Методы получения наночастиц

Введение

Высокая появление резистентности микроорганизмов к различным большинства антимикробных агентов привлекает большое внимание. Всемирная организация по охране здоровья животных, Продовольственной и сельскохозяйственной организации и Всемирной организации здравоохранения все прокомментировал серьезной угрозы, исходящей от резистентных к противомикробным препаратам патогенных организмов для здоровья человека и животных. 1 Широкое использование химиотерапевтических антимикробных агентов породило селективное давление на поощрять эскалацию ставок в устойчивости к противомикробным препаратам. 2, 3

Сопротивление микроорганизмов к антибиотикам неуклонно растет, с отчеты, показывающие, что целый ряд признанных антимикробных агентов в существовании продемонстрировали сопротивление одного вида микроорганизма или иначе, 1 поэтому в основном нет ни одного противомикробного агента для применения у человека и животных, что не продемонстрировал устойчивость микроорганизмами. Это развитие было вынужденных врачей полагаться на в пробирке антимикробной восприимчивости для диагностических целей. 4 В связи с этим, синтеза или экстракции соединений, таких как наночастицы с антимикробными свойствами важно, и имеет потенциально перспективных приложений в борьбе против постоянно растущего числа антимикробных устойчивых патогенных микроорганизмов, которые представляют постоянную угрозу для здоровья человека и животных.

Нанотехнологии это область науки с огромным потенциалом в медицине. Будучи аналогично с природой, сочетание нанонауки и биологии не только усилить борьбу против патогенных микроорганизмов, но также может привести к изменению в подходе к борьбе с инфекционными заболеваниями. 5 Следовательно, заболевания, такие как рак и ревматоидный артрит также бороться наночастицы, используя. 6, 7 материалов в диапазоне от 100 нм или менее, как полагают, наночастицы. Они обладают широким спектром свойств, в том числе оптические, электрические, каталитический, 8 магнитного и биологической активности, 9, который отличается от их сыпучих материалов. Некоторые из биологических свойств наночастиц были изучены антимикробной чувствительности к антибиотикам наночастиц, полученных из разных металлов с использованием различных способов синтеза. 9 Сообщалось, что металлические наночастицы (Ag, Cu, CuO, Au) обладают широким спектром противомикробной активности против различные виды микроорганизмов, включая грибки и грамположительных и грамотрицательных бактерий. Антибактериальная активность сообщалось против кишечной палочки 10 - 12 и неустойчивый штамма грамположительных бактерий (золотистого стафилококка), 11 - 13, и полученные результаты указывают на ингибирование роста организма за счет добавления наночастиц.

Как правило, металлические наночастицы проявляют антибактериальные и противогрибковые деятельность, хотя есть экологические и социальные проблемы безопасности, касающиеся выпуска и потребления металлических наночастиц, которые еще ​​предстоит изучить. Избыточное выделение серебра, например, вызывает загрязнение окружающей среды, которые, в свою очередь делает серебра вредными для человека и животных. Медь не исключение, так как избыток меди в организме человека приводит к генерации самых опасных радикалов, таких как гидроксильные радикалы. 14 Тем не менее, есть медь транспортировки аденозина triphosphatases (Cu-АТФазы), в том числе ATP7A и ATP7B, которые играют важную роль в гомеостазе меди и экспорта избыточной меди через кишечник (ATP7A) в кале, печень (ATP7B) в желчи продукта, и молочной железы (ATP7B), как молоко.14, 15
1 Виды антибактериальных покрытий

В настоящее время существует множество антибактериальных покрытий. Самыми эффективными из них являются покрытия с наноразмерными частицами: серебра, золота, меди, титана и д.р.

Антибактериальные свойства наносеребра

О бактерицидных свойствах металлического серебра и его соединений известно с незапамятных времен. В небольших концентрациях оно безопасно для человеческих клеток, но губительно для большинства бактерий и вирусов, поэтому получило широкое распространение для обеззараживания воды и пищи в быту и в борьбе с инфекциями при лечении людей. Представляется маловероятным, что микроорганизмы в процессе мутаций способны вырабатывать резистентность к серебру, так как его ионы атакуют большое количество разнообразных белковых объектов в клетке. Это ценное свойство стало особенно актуальным в настоящее время с появлением все большего количества штаммов болезнетворных бактерий, устойчивых к антибиотикам узкого действия и представляющих серьезную угрозу для жизни и здоровья людей.

Бактерицидные свойства металлического серебра связаны с его медленным окислением и высвобождением ионов Ag+ в окружающую среду, поэтому представляется перспективным использование препаратов наносеребра как особого класса биоцидных агентов. Наночастицы обладают высокой антибактериальной эффективностью благодаря своей развитой поверхности, обеспечивающей максимальный контакт с окружающей средой. Кроме того, они достаточно малы и способны проникать сквозь клеточные мембраны, влиять на внутриклеточные процессы изнутри.[]

Антибактериальные свойства наномеди ?

