. Domain controlled magnetic and electric properties of variable sized magnetite nano-hollow spheres. J. Appl. Phys., 2012, vol. 112, iss. 6, art. 064318. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4754018

[12] Coker V.S., Byrne J.M., Telling N.D., et al. Characterisation of the dissimilatory reduction of Fe(III)-oxyhydroxide at the microbe-mineral interface: the application of STXM-XMCD. Geobiology, 2012, vol. 10, iss. 4, pр. 347--354.DOI: https://doi.org/10.1111/j.1472-4669.2012.00329.x

[13] Bonneville S., Van Cappellen P., Behrends T. Microbial reduction of iron(III) oxyhydroxides: effects of mineral solubility and availability. Chem. Geol., 2004, vol. 212, iss. 3-4, pр. 255--268. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2004.08.015

[14] Greene A.C., Patel B.K., Yacob S. Geoalkalibacter subterraneus sp. nov., an anaerobic Fe(III)- and Mn(IV)-reducing bacterium from a petroleum reservoir, and emended descriptions of the family Desulfuromonadaceae and the genus Geoalkalibacter. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 2009, vol. 59, iss. 4, pр. 781--785. DOI: https://doi.org/10.1099/ijs.0.001537-0

[15] Юсипович А.И., Берестовская Ю.Ю., Шутова В.В. и др. Новые возможности исследования микробиологических объектов методом лазерной интерференционной микроскопии. Биофизика, 2011, т. 56, № 6, с. 1091--1098. EDN: OQRBPL

[16] Jiang W., Yin Z. Seeing the invisible in differential interference contrast microscopy images. Med. Image Anal., 2016., vol. 34, pp. 65--81. DOI: https://doi.org/10.1016/j.media.2016.04.010

[17] Gareev K.G., Grouzdev D.S., Kharitonskii P.V., et al. Magnetic properties of bacterial magnetosomes produced by Magnetospirillum caucaseum SO-1. Microorganisms, 2021, vol. 9, iss. 9, art. 1854. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms9091854

[18] Al’myashev V.I., Gareev K.G., Ionin S.A., et al. Investigation of the structure, elemental and phase compositions of Fe₃O₄-SiO₂ composite layers by scanning electron microscopy, X-ray spectroscopy, and thermal nitrogen desorption methods. Phys. Solid State, 2014, vol. 56, no. 11, pp. 2155--2159. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063783414110031

[19] Jubb A.M., Allen H.C. Vibrational spectroscopic characterization of hematite, maghemite, and magnetite thin films produced by vapor deposition. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2010, vol. 2, iss. 10, pp. 2804--2812. DOI: https://doi.org/10.1021/am1004943

[20] Hardiansyah A., Chen A.Y., Liao H.L., et al. Core-shell of FePt@SiO₂-Au magnetic nanoparticles for rapid SERS detection. Nanoscale Res. Lett., 2015, vol. 10, art. 412. DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-015-1111-0

[21] Slavov L., Abrashev M.V., Merodiiska T., et al. Raman spectroscopy investigation of magnetite nanoparticles in ferrofluids. J. Magn. Magn. Mater., 2010, vol. 322, iss. 14, pp. 1904--1911. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2010.01.005