Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

ОПТИМИЗАЦИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА

Власов Р.В. 2 Малышко В.В. 1 Федосов С.Р. 2 Шашков Д.И. 2
1 ГБОУ ВПО «Кубанский государственный медицинский университет»
2 ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет»
Был проведен сравнительный анализ размеров, оптических свойств и агрегативной устойчивости наночастиц серебра в водных растворах через месяц, полгода и год от момента синтеза. Показано, что наночастицы, синтезированные с использованием комплексного одновременного применения ряда физических факторов: ультрафиолетового излучения, ультразвука и равномерного перемешивания, полученные в условиях изоляции от атмосферного воздуха, имеют меньший размер (до 10 нм) и более однородное по нему распределение. Отмечены в том числе их меньшая агрегация под действием растворов электролитов различных концентраций и увеличение срока хранения по сравнению с частицами, синтезированными без приведенных выше условий. Полученные данные могут быть использованы для оптимизации условий получения наночастиц серебра в водных растворах.
серебро
наночастицы
агрегативная устойчивость
коагуляция
1. Баранов В.Я., Фролов В.И. Электрокинетические явления: учебное пособие по курсу «Физическая и коллоидная химия» для студентов, обучающихся по направлению 130500 «Нефтегазовое дело», специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений». – М., 2007. – С. 163.
2. Барышев М.Г., Басов А.А., Джимак С.С. Влияние низкоинтенсивных факторов на живые системы: монография. – Краснодар: Изд-во КубГУ, 2013. – 183 с.
3. Вегера А.В. Влияние условий синтеза на коллоидно-химические свойства наночастиц серебра: дис. ... канд. хим. наук. – М., 2006. – С. 37–38.
4. Вегера А.В., Зимон А.Д. Синтез и физико-химические свойства наночастиц серебра, стабилизированных желатином // Известия Томского политехнического университета. – 2006.  –Т. 309, № 5. – С. 60–63.
5. Воронина Н.В., Упницкий А.А. Анализ нежелательных побочных реакций на лекарственные средства в ЛОР отделении стационара // Лечебное дело. – 2007. – № 3. – С. 25–28.
6. Голубева О.Ю., Шамова О.В., Орлов Д.С., Пазина Т.Ю., Болдина А.С., Дроздова И.А., Кокряков В.Н. Синтез и исследование антимикробной активности биоконъюгатов наночастиц серебра и эндогенных антибиотиков // Физика и химия стекла. – 2011. – Т. 37, № 1. – С. 107–115.
7. Золотухина Е.В. Кравченко Т.А., Пешков С.В. Способ получения наночастиц серебра. Патент на изобретение no. 2385293 Российская Федерация. C01G 5/00, B82B 3/00. 27.03.2010. Б. 9. 7 с.
8. Качанова О.А., Федосов С.Р., Малышко В.В., Басов А.А., Архипенко М.В., Чернобай К.Н. Антибактериальная активность некоторых коллоидных форм наносеребра в отношении неферментирующих грамотрицательных бактерий // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – №. 2. – С. 320.
9. Михиенкова А.И., Муха Ю.П. Наночастицы серебра: характеристика и стабильность антимикробного действия коллоидных растворов // Environment & health. – 2011. – № 1. – С. 55–59.
10. Муха Ю.П., Еременко А.М., Смирнова Н.П., Михиенкова А.И., Корчак Г.И., Горчев В.Ф., Чунихин А.Ю. Антимикробная активность стабильных наночастиц серебра заданного размера // Прикладная биохимия и микробиология. – 2013. – Т. 49, № 2. – С. 215.
11. Никитин А.В., Долгова Г.В., Свиногеева Т.П. Гепатотоксическое действие антимикробных и противогрибковых средств // Анналы хирургической гепатологии. – 2008. – Т. 13, № 1. – С. 24–28.
12. Парсаев А.А., Абхалимов Е.В., Якимова Е.Е., Ершов Б.Г. Получение наночастиц серебра в водных растворах, содержащих карбонат-ионы // Вестник МИТХТ. – 2010. – Т. 5, № 5. – С 24–26.
13. Catalina M.J., Eric M. V. A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment // J Nanopart Res. – 2010.  –Vol. 12. – P. 1531–1551.

В последнее время в связи с нарастающей аллергизацией [5] населения и развитием различных побочных эффектов [11] при приеме антибиотических препаратов для лечения различных микробных инфекций все большее значение приобретают препараты на основе серебра. Это связано с тем, что ионы серебра имеют широкий спектр антимикробной активности [6, 8, 10] и обладают меньшими побочными эффектами, выработка резистентности у бактерий к ионам серебра не обнаружена [13]. С недавнего времени также приобрели актуальность препараты серебра в форме наночастиц, так как они создают депо ионов серебра и позволяют поддерживать равномерное содержание ионов серебра в растворе в течение длительного времени. Также наночастицы серебра обладают более выраженной антимикробной активностью благодаря иным механизмам воздействия на микробную клетку, чем ионы [2, 8].

На сегодняшний день существует множество методов синтеза наночастиц серебра, однако большинство из них используют в своей основе токсичные реагенты, используемые либо для стабилизации получаемых наночастиц, либо для восстановления ионов серебра. В то же время для использования наночастиц в медико-биологических целях необходимо исключить использование токсичных веществ на каком-либо этапе синтеза [12, 7].