Насночастицы меди проявляют ярко выраженную биологическую активность, в том числе бактериостатическое и бактерицидное действия. Препараты меди, введённые в организм животных в виденаночастиц, обладают пролонгированным действием и меньшей токсичностью по сравнению с солями. Наночастицы меди при введении в организм стимулируют механизмы регуляции микроэлементного состава и активность антиоксидантных ферментов

Синтез наночастиц меди набирает внимание, благодаря своей доступности. Тем не менее, такие факторы, как агломерации и быстрого окисления сделали его трудно область исследований.

Как и большинство наноматериалов нано-медь обладает широким спектром свойств, в том числе оптические, электрические, каталитический, магнитной и биологической активности. Одно из самых важных свойств является антибактериальное, против ряда видов бактерий и грибков : кишечная палочка, золотистый стафилококк, сенная палочка и д.р.

Преимущество меди заключается в его доступности и экономичности, по сравнению с другими благородными металлами , например золото и серебро.

Однако наночастицы меди иметь серьезные ограничения, которые включают быстрое окисление на воздухе. Медь окисляется до CuO и Cu 2 O, и преобразует с Cu 2+ при приготовлении и хранении, так что трудно синтезировать наночастицы меди в окружающей среде. Для устранения этого недостатка при синтезации меди используются полимеры (например, поливинилпирролидон, полиэтиленгликоль и хитозана) и поверхностно-активные вещества (бромистый цетилтриметиламмония аммония) в качестве стабилизаторов.

Для приготовления наночастиц меди, в том числе термического восстановления, в укупорки метод агента, сонохимический восстановления, синтез паров металла, методы микроэмульсионные, лазерное облучение, и индуцированное излучение.

Антибактериальные свойства нанозолота

Методы получения наночастиц

Условно методы получения можно разбить на две группы:

1) Физические методы синтеза, основанные на формировании наночастиц путем

физического воздействия;

2) Химические методы синтеза, в которых процесс формирования наночастиц

инициируется химическим воздействием.

Физические методы получения

Методы диспергирования

Общие принципы данной группы методов синтеза основаны на диспергировании макроскопического металла путем жесткого физического воздействия и стабилизации полученного диспергированного металла в конденсированной среде. Из методов диспергирования наиболее распространен криохимический синтез, лазерная абляция и электроконденсация.

В основе криохимического синтеза лежит испарение металла в вакууме с его последующей соконденсацией с парами органического соединения на охлажденной

жидким азотом поверхности (рис. 1). При соконденсации органическое соединение (стабилизатор) формирует твердую матрицу с атомами металла, которая при дальнейшем нагреве плавится с образованием органозоля. В целом метод довольно универсален используется для синтеза широкого спектра металлических коллоидов. Также данный метод позволяет получать биметаллические коллоидные системы. Данный метод эффективен для металлов, обладающих достаточной летучестью в вакууме, но практически неприемлем в случае тугоплавких металлов. Для реакционноспособных металлов в качестве криоматрицы не подходят спирты и соединения, содержащие галогены, из-за формирования алкоголятов или реактивов Гриньяра. Еще одни ограничением метода является формирование достаточно высокоустойчивых индивидуальных металлоорганических или металлокомплексных соединений. Оптимальными являются системы металл – органическое соединение, в которых формируются относительно устойчивые интермедиатные соединения, позволяющие контролировать скорость образования атомарного металла в жидкой среде.

Следовательно, для таких целей в меньшей степени подходит вода, спирты и галогеналканы, а наиболее подходят ароматические углеводороды за счет обратимого образования бисареновых комплексов, способные управляемо разлагаться при разрушении криоматрицы с формированием относительно монодисперсного коллоида металла.

Рис. 1. Схема установки для криохимического синтеза: 1 – электроды испарителя металла, 2 –подача органического стабилизатора, 3 – вакуумная линия, 4 – испаритель металла, 5 – криоматрица, 6 – жидкий азот.

Метод лазерной абляции основан на облучении массивного металла пучком высококогерентного излучения большой интенсивности, приводящего к испарению металла и дальнейшем осаждении его в конденсированной среде (рис. 2).

Рис. 2. Схема установки для лазерной абляции

В качестве конденсированной среды могут быть, как чистые среды (метанол, этанол, этиленгликоль, дихлорэтан, ацетон и др.), так и растворы, содержащие стабилизаторы, например, цитрат, ПАВ, полимеры.

Преимущество метода заключается в получении коллоидов с минимальным числом компонентов в среде.

Следующим физическим методом получения золей металлов, в основе которого лежит процесс конденсации ( принцип «сверху вниз»), является электроконденсационный метод Сведберга. Высокочастотный ток диапазона 800-900 кГц пропускают через порошок серебра, диспергированный в органическом растворителе. При этом формируется атомарный металл, образующий наночастицы, стабилизируемые компонентами окружающей средой.

На базе данного метода М.А. Лунина и сотр. разработали метод синтеза дисперсий металлов в органической среде путем пропускания импульсного тока высокой частот. В ряде случаев удается получать высокодисперсные коллоиды. Так практически вне зависимости от природы металла в водноацетоновой среде средний размер синтезированных наночастиц составляет 1,5 нм. Однако, в процессе синтеза органическая среда частично подвергается деструкции и продукты распада загрязняют поверхность наночастиц.

