Наночастица металлов в растворах: биохимический синтез

На правах рукописи
ЕГОРОВА ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА
НАНОЧАСТИЦЪI МЕТАЛЛОВ В РАСТВОРАХ:
БИОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
03.01.06- Биотехнолосия (в том числе бионаиотехнологни)
Автореферат
диссертации на соисюumе ученой стеnени
доктора химических наук
Москва - 20 11
www.sp-department.ru
Работа выполwJлась в Инстиrуте электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН,
в НИИ общей патологии и патофнзиологии Р АМН н в МИТХТ им. М.В.Ломоносова.
академик РАМН
Научный консультант:
доктор химических наук, профессор
Швец Виталий Иванович
Официальные опnоненты:
чл.-корр. РАН, доктор химических наук, профессор
Северин Евrеинй Серrеевнч
доктор биологических наук, nрофессор
Бурлакова Е..1:ена Борисовна
доктор химических наук, nрофессор
Варла.\lов Валерий Петрович
Ведущая организация:
Институт биомедицинской химии
им. В.Н.ОреховичаРАМН
Защита диссертации состоится:
Диссертациоивоrо Совета Д
ТОНl(ОЙ
химической
«25»
212.120.01
~хиологии
им.
апреля
2011 r.
в
15
часов на заседании
при Московской государственной академви
М.В.ЛомонО\--ова
по
адресу:
119571,
Москва,
пр.Вернадскоrо, д.86.
С диссертацией можно ознакомиться: в библиотеке МИТХТ им. М.В.Ломоносова.
С
авторефератом
диссертации
можно
ознакомиться
на
http//vak.ed.gov.ru
Авторефераr разослан «.Й> марта 2011 r.
Ученый секретарь Диссертациоиноrо Совета
кандндаr химических наук
старший научный сотрудник
-!~ЛкmrкА.И.
www.sp-department.ru
сайте
ВАК
РФ:
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актvальиость темы. В развитии современных ианотехиолоrий значительную роль
играют исследования наночастиц металлов. Эrо обусловлено, прежде всего, широким
спектром
возможностей
специфические
свойства
их
практического
как
самих
примеиения,
ианочастиц,
так
в
и
которых
используются
модифицированных
ими
материалов. Наиболее разработаны, на сегодняшний день, возможности использования
наночастиц металлов при создании новых катализаторов для различных промышленных
процессов. Хорошие перспективы открываются и для применении наночастиц металлов в
других областях техники, а также в биологии и медицине. Возможности применеимя
наночастнц для
диагностики
н
лечения
различных
(в
том
числе
онкологических)
заболеваний, а также в иммунохимических методах исследования уже активно изучаются
в
новом
направлении
экспериментальной
медицины,
получившем
название
«Наномедицина». Показано, в частности, что наночастицы серебра могут использоваться
для получения различных материалов с бактерицидными свойствами,
-
золота
для
повышения
эффективности
и
уменьшения
а наночастицы
побочных
эффектов
в
радиотермальной терапии опухолей.
В то же время, за последнее десятилетие установлено, что наночастицы различных
видов, особенно наночастицы
металлов,
попадая
в организм человека,
могут стать
причиной серьезных заболеваний (нанопатолоrий). Известно, что иаиочастицы металлов
могут проиикать в организм человека различными путями: через слизистые оболочки
дыхательных
использовании
путей
и
пищеварительного
тракта,
трансдермально
косметических средств), через кровоток в составе
(например,
при
вакцин и сывороток и
т.д. Опасность распространения нанопатологий, хотя еще и не вполне осознана, но
несомненно велика уже сегодня, и, очевидно, будет нарастать в будущем. Выяснение
причин
патологического
действия
наночастиц
и
разработка
способов
борьбы
с
заболеваниями, вызванными проникновением в организм наночастиц, становятся сейчас
предметом нового направления в экспериментальной медицине.
Таким образом, можно утверждать, что определение путей и способов воздействия
наночастиц металлов на живой организм
-
это чрезвычайно важная и актуальная работа,
необходимая, во-первых, для улучшения имеющихся и создания новых лекарственных
средств или способов лечения, то есть для наномедицины, во-вторых. для выяснения
причин нанопатологий и, в третьих, для установления научно обоснованных допустимых
диапазонов концентраций и размеров наночастиц в воде, воздухе или в составе различных
материалов, с которыми контактирует человек.
3
www.sp-department.ru
Возможности исследования свойств наночастиц металлов, разработки вариантов их
пракпtческого применения, а также выяснения механизмов их биологического действия в
значительной
определяет
степени зависят от способа получения,
их
стабильность
-
Среди
химического
струКl)'ру,
размеры,
физические
и
который
во
многих
случаях
химические свойства и,
главное,
время жизни в наноразмерном состоянии.
способов
синтеза,
получения
основанные
наночастиц большую
на
восстановлении
группу
ионов
образуют
металла
до
методы
атомов
в
растворах, в условиях, благоприятствующих последующей агрегации атомов и ионов с
образованием наночастиц. К моменту начала нашего исследования важной задачей в
области химического синтеза было создание методов, пригодных для практического
-
применения
позволяющих
значительных
количествах,
получать
стабильные
наночастицы
на
металлов
•
воздухе,
и
при
малого
этом
размера,
в
приемлемых
с
экономической точки зрения (не требующих больших затрат энергии, дорогостоящего
оборудования, дополнительных
синтезов
и
т.п.).
Одним
ltЗ
таких
методов
явился
предпожениый нами метод биохимического синтеза, на основе которого возникло новое
направление в области синтеза, исследований свойств и разработки вариантов применения
наночастиц металлов. Можно сказать, что необходимость создания такого
вытекала
из
потребностей
нанопатологии,
развития
ориентированных
исследований
прежде
всего
на
в
нанохимии,
решение
направления
наномедицине
прикладных
задач
и
с
использованием достижений нанотехнологий.
Цель и задачи работы
области
Цель работы состояла в создании нового направления в
синтеза наночастиц металлов в
растворах, которое позволяло бы
получать
наночастицы металлов в больших (практически значимых) количествах, стабильные на
воздухе
в
течение
дпительного
времени,
что
давало
бы
возможность
проводить
систематические исследования их свойств и разработки вариантов применения.
При
выполнении работы были поставлены следующие основные задачи:
\.
Определение условий синтеза наночастиц различных металлов в обратных мицеллах,
которые
позволяли
бы
реализовать
преимущества,
даваемые
сочетанием
системы
обратных мицелл и биологических восстановителей (природных пигментов из группы
флавоноидов), в соответствии с целью работы;
2.
Исследование
механизма
взаимодействия
используемых
флавоноидов
с
ионами
металлов в обратных миuеллах, что представлялось важным как для совершенствования
процедуры синтеза, так и дпя исследований взаимодействия флавоноидов с ионами
металлов в биологических системах;
4
www.sp-department.ru
З.Разработка процедур получения водных растворов наночастиц металлов из их обратно­
мицеллярных
растворов,
для
исследований
свойств
и
выяснения
возможностей
применеимя наночастиц в водных средах;
4.Разработка
процедур
получения
различных жидкофазных
и твердых
материалов,
модифицированных наночастицами металлов;
5.Исследование каталитических свойств и биологических эффектов наночастиц металлов
в растворах и модифицированных ими материалов, для разработки вариантов применеимя
в химической промышленности, экспериментальной биологии и медицине.
Научная новизна.
1.
Предложен оригинальный метод синтеза наночастиц металлов· биохимический
синтез в обратных мицеллах с использованием в качестве восстановителей природных
биологически активных веществ из группы флавоноидов. Впервые экспериментально
доказано, что природные флавоноиды (кверцетин, рутнн, морин) способны эффективно
восстанавливать
ионы
металлов в
водном ядре обратной
мицеллы с образованнем
металлических ианочастиц.
Определено
2.
влияние
различных
факторов
(концентраций соли
металла
и
восстановителя, состава соли металла, степени гидратации) на скорость формирования,
оптические свойства, размеры и стабильность наночастиц металлов в обратных мицеллах.
меди
3.
Исследован механизм взаимодействия флавоноидов с ионами серебра, золота,
и
цинка;
показано, что первой
стадией
взаимодействия является образование
комплекса, затем комплекс распадается с образованием наночастиц и флавоиоида в
окисленной форме.
4.
Найдены
коэффициенты
экстинкции
кверцетина
и
рутина,
комплексов
кверцетина с ионами металлов и ианочастиц серебра в обратных мицеллах нз аэрозоля­
ОТ(АОТ).
5.
Разработаны процедуры получения водных дисперсий наночастиц металлов 11з
их мицеллярных растворов.
6.
свойств
Изучено влияние различных факторов (концентраций компонентов раствора,
поверхности
адсорбента)
на
адсорбцию
наночастиц
серебра
и
меди
из
мицеллярных растворов и наночастиц серебра из водных дисперсий на различных
материалах (активированном
угле,
силикагеле,
порошках
оксидов
металлов, тканях,
полимерных мембранах и др.).
7.
Исследованы антимикробные и каталитические свойства наночастиц серебра и
меди в растворах, а таюке модифицированных этими наночастицами жидкофазных и
твердых
материалов.
Установлено,
что,
как
растворы
наночастиц,
5
www.sp-department.ru
так
и
точки зрения. В-четвертых, nр11менение nриродных восстанов11телей делает метод более
экологически безопасным.
При биологическом восстановлении в водном растворе синтез также идет на
воздухе, технологически не сложен, наначастицы в большинстве случаев стабильны в
растворе на воздухе, раствор не содержит ядовитых примесей, так что здесь присуrствуют
почти
все
преимущества
биохимического
синтеза
по
сравнению
с традиционными
химическими методами, перечисленные выше. Однако имеются и проблемы, в силу
которых
этот
способ
получения
практических целей, чем
наночастиц
оказывается
биохимический синтез.
менее
пригодным
дпя
Во-первых, в большинстве случаев
водный раствор, в котором образуются наночастицы, имеет сложный состав и неизвестно,
какое вещество является восстановителем и в какой концентрации оно присутствует в
растворе.
Кроме того, состав раствора обычно плохо воспроизводим, поскольку он
зависит от свойств биообъекта, которые, в свою очередь, могут существенно зависеть от
его предыстории (например, для листьев растения- от условий (почвы, климата и т.д.), в
которых оно выращено, фазы его развития, времени года).
характерно
влияния
очень
размера
широкое
частиц
распределение
на
их
по
размерам,
биологическую
Во-вторых, дпя таких частиц
что
затрудняет
активность.
исследования
В-третьих,
скорость
формирования и выход наночастиц часто бывают невелики, так что сложно быстро
получить
раствор с
высокой
концентрацией
ианочастнц,
что требуется
во
многих
вариантах применения.
В биохимическом синтезе эти недостатки отсутствуют, но это не означает, что метод
является универсальным и может применяться без каких-либо ограничений. Например,
наначастицы в обратных мицеллах (в мицеллярных растворах) взвешены в органическом
растворителе, что делает невозможным применение их в водных средах. Но эта проблема
была решена путем разработки технологии приготовпения водных растворов наночастиц
из
их
мицеллярных
растворов
(см.
раздел
5).
Таким
образом,
удалось
сохранить
преимущества биохимического сиитеза в обратных мицеллах и в то же время расширить
поле исследований свойств наночастиц и спектр возможных применений.
1.2. Общая
схема синтеза
Синтез проводится в обратных мицеллах из АОТ
часто применяется дпя создания
-
анионного ПАВ, которое нанболее
обратно-мицеллярных систем, поскольку оно хорошо
растворимо во многих неполярных растворителях и позволяет получать стабильные
обратные мицеллы в широком диапазоне концентраций ПАВ и степеней гидратации
[Н2О]/[ПАВ]. Строение обратной мицеллы в системе Н 2 0/АОТ/н-алкан
w=
в общем виде
показано на рис.\. Для обычно используемой нами системы Н 2 0/АОТ/изооктан во всем
диапазоне степеней гидратации
(0.5 <w s 10)
наиболее часто применяемых значениях
диаметр водного ядра,
(w < 4) 2Rw s 1 нм.
12
www.sp-department.ru
2Rw s 2
нм; при
Рис.l.
Строение
обратной
мицеллы.
и
R,
R"
•
соответственно, гидродинамический радиус и радиус
водного
ядра.
<<Связанная>)
структурированная
вода
в
вода
жестко
nограничном
rде
слое,
сказывается организующее в.1ияние nолярных головок
ПАВ. При мадых степенях гидратации
часто
исnо.1ьзуемых
вода
в
ядре
Восстанов.пение
в
миuеллы
ионов
(v•<4 ),
биохимическом
является
мета.1Ла
в
наиболее
синтезе,
вся
связанной.
ядре
мице.пы
по казан о на примере иона Ag•
1
/
Общая
схема
биохимического
синтеза
показана на рис.2. Возможны два основных
пути
процесса:
отдельно
растворов флавоноида и соли металла
непосредственно
в
мицеллярный
смешение
предварительно
приготовленных
мицеллярных
и введение водного раствора соли металла
(/)
раствор
флавоноида
(1\).
В
первом
случае
для
приготов,тения мице"1лярного раствора флавоноида используется его концентрированный
раствор
в
этаноле
или
солюбилюируется
АОТ/жидкий
с.1учаях
пропаноле.
в
Во
углеводород.
В
в
водном
ядре
мицеллы
Рис.2. Общая схема биохимического синтеза.
ф.1авоноид в молекулярной
форм~. соответственно.
Для
каждого
NP -
порошок
флавоноида
•. ·"····
и
флавоноид в окисленной форме.
Fl• -
случае
обоих
конечными продуктами являются
наночастицы
втором
растворе
Fl
и
и окисденной
•
наночастица.
:
M~''(D10)
/
требовалась
металла
специальная работа по подбору условий (концентраций реагентов. концентрации АОТ,
степени гидратации. состава соли металла), которые обеспечивали высокую скорость
образования
и
стабильность
наночастиц,
а
также
достаточно
высокую
степень
превращения ионов металла в наночастицы. По наблюдениям, сделанным на начальном
этапе работ по биохимическому синтезу. при использовании варианта
1 скорость
реакции
и выход наночастиц, как правило. оказывались меньше. чем при выборе варианта
11,
поэтому в дальнейшем наночастицы получали почти исключительно по этому последнему
варианту.
ионами
Вследствие
металлов
сопровождается
и
особенностей оnтических
металличесюtх
характерными
наночастиц,
из!'.!енениями
свойств
процесс
окраски
комплексов
флавоно11дов
формирования
раствора.
что
часто
с
наночастиц
позво,тяет
визуально фиксировать момент нача.1а синтеза и приблизительно оценивать скорость
процесса.
13
www.sp-department.ru
1.3.
Основные материалы н методы нсс:Iедовання
Для получения наночастиц испо,тьзовали кверцетин
производства
фирм
или
Merck, Sigma-Aidrich
рутин
<Qr),
соли
Acros,
(Ru)
метаадов
и морин (Мо)
(нитраты
или
срьфаты) марки х.ч. и золотохлористоводородную кислоту (ЗХВК), все отечественного
производства, водный раствор аммиака, нормальные углеводороды (Со
изооктан
эталонный,
производства фирм
Химмед),
или
Acros
АОТ
С 8 , чаще всего
-
(бис-(2-этилгексил)сульфосукцинат
натрия)
Растворы солей металлов и ЗХВК готовили на
Aldrich.
деионизованной воде, полученной с помощью прибора <<Вододей» (НПО ''Химприбор'',
Москва).
Д,тя
приготовления
водных
дисперсий
наночастиц
дистиллированную воду. Контроль рН и ионного состава воды
использовали
проводили методом
потенциометрни на приборе <<Экотест-2000» (<<Эконикс», Москва). Растворы аммиачных
солей металлов готовили путем введения водного раствора а"fмиака в водный раствор
соли
металла
до
полного
растворения
выпадающего
осадка
гидроокиси
металла
и
образования комплексных аммиак-содержащих катионов серебра ([Ag(NНJ)2П. и других
[Zп(NНз)4] 2 +
металлов ([Сu(NНз)4] 2 •,
получали
,
[Со(NНз)4] 2 + ,[Ni(NНз)4] 2 +
диа.мминнитрата
растворы
серебра
и
).
Соответственно,
тетраа.мминнитратов
или
тетраамминсульфатов двухвалентных металлов, которые затем вводили в мицеллярный
раствор
фла.воноида
до
заданной
степени
гидратации.
Мицеллярные
растворы
ф.та.воноидов готовили по разработанной нами стандартной методике. Вначале готовили
раствор АОТ в углеводороде, затем в нем солюбилизировали фла.воноид, взятый в виде
порощка. При необходимости АОТ и фла.воноиды предварительно подвергали сущке для
уменьшения содержания
определяли
методом
гидрата.ционной воды. Концентрацию фла.воноидов в растворе
спектрофотометрии;
для
этого
предварительно
находили
их
коэффициенты экстинкции в мицеллярном растворе.
Контроль формирования
и стабильности, а также исследования оmических и
адсорбционных свойств наночастиц осуществляли путем измерения спектров оmического
поглощения с использованием спектрофотометров
Helios-a (Thermo Electronics,
Specord
М40
методом фотонной корре.тяционной спектроскопии (ФКС) на приборах
(Coulter Electronics.
США)
Германия) и
(Carl Zeiss,
Великобритания). Размеры частиц в растворе опреде.тяли
и
Horiba LB 550 (Horiba,
Япония).
Coulter N4
МD
Микрофотоrрафии
наночастиц получали методом просвечива.ющей электронной микроскопии (ТЕМ). Для
этого
использовали
напряжением
120
электронный
кВ
микроскоп
(Carl Zeiss.
LE0912
Германия),
АВ
доступный
OMEGA
в
центре
с
ускоряющим
ко.тлективного
пользования био.тогического факультета МГУ.
1.4.
Примеры синтеза каночастиц металлов
Растительные пигменты группы фла.воноидов. в том числе используемые нами
кверuетни, рутин и морин-это низкомо,текулярные полифенольные соединения, основой
которых
яв.тяется
трехкольцевая
структура:
два
ароматических
кольца
соединенных между собой гетероциклом (С), содержащим кислород (рнс.3).
14
www.sp-department.ru
(А
и
В),
Мицел.тярные растворы этих флавоноидов. как и их водно-спиртовые или водные
растворы.
имеют
поглощення
в
две
полосы
области
спектра
УФ
1и
(рис.4): полосу
основные
соответственно,
полосу
360-380
ll
нм и
в интервале.
240-270
нм.
,,
\
Полосы поглощеmtя обусловлены л - л·
переходами
системах:
в
полоса
двух
хромофорных
в
1
кольце
В,
·;
\
, : 1'!11 1 ~.
1>\W
11>1
сопряженном с трехуглеродным фрагментом кольца
С, полоса
11 -
в кольце А. сопряженном с кольцом С.
Рис.З (с.1ева). Структура молекул флавоноидов. используемых в
биохимическом синтезе.
-
1-
кверцетин.
2 - рутин, 3 -
морин.
Sug
дисахарид. состоящий из остатков глюкозы и рамнозы.
Рис.4 (сверху). Спектры оптического поглощения флавоноидов
-
кверцетина
растворах.
(Qr). рутина (Ru) и морина (Мо) в мицеллярных
1 и II - две основные полосы поглощения.
Введение водных растворов со,тей металлов в
мицеллярные растворы флавоноидов с последующим
встряхиванием в течение нескольких минут приводит
к более или менее быстрым изменениям окраски и спектра ноглощения растворов,
отражающим
различные
стадии
взаимодействия
ф.1авоноидов
с
ионами
металлов,
завершающиеся образованием наночастиц. Синтез наночастиц осуществ.тялся главным
образом на растворах кверцетина; проводилисЪ также женерименты с рутином и морином
для выяснения влияния различий в структуре флавоноидов на процесс формирования
наночастиц. Ниже приведено несколько примеров синтеза наночастиц.
Наиочастицы серебра
Введение водного
раствора соли
серебра в
мицеллярный
раствор
Qr.
после
встряхивания в течение 1-3-х мин приводит к резкому изменению окраски раствора- от
бесцветной или бледно-желтой до красно-коричневой разной интенсивности или почти
черной, в зависимости от концентрации образующихся наночастиц. В спектре поглощения
исчезают обе полосы
интервале
420-440
Qr
и появляется новая полоса в видимой области с максимумом в
нм. характерным для наночастиц серебра в обратных мицеллах. Эта
новая полоса постепенно растет
и через
1-4
суток оптическая плотность в максимуме
по.1осы (Dmax) достигает наибольшей величины (0° ma.,). В последующие неско.1ько недель
оmическая плотность отклоняется от 0°ma.' не бо,тее чем на
считается
соответствующим
завершению
15
процесса
10%. так что значение
формирования
www.sp-department.ru
0°ma.'
наночастиц
(стационарная стадия). Типичное изменение спектра поглощения мицеллярного раствора
Qr
после введения раствора соли серебра показано на
рнс.5.
Интенсивная окраска
раствора позво.1яет визуально контролировать стабильность наночастиц и приблизительно
оценивать изменения их концентрации.
Рнс.5.
Характерный
мицеллярного
раствора
вид
водного раствора со:ш серебра.
).01
= 3
mМ
С(АОТ) =
.=.5
М,
•
раствора
длине оптического пути
• \11 ~ОПI
металла),
в
концентрации
0.5
соли
600
700
наночастиц
единицах
либо
и
на
в
растворе
молярной
концентрации
весовой
содер)f(ание
наночастиц);
Здесь
либо
(эквивалентной
металла),
(весовое
800
кверцетина.
1 мм.
Концентрация
измеряется
SOO
соли
w = 3.7. Для сравнения приведем
последующих рисунках приведены спектры, снятые при
1.0
400
C(Qr) = 0.236 mM, C(Ag)
введенной
спектр
1.5
3VO
введения
-:нце1u1
•
исходного
спектра
после
- • • :-1 Ч/'1.:',1
• - - ·' •Ja~:~
:.о
(концентрация
0.15
изменения
кверцетина
концентрации
металла
последнюю
в
виде
находят
путем
пересчета из молярной концентрации с использованием атомного веса металла. Для
определения молярной концентрации из спектра поглощения необходим коэффициент
экстинкции наночастиц, который для большинства металлов неизвестен, поскольку, как
правило,
СЛО)f(НО
определить.
какая
часть
введенных
превратилась в наночастицы. Для нескольких металлов
экстинкuии
наночастиц
MO)f(HO
и
в
раствор
ионов
(Ag. Au, Cu)
металла
коэффициенты
найти в литературе, однако они могут зависеть от метода получения
поэтому
для
наде)f(ного
определения
концентрации
)f(елательно
иметь
коэффициенты экстинкции, найденные для своей экспериментааьной системы. Такая
работа была проделана нами для наноча~:тиц
Для
прикладных
позволяющая
получать
исследований
растворы
с
Ag (см.
была
раздел
4).
разработана
концентрациями
стандартная
наночастиц
порядка
миллимолей (нескольких сотен мг/л) и средними размерами в интервале
6
8-10
процедура,
нескольких
им. На рис.
показан пример электронной микрофотографии и соответствующего распределения по
размерам в стандартном мицеллярном растворе
...:... ....:•·
• • • ••••
.
··~
.
• ••• •
f :~ .
•
.! "_
•
Рнс.6. Электронная микрофотография и гистограмма распределения по размерам в стандартном
мице!L1ярно" растворе наночастиц серебра.
w=3.7.
16
www.sp-department.ru
Частицы сферические, средний размер
э.тектронных
.:шфрактограмм
показывает.
9
что
нм, разброс по размерам ±
наночастиuы
имеют
нм. Анализ
2
кристаллическую
структуру с nараметрами решетки. близкими к таковым для кристаллов золота. На рис.7
приведена тиnичная гистограмма для стандартного раствора, nо.тученная методом ФКС.
10011
Рис.7.
~
~.
распределения частиu по
размера't
-~~\
Qi~
i\.
IO
в
стандартном
миuеллярном
~
(10-
Типичная
гистограмма
серебра,
полученная
методом
ФКС.
Средний
частиu-
.
растворе
наночастиu
размер
нм.
14.1
r<>O
ltltl
Средний
t-.001.1
10110
l)ншн:·tt:r (IIШI
размер частиц здесь.
как nравюю, оказывается неско.тько больше, чем дает электронная микроскопия. Такое
увеличение
среднего
диаметра
(или
гидродинамического
радиуса)
по
сравнению
данными электронной микроскоnии наблюдалось для частиц разной природы
с
латексов,
-
липосом, наночастиц металлов и оксидов. Связыва-юсь это, главным образом, с тем, что
метод
ФКС
поскольку
чрезвычайно
они
чувствителен
наиболее сильно
к
присутствию
рассеивают свет
и
частиц
потому
большего
даже
их
размера,
относительно
небольшой численный вклад в обшее количество частиц может приводить к заметному
увеличению измеряемого среднего размера.
Для различных спеш1альных целей можно получать наночастицы других средних
размеров (в интервале
5 - 25
нм), а также других форм: в последнем случае имеются в
виду смеси наночастиц разной формы (сферы, треугольники. шестигранники и др.).
Наночастицы в мицеллярном растворе сохраняются в течение длительного времени (до
нескольких лет).
При этом возможны
небольшие изменения концентрации, а также
среднего размера и формы наночастиц; последние отражают, вероятно, медленно текушие
процессы кристаллообразования, агрегации наночастиц и диссоциаuни этих агрегатов.
Наночастицы золота
Введение
водного
раствора
HAuCI 4
изменению
наночастиц.
в
uвета
мицеллярный
раствора
Скорость
и
раствор
Qr
nриводит
формированию
nроцесса,
размеры
к
nолосы
и
форма
наночастиц зависят от nараметров системы (концентраций
реагентов и АОТ, стеnени гидратации). При
w~ 2
в течение
1-2-х мин раствор приобретает красно-фиолетовую окраску:
Рис.8. Спекrры поглошения "иuе.1Лярных растворов наночастиu
2- красно-фиолетового.
зо.1ота разного uвета: 1-красного.
д-"..~
....
17
www.sp-department.ru
в
течение
nоследующих
10-15-ти
мин
интенсивность
окраски
усиливается,
затем
изменения цвета nрекращаются и этот красно-фиолетовый раствор сохраняется в течение
нескольких
лет.
При
меньших
стеnенях
гидраташш
изменения
цвета
nроисходят
медленнее: внача..те nоявляется ярко-красная (рубиновая) окраска, которая видна nервые
5-1 О
мин. Затем nостеnенно nроявляется фиолетовый ОТlенок. через
40-60
мин раствор
nриобретает устойчивый красно-фио.тетовый цвет. Пример сnектров красного
красно-фиолетового
(w=2)
случаях лежат в об.тасти
раствора- nри
523-526
растворов nоказан на рнс.8.
(w=0.75)
и
Максимумы nоглощения в обоих
характерного максимума наночастиu золота: для красного
нм, J.ЛЯ красно-фиолетового- nри
537-538
им.
Известно, что цвет золей золота зависит от размера частиц; частицы красного золя
меньше, чем синего или фиолетового. Это наблюдение соответствует результатам наших
оnределений размеров частиц методом ТЕМ. На рнс.9 и
10
nоказань1 микрофотоrрафии
наночастиu, соответственно, красного и красно- фиолетового золя.
В
nервом
случае
размеры в интервале
частицы
сферические,
имеют
нм, то есть nредставляют собой
3-5
nрактически монодисnерсный образец. Во втором случае
частицы явно
Рнс.9. Электронная микрофотография наиочастиu золота в красном
миuеллярном растворе.
большего размера, с заметным разбросом: анализ гистограммы в Гауссовом nриближении
дает
16 ± 8
нм.
Ра•ч.-рча..11ЩN'I
Рнс.IО. Электронная микрофотография и гистограмма распределения частиu по размерам в красно·
фиолетовом миuеллярном растворе наночастиu золота.
Кроме того, здесь образуются частицы разных форм
-
также треугольные. nятиугольные. шестиугольные и
цилиндрические частицы: nример
nомимо сферических, имеются
частиц разной формы круnным nланом nоказан на pнc.ll. На многих фотографиях
выяв.тяется также кристаллическая структура наночастиц. что nодтверждается
18
www.sp-department.ru
Pнc.JJ.
Электронн""
микрофотоrрафно
наночастиц золота
разоюй
формы, nрисутствующих в красно-фиолетовом растворе,
соответствующими дифрактограммами.
красно-фиолетовых
Исследование
растворов
наночастиц золота методом ФКС дает завышенные значения размеров частиц, nричем
расхождение с данными ТЕМ здесь, как nравило, больше, чем для наночастиц серебра.
Это может быть следствием более значительного вклада круnных частиц, либо влияння
отклонений формы частиц от сферической, которая nредnолагается в методе ФКС nри
расчете гидродинамического радиуса по уравнению Стокса-Эйнштейна.
Наночастпцы меди и цинка
Введение водных растворов аммиачных солей меди н цинка (тетрааммннсульфатов
или тетраамминннтратов) в мицеллярныl! раствор
Qr
nриводит к резким изменениям
окраски, свидетельствующим об образовании вначале комnлекса кверцетина с нонами
металла,
максимум
а
затем
nолосы
наночастиц.
nоглощения
nоглощения эrnx наночастиц
В
случае
меди
лежит nри
(550-570)
раствор
нм,
550±5
наночастиц
в
области,
медно-красный;
характерной
для
нм. Тиnичный сnектр nоглощения nоказан на
рнс.12.
Рнс.12..
полученных
Спеi<Тр
стационарной стадии,
наночастнц
i
поrлощенно
биохимическим
меди,
1
0.15
~
010
'•,
nолученных
__..
000
""
меди,
в
(CuH)
обратных
на
при
w = 4
мицеллах
(Lisiecki 1.,
1995].
Сравнение со
~
0.05
М.-Р.,
(CuQr)
w = 3.7. Для сравненно покаэан сnектр
nолученных
восстановленнем гидраэнном
Pileni
/ "'"
наночастиц
синтезом
обратных
сnектром
наночастиц меди,
восстановлением
мицеллах
nри
гидразином
близкой
в
стеnеш1
гидратации nоказывает, что nоложение максимума
nрактически одинаково, но в нашем случае nолоса
наночастиц
выражена
более
четко,
возможно
вследствие более высокой стеnени nревращения ионов меди и соответственно, более
низкой оnтической nлотности в УФ области сnектра заечет уменьшения концентрации не
восстановленных
ионов
металла.
Поглощение
nри
800
нм
(характеризующее
концентрацию оксида меди в растворе) в обоих случаях незначительно; это nоказывает,
что
nри
биохимическом
наночастиц кислородом
синтезе
достигается
воздуха, как и
столь
же
малая
стеnень
окисления
nри исnользовании традиционного химического
восстановителя. Электронная микрофотография наночастнц меди nоказана на рис.13.
Рнс.13. Электронн"" микрофотоrрафно наJiочастнц Cu в мнцеппярном
растворе. Наtючастицы nрнблюнтельно сферические. Средний размер 11е
nревышает
1S нм.
19
www.sp-department.ru
Раствор наночастиц цинка темно-бурый, полоса поглощенИJI в интервале
260-280
11м, характерном для наночастиц этого металла. На рис.14 показаны микрофотография и
гистограмма распределения частиц
по размерам
для мицеллярного раствора.
Рис.\4. Электронная м11Крофотография и гистограмма расnределения частиц по размерам в мJШеллярном
растворе наночастиц циiiКа. Средниii размер (сферических) частJЩ
5.05 ± 3.94
нм.
Видно, что частицы в основном сферические, малого размера; более
имеют диаметр
2-7
дает средний размер
80%
частиц
нм. Обработка гистограммы в приближении распределения Гаусса
5.05 ±3.94 нм. Имеются также стержнеобразные
30-50 нм.
2. Основные направления нсследоваинil
частицы толщиной
около 5-ти нм и длиной
На
рис.15
основные
представлены
направления,
в
которых проводились работы по
синтезу н исследованию свойств
наночастиц
металлов.
Нашими
основными объектами являлись
(\)
мицеллярные
наночастиц
серебра,
растворы
золота,
меди, цинка, кобальта н никеля
н
(2)
водные
наночастиц
серебра,
растворы
золота,
меди и цинка, получаемые из их
мицеллярных
растворов
по
разработанной нами технологии.
Рис.\5. Основные направления исследований nроцесса формирования и свойств наночастнц металлов,
nолучаемых методом биохимического сю-~теэа.
На мицеллярных растворах проводились исследования влияния различных факторов
на
скорость
механизма
формирования,
взаимодействия
выход,
размеры
флавоноидов
и
стабильность
с ионами
металлов
наночастиц,
в обратных
лежашего в основе синтеза наночастиц.
20
www.sp-department.ru
а также
мицеллах,
Результаты
этих
работ
использовались
при
получении
водных
растворов
и
в
исследованиях различных свойств наночастиц. На мицеллярных растворах нееледовались
каталитические свойства наночастиц серебра, меди, кобальта и никеля, адсорбционные и
антимикробные свойства наночастиц серебра и меди. На водных растворах нееледовались
адсорбционные свойства и биологическое действие
наночастиц серебра;
последнее
включало как антимикробную активность, так и токсические эффекты иа других живых
организмах. На основе изучения адсорбционных свойств были получены разт1чные
твердые материалы с нанесенными наночастицами,
которые также использовались для
исследований антимикробной или каталитической активности наночастиц.
Прежде
чем
дать
здесь
краткое
описание
содержания
работ
в
каждом
113
направлений, необходимо определить главную задачу или общий принцип, которому
были подчинены наши исследования. Как должно быть ясно 113 цели нашей работы,
создание нового направления в области синтеза наночастиц металлов было ориентироваво
прежде всего на получение практических результатов. Поэтому следует иметь в виду, что
многие вопросы, которые ставились и решались в ходе наших работ, были более или
менее непосредственно подчинены требованиям, обусловленным конкретной прикладной
задачей
или
запросами
потребителей
(частных
компаний
или
государственных
предприятий), заинтересованных в применении растворов наночастиц для модификации
своей продукции или разработки новы~ образцов.
3.
Влияние различных факторов на скорость формирования, выход, размеры и
стабильность наночастнц
Скорость формирования, выход, размеры и стабильность
различных
факторов
концентрации
ЛОТ,
формирования
н
-
соотношения
степени
выход
гидратации,
наночастиц
концентрации восстановителя
концентраций
состава
соли
соли
увеличиваются
к концентрации соли
с
металла;
наночастиц зависят от
металла
и
металла.
Так,
флавоноида,
увеличением
скорость
отношения
при этом увеличивается
11
средний размер частиц. Увеличение степени гидраrации приводит к увеличению среднего
размера и ширины распределения. Изменение концентрации ЛОТ мало влияет на скорость
формирования и выход наночастиц; однако чрезмерное уменьшение его концентрации
приводiГГ
к
уменьшению
стабильности
системы.
Дпя
наночастиц
Лg,
влияние
концентрации ЛОТ на размеры частиц зависит от концентрации ионов металла: при
большой коицентрации ионов серебра оно не проявляется, при малой их концентрации
увеличение
концентрации
ЛОТ
приводiГГ к
уменьшению
среднего
размера
частиц.
Существенным параметром является также состав соли металла. Так, заметное увеличение
скорости формирования и выхода наночастиц наблюдается при переходе от нитрата
диамминнитрату
серебра.
В
случае
меди,
цинка,
кобальта
и
никеля
к
наночастицы
образуются при взанмодеltстви флавоноидов с тетраамминнитратами этих металлов, но не
с простым и солями, независимо от природы аниона (сульфаты или нитраты).
21
www.sp-department.ru
Здесь мы приводим два примера, иллюстрирующие
серебра на скорость формирования и выход наночастиц и
влияние состава соли
(1)
влияние степени гидратации
(2)
на размеры и ширину распределения наночастиц серебра в мицеллярном растворе. На
p11c.l6
показаны зависимости степени превращения от времени для разных солей серебра
при одинаковой начальной концентрации соли в мицеллярном растворе. Видно, что
скорость роста концентрации и выход наночастиц
..•
Рис.16. Изменеtmе значений Dьwt в течеюtе первых 6-ти часов
формироваНИJI наночастиц из нитрата (о) и диамминнитрата
(•)
ж
············-----------·-···········
•••
2.S
o.s
о
о
при
одинаковой
концентрации
этих
солей
в
параметров
системы.
Штриховыми
ЛННWIМИ
показаны
0
значенWI Dmax• достигаемые на стационарной стадии (D m,'t) с
нитратом (NO) и диамминнитратом (NH).
2,0
'·'
'·'
серебра
миuеллярном растворе (3мМ) н одинаковых значеНИJiх других
(отношения
о
о
концентраций
наночастиц
на
стационарной стадии к концентрации соли металла,
u
пропорциональные значениям D0m,.) существенно
....
~(
)
больше в случае аммиачной соли, [Ag(NHз)2]NOз,
чем в случае простого нитрата,
AgN03•
Выяснение
природы такого различия показало (рис.17), что наиболее вероятной причиной ускорения
формирования
наночастиц
при
использовании
аммиачной
соли
серебра
(при
конце1гграциях соли серебра в исходном водном растворе, не превышающих 0.3М) можно
считать увеличение эффективной концентрации вводимых ионов металла вследствие
различия
коэффициентах
в
активности
двух
исследованных солей.
Рнс.\7.
Про•вление
неидеальности
серебра.
А
- зависимость
концентрации растаора AgNO,
Гюккел• в интервале
в интервале
0.1·0.3
0.01·0.1
М.
,
водного
раствора
нитрата
коэффициента активности
от
рассчнтанн .. по теории деб...
М и по уравнению Гиббса·Дюгема
В- Сравнение теоретических (линии) и
эксnериментальных (точки) зависимостей значений D....x на
стационарной стадни от концентрации соли серебра в исходном
водном растворе. Сплошна• лиНИJI
Штрихов.. линио
рис.17 А. о- нитрат,
-
.............
На
-
раствор,
-
идеальНЬJЙ раствор (у
в котором у изменоетс•
= 1).
как на
• • диамминнитрат
рнс.18
приведены
гистограммы
распределения по размерам для наночастиц серебра,
полученных
при
одинаковых
концентрациях
кверцетина, соли металла, АОТ и степенях гидратации w
Видно, что в
первом случае средний размер и ширина
существенно
меньше, чем во втором
(10.35 ± 2.5
=3.7 (а) и 10 (б).
распределения (4.6 ± 1.8 нм)
нм). Такое различие имеет значение, например, для
исследований влияния размера наночастиц на их биологическую активность.
22
www.sp-department.ru
t.J". -IH."\~ .... 1
\-:r.2S
.t .. '" -I<•Ю.t
~-
=1
...,1
:.ttч
(.t)
Рис.
18.
Влияние степени rидратаuии на средний размер и ширину распределения в миuеллярном растворе
наночастиu серебра. Наночастиuы получены при одинаковых конuентраuиях кверuетина. АОТ и ионов
серебра и при
w = 3.7 (а) и 10 (б)
Определение влияния названных выше факторов позволяет находить их сочетания.
обеспечиваюшие
возможность
получения
стабильных
растворов
наночастиц
определенного размера и заданной концентраuии.
4.
Механизм взаимодействия флавонондов с ионами мета.IJлов
Исследование
механизма
взаимодействия
флавоноидов
с
ионами
метал;~ов
при
биохимическом синтезе представляет интерес как для совершенствования процедуры
получения и определения концентраuии наиочастиu в растворе. так и для углубления
понимания
процессов.
лежаших
в
основе
преврашений
организме. в том числе процессов arpeгawrn- дeзarpeгawrn
кластеры
и
наночастицы
и
обратно).
взаимодействия с флавоноидами
Восстановление
ионов
металлов
( переходов
ионов
в
живом
ионов металлов в
металла
в
результате
в обратных миuеллах есть первая стадия процесса
формирования наночастиц: как известно. выяснение механизма восстановления ионов
металла является одной из основных задач в исследовании механизма формирования
наночастиц металлов при химическом восстановлении в жидких средах.
В литературе
рассматриваются два основных механизма восстановления ионов металла в растворе при
формировании наночастиu\lеталла
с
образованием
( 1)
перенос электронов от молекул восстановителя к иону
промежуточного
комплекса.
причем
перенос
з.1ектрона
комплексе катализируется поверхностью растушей металлической частицы и
(2)
в
перенос
-электронов от молекул (или ионов) восстановителя непосредственно к ионам метал.1а.
который осуществляется также при участии поверхности растушей частицы. В последнем
случае
растушая
частица
играет
роль
микроэлектрода,
на
котором
происходит
как
окисление восстановителя. так и восстановление ионов металла: при достаточно больших
размерах
частицы
оба
процесса
могут
быть
пространственно
разде.1ены
(э.1ектрохимический \lеханизм. см. [Смирнов В. В. и др. Химическое осаждение металлов в
водных растворах. Минск: Изд-во «Университетское»,
Учитывая
1987]).
известную способность флавоноидов образовывать комплексы с ионами
мета..1лов в водных растворах. естественно бы.1о предпо.1ожить. что при биохимическо:-.~
сиитезе реа..111зуется первый механизм. Однако это предположение требовало проверки.
поскольку
хорошо
известно также.
что
одна
и
та же
реакuия
в
водном
растворе
и
в
обратных мицел.1ах может протекать по разным механизма:-.~. вследствие чего различными
www.sp-department.ru
оказываются скорость. образующиеся продукты и другие характеристики реакции. Такие
факты
установ.1ены
в
исследованиях
в
области
мицеллярного
катализа и
действия
ферментов в обратных мицеллах (мицеллярной энзимологии) для различных (В том числе
окислительно-восстановительных) реакций.
В
нащем
случае требовалось
выяснить.
прежде
всего.
идет
ли
формирование
наночастиц в обратных мицеллах через стадию образования комплекса флавоноида с
иона~и металла. С практической точки зрения решение этого вопроса давало возможность
опредешпь
коэффициент экстинкции наночастиц и, следовательно, их концентрацию в
мицеллярном
растворе
Как
мы
уже
упоминали
выще,
определение
коэффициента
жстинкции в случае наночастиц осложняется тем, что, как правило, неизвестно, какая
часть изначально введеmiых ионов металла перешла в наночастицы. В случае образования
комплекса
он,
как
промежуточный
продукт,
может
присутствовать
в
мицеллярном
растворе наночастиц: поэтому для определения концентрации наночастиц важно бьто
определить
стехиометрию
необходимо
было
и
найти
концентрацию
коэффициент
комплекса.
экстинкции
Для
этого,
комплекса.
в
Ниже
свою
дано
очередь,
краткое
из,lожение полученных нами результатов.
4.1.
Наночастицы серебра
При
стандартной
процедуре
формирование и рост полосы
оказывается
невозможным.
биохимического
синтеза
наблюдается
Выделение
стадии
образования
комплекса
осуществить в условиях, когда взаимодействие Qr с ионами Ag'
медленно,
так чтобы
быстрое
наночастиц, так что выявить промежуточные стадии
можно
было
протекает достаточно
можно было наб,lюдать формирование полосы
комплекса без
одновременного появления полосы наночастиц. В серии 'Jкспериментов на мицеллярных
растворах
с
комплекса
малыми
отвечает
концентрациями
появление
реагентов
полосы
295
нм.
было
показано,
Выделение
осуществить при проведении реакции с мицеллярным раствором
что
этой
Qr,
образованию
полосы
удалось
приготовленным
не
на предварительно дегидратированном (как при получении стандартных растворов), а на
слабо гидратированном АОТ. При введении ионов
мицеллярный
раствор
Qr.
происходит
Ag·
постепенное
в полученный таким образом
уменьшение
поглощения обеих полос кверцетина и одновременно усиление полосы
завершается
области
спектра
образованием хорощо оформленной полосы
370-380
295
иитенсивности
295
нм. Процесс
нм и небольщого плеча в
нм, обусловленного присутствием остатка кверцетина. Характерный вид
мицеллярного
показан на рис.l9.
раствора,
содержащего
преимущественно
комплекс
[Ag ... Qr)
Спектры типа показанного на рис.19 использовали для определения
коэффициента экстиикцни комплекса по формуле, вытекающей из известного закона
Бугера-Ламберта-Бера:
(1)
где С"Qr - начальная концентрация кверцетина, C'Qr - его конечная концентрация в
растворе. 1 - длина оптического пути. Величину C'Qr можно опреде.1ить графически по
24
www.sp-department.ru
разности оmических плотностей (д) при длине волны, равной
л,.., полосы
1 кверцепtна
1
(Л. max), используя найденный ранее коэффициент экстннкции для этой nолосы 1 nptt
соответствующей стеnени гидратации: C1Qr = l:Jf! 1. По данным пяти оnределений nptt
разных концентрациях серебра и кверцетнна
/
&* =
(1.98 ± 0.05) * 104 л/моль см.
c"tQr)
1
J
c'(Qr)
д-•-···
Рнс.19. Определение коэффициента экстннкции комnлекса
Ag-Qr
1-
Qr, 2 - конечная стадия образования
C'(Qr) - коицентрация кверцетина, соответственно, в исходном растворе н на
в миueJIJIJipнoм растворе.
комnлекса.
и
c"(Qr)
спектр исходноrо раствора
конечной СтадЮI образованИJI kомплекса. L\ • разность оnтических плотностей при Л1 тех между спектром 2 и
продолжением попосы комnлекса в области
Дпя
определения
350-400 им.
стехиометрии
комnлекса
рассчитывали
максимальное
(равновесное) количество кверцетнна, перешедшее в комплекс при введении равного или
меньшего количества ионов
Ag+. Дпя этого использовали спектры, полученные при малых
концентрациях реагентов через несколько суток после введения ионов серебра, когда
изменения полос поглощения полностью прекращалнсь. Во всех исследованных случаях
количество
ионов
Ag+.
Qr,
перешедшее в комплекс, оказалось близким к начальной концентрации
Оrсюда вытекает, что ионы серебра и кверцетин в комплексе находятся в
соотношении
1: 1.
Используя
известные
коэффициент экстинкции
определяли коэффициент экстинкшш наночастнц
Ag.
и
стехиометрню
комплекса,
Дпя этого эксперимент проводили в
условиях, когда в результате взаимодействия с ионами
Ag+ кверцетин полностью
переходит в комплекс, а ионы серебра либо связаны в комnлекс, либо присутствуют в
виде наночастиц. Коэффициент экстинкции наночастиц находили из соотношения:
&NP = Dmax(ЛNP max) /С
где
( AgNOз (s)) * 1
(2)
Dmax(ЛNP max) - оптическая плотность в максимуме полосы поглощения
наночастиц, С ( AgNOз (s))- концентрация ионов Ag+, присутствующих в растворе в виде
наночастиц. По результатам
нескольких экспериментов с разными соотношениямtt
концентраций кверцетина н ионов
экстинкции &NP = (1.03 ± 0.08)
1
Ag+
для
наночастиц серебра получен коэффициент
* 104 л/моль*
см. По литературным данным, несколько
4
Нами быпо показано, что дJIJI Qr суwествуют два коэффициента экстиикции: по попосе 11 ( &11 = 1.8 •1 0
п/мопь•см), не завис•wий от типа раствора (водный ипи миueJIJIJipный) и степени rидратаЦЮt, и по попосе
в миuеппярном растворе завис•wий от степени гидратации. При w=З-5
1
& =
2.26 • 104 п!мопь •см.
25
www.sp-department.ru
1,
меньшие значения
&NP
(7-8 * \03 л/моль*см) были определены для мицеллярного и
водного растворов наночастнц серебра, синтезированных с другими восстановителями.
Найденный нами коэффициент экстннкции был подтвержден также путем сравнения
экспериментальных спектров наначастиц серебра и рассчитанных по теории Ми при
размерах частиц, измеренных на стационарной стадии методом ФКС.
Определение
позволяет
находить
коэффициентов
их
экстинкции
концентрации
в
комплекса
мицеллярном
и
наначастиц
растворе,
серебра
полученном
при
различных параметрах системы (концентрациях исходных реагентов, Л:ОТ, степени
гидратащш), а таюке изменения концентрации наночастиц при адсорбции их из раствора
на твердых материалах.
Опираясь на полученные данные, можно
предложить следующую вероятную
последовательность реакций, протекающих при взаимодействии кверцетнна с ионами
серебра в мицеллярном растворе:
Ag+
0
Ag
+ Qr -+
+ Ag+-+
(Ag+(S-) ••• Qr(&+JI
(\)
Ag2+ + Ag0 + ... -+ Agk1+
Вначале образуется
(III)
комплекс кверцетина с катионом серебра
(\),
затем этот
комплекс распадается с образованием атома серебра и окисленного кверцетина
атомы и ионы серебра ассоциируют с образованием наночастиц
выделены
компоненты,
которые
удается
обнаружить
по
(111).
их
(11),
затем
Жирным шрифтом
характерным
полосам
поглощения в мицеллярном растворе. Индексы (о-) и (о+) указывают на смещение
электронной плотности в комплексе от кверцетина к иону металла.
Рнс.20.
Возможные
виды
комnлексов
кверцетина
с
нонами металлов (по данным А.Д.Рошаль н Т.В Сахно,
""
2001).
""
Анализ
позволяет
полученных
также
высказать
результатов
предположения
о
структуре комплекса. Можно заключить, что он
образуется не через з·
ОН
катехинсвой
он
поскольку,
этом
группы
как
известно
наблюдается
поглощения
и
(в
4' кислороды
кольце
из
изменение
(батохромный
В,
рис.З),
литературы,
сдвиг
при
спектра
полосы
\),
которое в нашем случае отсутствует. Об этом же
свидетельствует тот факт,
формированию
что
наночастиц
замена кверцетина на морин
серебра;
при
этом
изменение
приводит к быстрому
спектров
26
www.sp-department.ru
поглощения
аналогично регистрируемому дr1я кверцетина. Поскольку отличие структуры морина от
кверцетина заключается в удалении друг от друга ОН групп в кольце В, в силу чего
образование комплекса с кислородами при СЗ' и С4' оказывается невозможным (рис.З),
можно предположить, что с обоими флавоноидами комплекс образуется через кислороды
при СЗ и С4, или С4 и
CS.
Эта версия подтверждается результатами теоретического
анализа вероятности образования комплексов с ионами металлов
том числе кверцетина. Показано (Рошаль и Сахно,
образование
4-х
видов
комплексов
(рис.20)
2001),
двух
-
5-
гидроксифлавонов, в
что дr1я кверцетина возможно
видов
хелатов
с
участием
CS (MQrS) и двух
видов хелатов с участием гидроксильных групп у сз' и С4' (MQrз' и MQr4). На
карбонильной группы при С4 и гидроксильных групп у СЗ (MQrЗ) либо
основании результатов расчетов энтальпий образования комплексов кверцетина с ионами
разных металлов и геометрических соображений (оценок размеров полостей между
кислородами в положениях С4 и
CS
или С4 и СЗ) авторами сделан вывод о том, что, во­
первых, образование комплексов типа MQrз' и MQr4' маловероятно, и во-вторых, что тип
образующегося
электронным
здесь
комплекса
строением
иона
(MQrЗ
или
металла,
MQrS)
причем
определяется
ДJJЯ
ионов
размерами
большого
11
размера
предпочтительно образование комплекса MQrЗ. Из этих данных вытекает, что в нашем
случае более вероятно образование комплекса типа MQrЗ. Однако из этого не следует, что
комплекс ионов
Ag+ через
кислороды при СЗ' и С4' в принципе невозможен. Как следует
из аналогичных экспериментов с рутином, в этом случае на промежуточной стадии
наблюдается батохромный сдвиг полосы
1,
характерный дr1я образования комплекса
именно с катехинсвой группой в кольце В.
4.2. Ваночастицы золота
Анализ изменений спектров поглощения в процессе синтеза наночастиц золота позволяет
заключить, что здесь реализуется та же последовательность событий, что и описанная
выше дr1я синтеза наночастиц серебра. Вначале образуется комплекс [Au3+11H ... Qr <o+J]
также через атомы кислорода в положениях СЗ и С4 или С4 и
через ряд промежуточных стадий)
CS.
В комплексе (вероятно,
происходит восстановление ионов золота до атомов,
затем ассоциация атомов и ионов с образованием наночастиц. Учитывая, что с рутином,
дr1я которого невозможно образование комплекса типа MQrЗ, синтез наночастиц золота
реализовать не удается, можно предположить, что дr1я иона золота более вероятно
связывание с молекулой
4.3.
Qr через атомы
кислорода в положениях СЗ и С4.
Ваночастицы меди и цинка
Спектрефотометрическое
кверцетином
в
исследование
мицеллярных растворах
взаимодействия
показало,
что при
ионов
меди
введении
и
цинка
простых солей (сульфатов или нитратов) наблюдается батохромный сдвиг полосы
27
www.sp-department.ru
с
водных растворов
1,
свидетельствующий об образовании комплекса mna MQr3. или MQr4· , однако далее
nроцесс не идет и образования
наночастиu не npoиcxoдlff. Мы предположили, что
лр11Чitной этого является нестабильность однозарядных ионов
Cu+ и zn+ (которые
образуются на лервой стадии восстановления соответствующих двухзарядных ионов),
вследствие чеrо они не могут образовать комплекс с кверuетином, в котором идет
восстановление до атома. Как было извесmо из литературы, такую проблему можно
решить
путем введения aгelffa,
образующего прочные комплексы с однозарядными
нонами; в качестве такоrо агента мы
1юны
металлов
на
комплексные
введении в миuеллярный раствор
Р11с.
21.
Формированне наночастнц
спектра мнцеллярного раствора
30
мин
(2)
Qr
использовали аммиак, заменив для этого простые
аммиак-содс:ржашие
Qr аммиачных солей
Cu.
через
ионы.
И
действительно,
при
меди или цинка
Изменение
2
мин(\) н
после введения аммиачной соли меди до
концентрации
4
мМ,
w = 3.7.
(тетрааминсульфатов
тетрааминнитратов)
или
наблюдается
вначале
1•.
J ..
образование комплекса, а затем наночастиц.
Эти события отражаются в соответствующих
изменениях
мицеллярного
спектров
раствора
Дnмнааолкw,""'
логлощения
Qr.
Типичная
картина для меди показана на рис.21. Вначале наблюдается батохромный сдвиг обеих
полос кверцетина, свидетельствующий об образовании комплекса, затем полоса
и nоявляется полоса наночастиц
(545-555
1 исчезает
им). Комплекс распадается с образованием двух
продуктов- окисленного кверцетина (полоса
320-330 им)
и наночасmц. При стандартных
условиях синтез идет достаточно быстро, так что уже через
2
мин не видНа полоса
1
исходного кверцетнна и nоявляется слабое логлощение в области полосы наночасmц. Для
выявления стадий, предшествующих образованию наночастиц, как и в случае серебра,
требуется замедлlffь процесс, например, уменьшая концентрации реагентов.
Рис.22. Пример кинетики формирования
наночастiЩ цинка. По казаны юменения сnектра
мнцеплярного раствораQr через
S мин(\). 30
(3) н 100 мин (4) после введения
аммиачной соли цинка, w = 3.7.
(2), 70
1! ..,,
мин
мин
Подобная же карmна наблюдается и nри
J
введении в мицеллярный раствор кверцетина
раствора соли цинка (рис.22). Здесь процесс
синтез
меди,
протекает
так
что для
медленнее,
выявления
Длмма ао•кw. ""
28
www.sp-department.ru
чем
в
случае
промежуточных
стадий
специального замемения
не
требуется.
Предполож1пельно
это обусловлено
меньшей степенью связывания кверцетина с ионами цинка; такое различие отмечалось в
исследованиях
взаимодействии
полимерных пленках
изобестическая точка
(Sakaguchi
с
этими
Т.,
ионами
Nakajima
А.,
кверцетина,
1987).
иммобилизованного
нм), отражающая прямую связь между распадом комплекса
(378
образованием продукта окисления кверцетина (появление выраженного плеча при
нм).
Полоса наночастиц
вычитания
спектров
в
На рисунке отчетливо видна
Zn
лежит в области
комплекса
и
270-280
оставшегося
11
330
нм; ее можно выделить путем
кверцетина
из
конечного
сnектра,
полученного после завершения реакции. Таким образом, в обоих случаях формирование
наночастиц идет через образование комплекса.
Qr
Нами были оnределены коэффициенты экстинкции комплексов
комплексными
оставшегося
Qr
аммиак-содержащими
катионами
металлов
путем
с просты~ш и
вычитания
спектра
из спектра мицеллярного раствора после введения соли металла в
условиях, когда в нем отсутствуют наночастицы и содержатся только комплекс
ионами
металла
и
не
прореагировавший
кверцетин.
Процедура
Qr
с
вычитания
проиллюстрирована на примере мицеллярного раствора Qr с ионами (Cu(NH 3)4] 2+ (рис.23)
Здесь же показан характерный вид спектра комплекса. Во всех случаях, кроме сульфата
меди,
в спектре комплексов присутствуют две
относительно соответствующих полос
Qr; д11я
полосы,
сдвинутые
в
красную
сторону
сульфата меди удается выделить лишь одну
ДllИННОВОЛНОВую ПОЛОСу.
Рис.23. Выделение спектра комплекса кверцетина с ионами [Cu(NH,)4) 2• ю суммарного спектра системы
Qr(O) + Cu(NH 3 ) 4 S04 • Спектр
коммекса
i
J
путем
...
...
...
(на
вставке)
вычитании
получен
сnектра
не
прореагировавшего кверцетина (Qr ·)
Qr(O)
ю cneкrpa, ciOiтoro через
введения
соли
2
металла
мин nосле
(Qr(O) +
Cu(N)) .
Коэффициенты
Qr(O)+Cu(N)
0.2
экстинкции
и
кверцетина
с
полосе
1.
Длина аолны, ttм
кверцетина,
рутина,
комплексов
металлами
1 приведены
Сравнение
с
литературными
оmическим свойствам
по
в таблице
доступными
данными
по
комплексов переходных металлов с флавоноидами в водных
растворах показывает, что полученные нами значения коэффициентов экстинкции близки
к найденным мя комплексов меди в водном растворе с рутином
(1-2*104 л/моль
[Мельникова Н. Б., Иоффе И.Д., Царева Л.А. 2002]) н кверцетином (2 10 л/моль [Mira L.,
4
Femandez
М.Т.
et al 2002.]).
Изменения спектров при взаимодействии ионов меди с
29
www.sp-department.ru
.
ругином и морином свидетельствуют о том, что здесь возможно образование комплексов
двух типов- с кислородами при С3' и С4. в кольце В (Ru), или с кислородами при С3 11
С4 в кольце С (Мо).
Таблица
1.
Положения nолос nоглощения и коэффициенты экстинкции
рутина, кверцетина и его комnлексов с ионами меди и цинка в мицеллярных
растворах. Приведсны данные для сульфатов
Наименование
(S) и тетраамминсульфатов (N)
t:I
Х 104 , л/МОЛЬ СМ
Ama.xl
Amaxll
Руги н
364
258
2,32
Кверцетин
372
258
2,8
[Cu 2+ ••• Qr]S
422
[Cu
2
3,73
Qr]N
450
278
2,84
[Zп 2 + .•. Qr]S
416
265
3,06
432
279
2,65
[Zn
+ ...
2
+ ... Qr]N
Обобщая приведеиные выше сведения о механизме взаимодействия флавоноидов с
ионами металлов в мицеллярном растворе можно заключить, что здесь выделяются две
ос1ювные стадии:
(1)
образование комплекса и
(2)
распад комплекса в конечном счете на
атомы металла (с последующим образованием наночастиц) и флавоноид в окисленной
форме.
При этом
различающейся
металлов
-
возможно образование
фрагментами
молекулы
комплексов с разноn
флавоноида,
структурой (рис.20),
образующими связи с
либо через атомы кислорода при С3 и С4 в кольце С (нанечастицы
ионами
Ag
и
Au
с
Qr и нанечастицы Cu с Мо), либо через атомы кислорода при С3' и С4' в кольце В
(нанечастицы Cu и Zn с Qr и Ru).
5. Водные растворы наночастиu металлов
При разработке различных вариантов применения нанечастиц оказалось важным
получать их стабильные дисперсии не только в органическом растворителе (в нашем
случае, в углеводородах), но и в полярных средах, прежде всего в воде. Есть все
основания полагать, что стабильные нанечастицы металлов в водных растворах найдуг
полезные применеимя в медицине и биотехнологии. Большое значение дЛЯ разработки
медiЩI!Нских приложений наночастиц, а также дЛЯ определения степени токсичносп1
различных нанематериалов дЛЯ человека и других живых организмов имеют исследоваюtя
механизмов биологического действия
нанечастиц металлов, которые могуr проводиться
только на водных дисперсиях.
Для расширения круга возможных применений наночастиц, полученных методом
б1юхимического
синтеза,
была
разработана
методика
получения
30
www.sp-department.ru
водных дисперсий
наночастиц из их мицеллярных растворов. Нами оnисаны две nроцедуры nриготовпения
таких дисnерсий:
и
(2)
(1) центрифугирование двухфазной системы мицеллярный раствор/вода
смешение мицеллярного раствора с водой и nоследуюшее отстаивание. В nерво:-.~
случае удается nолучить водную дисnерсию наночастиц с малым содержанием АОТ, но
здесь оказывается малой и концентрация наночаспщ; кроме того, технически слож1ю
nолучать
достаточно
большие
количества
раствора
наночаст1щ,
nриемлемые
для
nрикладных исследований. Поэтому изучение свойств 11 разработка различных вар11а11Тов
nрименения водных дисnерсий наночастиц
nроводилась с исnользованием второй нз
уnомянутых nроцедур. Таким nутем nолучены водные дисnерсии наночастиц серебра,
золота, меди и цинка.
Тиnичный сnектр nоглощения водного раствора наночастиц серебра nоказан на
рнс.24. Максимум nолосы nоглощения наночастиц лежит в интервале
согласии
о
1 ,,
J ...
••• •1.•
с
положениями
400 - 420
нм, в
известными
из
литературы
максимума
дЛя
наночастиц
серебра в водных растворах.
Рис.24. Характерный вид спектра поглощекия водной
дисперсии наночастиц серебра .
•..
Пример электронной микрофотографин 11
'·'
гистограмма
nоказаны на
расnределения
no размерам
puc.2S. Средний размер частиц no
данным ТЕМ nрактически совпадает с найденным дЛЯ соответствующих м1щеллярных
растворов, но разброс по размерам часто оказывается больше. При измерениях методом
ФКС, как и в случае мицеллярных растворов,
размеры оказываются обычно больше
Рис.25. Электроин"" микрофотографив и распределение по размерам а водном растворе нано•шстиц
серебра.
найденных по электронным микрофотографиям. Возможно, что увеличение среднего
размера в этом случае обусловлено присутствием агрегатов АОТ, который в избытке
переходит в водную дисперсию 11З мицеллярного раствора. Помимо концентрац1111 и
31
www.sp-department.ru
размеров
наночастиц,
концентрация
АОТ
в
водной
днеперсии
является
важным
параметром при разработке некоторых вариантов применения этих растворов (например, в
качестве добавок к косметическим средствам) а таюке для исследований биологических
эффектов наночастиц, поскольку этот ПАВ может быть токсичным для биологических
объектов. Для контроля этого параметра нами была поставлена методика определешtя
концентрации анионных ПАВ в воде (ГОСТ
позволяющие
существенно
уменьшить
Р
51211-98)
концентрацию
и разработаны процедуры,
АОТ
в
водной
дисперсии
наночастиц серебра, что давало возможность устранить побочные эффекть1 действия этого
ПАВ (см. раздел
7).
6. Адсорбционные свойства
наиочастнц
Нанесение наночастиц на твердые поверхности производилось путем адсорбции их
из
раствора
с
целью
получения
модифицированных
различных
специальными свойствами, для применения в технике и медицине.
материала
подбирались
условия,
обеспечивающие
материалов
со
Для каждого вида
достаточно
высокие
скорость
адсорбции и плотность покрытия наночастицами, а таюке его достаточную устойчивость
при
предполагаемых
наночастицы,
условиях
зависит от
эксплуатации.
свойств
Тип
поверхности
раствора,
адсорбента.
из
которого
При
этом
выполняются общие закономерности, известные из теории адсорбции
-
в
наносятся
основном
из неполярной
среды с полярными примесями адсорбция этнх примесей активно идет на гидрофильных
поверхностях, а из
полярной среды с неполярными примесямн
-
на гидрофобных.
Мицеллярный раствор с этой точки зрения является неполярной средой, в которой
наночастицы в обратных мицеллах можно рассматривать как полярный компонент; такой
раствор
использовали
для
нанесения
на
стекло,
металлы,
ткани,
порошки
оксидов
металлов, силикагель и другие материалы с полярными группами на поверхности. Водный
раствор
-
полярная среда, в которой наиочастнцы в мицеллах из АОТ представляют
неполярный компонент; из таких растворов ианочастицы хорошо адсорбировались на
активированном угле,
углеродных тканях, а таюке на других материалах,
поверхности
которых обладают преимущественно гидрофобными свойствами.
Контроль скорости адсорбции производили методом спектрофотометрии
-
по
изменению интенсивности характерной полосы поглощения наиочастиц в растворе, ttз
которого они наносятся на данный материал. Количество наночастнц, адсорбированных
на материале, оценивали в количестве нанесенного металла на единицу веса материала
(обычно в мг/г) или (если известна удельная поверхность образца)- в количестве металла
на единицу площади поверхности (мг/см 2 ). При нанесении из монодисперсных растворов
определялась
таюке
плотность
покрытня
(число
наночастиц
на
единицу
площади
поверхности образца).
Для определения оптимальных условий, позволяющих получить заданные скорость
адсорбциtt
и плотность покрытия, а таюке обеспечить высокую степень извлечення
наночастиц из раствора, изучали влияние на этн параметры различных факторов-
32
www.sp-department.ru
концентраций
наночастиц
и
АОТ
в
мицеллярном
или
водном растворе,
специфики
поверхности адсорбента. его происхождения (например, для активированного угля
-
источника его получения) и др. В отдельных случаях удавалось определить удельную
поверхность адсорбента по результата\!
раствора.
измерений адсорбции АОТ из мицеллярного
Практическое значение таки.х исследований можно проиллюстрировать
примере получения силикагеля с нанесенными наночастицами серебра (рис.
Б
,..\
'']
на
26).
,,
1
"
/rl'~"'-1
//'\\"'·,
"'"]
G:{l
~
'·'
s
~
1 \
~ '·'
О:.•
1
100
26.
.:;
'1
-~
Рис.
~
Ji,"\~'
(J
~
~
\~
'"'
"'
!:kt!leБQJIНW,ИМ
Длнаа в~nаы. им
Изменение концентрации каночастиц серебра в мицеллярном растворе при адсорбции на
силикагеле из стандартного раствора на неподrотовленной поверхности (А) и из раствора
оптимизированного состава на nредварительно nодготовленной поверхности (Б).
Здесь
показаны
изменения
концентрации
наночастиц
при
адсорбции
из
стандартного мицеллярноrо раствора на неподготовленной поверхности и из раствора с
оптимизированными
коицентрациями
наночастиц
и
АОТ
на
предварительно
подготовленной (увлажненной) поверхности силнкагеля. В первом случае за
удается осадить менее
50%
наночастиц, тогда как во втором случае всего за
2
6 часов
недели
можно
добиться практически полного извлечения наночастнu из раствора.
Работы
серебра,
по
модификации
твердых
материалов
проводились
с
наночастицами
меди и цинка. На сегодняшний день наиболее востребованными оказались
материалы, модифицированные наночастицами серебра. Нами получены различные ткани
и
изделия
из тканей,
силикагель.
порошки
оксидов.
полимерные мембраны
образцы
и другие
металлов,
активированный
уголь.
материалы с различными плотностями
покрытия наночастицами. Примеры таких материалов показамы на рис.27 и
28.
Нанесение
наночастиц серебра приводит к появлению характерной красно-коричневой или желтой
окраски.
интенсивность
исследования
позволили
которой
зависит
установить
от
высокую
плотности
покрытия.
антимикробную
Лабораторные
активность
таких
материалов; некоторые примеры результатов испытаний приведены в следуюшем разделе.
33
www.sp-department.ru
Рнс.27 Фото образuов ткани (хлопок) с
Рнс.28. Фото образuов силикагеля с нанесенными
нанесенными наночастиuами серебра.
наночастиuами серебра. Плотность покрытия
увеличивается слева направо.
Помимо антимикробных свойств. наночастицы серебра могут проявлять также
каталитическую активность. Данные по каталитической активности наночастиц серебра,
меди и других металлов приведены в разделе
7.
8.
Биологические эффекты наночастнu
Известно, что наночастицы металлов. прежде всего серебра. являются rюпу,1ярным
объектом перспективных прикладных разработок в различных областях химии, техники и
медицины
и
в
то
же
время.
уже
находят
применение
в
практике
-
в
производстве
различных товаров (косметики. одежды. бытовой техники. игрушек и др.). Поэтому в
исследованиях биологического действия наночастиц металлов на организмы растений,
животных
и человека весьма актуальным становится определение степени токсичности
наночастиц как в виде растворов, так и в составе различных материалов. Помимо данных,
необходимых д.1я определения стандартов. обеспечиваюших безопасность использования
наночастиц и модифицированных ими материалов, определение токсичности может дать
полезные сведения как о механизмах действия наночастиц на живые организмы. ,1ежаших
в основе
их лечебных и патологических эффектов. так и для разработки различных
вариантов их при"енения в биологии, биотехнос1огии и медицине.
В исследованиях. Проводившихея
серебра.
нами в этом
направлении с наночастицами
получены данные. отражаюшие их антимикробные свойства и токсические
эффекты по отношению к другим биологическим объектам разных уровней организации.
7.1.
Антимикробные свойства наночастнu серебра
Испытания антимикробной активности наночастиц серебра проводились в ряде
компетентных учреждений
-
в Институте им. Гамалеи РАМН. в Институте им.А.Н.
Сысина РАМН. в Институте вирусологии им. Д.И.Ивановского РАМН. в НИИ генетики и
селекщm про!ltышленных микроорганизмов Государственного научного центра (ГНЦ). в
Московском городском центре дезинфекции (МГЦД). Для экспериментов использова..1ись
как растворы наночастиц, так и модифицированные наночастица..'.!и !lfатериалы.
www.sp-department.ru
Мицеллярпые растворы
лакокрасочным
материалам
наночастиц
(ЛКМ)
вводили
разного
в
качестве
состава
на
малых
основе
добавок
к
органических
растворителе!!. Полученные модифицированные краски наносили на образцы дерева или
других материалов; после высыхания на их поверхность наносили взвеси бактериllн через
разные промежутки времени делали смывы, в которых определяли число жизнесnособных
бактериll. Было показано, что ЛКМ с наночастицами
серебра обладают выраженным
бактерицидным деllствием по отношению к ряду патогенных бактериll, распространенных
в бытовых условиях, тогда как контрольные краски без наночастиц такого эффекта не
обнаруживают. Пример результатов испытаниll в Институте им. Гамалеи приведен в
таблице
2.
Аналогичны!! результат был получен в натурных испытаниях, проводиВШIIХСЯ
в камерах СИЗО «Матросская Тишина». Было показано также, что введение наночаст1щ в
краску возможно путем нанесения их на порошковые материалы, входящие в состав ЛКМ,
например, на оксид алюминия.
Таблица
2. Динамика бактерицидного деiiствия иаиочастиц серебра, внесенных в краску, на штаммы
E.coli АТСС 25922, Salmonella typhimurium TMLR 66, Salmonella typhi Ту 2, Shigella flexneri 5 16,
Staphilococcus aureus
Wood-46, Enterococcus faecalis СО 110, Listeria monocyntogenes EGD, Pseudomonas
aeruginosa 508. *)
бактерий:
Контро.lЬНаJI ~рьтура
Lo!! Чllс.та ЖIIВЫХ бактернА на
{-)
11 npenapaт крас1.:п с
Тесrнруемыn
поверхност11 окрашенны.х
образцов в раЗ.1JJЧ1!ые nромеж~'ТКII вре~t<ни (часы) пос.те
!1!1!~_Ч!9J!!Ч;>}Щ сер~бр.Ч:.>._. ___ .. нанесен11я бапер11n
шта:-.ш
+
Ec.<oJi
+
lic.IШil! Т)·2
1,0
2,0
~.о
6,2±0,1
6,2±0,1
6,2±0,2
~.;1±0,2
+
S. !YP.!>i!J!U!i\1_111
о
6,~±0,1
о
о
Q
6,1.±0,1
5,1±0.2
6,1±0,1
6,1'1±0,2
6,0±0,2
6,1!±\1,1
6,1±(},2
~,(_>±11,1
+
S,fi~!'!<J.i. 516
~.:"±0,1
+
о
3,~±0.1
+
!!;:(~-·.~'!.1!~
L~~~.9~~c~·t~gtn~!_s
f·'!.•r:.ugl_ьQ.•~
!!
6,1±0,1
6.2±0,2
9
()
6,0±1),1
6,0±0,2
о
6,0±0,1
f)
Q
6,1±1),1
6,1±0,1
6,!±0,1
6,0±0,1
Q
(1
6.._0±1),1
1''-Ащ:ещ
6,0±1),1
6,2±11,1
6,;.±0,2
(!
о
о
6,1±0,1
~.~±0,1
о
!'
о
6,.2.±0,2
6,2±0,2
6,2±0,1
6,1±0.1
+
~.6±11,1
+
6,!±0,1
3L6±0,2
о
(1
6,1±0,1
9
6,0±0,1
1,2±0,1
3.~±0.1
6,0±0.1
(1
Водные растворы наночастиц испытывали как в виде добавок к ЛКМ на водной
основе,
так
и
болезнетворных
путем
введения
бактерий
в
в
водные
разных
растворы,
концентрациях.
содержащие
В
взвеси
последнем
случае
штаммов
эффект
наночастиц оценивалея путем отбора проб через разные промежутки времени и сравнения
числа КОЕ с таковым для контрольных растворов с бактериями без наночастиц. Во всех
случаях
было
обнаружено,
что
растворы
наночастиц
обладают
антибактериальноllили антивирусно!! активностью.
35
www.sp-department.ru
знач1пелыюi1
В качестве nримера на рис.29 nрttведеиы данные, nолученные в НИИ генетики
ГНЦ на бактериях
концентраиии
E.coli
бактерий
обесnечивается
в водной среде. Видно, что nри значительной начальной
8
(3*
высокий
кл/мл),
10
уровень
nри
небольшом
инактивации
••••
эксnозиuни
широком
диаnазоне
Рне.29. БактерiЩНДНое действие водной днеперсии
•
•
~
времени
75 раз).
разведений исходного водиого раствора наночастиц (до
100
в
(90-100%)
наночаспщ серебра. Зависимость уровЮI ннактивации
бактерий
80
E.coli от концентрацни наночастиц серебра
в
водной среде. Данные НИИ генетики ГНЦ.
1:
В
Начальная kOIO..eнtp8ШW kJICТOII: • з•l 0 1<0Eiчn
1
Время юасубаuни •
30 ыю.
~
20
10
15
nодобных
же
эксnериментах
в
Институте им. Сысина действие наночастиц
20
25
на бактерии
E.coli
ионов
(вводившихся в вttде нитрата
Ag+
сравнивалось с действием
серебра) в соответствующltХ концентрашtях.
30
Было nоказано, что динамика инактивации
бактерий более интенсивна nод действием
наночастиц, чем ионов серебра; такой же результат был nолучен в оnытах на колифагах
MS-2
nptt
S. Aureus.
(вирусах бактерий). Высокий уровень бактерицидной активности наночастиц
введенtш в водную среду был nродемонстрирован также в МГЦД на
E.coli
и
Для двух nоследних видов была оnределена нижняя граница концентрации наночастиц в
водной среде
выше
и
(3-5
другие
мкг/мл), nри которой достигается
данные
исnытаний
водных
100%
гибель бактерий. Уnомянутые
растворов
наночастиц
Ag
nозволяют
заключttть, что такие растворы обладают сильно выраженным антимикробным действием
11
могут рассматриваться как основа для создания дезинфицирующих средств нового тиnа,
более
эффективных
и
более
безоnасных
для
человека,
дезинфектанты на основе хлора и его nроизводных или
чем
широко
исnользуемые
четвертичных аммониевых
соединений.
Твердые материалы и полимерные пленки с ианочаспшцами серебра. Исnытания
на
анпtбактериальную
активность
nроводились
на
тканях,
активированном
металлических nластинах, nолиамидных мембранах и nолимерных nленках
nроюводного хитина, содержащих наночастицы
угле,
на основе
Ag .
Ткани (шерсть, хлоnок, лен и др.) вносили в водную среду с бактериями
E.coli
или
nомещали в чашки Петри на nоверхность nитательной среды с этими же бактериями.
Антимикробное действие ткани оценивали
no
стеnени угнетения роста бактерий через
разное время инкубацюt по сравнению с контрольными образцами той же ткани без
наночастиц. Было nоказано, что в обоих случаях ткани с наночастицами
Ag
оказывают
сильное угнетающее действие на рост бактерий (данные НИИ генетики ГНЦ). Были
оnределены также услов1tя стирки такltХ тканей, nри которых nрактически nолностью
сохраняется nервоначальная nлотность nокрытия наночастицами. Дальнейшая работа в
36
www.sp-department.ru
этом наnравлении может nозволить nолучать ткани и изделия из них для nрименения в
мещщине (нanpstмep, для
nошива халатов
или специальной одежды с биоцидньши
свойствами) или для широкого потребления nри изготовлении товаров, для которых могут
бьгrь востребованы биоцидиые свойства.
Активированный уголь с нанесенными наночастицами серебра исnытывали в
Институге
им. Сысина на колонках,
через
которые
в течение недели
nроnускали водоnроводную воду с внесенными в нее бактериями
(MS-2)
E.coli
неnрерывно
или колифагами
до концентраций, заметно nревышающих nредельно доnустимые нормы.
На
выходе отбирали nробы воды, высевали на nитательную среду и оnределяли величины
КОЕ. Параллельно такую же работу проводили с углем без наночастиц. Было найдено, •по
для угля с наночастицами имеет место значительное снижение числа жизнесnособных
микроорганизмов по сравнению с контролем, причем снижение было стабильным в
течение всего времени эксnеримента. Это означает, что наночастицы не вымываются с
такого угля током воды, в отличие от углей, nроnитанных солями серебра, для которых
было обнаружено быстрое вымывание ионов серебра.
Металлические nластииьt с
Ииституге
им.
Гамалеи
активность
nротив
Это бактерия, вызывающая легионеллез
pneumophila Philadelphia.
Ag
нанесенными наночастицами
на антимикробную
исnытывали в
Legionel\a
штамма
- серьезное заболевание,
часто возникающее в результате вдыхания кондиционированного воздуха. Пластины были
изготовлены
емкости
из
для
нержавеющей
чистой
nреимущественно
и
воды,
стали,
которые
накаnливается
nоскольку
из
исnользуют
большая
этого
в
материала
изготавливают
кондиционерах,
концентрация
этих
и
в
которых
бактерий.
Было
установлено, что на nоверхности nластин с наночастицами уже через час инкубации
настуnает полная гибель бактерий, тогда как в контроле их исходная концентрация (10 7
кл/мл)
не уменьшается и через сутки. Таким образом, можно nолагать, что обработка
таких емкостей в кондиционерах nозволит существенно уменьшить риск заболеваний
легионеллезом.
Полиамидные мембраны
нанесения
из
водного
nредоставленных
фильтрующих
с
раствора.
nредnриятием
устройствах
наночастицами
для
Работа
были
nроводилась
«Технофильтр»
очистки
Ag
воды.
(г.
nолучены
с
образцами
Владимир)
Антимикробная
нами
и
nyreм
мембрав,
исnользуемых
активность
в
мембран
оценивалась в ОАО НИИ «Медnолимер» по числу колоний и тиnов микроорганюмов,
выросших на мембране через разное время nосле фильтрации водопроводной воды.
Пример
резуЛI.татов
nриведен в таблице
3.
исnьгганstй
мембран,
модифицированных
наночастsщами
Ag,
Для сравнения nоказаны данные, nолученные в тех же условиях на
стандартных nолимерных мембранах фирмы «Миллипор».
37
www.sp-department.ru
Таблоща 3. Результаты микробиологических испытаний полиамидных мембран (ММПА' • 0,2), покрытых
наночастицами серебра. Данные ОАО «НИИ медполимер>> (г. Москаа)
Рост бактерий во времени
Наименование
N"
обр-ца
образца
1 сут
2-4
сут
Рост под испьпуемой
4-6сут
7-8 сут
9-10 сут
мембраной
Серебросодержашие
1
с мотиостью
по~ытия
нет
нет
нет
3
новых нет
чисто
нет
нет
нет
7
новых нет
чисто
нет
нет
нет
2
новых нет
чисто
Рост
Рост
34
40
49
продол ж
прекратил
ается
с•
0,16 мr/r
Серебросодержашие
2
с мотиостью
покрьпИJI
0,33
мr/r
Серебросодержашие
3
с мотиостью
ПОКJ'ЬПИЯ
2,22
мr/r
GS ( Миллипор 0,22
4
мкм)
2
Как видно из таблицы, на мембранах, модифицированных наночастицами серебра,
nри разных nлотностях nокрытия ианочастицами в течение nервых шести суrок nосле
фильтрации наблюдается отсуrствие роста колоний. Такой результат свидетельствует о
существенно более высокой антимикробной активности полученных нами полимерных
мембран по сравнению с мембранами ф11рмы «Миллипор». Предnолагается продолжить
работы
в этом направлении с целью создания новых фильтрующих устройств для
nолучения обеззараженной воды.
Полимериые пленки
с наночастицами
Ag
были nолучены путем введения малых
добавок водного раствора наночастиц в водный раствор биодеградируемого полимера
(nроизводиого
ХIIТнна).
Испытания
таких
пленок
nроводились в НИИ им. Гамалеи на бактериях
typhimurium.
Результат показан в таблице
на
антимикробную
активность
и
Salmonella
Staphillococcus aureus
4.
Таблица
4. Динамика взаимодействия штаммов сальмонеллы и стафилококка.
концентрациях. с пленками. содержащими наночастицы серебра или без них.
взятых в различных
Тестируемыil штамм,
Обозначение пленок с
Lg числа живых бактерий в
доза
различным
исследуемых nленках в
содержанием серебра
nроме <утки в~емени (ч
Salшonella typhiшuriuш
Исходная куль тура
TMLR66
10'' КОЕ
ХИТ·IО.А, О% ~ХИТ-10.8,
ХИТ ·1 О.С,
Staphilococcus aureus
Wood46
10'' КОЕ
0.03% Ag
0.06 % Ag
Исходная куль тура
ХИТ·IО.А, О%
Ag
ХИТ-10.8, 0.03% ~ХИТ-IО.С, 0.06% Ag
Salшonella typl>iшuriuш
Исходная культура
TMLR66
104 КОЕ
XИT-IO.A,O%Ag
ХИТ-10.8.
ХИТ·IО.С,
Stapltilococcus aureus
Wood 46
10' КОЕ
0.03% Ag
0.06% Ag
Исходная культура
XИT·IO.A,O%Ag
ХИТ-10.8,
ХИТ·IО.С,
0.03% ,O.g_
0.06% Ag
1
6,1
6,1
5,0
3.0
6.1
5,7
4,0
6,0
6,1
5,2
2,7
24,0
6,1
2,8
о
о
о
о
6,0
6,0
5,0
6,0
5,8
4,1
6,0
4,9
3,0
6,0
3,2
о
о
о
о
4.0
4.0
2,8
4.0
3,7
1,8
4.0
3,4
4.0
1,5
о
о
о
о
о
о
4.0
4,0
2,9
4,0
3,8
1,9
4,0
3,3
4,0
1.6
о
о
о
о
о
о
38
www.sp-department.ru
о
о
Видно, что пленки, содержащие малые добавки наночастиц серебра, обладают
значительной антимикробной активностью в отношении исследуемых
бактерий, при
больших коицентрациях бактериальных клеток во взвеси, контактируюшей с пленкой ( 104
и
КОЕ/мл),
10"
причем
эта
активность
сушественно
выше,
чем
отмеченная
для
контро.1ьных пленок из того же полимера без наночастиц. Это позволяет предположить.
что
созданный
нами
полимерный
материал
может
найти
применение
в
медицине
(например, при.1ечении повреждений кожи).
7.2
Токсические эффекты иаиочастиц серебра
Изучение влияния наночастиц металлов на функции живых систем разных уровней
организации, в том числе токсических эффектов,
представляет сегодня новое научное
направление, в котором имеются как достижения, так и проблемы, связанные прежде
всего с особенностями наночастиц как объекта исследования и вытекающими из них
трудностями методического характера. Одним из важнейших условий успешного решения
поставленных
здесь
воспроизводимыми
задач
является
характеристиками,
наличие
металлических
стабильных
в
водном
наночастиц
растворе,
с
содержащем
минимальные концентрации других биологически активных компонентов, что позволяет
проводить
эксперименты
с
корректно
поставленными
контрольными
опытами
и
минимально возможными побочными эффектами. Метод биохимического синтеза имеет в
>том
отношении
хорошие
перспективы,
поскольку
он
обеспечивает
возможность
получения стабильных водных растворов наночастиц заданного среднего размера с узким
распределением и с известной, достаточно малой коицентрацией стабилизатора (АОТ),
биологический эффект которого можно независимо определять в контрольных опытах.
К
настояшему
биологических
времени
получены
объектах
одноклеточных
плазмодни
водорослях
млекопнтаюшнх и
Ch/orella
результаты
низшего
vu/garis,
исследований
гриба
Physarum
семенах
культурпрованных клетках человека.
на
нескольких
po{vcepha/um,
растений,
организме
Действие водных растворов
наночастиц сравнивалось с действием растворов АОТ в тех же концентрациях, в которых
лот ПАВ присутствует в растворе наночастиц, а также с действием ионов Ag+
,
Вводившихея в виде водных растворов нитрата серебра. Таким образом, оказывалось
возможным
( 1)
выделить биологический
действии наночастиц и АОТ и
эффект
наночастиц серебра
в
совокупном
выяснить. является ли эффект наночастиц следствием
(2)
действия ионов серебра, что важно для выяснения механизма действия наночастиц. Ниже
приведено несколько примеров полученных результатов.
Плазмодий с.1изевого гриба
Исследования
экспериментальной
удобным
клеток
биофизики
тест-объектом д.,1я
на
неблагопрнятные
представляет
собой
Physarum Polycephalum
проводились
совместно
РАН.
изучения
явлений
химические
многоядерную
с
Плазмодий
Институтом
хемотаксиса
воздействия
протоп..1азму.
теоретической
Physarum po{vcephalum
из
-
двигательной реакции
окружающей
окруженную
39
www.sp-department.ru
и
яв.1Яется
общей
среды.
мембраной
Он
и
обладающую способностью к неограниченному росту и амебоилному движению.
В
жспериментах определялось действие наночастиц на двигательную активность и рост
IL1азмодия. Сравнивалось угнетающее действие (характеризующее степень токсичности)
водных растворов наночастиц дg, дОТ и ионов дg •; эксперименты проводи.1ись в водных
растворах (уровень двигательной активности тяжа плазмодия), а также на чашках Петри и
на пластинках с питательной средой (рост плазмодия).
В нескольких сериях экспериментов с наночастицамн диаметром
8- 1О (± 4-6)
нм на
чашках Петри было показано, что, во-первых, наночастицы дg в концентрациях 2: 1о·-' М
( 10.8
мкг/мл) вызывают быструю гибель пла1модия и. во-вторых. при концентрациях. не
вызывающих гибели п.1азмодия (~ 10· 5 М
или
IIЧf'
мкг/мл)
1.08
наночастицы
более
токсичны. чем дОТ, ионы дg · или смесь
дОТ+ дg· в концентрациях. равных тем.
которые
вводятся
с
водным
раствором
наночастиц. Пример показан на рнс.30.
- 2.5
* 10'2 %. НЧС- 104 М.
Масштабный отрезок
Рис. 30. Расnространение nлазмодия на агаровой
nодложке в контроле и в nрисутствии НЧС. AgN0 3
* 10. %. НЧС- JO.;M. Нижний ряд: AgNO,- 10-' М. АОТ
Время- 6 час nосле nомешения на nодложку стандартных образцов nлазмодия.
и АОТ. Верхний ряд· AgNO,- ю·' М. АОТ- 2.5
3
- 1 см.
Вилно, что при концентрации наночастиц С(НЧС) = 10·4 М во всех случаях рост
плазмодия не происходит, а при С(НЧС) = 10' М наблюдается заметное различие в росте
5
плазмодия на среде, содержашей наночастицы, и на трех средах, содержащих нитрат
серебра, дОТ и их смесь в соответствующих концентрациях. Ясно также. что <<Чистый»
контроль без всяких добавок неотличим от варианта с дgNO,. и лишь незначительно
отличается от двух других случаев, содержащих дОТ.
вывод,
сделанный
нами
ранее
в
'Этот результат подтверждает
исследованиях на бактериях
кишечной
палочки,
о
большей эффективности наночастиц по сравнению с ионами дg' в тех же концентрациях.
Такой же вывод был сделан другими авторами в исследованиях на бактериях, животных
юетках и эмбрионах рыб.
Данные, полученные в исс,1едованиях уровня двигательной активности плазмодия в
водном растворе и роста на питательной среде позволили построить следующий ряд
сравнительной эффективности: дgNОз <<дОТ< дgNОз +дОТ<< наночастицы дg. Таким
образом. исс,lедование хемотаксиса на ILlазмодии
показа.1о. что в случае наночастиц
токсическое действие серебра многократно уси.1ено. пр11чем эффект уси.1ения не сводится
к
дестабилизирующему
вещества
(дОТ).
действию
образ)wшего
на
к.1еточную
оболочку
мембрану
мицеллы.
поверхностно-активного
Кроме
того.
более
высокая
эффективность наночастиц по сравнению с ионами серебра позволяет предположить. что
биологическое действие наночастиц не сводится к действию ионов серебра. но может
включать иной мехаинзм, в котором важную ро.1ь играют сами наночастицы металла.
40
www.sp-department.ru
Проводились
размера
также
эксперименты
с узким распределением:
5.5±2.0
с
водными
нм и
растворами
9.2±2.7
наночастиц
разного
нм. Было обнаружено, что, при
одинаковой общей концентрации наночастиu серебра в питательной среде, отрицательная
реакция плазмодия более сильно выражена для наночастиu меньшего размера. Результат
илюстрируется рнс.31. Зародыш плазмодия помещали на грающе между двумя
по.1осками агара (разделенными промежутком
1 мм),
содержащими наночастицы разного
размера.
Рнс.31. PeaкuНJI плазмодня на nрисутствие наночастиц серебра разного размера
Видно. что рост плазмодия происходит почти исключительно в сторону среды с
наночастицами
большего
размера
наночастиц меньшего размера
то
(SNP5).
(SNP4).
есть
наблюдается
явное
«избегание»
Это подтверждает имеющиеся в литературе данные
о большей токсичности наночастиц серебра малого размера. Возможно. влияние размера
сюпано с различием в числе наночастиц на единицу объема среды. В нашем случае это
число различается примерно на порядок: SNP4- 1.48 х 10 14 ; SNP5- 3.16 х 10 13 (частиu/мл).
В
целом
полученные
здесь
результаты
позволяют
заключить,
что
хемотаксис
является чрезвычайно чувствительным тестом в исследованиях токсичности наночастиц.
Данные, полученные на плазмодни
Physarum po/ycephalum,
позволяют рекомендовать
подобные тесты для выявления следовых количеств вредных веществ на любых про- или
эукариотических клетках. способных к хемотаксису.
Одноклеточная водоросль
Токсичность
наночастиц
Ch\orella vulgaris
Ag
исследовалась
на
живых
клетках
культуры
микроводоросли методом микроэлектрофореза на приборном комплексе «Uито-эксперт».
в сотрудничестве с Инженерно-техническим центром (лабораторией биотестирования,
г.Ижевск). Токсичность наночастиц оценивалась по изменению амплитуды колебаний
клеток
в
переменном
·цектрическом
поле.
обусловленному
уменьшением
их
поверхностного заряда. который является показателем жизнеспособности клеток. Клетки
водоросли
в дистиллированной воде
инкубировали с
наночастиuами
41
www.sp-department.ru
при различных
конвентраниях в шпеrва.1<: 1о·'
1о··• \1 1О 00 IIJX
10.8
\IKI Лg. \1.11 -ш;щнное нrt:.\IЯ. !а 1О.:-'1
OПpC.lC:IЯ.lll ИН;!СКС IОКСИЧНОI:\11 f - (:\,- ·\,,111 Л,. 1:1<: :\, <tlld :\e<·l - CJ1C;[IIIIe i.I\III.HIЛ;IЬJ
KO.lCOi.IHИЙ. llaЙ;Jt:Hнhle .LlЯ KOIIГJ10;!I,HOЙ (K.IO:TKII fie·! llai!OЧi.ICIIНll 11 "JKI:IIeJ1И\Ielll<liЬIIOii
С~СПСIПИII. COOTIJCTCJBeHIIO. HelaBIICИ\10 опrс:Iе.IЯ.ЫСЬ ГOKI:IIЧIIOC!b 1101\ОВ Лg' 11 OleCII :\!!.
~лот
в
соотвстств~ющнх
KOI!Ilelпpaltияx.
ана;югично
TO.\IY.
как
описано
выше
в
ЖCIIep11\ICHI а.х с п:ш-!\IO."!IIC\1. Рс-!У.IЫ"ат покашн на рис. 3~
~
. '
.
_С
дg,>'
~д::;..,о
- A g ... O.AOT
C1-i
с' "
Рнс.32. l(ЖС~1чtюсть ншючастю1 1A~NP1. A!!NO, ~t C\tec~t Л<УI
\UI!!aГ1:-.
Токсичнос11, 1шночастшt внача:н: вrнрастаеi с 'ве:н1чеm1е\1 их кош1ен гршнн1. ·1а1 е.\1
оС1 ается IЮСiоянной в шпсрва;н: О.
108 .\IKГi\1;1 11()"' \1 1 - 10.8 \IКГ• .\1.'1: ;юспп Н\ 1ый 'ровснь
ТОКСИЧIЮСПI равен 11p11\tCp110 •;, \laKCII\Ia;IЬHOГO (
KUII!teHTpaЦIIЯ\
( KpO\IC
1~ 1 1.
IIOЧТII ПрИ ВСеХ IICC:Ie.toHaHHhl\
1о·• 'v1i наНОЧаСПЩЬI Лg 00;1ее ГUKCIIЧHЬI. ЧО.:.\1 IIOHЬI :\g. II.ИI Ag.
ЛОТ ври тех же кшщ<:11тршщях. чm 11 вве;н:нные.: ншюч<1с1 IНШ\111. н cor :1асш1 с ;шннЫ.\111.
IЮ:IученнЫ.\111 IШ IJ:Ш!.\IO;HHI. Таки\1 обраю\1. и н
СВО;Н!ТСЯ К .lеЙСТВИЮ IIOHOB cepefipi.!.
нанбо:IЬШСЙ KOIЩCIПpШHIII
(
11 О\1 .::JYЧ<Je .t<.:iiCIHIIe 1шночuс 11ш но:
();[IIIJi.IKOBaя НJКСИЧIIОСIЪ НСе.Х трех i.IГCIП ОН 11ри
10-4 Mi ООЪЯСНЯСГСЯ. СКОрС<.:
HCei'!J.
lC.\1.
ЧIО
K:ICIKII
\ЖО:
HCЖIПIICCIIOCOбi!ЬI. IJO;IOOIIO TO.\Iy. ЧТО Hi.IO:IIO;ta:JOCЬ ВрИ 'НОЙ KOHI!elПpat!llll lШ IJ:li.l'!\10.11111.
Сечена растений
Исс.1е:юва:юсь
.1eiic1B11e
наночаспщ
Ag
на
всхожес11,
CC\IЯII
араби;tшюн:а
1./rahu/opSIS tha/шnal 11 COII ( ( i/\'C/Y/1! f/l(L\'}.' .'li.IIII!Ыe 110.1\ ЧеВЬI IJ IIIK 111 гуге общсjj 1 0.:110.:1 IIКII
И.\1. JI.И.Вани.юва I'ЛII Оба paclei!IIЯ ЯR:IЯЮТСЯ IПHO.:ИIIhl.\111 н:cl-ofiы:Kii.l.\!11 ;ця 11 ~~ ЧСНIIЯ
H.'IIIЯIIIIЯ ра·!.ЛIЧНЬIХ факторов на ГCI!O.:ТIIЧt:CKI\0.: xapi.!K 1ер не ПIЮ\ рас IIП t:.IЫIЫ\ 0р1 i.\1111 !\ЮН
Сраютва.1ось B:НIЯI!IIe нo.lltoi'O раствора ншючаспш pa!\lt:p0\1
9"'6
11\1 н puc 1ворон :\ОТ н
COOГBO:ICTByiOШII\ KOI!Ilt:HTpatHIЯX. КоtшентраtНIЯ lli.IIIOЧi.ICIIЩ 11 ,\()Т Н 1\С\0;[1!0\1 расr-нор<.:
COCl ан;tя;Jа
5 *1 0·' \1
11
1
15*1 0· \1.
COOI BCTCl Bt:IIIIO
С<.:\10:11<1 11pt:;tвap111 О:.!ЫЮ 1<1\laЧIIH<J.'III Н
:шсгн:t.111ровашюй но.tе в lt:Чe1111e 2..\-х часов_ ·!aTt:.\1 ·Jа.шва.111 pact нора\111 H<IIЮЧUCI 111! 11.111
АО
1·
н
ннкуб11рова.·111
..:шс
24
чuса.
IIJ10pati!IIRi.IIHit: R СПI\Цi.!рТНЬI.Х ~ CIOIIIIЯX
!<II0.:\1
01 \IЫHa.lll
.!IICIII.I.IЯI0\1
11
с1 ав11.111
11а
0Ka!<J.IOCЬ. Ч 1О Ilp11C\ TCl Bllt: Л() J вpaKтtl'lt:<.:KII 110.:
www.sp-department.ru
B.IIIЯ:IO на HCXOЖe(JJ, <:е\IЯН.
1О eCJ Ь IIIITO:IIHIIЧt:CKИЙ "Jффt:КТ ОТСУ 1CTROHa:l
В CIY час
11 шючаспщ снижение всхожее 111 наб.тю;щ_юсь 11ри конt!еltтрашlях нышс 1*1 о·-' \1 ( 108
'''' '1:11. а 11ри бо:1ес IШIIOIX конненграния.\ -Jффект огсутстнова:1. Рс·Jу:1ьтат жсrн:р11\1е1па
с
,J~
~
-
-
-
j-
1<
араби;юrкиса пока·шн
CC\It:Ha\111
на рис.33.
~
'
....
-1
P1tc. 33. Вс'\оже'I..'Iь се\1Яt!
rJшlшnu
nри
-Jrahuiorч'
.1сйствии
наночаснtн
серебра 1НЧС 1 и ЛОТ
~н._н
8A(IY
1
И!
1Ю:1ученных
вы гекас1.
что
1
'
.1
наибо:н:е
при
коннентрациях
ВЫ<:ОКИ.\
иссrе:юваiНЮ\1
P111Bf.lt'BB8
.13ННЬIХ
:1иапюонс
н
во:1ная
ttюtерсня наночаспщ .:сребра бо.1ее токсична_ чс\1 раствор ЛОТ_ что сог.тасустся с ря;Ю\1
1<IKCIIЧIIOCПI. нaiL!CHIIЫ\1 :1:1я п:lа-1\Ю;щя. Пру гое с.1е.1ствие состоит в ТО\1. что ;J;IЯ
нссJе.ювюtны\ ce\IЯII в широко\! ;щашноне концентраний (5 *1 о·'
рас 1вор
наночаспщ
серебра
IIOIO:tb·IOBIOIИЯ ;J;JЯ обрабОТКИ
не
гоксичсн_
Се\IЯН
(
что
у ка1ывает
не:JЬЮ ·!аЩИТЬI
ИХ ОТ
-
на
1*1 о·' М 1 во;щый
во-J\южность
ПОражеНИЯ
его
llaJOГeiiiiЬI\111
Г>ак11:рияч11. В от.тичие от ре·1у:1ьтатон. 1ю.нчснны.х на бактерИЯ\ l'.coli_ IJ:Ja-1\IO;нш н
h.l<.:l к ах х.юре.пы. :1.:1я <:С\IЯН обнаружено Clt:JЬ!Юe шпотоксическое ;1ейс-J вне ионов Лg-.
11рнчнны которого пока не выяснены.
Органи1.ч .ч.1екопитающих
Исс:l\:;юва:юсь :1сйстние но:1ных растворов наночастин Лg 11а :1:нпе:Jьность жи·нш
\IШШ.:й
11
ВЛI.В
:ншин
11.Вавн:юна
РЛН
1.
в
но1растс
В
1а;щчу
3-4
щ:с.
(;ншныс
исс1с;ювания
Инсппун обшей
вхо;щ;ю:
I!I.JЖIIHae\IOCПI \IЫШеЙ Н !aBIICII\IOCПI ОТ KOIЩeiПpiOHIII ВВедеННОГО
с..:р..:бра (I!ЧCI и
IO.:ЧCIIИC
3()
;щей
pac-JBOpa
IIOCIC BBC.!t:IIIIЯ (JIJ150/3())
Работа !!рОВО;!И;ШСЬ
внутрибрюшинно
н
раличных
раше:1ениях.
IIШIOЧ<JCПIII
~~~1~
1
(0.2 \t:ll вво;нпся
\1111111\lа;Jышя
шшочаспш
коннснтрания
0.05*1 о·-'
ёравнина:юсь
\1.
с
:!СЙСТВJIС\1 раС! воров ЛОТ и нитрата серебра
1
:
НаНОЧаСТИil
<: ГС\1 Же раСТВОрО\1
~OCTaB:JЯ;Ja
ЛейёТВIIС
,. . П: .~~.·_r---I-т----:
11\1.
прош:НJа
21 устаноюсние :IO'IЫ рас1вора. вьпываюшей :'0% п1бс:н1 животных в
ншючаснш. ч1о и в оrJыгах на се\lенах расп:ю1й. Раствор наночаснщ
<1.111ократно
генеп1ю1
опре:1е:Jе1НIС
11
в
'
f)ll;
·жвина;JСfП IIЬIX
КОНilС!ПрШ!ИЯ\.
Онрс:1е.тение выживас\ЮСПI нрово;н1:юсь по
Cl аtцар!НОЙ \IСТ0.1ИКС В TeЧeHIIC 30- Пl ;(НСЙ
/.'
.~
~-.
II,.IJ
C•.ll
~:•·IJ11t"IIIJ•.IIIIIIIfflf'
..
IIOC:IC
рас-1 воров.
ВВС;!СЮIЯ
tюка!ШIЬI на рис.34.
Рис.
11репарата
34.
НЧС
С\1сртность \tышей
и
раствора
коннсtпрааии
43
www.sp-department.ru
:\(YJ
нр~t инъеюши
н
iавнси\юсти
Из ана.тиза полученных данных вьпекае1, что процент гибе,ти был выше в группе с
введением наночастиц серебра. чем
при введении АОТ. На основании
регрессионного
анализа данных по выживаемости была определена доза раствора, вьпывающая
50%
гибели животных. Ве,lИчииа ЛД50/30 составюа для наночастиц Ag (2, 75 ±0,66)10' 3 М. а
для АОТ- (32.6± 17,1) *10' 3 М. Полученные результаты указывают на достаточно сильный
и зависи.'dЫЙ от
концентрации наночастиu .1етальный -эффект при инъекции
независимо от пола животных.
Сушественное различие в величинах
у мышей.
ЛД50/30 .::t.lЯ
наночастиц и АОТ свидетельствует также о меньшей токсичности ПАВ по сравненшо с
раствором
наночастиц,
в
согласии
с
выводами,
сделаннь1ми
в
ходе
исследований
плазмодия и семян растений. Введение раствора Ю!Трата серебра не вьвыва.ю гибе.ти
мышей при всех исследованных концентрациях, что указывае1 на сушественно меньшую
токсичность ионов, чем наночастиц серебра, а также на то, что токсическое действие
наночастиц не сводится к действию ионов серебра.
Культуры клеток человека
Исследовали действие водных растворов наночастиц
человека (линии
HeLa и U937).
Ag
на культуры клеток опухолей
Работа проводилась в НИИОПП РАМН с целью получения
сведений о механизме действия наночастиц ме1аллов на кле1ки человека, а также д-1я
выяснения возможности использования наночаспщ серебра в качестве лекарственного
средства
в
терапии
логарифмической
планшеты.
онкологических
фазе
роста
забо,теваний.
стаидартным
Клетки
образом
и
Через сутки к кле1кам добавляли водный
концентрациях или контро.1ьные растворы
снимали
переносили
с
в
матрасов
96
раствор наночастиц в разных
(Ag- • АОТ или смеси Ag' + АОЛ.
инкубировали в стандартных условиях роста культур заданное время.
после чего клетки
отмыва.ти и определяли цнтотоксичность исследуемых агентов двумя способами
уровню
функциональной
активности
в
луночные
митохондрий
(МТТ -тест)
и
-
по
внутриюеточных
ферментов (ФДАIПИ -тест). Определялась также возможность переноса наночастиц через
клеточную мембрану путем эндоцитоза посредством блокирования активного транспорта
(инкубация кле1ок при 4°С). Было обнаружено. что для обоих типов клеток токсичность
наночастиц выше, чем соотве1ствуюших концентраций АОТ, ионов дg• и смеси дg•
АОТ,
что
может
говорить
о
наличии
специфической
составляюшей
в
+
действии
наночастнu, в согласии с выводами, сделанными на других исс,тедованных объектах.
Ме1одом лазерной конфокальной микроскопии после инкубации с наночастицами
было
зафиксировано проникиовение агрегатов наночастиц внутрь кле1ки. Возможно, что оно
происходит путем эндоuитоза, поскольку блокирование активного транспорта привод1rr к
частичному снижению
uитотоксичности:
однако ло
не
иск,тючает другие
способы
проникновения наночастиц.
8.
Катаднтнческне свойства наночастнu
Каталитические свойства наночастиц меди юуча.1ись на кафедре химической
кинетикни ката.1иза хи.мического факультета 1\1ГУ. Определялась ката.тнтическая
44
www.sp-department.ru
активность наночастнц в реакции изомеризации дихлорбуrенов:
CH2CI-CHCI-CH=CH2 (3,4-ДХБ) ~ СН2СI-СН2-СН=СНД
(1,4-ДХБ)
(3)
Эта реакция является одной из nромежуrочных стадий nолучения синтетического
каучука (хлороnрена). В nромышленном nроизводстае каучука в качестве катализатора
для этой стадии nрименяется нафтенат меди, однако он имеет неудовлетворительные
экономические
и
экологические
показатели.
Поскольку
известно,
что
изомеризация
дихлорбутенов катализируется не только солями, но и соответствующими металлами,
nредставляло
поскольку
поверхности
интерес
можно
при
эффективности
исследовать
было
предполож1пь,
переходе
медного
каталитическую
к
что
наночастицам
катализатора по
активность
существенное
может nривести
сравнению
с
кристаллическоn меди. Нееледовались наночастицы меди
к
наночастиц
увеличение
заметному
таковой,
меди,
удельной
повышению
оnределяемой
для
как в мицеллярном растворе,
так и на твердых носителях (оксиде алюминия и силикаrеле). Результаты одно!! из серий
эксnериментов приведены в таблице
Таблица
5.
S.
Активность металлсодержащих катализаторов в изомеризации дихлорбутенов ( промежуточная
стадня синтеза хлоропрена).
t•c
Катализатор
Активность,
моль прод./моль мет. час
Наиочастицы
Cu (МР)
На воЗ.QУХе
100
110
230
340
100
\00
760
1500
\00
700
120
30
Cu!SIO, (5%)
100
130
Cu!AI,O, (0.05%)
100
150
Без кислорода
Наиочастнцы
Cu/Si01 (0.03%)
На воздухе
Без кислорода
Наиочастицы
Cu/AI10 3 (0.1%)
На воздухе
НаФтtнат мецн
(промышленный катализатор)
УДЧ меди; традиционные методь>
нанесенна
(восстановлен11е из соли
или термическое разложение на
носителе). Кислород не влияет.
Кластеры "'елеза в полимерах
Кластеры Fево фторопласте,
Без кислорода
К.тастеры Fe t1 полиэтиле11е,
Без кислорода
16.6%
90
300
100
150
10%
Оказалось, что наночастицы меди, получаемые методом биохимического синтеза,
проявляют существенно более высокую активность, чем промышленный катализатор,
45
www.sp-department.ru
содержащий соль
способом
-
меди,
или
ультрадисперсные часпщы,
получаемые традиционным
пропиткой носителя раствором соли с последующим терморазложением или
восстановлением водородом. Было обнаружено таюке, что активность каrалнзатора с
наночастицами
особенностью
меди
сохраняется
наночастиц
меди
при
явилось
многократном
не
только
использовании.
сохранение,
но даже
Важной
усиление
каталитической активности при нанесении нанеорганический носитель.
Каталитические свойства наночастиц меди нееледовали таюке на реакции СС\4 с
предельными углеводородами (изооктаном и октаном). Как и в случае дихлорбутенов,
акт11вность наночастиц меди
на твердом носителе оказалась выше, чем в мицеллярном
растворе. Наибольшую эффективность продемонстрировали наночастицы, нанесенные на
силикагель, при взаимодействии СС\4 с октаном. При сравнительно низкой для таких
процессов температуре
(130° С )
конверсия
CCI 4 уже
через
2 часа
составляла
50%.
Такой
результат свидетельствовал о более высокой эффективности полученных нами наночастиц
по сравнению с иммобилизованными на кремнеземе ионными комплексами меди или
нанокомпозитами меди в полимерах.
Каталитические свойства наночастиц серебра испытывались в реакции получения
формальдегида из метанола с целью создания нового каrализатора для промышленного
получения формальдегида, который применяется в производстае фенол-формальдегидных
смол, красителей, клеев, лаков и другой продукции.
Работы проводились на двух типах
носителей (корундо-муллите, традиционно используемым в производстве, и силикагеле)
на
опытной
установке
завода
«Карболит»
(ОАО
«Карболит»,
г.
Орехово-Зуево).
Предвар1пельные результаты показали, что использование наночастиц серебра может
позволить снизить энергозатраты и увеличить выход конечного продукта; таким образом,
есть основания полагать, что наночастицы
Ag
могут оказаться более эффективным
катализатором, чем используемые для этой цели в настоящее время соли серебра.
Исследования каrалитических свойств наночастиц кобальта, никеля, серебра
и
других металлов в мицеллярных растворах проводились по инициативе Тамбовекого
государственного
технического
университета
(кафедра
органических веществ) на тамбовеком заводе «Пигмент»
химической
технологии
в реакциях синтеза различных
красителей, отбеливателей и другой продукции этого завода. При этом зарегистрировано
существенное
увеличение
скорости
процесса,
выхода
и
качества
продуктов
по
ряду
показателей. Примером может служить реакция получения органического красителя
пигмеита оранжевого «Ж». Процесс включает две основные стадии:
3,3'-дихлорбензидина и
2)
\)
сочетания полученного диазосоединения с натриевой солью
фенил-3-метилпиразолона-5.
На
первой
стадии
образуется
-
диазотирования
промежуточный
1-
продукт
(диазосоединение), на второй стадии (азосочетания) образуется сам пигмеит. Оказалось,
что
введение
наноструктурированного
каrализатора на стадиях
синтеза позволяет,
во­
первых, ускорить процесс диазотирования и увеличить концентрацию промежуточного
продукта,
и,
во
вторых,
существенно ускорить
процесс азосочетания,
46
www.sp-department.ru
что
приводит к
уменьшению длительности процесса на
40% и,
соответственно, к существенной экономии
времени и энергеmческих затрат. Кроме того, получаемый в итоге пигмент имеет более
высокие качественные показатели, чем получаемый по традицнонной технологии.
9.
Возмож11ости
применении
наиочастиu
металлов,
полученных
методом
биохимического сиитеза
Варианты применения ианочастиц металлов вытекают как из результатов проведеиных
нами исследований, так и из других данных об их свойствах, сообщаемых в литературе.
Ниже
мы
приводим
краткий
перечень
возможностей
практического
использования
получаемых нами наночастиц, начиная с наиочастиц серебра, о которых к настоящему
времени имеется наибольшее количество сведений.
Из результатов исследования антимикробных свойств наначастиц серебра
ясно,
что они обладают высокой антимикробной активностью, как в растворах, так и при
введении их в качестве добавки в жидкофазные материалы
или при нанесении
на
различные поверхности. Отсюда вытекает большое разнообразие способов их применения
для
создания
различных
-
использования
материалов
жидких
с
бактерицидными
дезинфицирующих
свойствами
средств,
для
косметических
широкого
средств
с
антимикробным действием, лакокрасочных материалов, тканей и готовых изделий из
тканей, nолимерных материалов и изделий из них; фильтрующих материалов для очистки
воды от бактериальных загрязнений, различных материалов и изделий
назначения
и др.
Разумеется,
медицинского
в каждом случае требуется специальная
работа для
определения допустимых концентраций ваночастиц и условий использования материала
или изделия, обеспечивающих безопасиость для потребителя. Исследования токсических
эффектов и механизма биологического действия наночастиц серебра могут послужить
основой
для
выяснения
причин
возникновения
нанопатологий
и
создания
новых
проявляют
также
лекарственных средств.
Помимо
каталитическую
биологического
активность
в
действия,
наночастицы
различных
серебра
промышленно
значимых
открывает перспективы их использования в химической технологии
реакциях,
что
для создания новых
эффективных катализаторов. Развитие исследований других свойств наночастиц серебра
может открыть новые способы их применения. Так, можно предположить, что изучение
электрических свойств этих наночастиц и модифицированных ими материалов позволит
разработать варианть1 получения проводящих клеев, лаков и других материалов для
применеиия в электронике.
Наначастицы
меди,
по
нашим
данным,
имеют
наиболее
определенные
перспективы применения в качестве катализатора в промышленном производетое каучука.
Помимо описанных выше каталитических свойств, проведеиные нами исследования их
антимикробного действия показали, что они могут nрименяться также (отдельно или в
сочетании с наночастицами серебра) для расширения спектра бактерицидной активности
модифицированных
наночастицами
лакокрасочных
и
других
материалов.
47
www.sp-department.ru
Можно
предположить также,
что здесь,
как и
в
случае наночастиц серебра,
исследования
электрических свойств модифицированных материалов позволят предложить проводЯщие
пасты,
клеи для применения в электронике и покрытия с особыми свойствами для
применения в летательных аппаратах и военной технике.
Наночаспшцы
цинка
мoryr
использоваться
в
качестве
добавок
к
ЛКМ,
сообщающих им антикоррозионные свойства. Как показали результаты предварительных
экспериментов (на основании которых производителю ЛКМ был выдан патент РФ),
добавки мицеллярного раствора наночастиц цинка, получаемых методом биохимического
синтеза,
позволяют
заметно
усилить
аитикоррозионную
грунтовки и одновременно уменьшить содержание
цинка в
активность
протекторной
таком покрытии, что может
дать существенный экономическиi! эффект.
Наночаспшцы кобШlьта и никеля, по данным предварительных испытаниi! на
тамбовеком заводе «Пигмент», проявили себя как эффективные катализаторы в nроцессах
синтеза некоторых красителей и других продуктов. Учитывая известные каталитические
свойства этих металлов, можно думать, что исследования эффективности этих наночастиц
в
качестве
значимых
катализаторов даст положительные результать1
процессов
используются
-
например,
никелевые
для
катализаторы.
и для других
гидрогенизации
Исследования
жиров,
где
магнитных
промышленно
традиционно
своi!ств
этих
наночастиц мoryr послужить основой для полезных разработок в различных областях
техники и медИШIНЫ, например, для использования их в качестве магиитоуправляемых
носителей. Наночастицы кобальта имеют также перспективы применения в качестве
сиккатива для получения быстровысыхающих красок и покрытиi!. Полезные результаты
мoryr быть получены при использовании добавок этих наночастиц к сталям и сплавам,
поскольку модификаШJЯ наночастицами может сообщить этоi! продукции новые полезные
качества,
которые
невозможно
получить,
используя
традиционные
добавки
соответствующих металлов в обычном, не наноразмерном состоянии.
Наночаспшцы золота, получаемые с помощью биохимического синтеза, пока не
являлись предметом прикладных нсследованиi!. Однако такие исследования безусловно
имеют большие перспективы практического применения, прежде всего в биологии и
медицине. Наночастицы золота и их конъюгать1 с биополимерами (ДНК, антителами,
ферментами и др.) уже активно исследуются в экспериментальноi! биологии и медицине с
целью создания новых эффективных иммунохимических методов диагностики и лечения
генетических
заболеваний.
наночастиц золота для
Имеются
также
реальные
персnективы
диагностики и лечения онкологических
применения
заболеваниi!. Помимо
способности этих наночастиц образовывать конъюгать1 с биологическими молекулами,
специфически адсорбирующимися на клетках опухоли, здесь используется также их
способность эффективно поглощать электромагнитное излучение, что дает возможность
увеличивать эффективность радиотерапии и снижать дозу облучения, и таким образом
уменьшает негативные эффекты этого метода лечения.
48
www.sp-department.ru
Развитие
исследований
свойств·
наночастиц
может
существенно
расширить
возможности их применения. При этом, поскольку металлы в наноразмерном состоянии
обнаруживают необычные свойства, не характерные для массивного металла, могут
появиться и такие новые варианты их применения, которые сегодня невозможно себе
представить.
Таков
удивительны!!
мир
наночастиц,
который
мы
только
начинаем
открывать, познавать и ценить.
Выводы.
\.
Предложен оригинальны!! метод сиитеза наиочастиц металлов
- биохимический
синтез в обратных мицеллах с использованием в качестве восстановителе!! природных
биологически активных веществ из группы флавоноидов. Впервые экспериментально
доказано, что природные флавоноиды (кверцетии, рутин, морин) способны эффективно
восстанавливать ионы металлов в водном ядре обратно!! мицеллы с образованием
металлических наночастиц.
2.
На основе биохимического синтеза получены наночастицы различных металлов
(серебра, золота, меди, цинка и др.) в обратных мицеллах из анионного ПАВ (аэрозоля-ОТ
или ЛОТ), размером не более
25
им, стабильные в растворе на воздухе в течение
длительного времени (до нескольких лет).
3.
Определено
восстановителя,
влияние
концентрации
различных
факторов
ПАВ, состава соли
(концентраций
металла, степени
соли
металла
гидратац1111)
и
на
скорость формироваиия, выход, размеры и стабильность наночастиц металлов в обратиых
мицеллах.
4.
Исследован механизм взаимодействия флавоноидов с ионами серебра, золота,
меди и цинка в обратных мицеллах; показано, что первой стадней взаимодействия
является образоваиие комплекса, затем комплекс распадается с образованием наиочастиц
и флавоноида в окисленной форме. На основе анализа спектров поглощения высказаны
предположения о структуре комплексов кверцетииа, рутина и морииа с ионами металлов в
мицеллярном растворе.
5.
Впервые определены
коэффициенты
экстинкции
в
мицеллярном
растворе
кверцетина и рутина, а также комплексов кверцетина с ионами серебра, меди и цинка.
Найден коэффициент экстинкuии наночастиц серебра.
6.
Впервые разработаны
процедуры получения водных днеперсиn
наночастиц
металлов из их мицеллярных растворов. Получены водные дисперсии наночастиц серебра
с
мало!!
концентрацией
стабилизатора
(ЛОТ),
что
существенно
дпя
исследований
биологических эффектов наночастиц в водных средах.
7.
(2)
Изучена адсорбция(\) наночастнц серебра и меди из мицеллярных растворов и
наночастиц серебра из водных растворов на различных материалах (аКТIIВированныn
уголь, силикагель, оксид алюминия, ткани, полиамидные мембраны и др.). Получены
материалы с нанесенными наночастицамli серебра и меди.
49
www.sp-department.ru
8.
Исследованы антимикробные и каталитические свойства наночастиц серебра и
меди в растворах, а таюке модифицированных этими наночастицами жидкофазных и
твердых
материалов.
модифицированные
Установлено,
ими
что,
материалы
как
растворы
обладают
высокой
наночастнц,
так
бактерицидной
и
или
каталипtческой активностью.
9.
На основе результатов исследований антимикробных и каталитических свойств
наночастиц серебра и меди, а таюке каталитических свойств наночастиц кобальта и
никеля
предЛожены
модифицированных
различные
ими
варианты
жидкофазных
применения
и
твердых
растворов
материалов.
наночастнц
Некоторые
и
из
предложенных вариантов находятся на стадНИ внедрения в производство.
1О.
Показано, что водные растворы наночастнц
Ag являются
сильным токсическим
агентом, который может вызывать угнетение жизненных функций и гибель живых систем
разного
уровня
организации,
включая
организм
млекопитающих.
Определены
зависимости токсического эффекта от концентрации наночастиц.
11. Сравнение токсического эффекта наночастиц Ag с подобным же эффектом
Ag+ показывает, что в большинстве исследованных случаев действие наночастнц
серебра превышает эффект ионов Ag+ в эквивалентных концентрациях. Отсюда следует,
110нов
что действие наночастиц серебра осуществляется по иному механизму, нежели действие
ионов серебра.
Публикации по теме диссертации
Обзоры
1.
Егорова
Е.М.
Наночастицы
металлов
в
растворах:
биохимический
синтез
и
2004. N21. С.\5-26.
2. Egorova Е.М. Bio1ogical effects of si\ver nanopartic1es. In: "Si1ver nanopartic1es: properties,
characterization and app1ications". (Ed. Ьу Audrey Е. We11es). Nova Science PuЬ\ishers, New
York, 2010, р.221-258.
применение. //Нанотехиика.
Статьи
З.Ревина А.А., Егорова Е.М., Каратаева А.Д. Взаимодействие природного пигмента
11 Журнал Физической
1999. Т.73. N210. С.1897-1904.
4.Egorova Е.М., Revina А.А. Synthesis of metallic nanopartic1es in reverse mice11es in the
presence of quercetin. //Col\oids and Surfaces ser.A. 2000. V.168. N21. Р.87-96.
кверцетина с наночастицами серебра в обратных мицеллах.
ХltМИИ.
S.Егорова Е.М., Ревина А.А., Ростовщикова Т.Н., Киселева О.И. Бактерицидные и
каталитические свойства стабильных металлических наночастиц в обратных мицеллах.
//Вестник МГУ. Сер.2. Химия.
6.Каратаева
А.Д.
Ревина
2001. Т.42. N2S.
А.А.,
Егорова
С.332-338.
Е.М.,
Шапиро
Б.И.
Взаимодействие
карбоцианиновых красителей с нанокластерами серебра в обратных мицеллах. //Журнал
научной и прикладной фотографии.
2001. Т.42. N26.
С.553-562.
7.Донкпеган С.К., Цветков В. В., Яrодовский В.Д., Егорова Е.М., Ревина А.А. Влияние
способа приготовления серебряного золя на состояние его частиц. //Журнал Физической
Химии.
2001. Т.75. N21. С.149-152.
&.Кудрявцев Б.Б., Егорова Е. М, Ревина А.А. Возможности применеимя нанотехнологий в
производетое лакокрасочных материалов и покрытий. //Химическая промышленность.
2001. N24. С.28-32.
50
www.sp-department.ru
9.Кудрявцев Б.Б., Недачин А.Е., Данилов А.Н., Оводемко Н.И., Ревина А.А., Егорова
Е.М. Новое поколение биологически активных алкидных и водоэмульсионных красок.
//Лакокрасочные маrериалы и их применение.
2001 ..М!2-3.
С.3-7.
IО.Егорова Е.М., Ревина А.А. Оптические свойства и размеры наночастиц серебра в
2002. Т.64. Ng3. С.334-345.
\!.Егорова Е.М., Ревина А.А.,Румянцев Б.В.,Смирнов О.К., Тоидзе З.Г., Шишков Д.И.
Стабильные наночастицы серебра в водных дисперсиях, полученных из мицеллярных
растворов.//Журнал прикладной химии. 2002. Т.75. N2\0. С.\620-1625.
\2.Kudryavtzev В., Figovsky 0., Revina А., Egorova Е., Buslov F., Beilin D. The use of
nanotechno\ogy in production of bloactive paints and coatings. //Тhе Joumal "Scientific Israel
- Technological Advantages". 2003. V.S. Р.209-215.
мицеллярных растворах.//Коллоидный жури.
13.Еrорова Е.М., Ревина А. А.
О механизме взаимодействия кверцетина с ионами серебра
2003. Т.77. N29. С./683-1692.
14.Еrорова Е.М., Ревина А.А., Румянцев Б.В. Получение и антимикробные свойства
водных дисперсий наночастиц серебра. // Сборник научных трудов VI Всероссийской
в обратных мицеллах.//Журнал Физической Химии.
(международной)
Москва,
конференции
«Физикохимия
ультрадисперсных
(нано-)
систем».
2003. C.l49-152.
IS.Матвеева Н.Б., Егорова Е.М., Бейлина С.И., Леднев В.В. Хемотаксис как способ
тестирования биологических эффектов наноразмерных частиц серебра. //Биофизика.
2006. Т.51. N2S. С.859-865.
16.Широкова
Л.Н.,
Александрова
В.А.,
Егорова
Е.М.,
Вихорева
Г.А.
Макромолекулярные системы и бактерицидные nленки на основе производиого хитина
2009.
и наночастиц серебра. //Прикладная биохимия и микробиология.
Т.45. Nй С.422-
426.
\7.0рджоникидзе К.Г., Рамайя Л.К., Егорова Е.М. Рубанович А.В. Генотоксические
свойства наночастиц серебра при воздействии на млекопитающих
in vivo. //Acta Naturae.
2009. N23. C.I09-112.
18.Еrорова
Е.М.
Биохимический
синтез
наночастиц золота и
цинка в
обратных
2010. Т.84. N24. С.713-720.
19.Egorova Е.М., Beylina S.l., Matveeva N.B., Soseпkova L.S. Chemotaxis-based assay for
the blological action ofsilver nanoparticles. In: "Chemotaxis: Types, Clinical Significance and
Mathematical Models". (Ed. Ьу Timothy C.Williams). Nova Science PuЬiishers, New York,
2011 (in press).
мицеллах.//Журнал физической химии.
20.Сосенкова
Л.С.,
Егорова
Е.М.
Наночастицы
серебра
малого
исследований биологических эффектов. //Журнал физической химии.
размера
2011.
Т.85.
дЛЯ
Ngl.
C.l-10.
21.Egorova Е.М. lnteraction of silver nanoparticles with blological objects: antimicroЬial
properties and toxicity for the other living organisms. // Joumal of Physics: Conference Series.
2011. V. 247 (in press).
Патенты
22.Егорова Е.М., Ревина А.А., Кондратьева В.С. Способ получения наноструктурных
металлических частиц. ПаrеJП РФN2
2147487. Приоритет от 01.07.1999.
23.Еrорова Е.М., Ревина А.А., Румянцев Б.В., Захаров А.Е.,Шишков Д.И.,Смирнов
О.К.,Тоидзе
З.Г.
Способ
получения
модифицированного
углеродного материала с биоцидными свойствами. ПатеJП РФ
наночастицами
Ng2202400.
серебра
Приоритет от
05.07.2002.
24.Ревина А.А., Егорова Е.М., Наумов Ю.В. Способ модифицирования поверхностн.
Паrент РФ
N!!Nu 182934. Приоритет от 28.12.2002.
25.Кудрявцев
Б.Б.,
Гурова
Н.Б.,
Ревина
А.А.,
ЕГОJ><?Ва
Лакокрасочный маrериал с биоциднымн свойствами. Паrент РФ
от
Е.М.,
Седищев
N2 2195473.
07.03.2003.
51
www.sp-department.ru
ИЛ.
Приоритет
Тезисы докладов
26.Смирнов В.В., Ростовщикава Т.Н., Загорская О.В., Губин С.П., Ревина А.А., Егорова
Е. М. Металлокластерные катализаторы для изомеризации дихлорбуrенов. //Сб. докладов
no наукоемким технологиям. М., \999.
27. Revina А.А., Egorova Е.М., Rostovshchikova T.. N., Gusev V.Yu. Nanosized copper
particles in reverse micelles: synthesis, properties and catalytic activity. 11 !n: Abstracts of
lntemational Conference "Colloids 2000". Szegel, Hungary, 2000.
Международной конференции
28.Ростовщикова
Т.Н.,
Киселева
О.И.,
Гусев
В.Ю.,
Ревина
А.А.,
Егорова
Е.М
Иммобилизованные на неорганических носителях наначастицы в катализе nревращений
хлоролефинов.
.//Тезисы
Всероссийского
11
каталитические системы". Москва, МГУ,
совещания
«Высокоорганизованные
2000, С.78.
29.Ревина А.А., Егорова Е.М., Ростовщикава Т.Н., Киселева О.И. Агрегаты меди в
обратных мицеллах в катализе превращений
галоrенуглеводородов. //Тезисы
Симпозиума по совремеиным проблемам химической физики. Туапсе,
Xll
2000, С.\82.
30.Егорова Е.М., Ревина А.А., Хайлова Е.Б. Адсорбционные свойства металлических
ианочастиц, синтезированных в обратных мицеллах. //Тезисы
Фрумкинского симпозиума. Москва, 2000, ч.l, с.40.
3\.Егорова
Е.М.,
наночастиц.
11
Ревина А.А.
Тезисы
Vll
Новый
Vll
Международиого
метод химического синтеза металлических.
Международного Фрумкинского симnозиума. Москва,
2000,
•1.11, С.650.
32.Rostovshchikova T .. N., Revina А.А., Egorova Е.М., Kiseleva 0.1., Chemavsky Р.А.
Nanosized copper and iron-containing particles in catalysis of alkylation and isomerization.
//Abstract Book of the \Oih international symposium on Relation between Homogeneous and
Heterogeneous Catalysis. 2001. Lyon, France. Р.\62.
33. Егорова Е.М., Ревина А.А., Румянцев Б.В. Баранова Е.К., Жабкина Т.Н.
Бактерицидные свойства наночастиц серебра в водных дисперсиях. //Материалы VI
Всероссийской (международной) конференции «Физикохимия ультрадисперсных (нано­
)систем. Томск,
19-23. 08.2002.
Москва,
2002. С.82-83.
34.Егорова Е.М. Биохимический сиитез наночастнц металлов (прикладные аспекты). //В
сб.: «Научная сессия МИФИ-2003». Москва,
2003, Т.8.
С.279-280.
35.Егорова Е.М. Синтез наночастнц меди в обратных мицеллах. //Сборник научных
трудов Научной сессии МИФИ-2004. Москва,
36.
2004. Т.9.
С.247-248.
Егорова Е.М. Биохимический синтез наночастиц металлов.
11
Сборник трудов
Всероссийской (международной) научно-практической конференции «Наиотехнологии
nро11Зводству», Фрязино -2004. Москва,
1
•
2004. С.54-62.
37.Егорова Е.М. Растворы наночастнц металлов и модифицированные ими материалы:
свойства и nрименение. //Труды Международной Научно-практической конференции
«Нанотехнологии-производству
2005», Фрязино, 2005.
Москва,
2006.
С.26-32.
38.Егорова Е. М., Носик Д. Н., Носик Н. Н., Калнина Н.Б. Бактерицидные и вирулицидиые
свойства наночастиц серебра.
nро11Зводству
//Тезисы докладов конференции «Нанотехнологии
-
2005». Фрязино, 2005. С.46-47.
39.Матвеева Н.Б., Бейлина С.И., Леднев В.В., Егорова Е.М. Способ тестирования
биологических
эффектов
нанаразмерных
частиц
конференщш «Нанотехнологии- nроизводству
2005».
серебра.
Фрязино,
11 Тезисы
2005. С.48-49.
докладов
40.Егорова Е. М., Широкова Л.Н., Вихорева Г.А.,Александрова В.А. Полимерные пленки
11 Тезисы
2005». Фрязино, 2005. С. 50.
на основе nроизводиого хитина и наночастиц серебра.
(<Нанотехнологии- производству
докладов конференции
4\.Егорова Е.М. Биохимический сиитез наночастиц металлов. //Тезисы докладов XVIII
Менделеевекого съезда no общей и nрикладной химии. Москва, 2007. Т.2. С.236.
42.Брянкин К.В., Егорова Е.М., Дегтярев А.А., Ковальчук Д.С. Нанаструктурированные
материалы как энергоинформационные структуры гранулаобразования на стадии
синтеза динатриевой соли 4,4-бис(2-анилино-4-морфолино-1,3,5 триазин-6-иламино)·
52
www.sp-department.ru
стильбен-2,2.
//
конференwш
«Исследование,
Сборник
трудов
nятой
разработка
международной
и
Применеине
научно-nрактической
высоких
nромышленностю>. СПб., Изд-во Политехнического унмверснтета,
2008.
технологий
С.
в
158-160.
43.Леонтьева А.И., Петрик В.И., Егорова Е.М., Дьячкова Т.П. Исследование кинетики
nроцессов диазотирования и азасочетания на нанаструктурированных катализаторах в
nроизводстве nигментов. //Сборник трудов nятой международной научно-nрактической
конференции
«Исследование,
разработка
и
nрименение
высоких
технологий
в
nромышленности». СП б., Изд-во Политехнического унмверситета,
2008. С. 235-237.
44. Matveeva N.B., Egorova Е,М., Beylina S.l. Chemotactic assay is сараЫе to reveal the
difference in efficiency of nanosized silver particles. 11 Biological motility: achievements and
perspectives (Eds.Z.A. Podlubnaya and S.L. Malyshev). Pushchino, 2008, vol.2, р.240-242.
45.Сосенкова Л.С. Егорова Е.М. Наначастицы серебра малого размера дЛЯ исследований
взаимодействия
с
международного
конгресса
Москва,
2009.
Часть
биологическими
объектами.
«Биотехнология:
//Материалы
состояние
н
V
Московского
перспектнвы
развития».
1, с.487.
46.Филнпnов А.Г., Егорова Е.М. Наначастицы серебра в обратных мицеллах из смеси
АОТ/фосфатидилхолин.
//Материалы
V
Московского
международного
«Биотехнология: состояние и персnективы развития». Москва,
2009.
конгресса
Часть/, с.471.
47.0рджоннкидзе К.Г., Рамаliя Л.К., Егорова Е.М. Рубанович А.В. Генотоксические
эффекты наначастиц серебра в половых и соматических клетках млекопитающих.
1-я
11
Международная летучая школа «Наноматериалы и канотехнологии в живых системах.
Красновидово,
2009. Электронная
версия, с.ЗОб.
48.Сосенкова Л.С. Егорова Е.М. Влияние концентрации ионов металла на средний
размер и степень nолидисперсности наначастиц серебра. //1-я Международная летучая
школа «Наноматерналы и нанотехнологии в живых системах. Красновидово,
2009.
Электронная версия, с.338.
49.Филиппов
АГ.,
Егорова
Е.М.
Наначастицы
серебра
в
водных
растворах
-
модифицированныli вариант биохимического синтеза. //1-я Международная летучая
школа «Наноматериалы н нанатехнологии в живых системах. Красновидово, 2009.
Электронная версия, с.364.
50.0rdchonikidze, C.G., Ramayya L.К., Egorova Е.М., Rubanovich A.V. Toxical and
genotoxical effects of silver nanoparticles on inice in vivo. 11Abstracts of the 4-th lnternational
Conference Environmental effects of nanoparticles and nanomaterials. Vienna, 6-9th
September, 2009.
5\.Егорова
докладов
Е.М.
«Rusnanotech-09».
52.Егорова
Биохимический
участииков
Второго
Москва,
Е.М.
енитез
наночастиц
Международного
металлов.
форума
//Сборник
по
тезисов
нанотехнологиям
6·8 октября 2009, с. 271.
Лакокрасочные
материалы
с
наначастицами
/!Нанотехнологнн в строительстве: научныli интернет-журнал.
металлов.
2009 . .N'!!4. С.81-83.
53.Лнньков П.А., Егорова Е.М. Ткани, модифицированные наночастицами серебра.
сб: «Нанотехнологни в текстильноli и легкой промышленности
внедрения». М.,
-
2010. C.SI-52.
53
www.sp-department.ru
11
В
от разработки до