Еще одной актуальной проблемой остается устойчивость при хранении образующихся нанокластеров серебра, так как многие из них склонны коагулировать [4] под действием кислорода воздуха [3, 9] и испарения компонентов раствора при хранении и синтезе.

Целью исследования явилась оптимизация физико-химических условий получения наночастиц серебра для увеличения срока хранения полученных растворов и сохранения возможности их медико-биологического применения.

Материалы и методы исследования

Наночастицы серебра были получены разработанным методом кавитационно-диффузионного фотохимического восстановления. Синтез наночастиц осуществляли путем восстановления ионов серебра в водном растворе в присутствии биосовместимых лигандов-стабилизаторов (поливинилпирролидон, полиэтиленгликоль) при совместном воздействии ультрафиолетового излучения длиной волны 280–400 нм и ультразвуковых волн частотой 1,7 МГц. Для оценки размеров полученных наночастиц была проведена их электронная микроскопия на микроскопе JEOLJSM-7500F в режиме SEI, LEI, COMPO и ADD с ускоряющим напряжением от 2 до 10 кВ, в зависимости от индивидуальных особенностей образца. Исследование производили непосредственно на момент синтеза, через месяц, полгода и год от их получения. Измерение оптической плотности полученных растворов проводилось на фотометре КФК-3.

Также производили оценку агрегативной устойчивости с помощью растворов электролитов [1] NaCl и Na3PO4 в концентрациях 1, 5 и 10 % соответственно на момент синтеза, через месяц, полгода и год от его начала.

Работа выполнена в рамках программы УМНИК-2014, проводимой Федеральным государственным бюджетным учреждением «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (инновационный проект, государственный контракт № 3601ГУ1/2014 вн. № 0004193).

Результаты исследования и их обсуждение

При анализе данных электронной микроскопии полученных растворов наночастиц серебра можно отметить следующее: при получении наночастиц описанным выше методом порядка 25 % наночастиц имеют средний размер 20–30 нм, 50 % частиц ‒ средний размер приблизительно 10–15 нм (рис. 1), спустя месяц распределение по размерам принципиально не изменяется.

Через полгода и год от момента их получения 50 % частиц имели средний размер 20–30 нм, а доля частиц с размером 10–15 нм снизилась до 30 %. Максимум оптической плотности водных растворов наночастиц серебра, измеренный на фотоэлектрокалориметре, находился в области 410 нм (рис. 2) и оставался неизменным по прошествии всех указанных выше временных промежутков от момента синтеза, что также говорит о минимальной агрегации частиц при хранении.

Анализ агрегативной устойчивости показал, что полученные растворы устойчивы на всем диапазоне концентраций растворов NaCl и Na3PO4 на всем промежутке хранения от момента их получения.

Также были синтезированы водные растворы наночастиц серебра того же качественного и количественного состава, но в отсутствии ультразвуковых волн в процессе их получения. Проведенная электронная микроскопия показала, что в данных образцах наблюдался больший разброс по размерам частиц: по размерам частицы можно разделить на два вида: со средним размером 20 нм (приблизительно 50 %) и средним размером около 100 нм (50 %) (рис. 3).

pic_9.tif

Рис. 1. Электронная микроскопия наночастиц серебра, полученных с применением ультразвука на момент синтеза

pic_10.tif

Рис 2. Оптические спектры поглощения наночастиц серебра, полученных с применением ультразвука на момент синтеза

pic_11.tif

Рис. 3. Электронная микроскопия наночастиц серебра, полученных без применения ультразвука на момент синтеза

Спустя месяц доля частиц с размером 100 нм возросла до 70 %, а через полгода и год частицы образовали крупные бесформенные агрегаты размером более 1 мкм с сорбированными на поверхности частицами со средним размером 20–30 нм. По данным фотоэлектрокалориметрии происходило смещение максимума поглощения раствора с течением времени от 440 до 480–500 нм (рис. 4), что также говорит об агрегации наночастиц.

pic_12.tif

Рис 4. Оптические спектры поглощения наночастиц серебра, полученных без применения ультразвука на момент синтеза

При исследовании агрегативной устойчивости полученных растворов выявили коагуляцию к 5 % растворам NaCl и Na3PO4 непосредственно после синтеза и ее сохранение спустя один месяц после синтеза, в том числе и к 1 % растворам NaCl и Na3PO4, что связано с укрупнением наночастиц.

Выводы

В процессе получения наночастиц серебра показан положительный эффект совместного применения физических факторов: ультрафиолетового излучения, ультразвука на формирование размера наночастиц и их дальнейшую устойчивость при хранении. Комплексное воздействие ультразвука в процессе синтеза наночастиц позволяет механически диспергировать крупные частицы или агломераты наночастиц, приводя тем самым к более однородному распределению и уменьшению их размера.

Рецензенты:

Барышев М.Г., д.б.н., профессор кафедры радиофизики и нанотехнологий, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет», г. Краснодар;

Исаев В.А., д.ф.-м.н., профессор кафедры физики и информационных систем, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет», г. Краснодар.

Работа поступила в редакцию 06.03.2015.


Библиографическая ссылка

Власов Р.В., Малышко В.В., Федосов С.Р., Шашков Д.И. ОПТИМИЗАЦИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-7. – С. 1397-1400;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37161 (дата обращения: 17.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252