Химические методы синтеза наночастиц

Цитратный метод

Первоначально данный метод был разработан Туркевичем для получения золей золота. Золотохлористоводородная кислота восстанавливается при кипячении в водном растворе цитрата натрия с образованием наночастиц золота со средним диаметром 20 ± 1,5 нм. Позже по аналогичной методике были получены наночастицы серебра существенно большего диаметра и большим разбросом по размерам. Несмотря на бóльший размер частиц и меньшую воспроизводимость по отношению к золотым, данный метод активно применяется при синтезе серебряных золей.

Главным недостатком данного метода является одновременное использование цитрат-иона и в качестве восстановителя и в качестве стабилизатора. По этой причине невозможно независимо управлять, как формированием, ростом и стабилизацией наночастиц, так и скоростью восстановления.

Процесс окисления цитрата можно нивелировать путем внесения в реакционную среду более активного восстановителя, тем самым цитрат-ион будет играть только роль стабилизатора.

Было выявлено, что в диапазоне концентраций 1-5·10^-4 М цитрат-иона происходит образование монодисперсных сферических наночастиц серебра размером 8-11 нм. При концентрациях >1,5·10^-3М и <5·10^-5М образуются золи полидисперсных агрегатов серебра размером 15-30 нм. Скорее всего, в данной системе в процессе восстановления ионов серебра и формировании новой твердой фазы реализуются различные механизмы роста и стабилизации наночастиц цитрат-ионами. Авторами был предложен механизм реакции путем образования заряженных кластеров серебра Ag_n+m ^m+(рис. 3). Данное предположение было подтверждено данными импульсного радиолиза и масс-спектрометрии. Сначала в системе происходит образование заряженных кластеров, а лишь затем они взаимодействуют с цитрат-ионами, выполняющими роль стабилизатора.

Рост по вышеописанному механизму конденсации идет вплоть до достижения кластерами размера 1 – 1,5 нм (50 – 100 атомов). В области низких концентраций цитрат-ионы не препятствуют агрегации кластеров, что приводит к формированию крупных наночастиц. В системе с высокой концентрацией цитрат-ионов большая ионная сила приводит к дестабилизации двойного электрического слоя наночастиц, приводящего к разрушению коллоида. Аналогичный процесс наблюдается в случае систем с низкой концентрацией цитрата. При оптимальных концентрациях после формирования кластеров основной рост наночастиц идет путем восстановления ионов серебра на их поверхности :

Ag_n+ Ag⁺+ ē → Ag_n+1

Рис. 3. Предложенные механизмы роста НЧ серебра, стабилизированных цитрат-анионом

Боргидридный метод

Методы синтеза в обратных мицеллах

В основе данного метода синтеза лежит формирование мицелл в реакционной среде мицеллообразующими ПАВ, играющих роль микро- и нанореакторов. При смешивании двух систем с разным составом солюбилизированных фаз происходит обмен содержимым мицелл и протекание химической реакции с формированием наночастиц, как правило, ограниченных средним размером мицелл.

В абсолютном большинстве случаев применяются обратные мицеллы, т.к. реагенты, как правило, лучше растворяются в воде. Данный метод позволяет получать наночастицы в широком диапазоне размеров, причем размером легко управлять варьированием соотношения вода/ПАВ, задающего размер мицелл [42].

Авторы [43] предложили следующий постадийный механизм формирования наночастиц в мицеллярной среде (рис. 4):

1) слияние мицелл;

2) химическая реакция содержимого мицелл;

3) формирование новой фазы;

4) внутримицеллярный рост образовавшегося кластера по модели Смолуховского.

Рис. 4. Схематическое изображение механизма формирования НЧ в обратных микроэмульсиях.

Мольное соотношение вода/органическая фаза и тип органической фазы, а также концентрация прекурсора металла и восстановителя в солюбилизированной фазе определяют механизм формировании и размер наночастиц металла. Различные органические растворители по-разному взаимодействует с алкильными радикалами ПАВ, что влияет на кинетику межмицеллярного взаимодействия и определяет параметры конечного продукта.

Помимо обычных неполярных органических веществ в качестве реакционной среды могут быть использованы сверхкритические флюиды. Данные флюиды имеют ряд преимуществ, так точным варьированием давления и температуры можно контролировать физические свойства системы (плотность, растворяющая способность, сжимаемость и т.д.), и влиять на скорость взаимодействия мицелл и кинетику образования наночастиц. В работе описан синтез наночастиц серебра диаметром 2-4 нм в сверхкритическом пропане, роль мицеллообразующего ПАВ выполнял АОТ. В целом, механизмы формирования и роста наночастиц в неполярных органических системах и сверхкритических жидкостях принципиально не отличаются.

Синтез в двухфазных водно-органических системах

[Источник: Низамов Тимур Радикович

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: