Osnovne metode pridobivanja nanodelcev srebra. Fiziološki učinki nanodelcev srebra na človeško telo

V tem članku bom govoril o sodobni obliki »srebrnih« izdelkov za zdravje, ki je bila razvita leta 2011 in se imenuje strukturirano srebro(nanosrebro, srebro z nanodelci, srebro v obliki nanodelcev, NPS). Ta oblika je veliko bolj učinkovita od koloidnega srebra. Uporablja se proti številnim vrstam patogenov - virusom, bakterijam, glivam.
Malo informacij, nato pa k izdelkom na osnovi nanosrebra.

Zdravljenje s srebrom se uporablja že več stoletij. Toda njegova učinkovitost je odvisna od oblike srebra in načina uporabe ( ncbi).

Srebro ima izjemno sposobnost selektivnega uničevanja patogenih bakterij brez škode za zdrave probiotične bakterije.
Molekularna struktura srebra mu omogoča, da večini bakterij prepreči nastajanje kemičnih vezi.
Bakterije v stiku s srebrom se ne morejo razmnoževati in se uničijo.
Srebro je tako močno pri zagotavljanju zaščite pred bakterijami, da številne klinike in bolnišnice uporabljajo kirurške instrumente na osnovi srebra in posrebreno pohištvo za omejitev širjenja kakršne koli okužbe.

Ker srebro deluje na molekularni ravni, lahko ustavi številne superbakterije in seve bakterij. Po mnenju Serebre je celo Staphylococcus aureus, smrtonosni stafilokok, odporen na meticilin in vse antibiotike, dovzeten za učinke nanosrebra.

Nanodelci srebra se v telesu ne presnavljajo in ne morejo povzročiti argirije (bolezen, ki nastane zaradi kopičenja srebra v tkivih). Povedati je treba, da kljub napadom na koloidne raztopine sodobne oblike znanih proizvajalcev imajo tako nizko koncentracijo, da tudi ne ogrožajo kopičenja srebrovih soli, čeprav se po učinkovitosti ne morejo primerjati s strukturiranim srebrom.

Kako srebro deluje na atomsko-molekularni ravni?

1. Najprej si oglejmo atom (monatomsko molekulo) srebra v koloidni raztopini. V zunanji orbiti se vrti en neuravnotežen elektron, ki nujno potrebuje ravnotežje in za to ukrade en elektron iz lupine bakterije, s čimer se patogen ubije, delec srebra pa se uravnoteži, nevtralizira in izpade iz raztopine. , to pomeni, da vsak delec za en "strel".

2. Kristalna struktura v novih nanostrukturiranih pripravkih srebra je tetraedrska, kot je prikazano na sliki v samem konecčlanki. Ta model "strelja" kot mitraljez, tj. vedno znova ukrade elektrone in srebrni delec se ne obori. Ta raztopina uniči 99,99 % patogenov v 6 minutah.

Obstajajo tudi podrobnejši odgovori na štiri glavna vprašanja:

1. Zakaj je srebro samo protibakterijsko?
2. Kako lahko srebro ubije »slabe bakterije«, ne pa tudi »dobrih bakterij«?
3. Kako srebro vpliva na normalne zdrave celice?
4. V čem so nove oblike srebra boljše od starejših?

Drugo vprašanje je takoj, ali se strukturirano srebro lahko uporablja za avtoimunske bolezni.
Odgovor je da:
— za HIV
— za revmatoidni artritis
— preberete lahko o raziskavah interakcije nanodelcev srebra z imunskim sistemom. Nanosrebro deluje zaviralno na nastajanje vnetnih citokinov, kar pomeni, da imunski sistem bolj uravnovesi, kot pa ga preobremeni.

Preidimo na zdravila na osnovi strukturiranega srebra

Aktivz Lizike Naravno srebro, 21 bonbonov, 3,4 oz (95 g)

Samo tri sestavine – srebro, manuka med in olje poprove mete. Zadeva s petimi zvezdicami, brez napake.
Pomaga ne le hitro okrevati, ampak tudi ne zboli.

Sladkarije živijo v torbici ali žepu, še posebej, če je nalezljiva velika obremenitev. Ne delujejo le za grlo, ampak tudi za ustno votlino. Ne pišejo, kolikokrat na dan, vendar je dovolj 1-3 kosov.

In tukaj je navpični pršilo s srebrovimi nanodelci
Allergy Research Group, Argentyn 23, Vertikalni sprej, 2 fl oz (60 ml)
Super način, da ne zboliš, je, da se poškropiš, ko greš v javnost, predvsem pa, ko se vrneš domov, splakni usta in nos s soljo (nasvet moj) in poškropi s srebrom, ni možnosti okužbe.
IN steklenice Ima ga tudi ta proizvajalec.

Aktivz Zdravilni gel s srebrom, 24 strani na minuto, 4 fl oz (118 ml)

Activz Silver Gel deluje hitro, deluje dlje in je učinkovitejši od koloidnih in ionskih pripravkov.
Ta "srebrni" gel lahko zmešate z drugimi losjoni ali serumi, da jim zagotovite dodatne zdravilne lastnosti.
Spodbuja naravne procese celjenja.

American Biotech Labs, Silver Biotics, Podpora imunskemu sistemu, 16 fl oz (472 ml)

Kako uporabiti strukturirana raztopina srebra. Vzemite na prazen želodec.

Imajo druge "srebrne" izdelke, vključno z gelom za problematično kožo in zdravilni geli za rane pri ljudeh in živalih, ki se lahko uporablja skupaj s tekočo obliko

Debeli P.S. Zdaj bom hitro vse zakompliciral kot običajno). To velja samo za kronične okužbe.
O tem sem malo pisal v članku o cistitisu in bom pisal v ločenem velikem članku. Številna zdravila so zelo, zelo dobra – na primer manoza ali nanosrebro. Toda kronične neozdravljive okužbe so še vedno velik problem v medicini našega stoletja, to niti ni problem znanosti, ampak medicine kot sistema.
Gre za biofilmi, to je tisto, zaradi česar so kronične okužbe zunaj dosega antibiotikov, imunskih celic ubijalk, pa tudi samega srebra in drugih povzročiteljev.

»Dokazano je, da so biofilmi vpleteni v širok spekter kroničnih okužb, vključno s sinusitisom, vnetjem srednjega ušesa, kronično obstruktivno pljučno boleznijo (KOPB), endokarditisom, razjedami zaradi dolga in sladkorne bolezni, prostatitisom, konjunktivitisom, okužbami površinske kože, dihalni trakt za cistično fibrozo, vulvovaginitis, okužbe sečil in parodontitis. Ocenjuje se, da biofilmi zapletejo večino bakterijskih okužb pri ljudeh.

Študije so navedene in opisane na ncbi – npr.
Trajalo bo veliko let. Zato, če je problem akuten (pa še kako je lahko), predlagam tega spoštovanega dr. Ronalda Hoffmana.
V prispevku nagovarja predvsem zdravnike in glede kroničnih okužb - sinusitisa, neceljivih ran in razjed, trdovratnega kandidoznega vaginitisa in vaginoze, okužbe sečil, kronične parodontalne bolezni itd. - pravi, da mora biti njihovo zdravljenje v tem času improvizirano.

Dr. Hoffman navaja primer, kako so hidrogelne obloge, ki so jim dodali ksilitol, laktoferin in srebro, dale dobre rezultate pri zdravljenju ran, ki se ne celijo.
Proti takšnemu globalnemu sovražniku deluje uporaba konvencionalnega ksilitola, laktoferina, pire in seveda sistemskih (proteolitičnih) encimov. Vsi so sposobni zatreti in razgraditi biofilme, zaradi česar so bakterije brez obrambe pred delovanjem srebra, antibiotikov in drugih naravnih ali farmacevtskih učinkovin.

S srebrom lahko na primer grgrate sinuse, ksilitol
in laktoferin, hkrati pijte encime ali kompleksne uničevalce biofilma vsaj pol ure pred obroki (najbolje uro), v tem na sredini in na koncu so povezave do teh zdravil (laktoferin, uničevalec biofilma in encimi).

Proteolitični encimi so sistemski encimi, to pomeni, da ne samo sodelujejo pri prebavi kot vsi drugi, ampak so potrebni za celotno telo, vse celice in tkiva. Vsaka celica v telesu uporablja te encime za izgradnjo, vzdrževanje in popravilo. Na ta način prebavljeni encimi dosežejo točko preloma biofilmov, tj. razgradijo se kot drugi ostanki – sluz, fibrin, alergeni, toksini, faktorji strjevanja krvi. Sistemski encimi morajo biti vedno del zdravljenja kroničnih okužb.

Ne pozabite, da sistemski encimi redčijo kri, in če imate kontraindikacije za redčenje krvi ali jemljete antikoagulante, se o jemanju encimov posvetujte z zdravnikom.

Nanodelci srebra so delci velikosti od 1 do 100 nm. Čeprav jih pogosto imenujemo "srebro", so nekateri sestavljeni iz velikega odstotka srebrovega oksida zaradi velikega razmerja atomov srebra na površini. Glede na specifično uporabo je mogoče izdelati številne oblike nanodelcev. Običajno se uporabljajo sferični nanodelci srebra, priljubljeni pa so tudi diamanti, osmerokotniki in tanke plošče. Izjemno velika površina nanodelcev srebra omogoča koordinacijo velikega števila ligandov. Lastnosti nanodelcev srebra za zdravljenje ljudi se preiskujejo v laboratorijskih študijah in študijah na živalih, ki ocenjujejo potencialno učinkovitost, toksičnost in stroške.

Sintetične metode

Tekoča kemična obdelava

Najpogostejše metode za sintezo nanodelcev spadajo v kategorijo mokre kemije ali nukleacije delcev v raztopini. Do te nukleacije pride, ko se kompleks srebrovih ionov, običajno AgNO3 ali AgClO4, reducira v koloidno srebro v prisotnosti redukcijskega sredstva. Ko koncentracija narašča, se raztopljeni ioni kovinskega srebra vežejo skupaj in tvorijo stabilno površino. Površina je energijsko neugodna, če je grozd majhen, saj energija, pridobljena z zmanjšanjem koncentracije raztopljenih delcev, ni tako velika kot energija, izgubljena pri ustvarjanju nove površine. Ko grozd doseže določeno velikost, imenovano kritični radij, postane energijsko ugoden in zato dovolj stabilen, da lahko še naprej raste. To jedro nato ostane v sistemu in raste, ko atomi srebra difundirajo skozi raztopino in se pritrdijo na površino. Ko je koncentracija raztopljenega atomskega srebra dovolj zmanjšana, ga ni več mogoče izdelati zadostna količina atomi povezani skupaj, da tvorijo stabilno jedro. Pri tem nukleacijskem pragu se novi nanodelci prenehajo tvoriti, preostalo raztopljeno srebro pa se absorbira z difuzijo v rastoče nanodelce v raztopini. Ko delci rastejo, druge molekule v raztopini difundirajo in se pritrdijo na površino. Ta proces stabilizira površinsko energijo delca in blokira pojav novih srebrovih ionov na površini. Pritrjevanje teh premazov/stabilizatorjev upočasni in na koncu ustavi rast delcev. Najpogostejša liganda za zapiranje sta trinatrijev citrat in polivinilpirolidon (PVP), vendar se pod različnimi pogoji uporabljajo tudi številne druge snovi za sintezo delcev s specifičnimi velikostmi, oblikami in površinskimi lastnostmi. Obstaja veliko različnih metod mokre sinteze, vključno z uporabo reducirajočih sladkorjev, redukcijo citrata, redukcijo natrijevega borohidrida, reakcijo s srebrovim zrcalom, poliolnim postopkom, rastjo, posredovano s semeni, in rastjo, posredovano s svetlobo. Vsaka od teh metod ali kombinacija metod vključuje različne stopnje nadzora porazdelitve velikosti kot tudi porazdelitve geometrijskih ureditev nanodelcev. Elsupique in drugi so odkrili novo, zelo obetavno metodo za mokro kemično sintezo. (2015). Razvili so zeleno ultrazvočno sintezo. Z ultrazvokom se sintetizirajo nanodelci srebra (AgNP) s κ-karagenanom kot naravnim stabilizatorjem. Reakcijo izvedemo pri sobni temperaturi in dobimo srebrove nanodelce s kristalno strukturo kubičnih čelno osredotočenih kristalitov brez primesi. Koncentracija κ-karagenana se uporablja za vplivanje na porazdelitev velikosti delcev AgNP.

Zmanjšanje monosaharidov

Obstaja veliko načinov za sintetiziranje nanodelcev srebra; eden od njih je prek monosaharidov, vključno z glukozo, fruktozo, maltozo, maltodekstrinom itd., vendar ne saharoze. To je tudi preprosta metoda za redukcijo srebrovih ionov nazaj v srebrove nanodelce, saj običajno vključuje postopek v enem koraku. Obstajajo metode, ki kažejo, da so ti reducirni sladkorji bistveni za tvorbo nanodelcev srebra. Številne študije so pokazale, da je ta metoda zelene sinteze, zlasti z uporabo izvlečka Cacumen platycladi, uspela obnoviti srebro. Poleg tega se lahko velikost nanodelcev prilagodi glede na koncentracijo ekstrakta. Raziskave kažejo, da so višje koncentracije povezane s povečanjem števila nanodelcev. Zaradi koncentracije monosaharidov se pri visokih pH vrednostih tvorijo manjši nanodelci. Druga metoda za sintezo srebrovih nanodelcev vključuje uporabo reducirajočih sladkorjev z alkalijskim škrobom in srebrovim nitratom. Redukcijski sladkorji imajo proste aldehidne in ketonske skupine, ki jim omogočajo oksidacijo v glukonat. Monozaharid mora imeti prosto ketonsko skupino, ker je, da deluje kot redukcijsko sredstvo, najprej podvržen tavtomerizaciji. Poleg tega, če so aldehidi vezani, bodo obtičali v ciklični obliki in ne bodo mogli delovati kot redukcijsko sredstvo. Na primer, glukoza ima aldehidno funkcionalno skupino, ki lahko reducira srebrove katione v atome srebra in jih nato oksidira v glukonsko kislino. Reakcija oksidacije sladkorjev poteka v vodnih raztopinah. Pri segrevanju je tudi pokalno sredstvo odsotno.

Izterjava citrata

Stara in zelo pogosta metoda za sintezo srebrovih nanodelcev je citratna redukcija. To metodo je prvi zabeležil M. S. Lee, ki je leta 1889 uspešno izdelal srebrov koloid, stabiliziran s citratom. Redukcija citrata vključuje redukcijo srebrovih delcev, običajno AgNO3 ali AgClO4, v koloidno srebro z uporabo trinatrijevega citrata, Na3C6H5O7. Sinteza se običajno izvaja pri povišani temperaturi (~100 °C), da se poveča monodisperznost (enotnost v velikosti in obliki) delca. Pri tej metodi citratni ion tradicionalno deluje kot redukcijsko sredstvo in ligand za pufriranje lipidov, zaradi česar je uporaben postopek za proizvodnjo AgNP zaradi svoje relativne enostavnosti in kratkega reakcijskega časa. Nastali delci srebra pa imajo lahko široko porazdelitev velikosti in hkrati tvorijo več različnih geometrijskih oblik. Dodatek močnejših reducentov k reakciji se pogosto uporablja za sintezo delcev z bolj enotnimi velikostmi in oblikami.

Redukcija z natrijevim borohidridom

Sinteza srebrovih nanodelcev z redukcijo z natrijevim borohidridom (NaBH4) poteka po naslednji reakciji:

Ag + + BH4- + 3H2O → AgO + B (OH) 3 + 3,5H2

Reducirani kovinski atomi tvorijo jedra nanodelcev. Na splošno je ta postopek podoben zgoraj opisani metodi redukcije citrata. Prednost uporabe natrijevega borohidrida je povečanje monodisperznosti končne populacije delcev. Razlog za povečanje monodisperznosti pri uporabi NaBH4 je v tem, da je močnejši reducent kot citrat. Učinek sile reducenta lahko vidimo s preverjanjem Lamerjevega diagrama, ki opisuje nukleacijo in rast nanodelcev. Ko se srebrov nitrat (AgNO3) reducira s šibkim redukcijskim sredstvom, kot je citrat, je stopnja redukcije počasnejša, kar pomeni, da se tvorijo nova jedra in stara jedra istočasno rastejo. To je razlog, zakaj je za citratno reakcijo značilna nizka monodisperznost. Ker je NaBH4 veliko močnejše redukcijsko sredstvo, se koncentracija srebrovega nitrata hitro zmanjša, s čimer se skrajša čas, v katerem se tvorijo in rastejo nova jedra hkrati, da proizvedejo monodisperzno populacijo srebrovih nanodelcev. Delci, ki nastanejo med redukcijo, morajo imeti stabilizirane površine, da preprečijo neželeno aglomeracijo delcev (kjer se več delcev združi), rast ali grobost. Gonilna sila teh pojavov je zmanjšanje površinske energije (nanodelci imajo veliko razmerje med površino in prostornino). To težnjo po zmanjšanju površinske energije v sistemu je mogoče preprečiti z dodajanjem vrst, ki se bodo adsorbirale na površino nanodelcev in zmanjšale površinsko aktivnost delcev, s čimer se prepreči aglomeracija delcev v skladu s teorijo DLVO in prepreči rast z zasedbo pritrdilnih mest za kovine atomi. Kemikalije, ki se adsorbirajo na površino nanodelcev, imenujemo ligandi. Nekatere od teh vrst za stabilizacijo površine so NaBH4 v velikih količinah, polivinilpirolidon (PVP), natrijev dodecil sulfat (SDS) in/ali dodekantiol. Ko se delci oblikujejo v raztopini, jih je treba ločiti in zbrati. Več jih je običajne metode odstranitev nanodelcev iz raztopine, vključno z izhlapevanjem topila ali dodatkom kemične snovi raztopini, kar zmanjša topnost nanodelcev v raztopini. Obe metodi povzročata obarjanje nanodelcev.

Poliolni postopek

Posebej je poliolni postopek uporabna metoda, saj zagotavlja visoko stopnjo nadzora nad velikostjo in geometrijo nastalih nanodelcev. Običajno se sinteza poliola začne s segrevanjem poliolne spojine, kot je etilen glikol, 1,5-pentandiol ali 1,2-propilen glikol7. Dodana sta Ag+ in sredstvo za inkapsulacijo (čeprav je sam poliol pogosto tudi sredstvo za zapiranje). Vrste Ag+ se nato reducirajo s poliolom v koloidne nanodelce. Postopek poliola je zelo občutljiv na reakcijske pogoje, kot so temperatura, kemično okolje in koncentracija substrata. Zato je mogoče s spreminjanjem teh spremenljivk izbrati različne velikosti in geometrije za ustvarjanje takšnih kvazikrogel, piramid, krogel in žic. Nadaljnje raziskave so podrobneje raziskale mehanizem tega procesa, pa tudi nastale geometrije pod različnimi reakcijskimi pogoji.

Rast s semeni

Rast s semeni je sintetična metoda, pri kateri se majhna, stabilna jedrca gojijo v ločenem kemičnem mediju do želene velikosti in oblike. Metode, posredovane s semeni, so sestavljene iz dveh različnih stopenj: nukleacije in rasti. Spreminjanje določenih dejavnikov v sintezi (npr. ligand, čas nukleacije, redukcijsko sredstvo itd.) lahko nadzira končno velikost in obliko nanodelcev, zaradi česar je rast, posredovana s semeni, priljubljen sintetični pristop za nadzor morfologije nanodelcev. Stopnja nukleacije rasti, posredovane s semeni, je sestavljena iz redukcije kovinskih ionov v prekurzorju na kovinske atome. Za nadzor porazdelitve semen po velikosti je treba obdobje nukleacije skrajšati za monodisperznost. Model LaMer ponazarja ta koncept. Semena so običajno sestavljena iz majhnih nanodelcev, stabiliziranih z ligandom. Ligandi so majhne, ​​običajno organske molekule, ki se vežejo na površino delcev in preprečujejo rast semena. Ligandi so potrebni, ker povečujejo energijsko oviro za koagulacijo in preprečujejo aglomeracijo. Ravnovesje med privlačnimi in odbojnimi silami v koloidnih raztopinah je mogoče modelirati s teorijo DLVO. Afiniteto in selektivnost vezave liganda lahko uporabimo za nadzor oblike in rasti. Za sintezo semena je treba izbrati ligand s srednjo do nizko afiniteto vezave, da se zagotovi izmenjava med fazo rasti. Rast nanoserij vključuje dajanje semen v rastočo raztopino. Raztopina za rast zahteva nizko koncentracijo kovinskega prekurzorja, ligande, ki se zlahka izmenjujejo z že obstoječimi semenskimi ligandi, in šibko ali zelo nizko koncentracijo redukcijskega sredstva. Ni treba, da je redukcijsko sredstvo dovolj močno, da reducira predhodnik kovine v rastni raztopini v odsotnosti semen. V nasprotnem primeru bo rastna raztopina oblikovala nove nukleacijske centre namesto rasti na obstoječih (semena). Rast je rezultat tekmovanja med površinsko energijo (ki se z rastjo neugodno povečuje) in volumetrično energijo (ki z naraščajočo rastjo ugodno pada). Ravnovesje med energijo rasti in raztapljanja je vzrok za enakomerno rast samo na že obstoječih semenih (brez nove generacije). Rast poteka z dodajanjem kovinskih atomov iz rastne raztopine semenom in izmenjavo ligandov med rastnimi ligandi (ki imajo večjo vezavno afiniteto) in semenskimi ligandi. Razpon in smer rasti je mogoče nadzorovati z nanorazgradnjo, koncentracijo prekurzorja kovine, ligandom in reakcijskimi pogoji (toplota, tlak itd.). Nadzor stehiometričnih pogojev rasti raztopine nadzira končno velikost delcev. Na primer, nizka koncentracija kovinskih semen v kovinskem prekurzorju v rastni raztopini bo povzročila večje delce. Izkazalo se je, da sredstvo za zapiranje nadzoruje smer rasti in s tem obliko. Ligandi imajo lahko različne afinitete za vezavo skozi delec. Diferencialna vezava znotraj delca lahko povzroči različno rast delcev. To ustvarja anizotropne delce z nesferičnimi oblikami, vključno s prizmami, kockami in palicami.

Svetlobno posredovana rast

Raziskane so bile tudi svetlobno posredovane sinteze, kjer lahko svetloba spodbuja nastanek različnih morfologij srebrovih nanodelcev.

Reakcija srebrnega ogledala

Reakcija srebrovega zrcala vključuje pretvorbo srebrovega nitrata v Ag(NH3)OH. Ag(NH3)OH se nato reducira v koloidno srebro z uporabo molekule, ki vsebuje aldehid, kot je sladkor. Reakcija srebrnega ogledala je naslednja:

Velikost in obliko nastalih nanodelcev je težko nadzorovati. Vendar pa se ta metoda pogosto uporablja za nanos tankih prevlek srebrovih delcev na površine in trenutno poteka nadaljnje delo za ustvarjanje bolj enakomernih nanodelcev.

Ionska implantacija

Ionska implantacija se uporablja za ustvarjanje nanodelcev srebra, vdelanih v steklo, poliuretan, silikon, polietilen in poli(metil metakrilat). Delci se vgradijo v podlago z obstreljevanjem pri visokih pospeševalnih napetostih. Pri fiksni gostoti toka ionskega žarka do določene vrednosti se je izkazalo, da je velikost vgrajenih srebrovih nanodelcev monodisperzna v populacijskih mejah, po kateri opazimo samo povečanje koncentracije ionov. Ugotovljeno je bilo, da nadaljnje povečanje odmerka ionskega žarka zmanjša velikost in gostoto nanodelcev v ciljnem substratu, medtem ko ionski žarek, ki deluje pri visoki pospeševalni napetosti s postopnim povečevanjem gostote toka, povzroči postopno povečanje velikosti nanodelcev. Obstaja več konkurenčnih mehanizmov, ki lahko vodijo do zmanjšanja velikosti nanodelcev; uničenje NP ob trku, razprševanje površine vzorca, koalescenca delcev pri segrevanju in disociacija. Tvorba vgrajenih nanodelcev je zapletena in vsi nadzorovani parametri in koeficienti še niso raziskani. Računalniško modeliranje je še vedno zapleteno, saj vključuje procese difuzije in grozdenja, vendar ga je mogoče razdeliti na več različnih podprocesov, kot so implantacija, difuzija in rast. Po implantaciji srebrovi ioni dosežejo različne globine v substratu, kar je približno Gaussova porazdelitev s središčem na globini X. Visokotemperaturni pogoji v začetnih fazah implantacije bodo povečali difuzijo nečistoč v substratu in posledično omejili nasičenost ionov, ki je potrebna za nukleacijo nanodelcev. Temperatura vsadka in gostota toka ionskega žarka sta ključnega pomena za nadzor, da se doseže velikost in porazdelitev monodisperznih nanodelcev. Nizko gostoto toka je mogoče uporabiti za preprečevanje toplotnega mešanja zaradi ionskega žarka in kopičenja površinskega naboja. Ko je implantiran na površino, se lahko tokovi žarka povečajo, ko se poveča površinska prevodnost. Hitrost nastajanja nečistoč hitro upade po nastanku nanodelcev, ki delujejo kot mobilna ionska past. To nakazuje, da je začetek postopka implantacije ključnega pomena za nadzor razdalje in globine nastalih nanodelcev, kot tudi za nadzor temperature substrata in gostote ionskega žarka. Prisotnost in naravo teh delcev je mogoče analizirati z uporabo številnih spektroskopskih in mikroskopskih tehnik. Nanodelci, sintetizirani v substratu, kažejo površinske plazmonske resonance, kar dokazujejo značilni absorpcijski pasovi; te značilnosti so podvržene spektralnim premikom glede na velikost nanodelcev in površinsko hrapavost, vendar so optične lastnosti močno odvisne tudi od materiala kompozitnega substrata.

Biološka sinteza

Biološka sinteza nanodelcev je zagotovila sredstva za izboljšane tehnologije v primerjavi s tradicionalnimi metodami, ki zahtevajo uporabo škodljivih reducentov, kot je natrijev borohidrid. Mnoge od teh metod bi lahko izboljšale svojo ekologijo z zamenjavo teh razmeroma močnih reducentov. Izzivi kemične proizvodnje srebrovih nanodelcev so običajno visoki stroški, obstojnost delcev pa je kratka zaradi agregacije. Strogost standardnih kemičnih metod je spodbudila uporabo bioloških organizmov za redukcijo srebrovih ionov v raztopini v koloidne nanodelce. Poleg tega je med sintezo nanodelcev bistven natančen nadzor oblike in velikosti, saj so terapevtske lastnosti NP tesno povezane s temi dejavniki. Zato je glavni poudarek raziskav biogene sinteze razvoj metod, ki dosledno reproducirajo NP z natančnimi lastnostmi.

Glivice in bakterije

Bakterijska in glivična sinteza nanodelcev je praktična, ker se bakterije in glive zlahka predelajo in jih je mogoče enostavno gensko spremeniti. To zagotavlja sredstvo za razvoj biomolekul, ki lahko sintetizirajo AgNP različne oblike in velika izhodna velikost, ki je na samem vrhu sodobni problemi sinteza nanodelcev. Sevi gliv, kot je Verticillium, in sevi bakterij, kot je K. pneumoniae, se lahko uporabljajo pri sintezi srebrovih nanodelcev. Ko raztopini dodamo glive/bakterije, se beljakovinska biomasa sprosti v raztopino. Ostanki donorjev elektronov, kot sta triptofan in tirozin, zmanjšajo vsebnost srebrovih ionov v raztopini, ki jo vnese srebrov nitrat. Ugotovljeno je bilo, da te metode učinkovito ustvarjajo stabilne monodisperzne nanodelce brez uporabe škodljivih reducentov. Odkrita je bila metoda za zmanjšanje srebrovih ionov z vnosom glive Fusarium oxysporum. Nastali nanodelci so veliki od 5 do 15 nm in so sestavljeni iz srebrovega hidrosola. Verjame se, da do redukcije srebrovih nanodelcev pride zaradi encimskega procesa, nastali srebrovi nanodelci pa so izjemno stabilni zaradi interakcije z beljakovinami, ki jih izločajo glive. Bakterija, najdena v rudnikih srebra, Pseudomonas stutzeri AG259, je bila sposobna ustvariti delce srebra v obliki trikotnikov in šesterokotnikov. Ti nanodelci so imeli širok razpon velikosti, pri čemer so nekateri dosegli velikosti, večje od tipične nanometrske velikosti 200 nm. V organskem matriksu bakterij so odkrili nanodelce srebra. Mlečnokislinske bakterije se uporabljajo za proizvodnjo nanodelcev srebra. Za bakterije Lactobacillus spp., Pediococcus pentosaceus, Enteroccus faeciumI in Lactococcus garvieae je bilo ugotovljeno, da lahko reducirajo srebrove ione v srebrove nanodelce. Proizvodnja nanodelcev poteka v celici z interakcijo med srebrovimi ioni in organskimi spojinami v celici. Ugotovljeno je bilo, da bakterija Lactobacillus fermentum ustvarja drobne nanodelce srebra s povprečno velikostjo 11,2 nm. Ugotovljeno je bilo tudi, da ta bakterija proizvaja nanodelce z najmanjšo porazdelitvijo velikosti, nanodelce pa najdemo predvsem na zunanji strani celic. Ugotovljeno je bilo tudi, da zvišanje pH poveča hitrost nastajanja nanodelcev, pa tudi število proizvedenih delcev.

Rastline

Zmanjšanje srebrovih ionov v srebrovih nanodelcih je bilo doseženo tudi z uporabo listov geranije. Ugotovljeno je bilo, da dodajanje ekstrakta listov geranije raztopinam srebrovega nitrata povzroči hitro zmanjšanje srebrovih ionov in povečano stabilnost nastalih nanodelcev. Nanodelci srebra, dobljeni v raztopini, so imeli velikost od 16 do 40 nm. V drugi študiji so za zmanjšanje srebrovih ionov uporabili različne izvlečke rastlinskih listov. Ugotovljeno je bilo, da je izvleček listov magnolije boljši pri ustvarjanju nanodelcev srebra v primerjavi s Camellia sinensis (zeleni čaj), borom, kakijem, ginkom, magnolijo in platano. Ta metoda je proizvedla delce z razpršeno velikostjo v razponu od 15 do 500 nm, vendar je bilo tudi odkrito, da je mogoče velikost delcev nadzorovati s spreminjanjem reakcijske temperature. Hitrost, pri kateri so bili ioni zmanjšani z izvlečkom iz listov magnolije, je bila primerljiva s hitrostjo, opaženo pri uporabi reducirnih kemikalij. Uporaba rastlin, mikroorganizmov in gliv pri proizvodnji srebrovih nanodelcev vodi do okolju prijaznejše proizvodnje srebrovih nanodelcev. Na voljo je zelena metoda za sintezo srebrovih nanodelcev z uporabo ekstrakta listov listov Amaranthus gangeticus Linn.

Izdelki in funkcionalnost

Sintetične protokole za proizvodnjo srebrovih nanodelcev je mogoče spremeniti za proizvodnjo srebrovih nanodelcev z nesferično geometrijo, pa tudi za funkcionalizacijo nanodelcev z različnimi materiali, kot je silicijev dioksid. Ustvarjanje srebrovih nanodelcev različnih oblik in površinskih prevlek omogoča večji nadzor nad njihovimi velikostno specifičnimi lastnostmi.

Anizotropne strukture

Nanodelce srebra je mogoče sintetizirati v različnih nesferičnih (anizotropnih) oblikah. Ker srebro, kot drugi dragocene kovine, kaže od velikosti in oblike odvisen optični učinek, znan kot lokalizirana površinska plazmonska resonanca (LSPR) na nanometru, zmožnost sintetiziranja nanodelcev Ag različnih oblik močno poveča sposobnost prilagajanja njihovega optičnega obnašanja. Na primer, valovna dolžina, pri kateri pride do lokalizirane površinske plazmonske resonance za nanodelec ene morfologije (npr. krogla), bo drugačna, če se ta krogla spremeni v drugačno obliko. Ta odvisnost od oblike omogoča srebrovemu nanodelcu, da izkusi optično izboljšavo v razponu različnih valovnih dolžin, pri čemer celo ohrani svojo velikost relativno konstantno preprosto s spremembo oblike. Uporaba tega optičnega obnašanja, izboljšanega v obliki, sega od razvoja občutljivejših biosenzorjev do povečanja vzdržljivosti tekstila.

Trikotne nanoprizme

Nanodelci trikotne oblike so "kanonična" vrsta anizotropne morfologije, ki so jo preučevali za zlato in srebro. Čeprav obstaja veliko različnih metod za sintezo srebrovih nanoprizem, več metod uporablja semensko metodo, ki vključuje najprej sintezo srebrovih nanodelcev majhnega premera (3–5 nm), ki ponujajo predlogo za oblikovno usmerjeno rast v trikotne nanostrukture. Srebrova semena se sintetizirajo z mešanjem srebrovega nitrata in natrijevega citrata v vodni raztopini in nato raztopini hitro dodajo natrijev borohidrid. Raztopini semena dodamo srebrov nitrat pri nizki temperaturi, prizme pa gojimo s počasnim zmanjševanjem presežka srebrovega nitrata z uporabo askorbinske kisline. Pri pristopu k sintezi srebrove nanoprizme, ki ga posreduje seme, lahko selektivnost oblike delno nadzira vezni ligand. Z uporabo v bistvu iste tehnike kot zgoraj, vendar s spremembo citrata v polivinilpirolidon (PVP), so namesto trikotnih nanoprizem ustvarjene kubične in paličaste nanostrukture. Poleg metode, posredovane s semeni, je mogoče srebrove nanoprizme sintetizirati tudi s pristopom, ki temelji na fotografiji, pri katerem se že obstoječi sferični srebrovi nanodelci pretvorijo v trikotne nanoprizme preprosto z izpostavitvijo reakcijske mešanice svetlobi visoke intenzivnosti.

Nanokocke

Srebrne nanokocke je mogoče sintetizirati z uporabo etilen glikola kot reducenta in PVP kot zaščitnega sredstva v reakciji sinteze poliola. Tipična sinteza z uporabo teh reagentov vključuje dodajanje svežega srebrovega nitrata in PVP v raztopino etilenglikola, segreto na 140 °C. Ta postopek je dejansko mogoče spremeniti za proizvodnjo druge anizotropne nanostrukture srebra, nanožic, s preprostim staranjem raztopine srebrovega nitrata, preden jo uporabimo v sintezi. Če raztopino srebrovega nitrata pustimo starati, se začetna nanostruktura, ki nastane med sintezo, nekoliko razlikuje od začetne nanostrukture, pridobljene z uporabo svežega srebrovega nitrata, kar vpliva na proces rasti in s tem na morfologijo končnega produkta.

Kremenčev premaz

Pri tej metodi se polivinilpirolidon (PVP) z ultrazvokom raztopi v vodi in zmeša s koloidnimi delci srebra. Aktivno mešanje zagotavlja, da se PVP adsorbira na površino nanodelcev. Centrifugiranje loči nanodelce, prevlečene s PVP, ki se nato prenesejo v raztopino etanola za nadaljnje centrifugiranje in dajo v raztopino amoniaka, etanola in Si (OEt4) (TES). Posledica 12-urnega mešanja je nastanek lupine silicijevega dioksida, sestavljene iz obdajajočega sloja silicijevega oksida z etrsko vezjo, ki je na voljo za dodatno funkcionalnost. Spreminjanje količine TES vam omogoča ustvarjanje lupin različnih debelin. Ta metoda je priljubljena zaradi svoje zmožnosti dodajanja različnih funkcij izpostavljeni površini kremena.

Uporaba

kataliza

Uporaba srebrovih nanodelcev za katalizo je začela vzbujati pozornost v Zadnja leta. Čeprav so najpogostejše aplikacije za medicinske ali antibakterijske namene, je bilo dokazano, da srebrovi nanodelci kažejo katalitične redoks lastnosti proti barvilom, benzenu, ogljikovemu monoksidu in verjetno drugim spojinam. Velikost nanodelca zaradi različnih kvantnih učinkov pomembno določa lastnosti, ki jih izkazuje. Poleg tega igra kemično okolje nanodelcev pomembno vlogo pri katalitičnem spajanju. Ob upoštevanju tega je pomembno opozoriti, da do heterogene katalize pride z adsorpcijo reaktantov na katalitični substrat. Ko se za preprečevanje združevanja nanodelcev uporabljajo polimeri, kompleksni ligandi ali površinsko aktivne snovi, je katalitična sposobnost pogosto ovirana zaradi zmanjšane adsorpcijske sposobnosti. Vendar pa se te spojine lahko uporabljajo tudi tako, da kemično okolje poveča katalitično sposobnost.

Ohranjanje silicijevega dioksida na kroglah – reducirajoča barvila

Nanodelci srebra so bili sintetizirani na substratu iz inertnih silicijevih kroglic. Nosilec nima praktično nobene vloge pri katalitični sposobnosti in služi kot način za preprečevanje zlepljenja srebrovih nanodelcev v koloidni raztopini. Na ta način smo nanodelce srebra stabilizirali in dokazali njihovo sposobnost, da služijo kot elektronski rele za redukcijo barvil z natrijevim borohidridom. Brez katalizatorja iz srebrovih nanodelcev skoraj ne pride do reakcije med natrijevim borohidridom in različnimi barvili: metilen modrim, eozinom in rožnatim benzalom.

Mezoporozni aerogel – selektivna oksidacija benzena

Nanodelci srebra, naneseni na aerogel, imajo prednost zaradi večjega števila aktivnih mest. Največjo selektivnost za oksidacijo benzena v fenol smo opazili pri nizkem masnem deležu srebra v matrici aerogela (1 % Ag). Verjame se, da je ta boljša selektivnost posledica večje monodisperznosti v matrici aerogela vzorca 1 % Ag. Dokazano je, da imajo nanodelci zlitine Au-Ag sinergistični učinek na oksidacijo ogljikovega monoksida. Vsak nanodelec čiste kovine sam po sebi kaže zelo nizko katalitično aktivnost za oksidacijo CO; skupaj se katalitične lastnosti znatno izboljšajo. Predlagano je, da zlato deluje kot močno spajalno sredstvo za kisikov atom, srebro pa kot močan oksidacijski katalizator, čeprav natančen mehanizem še vedno ni povsem razumljen. Ko so bili sintetizirani pri razmerju Au/Ag v razponu od 3:1 do 10:1, so stopljeni nanodelci pokazali popolno pretvorbo, ko je bil 1 % CO doveden v zrak pri sobni temperaturi. Zanimivo je, da velikost spojenih delcev ne igra pomembne vloge pri katalitični sposobnosti. Dobro je znano, da nanodelci zlata kažejo katalitične lastnosti za CO le, če so veliki ~3 nm, vendar pa legirani delci do 30 nm kažejo odlično katalitično aktivnost – boljšo od nanodelcev zlata na aktivnih nosilcih, kot so TiO2, Fe2O3 itd. d .

Svetlobni učinki

Plazmonske učinke so preučevali precej široko. Do nedavnega ni bilo študij, ki bi preučevale oksidativno katalitično izboljšanje nanostrukture z vzbujanjem njene površinske plazmonske resonance. Odločilna značilnost za izboljšanje oksidativne katalitske sposobnosti je bila identificirana kot sposobnost pretvorbe žarka svetlobe v obliko energijskih elektronov, ki se lahko prenesejo na adsorbirane molekule. Posledica te lastnosti je, da je mogoče fotokemične reakcije nadzorovati z neprekinjeno svetlobo nizke intenzivnosti in jih je mogoče kombinirati s toplotno energijo. Kombinacija neprekinjene svetlobe nizke intenzivnosti in toplotne energije je bila dosežena z uporabo srebrovih nanokock. Pomembna lastnost Srebrne nanostrukture omogočajo fotokatalizo zaradi svoje narave za ustvarjanje resonančnih površinskih plazmonov iz svetlobe v vidnem območju. Dodajanje izboljšave svetlobe je omogočilo, da so delci delovali z enako hitrostjo kot delci, ki so bili segreti na 40 K ali več. To je pomembna ugotovitev glede na to, da lahko znižanje temperature za 25 K podaljša življenjsko dobo katalizatorja za skoraj 10-krat, če primerjamo fototermične in termične procese.

Biološke raziskave

Raziskovalci so proučevali uporabo nanodelcev srebra kot nosilcev za dostavo različnih tovorov, kot so majhne molekule zdravil ali velike biomolekule, do določenih tarč. Ko ima AgNP dovolj časa, da doseže svoj cilj, lahko sprostitev tovora sproži notranji ali zunanji dražljaj. Usmerjanje in kopičenje nanodelcev lahko zagotovita visoke koncentracije tovora na določenih ciljnih lokacijah in zmanjšata stranske učinke.

Kemoterapija

Uvedba nanotehnologije v medicino naj bi olajšala diagnostično odkrivanje raka in standarde za razvoj zdravila. Nanotehnologija lahko razkrije vpogled v strukturo, delovanje in organizacijsko raven biosistema na nanometru. Srebrove nanodelce je mogoče izpostaviti metodam premazovanja, ki zagotavljajo enotno, funkcionalizirano površino, ki ji je mogoče dodati substrate. Ko je nanodelec na primer prevlečen s silicijevim dioksidom, površina obstaja kot silicijeva kislina. Tako lahko substrate dodamo preko stabilnega estra in estrskih povezav, ki jih naravni presnovni encimi ne razgradijo neposredno. Nedavne kemoterapevtske aplikacije so razvile zdravila proti raku s fototopnim povezovalnikom, kot je orto-nitrobenzilni most, ki ga pritrdi na substrat na površini nanodelcev. Kompleks nanodelcev z nizko toksičnostjo lahko ostane presnovno uspešen toliko časa, kolikor je potreben za distribucijo po vseh organskih sistemih. Če je tarča rakavi tumor, se lahko v območje tumorja vbrizga ultravijolična svetloba. Elektromagnetna svetlobna energija povzroči, da se fotoobčutljivi povezovalec zlomi med zdravilom in substratom nanodelcev. Zdravilo se zdaj razgradi in sprosti v svoji nespremenjeni aktivni obliki, da cilja na rakave celice. Domnevne prednosti te metode so, da se zdravilo prenaša brez zelo strupenih spojin, da se zdravilo sprosti brez škodljivega sevanja ali brez zanašanja na specifično kemično reakcijo, do katere lahko pride, in da se zdravilo lahko selektivno sprošča v ciljno tkivo. Drugi pristop je priključitev kemoterapije zdravilo neposredno na površino funkcionaliziranih srebrovih nanodelcev v kombinaciji z nukleofilno vrsto, da povzroči reakcijo izpodrivanja. Na primer, ko kompleks zdravila iz nanodelcev doseže ciljno tkivo ali celico ali je blizu nje, lahko na to mesto apliciramo monoester glutationa. Nukleofilni estrski kisik se bo pritrdil na funkcionalizirano površino nanodelcev prek nove estrske vezi, medtem ko se zdravilo sprošča v okolju. Zdravilo je zdaj aktivno in lahko opravlja svojo biološko funkcijo na celicah, ki mejijo neposredno na okolico, in omejuje neželene interakcije z drugimi tkivi.

Odpornost na več zdravil

Glavni razlog za neuspeh trenutnih metod kemoterapije je odpornost na več zdravil, ki lahko nastane prek več mehanizmov. Nanodelci lahko služijo kot sredstvo za premagovanje MDR. Na splošno je pri uporabi ciljnega sredstva za dostavo nanonosilcev v rakave celice potrebno, da se sredstvo z visoko selektivnostjo veže na molekule, ki so edinstveno izražene na celični površini. Tako je mogoče NP-je oblikovati z beljakovinami, ki specifično zaznajo celice, odporne na zdravila, s prekomerno izraženimi transportnimi proteini na njihovi površini. Težava pri običajnih sistemih za dostavo nanozdravil je, da so prosta zdravila, ki se sprostijo iz nanonosilcev v citosol, ponovno izpostavljena transporterjem MDR in izvožena. Da bi rešili to težavo, so bili 8 nm nanokristalni delci srebra modificirani z dodatkom transaktivirajočega aktivatorja transkripcije (TAT), pridobljenega iz virusa HIV-1, ki deluje kot peptid, ki prodira v celice (CPP). Na splošno je učinkovitost AgNP omejena zaradi pomanjkanja učinkovitega celičnega privzema; vendar se je modifikacija CPP izkazala kot ena najučinkovitejših metod za izboljšanje znotrajcelične dostave nanodelcev. Po zaužitju je izvoz AgNP preprečen na podlagi izključitve velikosti. Koncept je preprost: nanodelci so preveliki, da bi jih prenašalci MDR izčrpali, ker je funkcija iztoka strogo odvisna od velikosti njegovih substratov, ki je običajno omejena na obseg 300–2000 Da. Tako ostanejo nanodelci neprepustni za iztok, kar zagotavlja sredstvo za kopičenje v visokih koncentracijah.

Protimikrobno delovanje

Vnos srebra v bakterijske celice povzroči visoko stopnjo strukturnih in morfoloških sprememb, ki lahko privedejo do celične smrti. Ko nanodelci srebra pridejo v stik z bakterijami, se prilepijo na celično steno in celično membrano. Vezani del srebra prehaja in interagira s spojinami, ki vsebujejo fosfate, kot sta DNA in RNA, medtem ko se drugi del prilepi na proteine, ki vsebujejo žveplo, na membrani. Interakcije med srebrom in žveplom na membrani povzročajo strukturne spremembe celično steno, kot je tvorba jam in por. Skozi te pore se celične komponente sprostijo v zunajcelično tekočino, preprosto zaradi osmotskih razlik. Znotraj celice integracija srebra ustvari območje z nizko molekulsko maso, kjer se DNK nato kondenzira. Prisotnost DNA v kondenziranem stanju zavira replikacijo celic s proteini v stiku z DNA. Tako dajanje srebrovih nanodelcev moti replikacijo in je dovolj, da povzroči celično smrt. Nato se učinek poveča, ko pride srebro v stik s tekočino, kar povzroči ionizacijo, kar poveča baktericidno aktivnost nanodelcev. To je bilo posledica zatiranja encimov in zaviranja izražanja beljakovin, ki sta povezana s sposobnostjo celice za proizvodnjo ATP. Ugotovljeno je bilo, da na splošno nanodelci srebra s povprečno velikostjo 10 nm ali manj kažejo elektronske učinke, ki znatno povečajo njihovo baktericidno aktivnost, čeprav se ta učinek razlikuje za vsako vrsto predlagane celice, saj se sestava njihovih celičnih membran zelo razlikuje. To je lahko delno tudi posledica dejstva, da se z zmanjšanjem velikosti delcev reaktivnost poveča zaradi povečane površine in volumna. Ugotovljeno je bilo, da dajanje srebrovih nanodelcev izkazuje sinergistično delovanje z danes običajnimi antibiotiki, kot so: penicilin G, ampicilin, eritromicin, klindamicin in vankomicin proti E. coli in S. aureus. V medicinskih okoljih je bilo dokazano, da nanodelci srebra močno zmanjšajo število bakterij v uporabljenih napravah. Težava pa nastane, ko je poseg končan in je treba opraviti novega. Med postopkom pranja instrumentov večina nanodelcev srebra postane manj učinkovita zaradi izgube srebrovih ionov. Srebrni nanodelci se pogosteje uporabljajo v kostnih presadkih za žrtve opeklin, ker nanodelci srebra, vdelani v vsadek, zagotavljajo boljšo protimikrobno aktivnost in znatno zmanjšajo brazgotinjenje. Kažejo tudi obetavno uporabo kot metoda čiščenja vode. Nanodelci srebra lahko preprečijo rast bakterij ali lepljenje površin. To je lahko še posebej uporabno v kirurških okoljih, kjer morajo biti vse kontaktne površine pacienta sterilne. Zanimivo je, da se nanodelci srebra lahko uporabljajo na številnih vrstah površin, vključno s kovinami, plastiko in steklom. Te nove uporabe so neposredni potomci starejših praks, v katerih se je srebrov nitrat uporabljal za zdravljenje stanj, kot so kožne razjede. Nanodelci srebra se zdaj uporabljajo v povojih in obližih za pomoč pri celjenju nekaterih opeklin in ran. Kažejo tudi obetavno uporabo kot metoda čiščenja vode. Voda lahko vsebuje številne patogene in v nekaterih delih sveta čista voda, in voda nasploh, velja za luksuz. Metoda uporabe srebra za odstranjevanje mikrobov ni nova, vendar je ta poskus uporabil karbonat v vodi, da so mikrobi še bolj občutljivi na srebro. Prvič, znanstveniki v tem poskusu uporabljajo nanodelce za odstranjevanje nekaterih pesticidov iz vode, ki se izkažejo za usodne za človeka, če pridejo v telo. Več drugih testov je pokazalo, da lahko nanodelci srebra odstranijo določene ione v vodi, kot so železo, svinec in arzen. Vendar to ni edini razlog, zakaj so nanodelci srebra tako privlačni, saj za reakcijo ne potrebujejo nobene zunanje sile (pri hidrolizi ni elektrike).

Blago običajne potrošnje

Gospodinjske aplikacije

Obstajajo primeri uporabe srebrovih nanodelcev in koloidnega srebra v potrošniških izdelkih. Samsung in LG sta dve veliki tehnološki podjetji, ki načrtujeta uporabo antibakterijskih lastnosti nanodelcev srebra v različnih napravah, kot so klimatske naprave, pralni stroji in hladilniki. Obe podjetji na primer trdita, da bo uporaba nanodelcev srebra v pralnih strojih pomagala sterilizirati oblačila in vodo med pranjem in izpiranjem ter omogočila čiščenje oblačil brez potrebe po vroči vodi. Nanodelci v teh napravah so sintetizirani z elektrolizo. Z elektrolizo se srebro ekstrahira iz kovinskih plošč in nato z redukcijskim sredstvom pretvori v srebrove nanodelce. Ta metoda se izogne ​​postopkom sušenja, čiščenja in ponovne disperzije, ki so običajno potrebni alternativne načine koloidna sinteza.

Varnost

Čeprav se nanodelci srebra pogosto uporabljajo v različnih komercialnih izdelkih, Zadnje čase Resni napori so vloženi v preučevanje njihovih učinkov na zdravje ljudi. Izvedenih je bilo več študij, ki so opisovale in vitro toksičnost nanodelcev srebra za različne organe, vključno s pljuči, jetri, kožo, možgani in reproduktivnimi organi. Zdi se, da je mehanizem toksičnosti srebrovih nanodelcev v človeških celicah posledica oksidativnega stresa in vnetja, ki sta posledica tvorbe reaktivnih kisikovih vrst (ROS), ki jih stimulirajo NP-Ag ali Ag ioni ali oboje. Na primer, Park et al. je pokazalo, da je izpostavljenost celične linije mišjega peritonealnega makrofaga (RAW267.7) srebrovim nanodelcem zmanjšala viabilnost celic na način, ki je odvisen od koncentracije in časa. Pokazali so tudi, da se je znotrajcelični reducirani glutation (GSH), ki je čistilec ROS, zmanjšal na 81,4 % kontrolne skupine srebrovih nanodelcev pri 1,6 ppm.

Načini toksičnosti

Ker se srebrovi nanodelci raztapljajo, pri čemer se sproščajo srebrovi ioni, za katere je znano, da imajo toksične učinke, je bilo izvedenih več študij, da bi ugotovili, ali je toksičnost srebrovih nanodelcev posledica sproščanja srebrovih ionov ali je posledica nanodelcev samih. Številne študije kažejo, da je toksičnost srebrovih nanodelcev posledica sproščanja srebrovih ionov v celicah, saj so poročali, da imajo srebrovi nanodelci in srebrovi ioni podobno citotoksičnost. Na primer, srebrovi nanodelci so v nekaterih primerih poročali o olajšanju sproščanja strupenih prostih srebrovih ionov v celicah prek "mehanizma tipa trojanskega konja", kjer delec vstopi v celico in se nato ionizira znotraj celice. Vendar pa obstajajo poročila, da je kombinacija nanodelcev srebra in ionov odgovorna za toksični učinek nanodelcev srebra. Navarro in drugi so z uporabo cisteinskih ligandov kot orodja za merjenje koncentracije prostega srebra v raztopini ugotovili, da čeprav je bilo srebrovih ionov na začetku 18-krat večja verjetnost, da zavirajo fotosintezo alge Chlamydomanas reinhardtii, po 2 urah inkubacije Ugotovljeno je bilo, da so alge, ki vsebujejo nanodelce, srebro bolj strupene kot srebrovi ioni sami. Poleg tega obstajajo študije, ki kažejo, da nanodelci srebra povzročajo toksičnost neodvisno od prostih srebrovih ionov. Na primer, Asharani et al. primerjali fenotipske napake, opažene pri cebricah, zdravljenih s srebrovimi nanodelci in srebrovimi ioni, ter ugotovili, da fenotipske napake, opažene pri srebrovih nanodelcih, niso bile opažene pri zarodkih, zdravljenih z ionskim srebrom, kar kaže, da je toksičnost srebrovih nanodelcev neodvisna od srebrovih ionov. Proteinski kanali in pore jedrske membrane so pogosto lahko veliki od 9 nm do 10 nm v premeru. Majhni nanodelci srebra te velikosti imajo sposobnost ne le prehajanja skozi membrano in interakcije z notranjimi strukturami, ampak tudi zagozdenja v membrani. Depoziti srebrovih nanodelcev v membrani lahko vplivajo na regulacijo raztapljanja, promet beljakovin in prepoznavanje celic. Izpostavljenost nanodelcem srebra je povezana z "vnetnimi, oksidativnimi, genotoksičnimi in citotoksičnimi učinki"; delci srebra se kopičijo predvsem v jetrih. Izkazalo pa se je tudi, da so strupeni v drugih organih, vključno z možgani. Nano-srebro, naneseno na gojene celice tkiva, proizvaja proste radikale, kar vzbuja zaskrbljenost glede morebitnih zdravstvenih tveganj.

:Oznake

Seznam uporabljene literature:

Graf, Kristina; Vossen, Dirk L.J.; Imhof, Arnout; van Blaaderen, Alfons (11. julij 2003). "Splošna metoda za prevleko koloidnih delcev s silicijevim dioksidom". Langmuir. 19 (17): 6693–6700. doi:10.1021/la0347859

Rama, Šiva, Krišna Perala in Sanjeev Kumar. "O mehanizmu sinteze kovinskih nanodelcev po metodi Brust–Schiffrin."

Rycenga, M.; Cobley, C. M.; Zeng, J.; Li, W.; Moran, C.H.; Zhang, Q.; Qin, D.; Xia, Y. (2011). "Kontrola sinteze in sestavljanja srebrovih nanostruktur za plazmonične aplikacije". Chemical Reviews. 111 (6): 3669–3712. doi:10.1021/cr100275d

"Zelena sonokemična sinteza srebrovih nanodelcev pri različnih koncentracijah κ-karagenana" (PDF). springer.com. Pridobljeno 2016-02-15.

Iravani S., Korbekandi H., Mirmohammadi S. V., Zolfaghari B. (2014). “Sinteza nanodelcev srebra: kemijske, fizikalne in biološke metode.” Raziskave v farmacevtskih znanostih. 9 (6): 385–406. PMC 4326978 Prosto dostopno. PMID 26339255

Darroudi M, Ahmad MB, Abdullah AH, Ibrahim NA. "Zelena sinteza in karakterizacija nanodelcev srebra na osnovi želatine in z zmanjšano vsebnostjo sladkorja". Int J Nanomedicine. 6: 569–74. doi:10.2147/IJN.S16867. PMC 3107715Prosto dostopno. PMID 21674013

Nowack, Bernd, Harald F. Krug in Murray Height. "120 let zgodovine nanosrebra: posledice za oblikovalce politike."

Wojtysiak, Sebastian in Andrzej Kudelski. "Vpliv kisika na proces tvorbe srebrovih nanodelcev med citratno/borohidridno sintezo srebrovih solov."

Song K. C., Lee S. M., Park T. S., Lee B. S. (2009). “Priprava nanodelcev koloidnega srebra z metodo kemične redukcije.” Korejski J. Chem. inž. 26 (1): 153–155. doi:10.1007/s11814-009-0024-y

Smetana A. B., Klabunde K. J., Sorensen C. M. (2005). "Sinteza sferičnih nanodelcev srebra s prebavnimi sredstvi za zorenje, stabilizacija z različnimi in njihova 3-D in 2-D tvorba supermreže." J. Colloid Interface Sci. 284 (2): 521–526. doi:10.1016/j.jcis.2004.10.038

Izum se lahko uporablja na področju kemije, medicine in nanotehnologije. Metoda za proizvodnjo nanodelcev srebra vključuje pripravo vodnih raztopin srebrovega nitrata s koncentracijo 0,001÷0,02 M/l in L-cisteina s koncentracijo 0,00125÷0,04 M/l. Dobljene raztopine zmešamo pri molskem razmerju srebrovega nitrata in L-cisteina v območju 1,25÷2,00 in hranimo pri temperaturi 15÷55°C 0,34÷48 ur na mestu, zaščitenem pred svetlobo, da dobimo raztopina supramolekularnega polimera. Nastalo raztopino supramolekularnega polimera razredčimo z vodo v volumskem razmerju 1:1. Pripravimo vodno raztopino natrijevega borohidrida s koncentracijo 0,003÷0,010 M/l in jo ob stalnem mešanju dodamo k raztopini supramolekularnega polimera. Izum omogoča pridobivanje nanodelcev srebra s povprečnim hidrodinamičnim polmerom 20 nm. 4 ilustr., 1 ave.

Risbe za patent RF 2526390

Izum se nanaša na področje izdelave nanovelikih struktur iz srebra, pridobljenega s kemijsko redukcijo srebrovih ionov, vključenih v supramolekularni polimer, z natrijevim borohidridom. Metoda omogoča pridobivanje stabilnih nanodelcev srebra s specifičnimi lastnostmi samo z biokompatibilnimi reagenti. Nanodelce srebra je mogoče uporabiti pri razvoju antibakterijskih materialov in nanotehnologije.

Metoda za proizvodnjo nanodelcev srebra (SNP) na osnovi supramolekularnega polimera odpira široke možnosti za nadzor njihovih lastnosti. Supramolekularni polimeri so polimerom podobne makromolekularne strukture, ki izhajajo iz povezovanja ionov, ki jih skupaj držijo medmolekularne sile.

Tehnični rezultat pričujočega izuma je pridobitev nanodelcev srebra s povprečnim hidrodinamičnim polmerom 20 nm.

Tehnični rezultat je dosežen v dveh fazah.

Prva faza je mešanje vodne raztopine srebrovega nitrata s koncentracijo v začetni mešanici od 0,001M do 0,02M z vodno raztopino L-cisteina, tako da je molsko razmerje srebra in L-cisteina v območju od 1,25÷2,00. Tako nastane motna raztopina, ki jo pustimo zoreti v prostoru, zaščitenem pred svetlobo, pri temperaturi od 15 do 55 °C, dokler ni vizualno prozorna. Zorenje poteka v času od 20 minut do dveh dni (od 0,35 ure do 48,00 ure), odvisno od koncentracije izhodnih komponent, njihovega molskega razmerja in temperature. Rezultat je prozorna viskozna raztopina svetlo rumenega supramolekularnega gela. Metoda njegove sinteze ustreza patentu RF št. 2423384 z dne 10. julija 2011.

V ultravijoličnem spektru nastale raztopine opazimo pojav dveh šibkih absorpcijskih pasov: v območju 305 nm in 389 nm (slika 1).

Relativna viskoznost nastale raztopine se giblje od 1,1 do 2,5, odvisno od koncentracije začetnih komponent, njihovega molskega razmerja in časa zorenja raztopine. Ugotovljeno je bilo, da je za doseganje rezultatov potreben le L-cistein visoke čistosti (vsaj 99%).

Druga stopnja vključuje mešanje vodne raztopine supramolekularnega polimera na osnovi srebrovega nitrata in L-cisteina z vodno raztopino natrijevega borohidrida ob stalnem mešanju. Molsko razmerje srebra in natrijevega borohidrida mora biti 0,4. Tako nastane rdeče-rjava raztopina z nizko viskoznostjo.

V ultravijoličnem spektru nastale raztopine so absorpcijski pasovi v območju od 390 do 500 nm, ki ustrezajo pojavu plazmonske resonance na nanodelcih kovinskega srebra ali njihovih agregatih (slika 2).

Študija stanja tehnike je pokazala, da ne obstajajo metode za proizvodnjo nanodelcev srebra s kemično redukcijo z natrijevim borohidridom iz vodne raztopine supramolekularnega polimera na osnovi srebrovega nitrata in L-cisteina.

Bistvo izuma je naslednje.

Vodna raztopina supramolekularnega polimera (raztopina L-cistein srebra) na osnovi L-cisteina in srebrovega nitrata je raztopina polimeru podobne supramolekularne spojine, zgrajene iz molekul srebrovega merkaptida in srebrovih ionov, s tvorbo linearnih verige z vezmi srebro-žveplo: -Ag-S- Ag-S-Ag-S-.

Avtorji so prvi ugotovili, da je to raztopino mogoče uporabiti kot začetni reagent za sintezo sedimentacijskih in delno agregacijsko stabilnih nanodelcev srebra s specifičnimi lastnostmi. Srebrovi ioni, vključeni v supramolekularni polimer, se z natrijevim borohidridom reducirajo v kovinsko srebro. Velikost sintetiziranih nanodelcev srebra je določena z velikostjo supramolekul, njihovo koncentracijo, temperaturo procesa in drugimi dejavniki. Molekule cisteina, ki so bile del supramolekularnega polimera, se preko tiolne skupine vežejo na površino nastalih nanodelcev. To daje nanodelcem sedimentacijsko in delno agregacijsko stabilnost. Rok uporabnosti raztopin nanodelcev, pridobljenih s to metodo, brez bistvenih sprememb njihovih lastnosti, je približno 6 mesecev.

Z metodo dinamičnega sipanja svetlobe smo ugotavljali nastanek frakcij nanodelcev velikosti od 10 do 50 nm v raztopini. Meritve intenzitete DLS so bile izvedene na analizatorju Zetasizer ZS (Malvern Instruments Ltd., UK) z He-Ne laserjem (=633 nm) z močjo 4 mW. Vse meritve so bile izvedene pri 25°C. Na sliki 3 so prikazani podatki o dinamičnem sipanju svetlobe, ki kažejo na prisotnost nanodelcev v tej raztopini s povprečnim hidrodinamičnim polmerom okoli 20 nm. Frakcijo nanodelcev z veliko velikostjo predstavljajo reverzibilni agregati iz prve frakcije.

S transmisijsko elektronsko mikroskopijo smo v raztopini ugotovili prisotnost nanodelcev velikosti od 10 do 50 nm, katerih odboji v elektronskem uklonu vzorca ustrezajo prisotnosti kovinskega srebra.

Slika 4 prikazuje elektronsko mikroskopsko sliko in elektronski difrakcijski vzorec vzorca raztopine srebrovih nanodelcev, posušenih na substratu Formvar, pridobljen na transmisijskem elektronskem mikroskopu LEO 912 AB OMEGA (Carl Zeiss, Nemčija).

Predlagana metoda za proizvodnjo nanodelcev uporablja biološko aktivno supramolekularno spojino na osnovi biokompatibilne aminokisline L-cistein in srebrovega nitrata. Nanodelci srebra so stabilen biološko aktiven izdelek, kompatibilen z medicinskimi polimeri.

Antibakterijski učinek srebrovih kationov je razložen s tremi mehanizmi: motnjami v transportu elektronov, vezavo DNA in interakcijo s celično membrano. Nanodelci kovinskega srebra delujejo antibakterijsko zaradi počasne oksidacije in sproščanja srebrovih kationov v okolje. Ta dejavnik ima v številnih primerih odločilno vlogo medicinsko uporabo. Ionsko srebro v visokih koncentracijah ima toksičen učinek ne samo na prokariontske bakterijske celice, ampak tudi na evkariontske celice pacientovega telesa. To povzroča določene težave z enkratnim odmerkom zdravila. Pri uporabi nanodelcev srebra pride do doseganja minimalnih inhibitornih koncentracij postopoma (z oksidacijo razvite površine nanodelcev) in ni opaziti toksičnega učinka na telo. Poleg tega obstajajo dokazi o večji občutljivosti patogenih in pogojno patogenih gliv (npr. Candida) prav na nanodelce srebra, ki uničujejo celične membrane in zavirajo rast glivičnih celic. Tako se nanodelci srebra lahko uporabljajo v primerih, ko iz nekega razloga ni mogoče povečati vsebnosti srebrovih ionov. V predlagani metodi za proizvodnjo nanodelcev srebra je mogoče pridobiti nanodelce vnaprej določene velikosti.

Izum je pojasnjen grafični materiali(Sl.1÷4).

Slika 1. UV spektri raztopine L-cistein-srebra pri različnih razredčitvah: 1 - brez redčenja, 2 - 2-kratno redčenje, 3 - 8-kratno redčenje (koncentracije komponent v nerazredčeni raztopini: C AgNO3 = 0,0038 M, C cys = 0, 0030M; debelina sloja 1 cm).

Slika 2. UV spektri raztopin srebrovih nanodelcev, dobljenih z različnimi razredčitvami originalnega CSR: 1 - brez redčenja, 2 - 2-kratno redčenje, 3 - 8-kratno redčenje (koncentracije komponent v nerazredčeni raztopini: C AgNO3 = 0,0038 M, C cys = 0,0030M; debelina sloja 1 mm).

Slika 3. Velikostna porazdelitev SNP v vzorcu, dobljena z 8-kratnim redčenjem začetne raztopine supramolekularnega polimera (koncentracije komponent v nerazredčeni raztopini: C AgNO3 = 0,0038 M, C cys = 0,0030 M).

Slika 4. TEM slika (a) in elektronski uklonski vzorec (b) vzorca nanodelcev, dobljenih z 2-kratnim redčenjem začetne raztopine supramolekularnega polimera (koncentracije komponent v nerazredčeni raztopini: C AgNO3 = 0,0038M, C cys = 0,0030M) .

Primer pridobivanja nanodelcev srebra:

1. 127,5 mg srebrovega nitrata raztopite v 25 ml destilirane vode.

2. Raztopite 90,8 mg L-cisteina v 25 ml destilirane vode.

3. V 25 ml raztopine srebrovega nitrata dodajte 155 ml destilirane vode in 20 ml raztopine L-cisteina ter močno premešajte. Zmes pustimo 10 ur zoreti na mestu, zaščitenem pred svetlobo sobna temperatura.

4. V 50 ml nastale raztopine dodajte 50 ml destilirane vode in mešanico močno premešajte. Dobimo razredčeno raztopino supramolekularnega polimera.

5. 37,0 mg natrijevega borohidrida raztopite v 10 ml destilirane vode.

6. 10 ml raztopine natrijevega borohidrida med mešanjem po kapljicah dodamo (s hitrostjo 1 kapljica na sekundo) v 100 ml razredčene raztopine supramolekularnega polimera. Z mešanjem nadaljujemo, dokler opazno sproščanje plinskih mehurčkov ne preneha.

Tako je zahtevana metoda za proizvodnjo nanodelcev srebra, vključno s pripravo vodnih raztopin srebrovega nitrata s koncentracijo 0,001÷0,02 M/l in L-cisteina s koncentracijo 0,00125-10,04 M/l, mešanje nastalega raztopine pri molskem razmerju srebrovega nitrata in L-cisteina v območju 1,25÷2,00, zmes pustimo pri temperaturi 15÷55°C 0,34÷48,00 ur na mestu, zaščitenem pred svetlobo, da dobimo raztopino supramolekularni polimer, razredčenje zmesi z vodo v volumskem razmerju 1:1, priprava vodne raztopine natrijevega borohidrida s koncentracijo 0,003÷0,010 M/l in dodajanje vodne raztopine natrijevega borohidrida raztopini sumolekularnega polimera s konstantno mešati.

Uporaba predlagane metode za proizvodnjo srebrovih nanodelcev na področjih, ki niso v medicini, omogoča stabilizacijo koloidnih raztopin kovinskega srebra z določeno, vnaprej določeno velikostjo disperzne faze. Čeprav direktna metoda uporabe srebrovih nanodelcev na tovrstnih področjih ni predmet tega patenta, velja omeniti, da so to lahko aplikacije, kot so elektronske in optoelektronske naprave in naprave, kompozitni materiali za različne namene, elektroprevodna lepila in filmi.

Uporaba nanodelcev srebra kot heterogenih katalizatorjev se uporablja v številnih procesih organske sinteze (na primer pri proizvodnji formaldehida). V tem primeru velikost delcev določa učinkovitost katalize: večja kot je površina katalizatorja, bolj aktiven je katalitski proces. Uporaba predlagane metode za proizvodnjo nanodelcev srebra bo omogočila pridobivanje katalizatorjev na dva načina: pridobivanje nanodelcev in situ (neposredno v nosilni matrici) in impregniranje nosilca s koloidno raztopino nanodelcev.

ZAHTEVEK

Metoda za proizvodnjo srebrovih nanodelcev, ki vsebuje pripravo vodnih raztopin srebrovega nitrata s koncentracijo 0,001÷0,02 M/l in L-cisteina s koncentracijo 0,00125÷0,04 M/l, mešanje nastalih raztopin pri mol. razmerje srebrovega nitrata in L-cisteina v območju 1,25÷2,00, mešanica stoji pri temperaturi 15÷55°C 0,34÷48,00 ure na mestu, zaščitenem pred svetlobo, da dobimo raztopino supramolekularnega polimera, redčenje zmes z vodo v volumetričnem razmerju 1:1, priprava vodne raztopine natrijevega borohidrida s koncentracijo 0,003÷0,010 M/l in dodajanje vodne raztopine natrijevega borohidrida k raztopini sumolekularnega polimera ob stalnem mešanju.

Cilj dela: pridobivanje nanodelcev srebra z redukcijo s citratnim anionom in natrijevim tetrahidrid boratom.

Uporabljena oprema : magnetno mešalo s funkcijo električne grelne plošče - Hei-Standart, 200 ml čaši (2 kos), 100 ml čaša (1 kos), 50 ml bučka.

Vaja: pridobivati ​​nanodelce srebra, obvladati delovanje spektrofotometra, določiti ekstinkcijski koeficient nanodelcev srebra, izračunati velikosti nastalih nanodelcev.

Priprava na delo: se seznanite s postopkom delovanja spektrofotometra in magnetnega mešala.

Značilnosti strukture nanodelcev srebra in njihove optične lastnosti

Zanimanje za proizvodnjo srebrovih nanodelcev povzročajo lastnosti, ki so lastne samo temu materialu: najvišja intenzivnost pasu površinske plazmonske resonance (SPR), najvišji koeficient ekstinkcije, pojav velikanskega Ramanovega sipanja svetlobe, značilnosti luminiscence in optične značilnosti površinske plasti v bližini nanodelcev srebra. Proučevanje baktericidnih lastnosti koloidnih raztopin (nanodelcev) srebra postaja vse bolj zanimivo.

Kristalna mreža srebra je tako kot pri drugih kovinah zasnovana tako, da se valenčni elektroni lahko gibljejo po celotnem volumnu snovi, kar je odgovorno za visoko električno prevodnost kovin. Izmenično električno polje svetlobnega žarka izpodriva prevodne elektrone in na površini nanodelca nastane dipol, ki niha s frekvenco vpadnega svetlobnega polja. Ta dipol, ki niha blizu površine nanodelcev, se imenuje površinski plazmon. Pojav površinskega plazmona je možen, če je velikost nanodelca veliko manjša od dolžine vpadne svetlobe.

Sovpadanje frekvence nihanja površinskega plazmona in frekvence nihanja vpadne svetlobe povzroči resonančno absorpcijo in sipanje svetlobe, kar imenujemo resonanca površinskega plazmona (SPR).

Absorpcija svetlobe v snovi se izračuna z uporabo Lambert-Beerovega zakona

log(J 0 /J) = εCd (1)

kjer sta J 0 in J jakosti svetlobe pred in po prehodu skozi plast debeline d (cm) raztopine snovi s koncentracijo C (mol/l). Razmerje J0/J imenujemo ekstinkcija ali ekstinkcija, vrednost ε je molarni ekstinkcijski koeficient.

Ekstinkcijski koeficient srebra je največji pri maksimumu SPR v primerjavi z enako velikimi delci iz drugih materialov, to pomeni, da nanodelci srebra v tem območju spektra prepuščajo svetlobo manj kot kateri koli drugi primerljivi delci.

Ko svetloba interagira z nanožicami, nanopalicami ali kontaktnimi verigami nanosfer, ko je dolžina delcev primerljiva z valovno dolžino vpadne svetlobe, dipol, ki nastane na koncu delca, povzroči polarizacijo sosednjih delcev.

območja in nastanek valovanja, ki potuje od enega konca nanožice ali verige nanosfer do drugega. Natančen udarec enega konca nanožice z lasersko svetlobo povzroči nastanek nihajočega dipola na drugem koncu, ki oddaja svetlobo z enako valovno dolžino kot vpadna svetloba. Ta pojav imenujemo površinski plazmonski polariton. To omogoča uporabo nanožic in verig nanosfer kot valovodov za optične nanonaprave.

Ramansko sipanje je sipanje svetlobe s preučevano snovjo, povezano s strukturo njene molekule. Če vzamemo Ramanove spektre (RS) snovi, adsorbiranih na površini srebrovih nanodelcev, doseže povečanje intenzivnosti pasov v spektru na molekulo 10 5 -10 6-krat v primerjavi s spektri, posnetimi brez sodelovanja srebrovih nanodelcev. Ta pojav imenujemo velikansko Ramanovo sipanje. Pod pogojem, da je vpadna svetloba natančno fokusirana, je mogoče doseči povečanje Ramanovega sipanja svetlobe za faktor 10–15, kar omogoča snemanje spektra ene ali več molekul. Če sta frekvenca vpadnega elektromagnetnega sevanja in frekvenca nihanja površinskega plazmona enaki in enaki ω, potem je povečanje intenzitete Ramanovega pasu sorazmerno z ω 4 .

Površinska plazmonska resonanca poveča intenzivnost fluorescenčnih spektrov za 10 2 -10 4-krat, ko valovna dolžina SPR sovpada z valovno dolžino vzbujanja fluorescence. V tem primeru opazimo zmanjšanje časa upada fluorescence, saj se med interakcijo elektronskih plasti srebrovih nanodelcev in adsorbiranih molekul olajša prehod med osnovnim in vzbujenim stanjem fluorescenčne molekule in poveča hitrost upada fluorescence. .

Molekule snovi, ki se nahajajo na površini srebrovih nanodelcev, so izpostavljene vpadnemu sevanju in površinski plazmonski resonanci, kar poveča možnost fotokemičnih reakcij teh snovi, fotoluminiscence, absorpcije in sipanja svetlobe.

Nanodelci srebra do velikosti 10 nm se lahko ne samo adsorbirajo na celični membrani, temveč prodrejo tudi v notranjost bakterije. Baktericidni učinek srebra je povezan s tvorbo srebrovih ionov (Aġ+) med oksidacijo kovine. Posebno pomembna je oblika nanodelcev. Menijo, da ima ploskev dekaedrov in ikozaedrov, iz katerih je sestavljeno do 98 % nanodelcev v območju 1-10 nm, visoko kemijsko aktivnost in prisotnost te ploskve povečuje antibakterijski učinek nanodelcev.

Poskus 1. Citratna metoda za proizvodnjo nanodelcev srebra

Citratna metoda za proizvodnjo nanodelcev zlata, ki jo je razvil Turkevich, je uporabna tudi za proizvodnjo nanodelcev srebra. Ker pa je srebro bolj aktivna kovina kot zlato (E 0 Ag+/Ag = 0,8 V, E 0 Au +3 /Au = 1,5 V), je sinteza srebrovih nanodelcev težja zaradi sposobnosti srebra za hitro oksidacijo. in združevanje. Za povečanje stabilnosti raztopin koloidnega srebra je treba nanodelce stabilizirati. Pri citratni metodi za proizvodnjo nanodelcev srebra sta reducent in stabilizator citratni anion, pridobljen z raztapljanjem trinatrijeve citronske kisline v vodi. Ko se raztopina segreje in citratni anion oksidira, nastaneta aceton dikarboksilna in itakonska kislina.

Te kisline se adsorbirajo na površini delcev in nadzorujejo njihovo rast.

Trenutno obstajata dva mehanizma, ki pojasnjujeta nastanek in rast nanodelcev srebra.

Kjer so Ag x srebrni grozdi (< 1 нм), Ag m – первичные частицы, стабилизированные цитратом (~ 1 нм), Ag n – конечные частицы, R – восстановитель.

Tako po prvem kot po drugem mehanizmu najprej nastanejo skupki srebra, ki nato medsebojno delujejo s stabilizatorjem – citratom in kondenzirajo ter tvorijo večje delce. Ko dosežete velikost ~1 nm, se kondenzacija grozdov ne pojavi več in tvorba nanodelcev po prvi in ​​drugi poti se začne razlikovati. V prvem primeru je koncentracija stabilizatorja zadostna in pride do nadaljnje rasti delcev zaradi redukcije srebrovih ionov na površini nanodelcev. V tem primeru pride do povečanja velikosti delcev počasneje, kar povzroči nastanek stabilnih koloidnih raztopin nanodelcev, predvsem sferične oblike.

V drugem primeru je koncentracija stabilizatorja (citrata) nezadostna, da bi preprečila agregacijo grozdov. To vodi do tvorbe nanodelcev velikega premera.

Na velikost nanodelcev močno vpliva razmerje koncentracij srebrovih ionov in citratnega aniona ter čas vrelišča raztopine.

Napredek

1. 25 ml 1x10 -3 mol/l AgNO 3 pripravimo v destilirani vodi in segrevamo v 200 ml čaši na magnetnem mešalu do vrenja.

2. V drugem kozarcu pripravimo 100 ml 1x10-3 mol/l raztopine Na 3 C 6 H 5 O 7 in ob stalnem mešanju po kapljicah dodajamo vreli raztopini AgNO3.

3. Opazujte spremembo barve raztopine iz brezbarvne v rumeno, kar kaže na redukcijo srebrovih ionov.

4. Nadaljujte s segrevanjem 15 minut in nato raztopino ohladite na sobno temperaturo.

Poskus 2. Priprava srebrovih nanodelcev z redukcijo z natrijevim tetrahidrid boratom

Uporaba natrijevega tetrahidrid borata (NaBH4) pri proizvodnji srebrovih nanodelcev je bolj razširjena kot uporaba citratnega aniona za iste namene. To je razloženo z večjo redukcijsko sposobnostjo borohidrida in enostavnostjo uporabe. Tako kot pri citratni metodi tudi natrijev tetrahidrid borat služi kot redukcijsko sredstvo in stabilizator za nastale nanodelce.

Študija mehanizma rasti nanodelcev je pokazala, da ima v primeru uporabe borohidrida glavno vlogo agregacija nastalih grozdov. Prej je veljalo, da po La Mera-Dinegerjevem modelu glavno število koloidnih delcev nastane v kratkem času nukleacije, nadaljnja rast pa nastane zaradi zmanjšanja srebrovih ionov na površini delcev (kot pri citratna metoda). Študije so pokazale, da se koncentracija srebrovih ionov v raztopini med celotno rastjo nanodelcev ne spreminja. To dokazuje, da zaradi redukcije srebra na površini grozdov ne more priti do rasti delcev. Povečanje velikosti delcev nastane zaradi agregacije grozdov med razgradnjo borohidrida, ko se stabilizacijski učinek natrijevega tetrahidrid borata zmanjša.

Napredek

1. 5 ml 1x10 -3 mol/l AgNO 3, pripravljenega v destilirani vodi, vlijemo v 50 ml bučko.

2. V kozarec odmerimo 15 ml 2x10 -3 mol/l NaBH 4 in ga ohladimo na 0C 0 ter postavimo v kristalizator z ledom.

3. Ohlajen NaBH 4 vlijemo v bučko z AgNO 3 in hitro premešamo, močno stresamo, kar pripomore k nastanku monodisperznih delcev.

Nastala rumena raztopina kaže en sam absorpcijski vrh z valovno dolžino približno 400 nm. Kot je pokazala transmisijska elektronska mikroskopija, so nastali nanodelci sferične oblike, s premerom 1-50 nm, pri nekaterih zdravilih pa 1-10 nm. Sferično obliko nanodelcev označuje rumena barva raztopine. Nastali delci so stabilni, se ne usedejo in ne spremenijo barve več tednov.

Obdelava rezultatov

S spektrofotometrom določite ekstinkcijski koeficient in uporabite formulo

C ext =24 πRε 3/2 m /λε (1)

(kjer je R polmer nanodelca, εm dielektrična konstanta medija, ε dielektrična konstanta delcev, λ valovna dolžina vpadne svetlobe, C ext ekstinkcijski koeficient) ocenite velikost nanodelca .

Kontrolna vprašanja

1.Kaj pojasnjuje pojav odvečne površinske energije na površini nanodelcev?

2. Kateri pojav imenujemo površinska plazmonska resonanca?

3. Kaj imenujemo koeficient molarne ekstinkcije in kako izračunati njegovo vrednost z uporabo Lambert-Beerovega zakona?

4. Kateri pojav imenujemo velikansko Ramanovo sipanje in kje se uporablja?

5. Kako nastane površinski plazmonski polariton in kje ga je mogoče uporabiti?

6.Kateri fizikalni in kemijski pojavi se lahko zgodijo z molekulami snovi, adsorbiranimi na površini nanodelcev srebra pod vplivom površinske plazmonske resonance?

7. Kaj pojasnjuje povečano baktericidno delovanje nanodelcev srebra?

8. Po kakšnem mehanizmu pride do redukcije nanodelcev srebra s pomočjo citratnega aniona?

9. Kateri proces vodi do rasti nanodelcev srebra med redukcijo srebrovih ionov z natrijevim tetrahidrid boratom?

10. Katere druge metode pridobivanja nanodelcev srebra poznate?

Seznam uporabljenih virov

1. Krutyakov Yu.A., Kudrinsky A.A., Olenin A.Yu., Lisichkin G.V. Uspehi kemije, 2008, v. 77, št.

Laboratorijsko delo №4

Ustvarjanje dielektričnih nanoslojev na prevodnem substratu in proučevanje njihovih dielektričnih lastnosti

Cilj dela:

Uporabljena oprema: Magnetno mešalo. Centrifuga. Naprava za merjenje električnih lastnosti. Butil acetat. Poliuretanska pena.

Vaja: Izdelajte kondenzator na osnovi nanoplasti na prevodnem substratu. Raziščite dielektrične lastnosti.

Priprave na opravljanje dela:

Kratek teoretični uvod

Vloga tehnologije tankih filmov v proizvodnji integriranih vezij

Integrirana elektronika se ne razvija kot novo ali ločeno področje tehnologije, ampak s posploševanjem številnih tehnoloških tehnik, ki so se prej uporabljale v proizvodnji diskretnih polprevodniških naprav in v proizvodnji filmskih prevlek z zgornjim premazom.

V skladu s tem sta bili v integrirani elektroniki opredeljeni dve glavni smeri: polprevodniška in tankoplastna. Ustvarjanje integriranega vezja na enojni monokristalni polprevodniški (zaenkrat samo silicijevi) rezini je naravni razvoj Znano je, da so se tehnološki principi ustvarjanja polprevodniških naprav, razviti v zadnjih desetletjih, izkazali v delovanju.

Tankoslojna smer integrirane elektronike temelji na zaporedni rasti filmov različne materiale na skupni podlagi (substratu) s hkratnim oblikovanjem mikro delov (upori, kondenzatorji, kontaktne ploščice itd.) in povezav znotraj vezja iz teh filmov.

Relativno nedavno so polprevodniški (trdni) in tankoslojni hibridni IC veljali za konkurenčne smeri v razvoju integrirane elektronike. V zadnjih letih je postalo očitno, da se ti dve smeri sploh ne izključujeta, temveč se, nasprotno, medsebojno dopolnjujeta in bogatita. Poleg tega do danes niso bila ustvarjena integrirana vezja, ki bi uporabljala katero koli vrsto tehnologije (in očitno za to ni potrebe). Tudi monolitna silicijeva vezja, izdelana predvsem s polprevodniško tehnologijo, istočasno uporabljajo metode, kot je vakuumsko nanašanje filmov iz aluminija in drugih kovin, za izdelavo povezav v vezju, torej metode, na katerih temelji tehnologija tankih filmov.

Velika prednost tankoplastne tehnologije je njena fleksibilnost, ki se izraža v zmožnosti izbire materialov z optimalnimi parametri in lastnostmi ter pridobitve dejansko poljubne konfiguracije in parametrov pasivnih elementov. V tem primeru se lahko tolerance, s katerimi se vzdržujejo posamezni parametri elementov, povečajo na 1-2%. Ta prednost je še posebej učinkovita v primerih, ko sta točna vrednost ocen in stabilnost parametrov pasivnih komponent kritična (na primer pri izdelavi linearnih vezij, uporovnih in RC vezij, nekaterih vrst filtrov, fazno občutljivih in selektivna vezja, generatorji itd.).

Zaradi nenehnega razvoja in izboljšav obojega

polprevodniške in tankoslojne tehnologije, pa tudi zaradi vse večje kompleksnosti IC, kar se odraža v povečanju števila komponent

in zapletenosti funkcij, ki jih opravljajo, je pričakovati, da bo v bližnji prihodnosti prišlo do procesa integracije tehnoloških metod in tehnik in bo večina kompleksnih IC izdelanih na osnovi kombinirane tehnologije. V tem primeru je mogoče pridobiti takšne parametre in takšno zanesljivost IC, ki jih ni mogoče doseči z vsako vrsto tehnologije posebej. Na primer pri izdelavi polprevodniškega IC se vsi elementi (pasivni in aktivni) izvajajo v enem tehnološkem procesu, zato so parametri elementov med seboj povezani. Aktivni elementi so odločilni, saj se običajno stičišče baza-kolektor tranzistorja uporablja kot kondenzator, območje difuzije, ki izhaja iz ustvarjanja baze tranzistorja, pa se uporablja kot upor. Nemogoče je optimizirati parametre enega elementa, ne da bi hkrati spremenili značilnosti drugih. Glede na značilnosti aktivnih elementov se lahko ocene pasivnih elementov spremenijo le s spremembo njihovih velikosti.

Pri kombinirani tehnologiji so aktivni elementi najpogosteje izdelani s planarno tehnologijo v silicijevi rezini, pasivni elementi pa so izdelani s tankoplastno tehnologijo na oksidiranem elementu za elementom (upori in včasih kondenzatorji) - površina iste silicijeve rezine. . Vendar pa sta proizvodna procesa aktivnega in pasivnega dela IC časovno ločena. Zato so lastnosti pasivnih elementov v veliki meri neodvisne in so določene z izbiro materiala, debeline filma in geometrije. Ker so tranzistorji hibridnega IC nameščeni znotraj substrata, se lahko velikost takega vezja bistveno zmanjša v primerjavi s hibridnimi IC, ki uporabljajo diskretne aktivne elemente, ki zavzamejo relativno veliko prostora na substratu.

Vezja, izdelana s kombinirano tehnologijo, imajo številne nedvomne prednosti. Na primer, v tem primeru je mogoče na majhnem območju dobiti upore z veliko vrednostjo in majhnim temperaturnim koeficientom upora, ki imajo zelo ozko širino in visoko površinsko upornost. Nadzor hitrosti nanašanja med proizvodnjo uporov omogoča njihovo izdelavo z zelo visoko natančnostjo. Za upore, pridobljene z nanašanjem filma, niso značilni uhajajoči tokovi skozi substrat tudi pri visokih temperaturah, relativno visoka toplotna prevodnost substrata pa preprečuje možnost pojava območij s povišano temperaturo v tokokrogih.

Tanki filmi se poleg proizvodnje IC z epitaksialno-planarno tehnologijo pogosto uporabljajo v proizvodnji hibridnih IC, pa tudi pri izdelavi novih vrst mikroelektronskih naprav (elektronsko sklopljenih naprav, kriotronskih polnilnikov na osnovi Josephsona). učinek, polnilniki na cilindričnih magnetnih domenah itd.).

Tankoplastna metalizacija polprevodniških naprav in

integrirana vezja

Pri izdelavi polprevodniških naprav in IC-jev za ustvarjanje ohmskih kontaktov s silicijem, medsebojnih povezav in kontaktnih ploščic ter zapornih elektrod MOS struktur so aluminijaste folije postale zelo razširjene zaradi naslednjih prednosti te kovine:

Nizki stroški Al in možnost uporabe ene kovine za vse postopke metalizacije, kar bistveno poenostavi in ​​poceni tehnologijo ter prepreči nastanek galvanskih učinkov;

Visoka električna prevodnost Al filmov, blizu električne prevodnosti razsutega materiala; enostavnost izparevanja Al v vakuumu iz volframovih lončkov in uparjalnikov z elektronskim žarkom;

Visoka oprijemljivost A1 na silicij in njegove okside; nizkoodporni stik med Al in silicijem p- in n-tipa prevodnosti;

Opazna topnost silicija v Al s tvorbo trdne raztopine, ki skoraj ne zmanjša električne prevodnosti;

Odsotnost kemičnih spojin v sistemu Al-Si;

Kemijska interakcija A1 s Si02, delno ostane na

kontaktna območja; kemična odpornost A1 v oksidativnem okolju in

odpornost na sevanje;

Enostavnost izvajanja fotolitografskih operacij za pridobitev konfiguracije prevodnih sledi z uporabo jedkalnikov, ki ne reagirajo s silicijem in silicijevim dioksidom; dobra Al duktilnost in odpornost na ciklične temperaturne spremembe.

Velikost zrn nanesenih Al filmov je bistveno odvisna od

stopnje izhlapevanja in temperature substrata. Večja kot je velikost zrn, popolnejša je kristalna struktura filma, manjša je njegova upornost, manjši je učinek elektromigracije in posledično imajo tokovne poti in ohmski kontakti daljšo življenjsko dobo. Usmerjeno rast filmov Al na neoksidiranih površinah silicija v ravnini (111) opazimo pri hitrostih nanašanja okoli 3 10-2 μm s-1 in temperaturi podlage 200-250 °C.

Za doseganje tako visokih hitrosti nanašanja filma se najpogosteje uporabljajo uparjalniki z elektronskim žarkom. V tem primeru se lahko stopnja popolnosti kristalne strukture filmov nenadzorovano spreminja zaradi dodatnega sevalnega segrevanja substratov, katerega obseg je odvisen tako od moči uparjalnika kot od materiala substrata in debeline sloja. deponiran film.

Nenadzorovane spremembe v strukturi filma nastanejo tudi zaradi

prisotnost nabitih delcev v molekularnem žarku izhlapelih hlapov Al.

Višji kot je katodni emisijski tok, večja je koncentracija nabitih delcev

in večja stopnja izhlapevanja.

Napredek

1. Vklopite laboratorijsko napajanje.

2. Pripravite poliuretansko raztopino.

2.1. V dobro zaprto posodo nalijte 200 ml butil acetata.

2.2. "Poliuretansko peno" zdrobite na premer, ki ne presega premera vratu posode, uporabljene v koraku "3".

2.3. Postopoma dodajajte zdrobljeno "poliuretansko peno" v koraku 5 k "butil acetatu", dokler raztopina ne dobi konsistence tekoče kisle smetane.

3. Vklopite centrifugo

4. Odprite centrifugo, nanesite vazelin na bronasto gobo in ga na tanko razmažite po površini.

5. Vzeli smo aluminijasto elektrodo, jo nanesli na vazelin in sredino elektrode poravnali s središčem glivice.

6. Nanesite raztopino (raztopino poliuretana v butil acetatu) na elektrodo. Porazdelite ga po celotni površini in poberite odvečno raztopino.

7. Zaženite centrifugo pri hitrosti 5000 vrt/min.

8. Po odprtju centrifuge previdno, ne da bi poškodovali plast nanesenega filma, odstranite elektrodo z nanešenim filmom.

9. Ponovite od 6 do 9 točk

10. Kombiniramo dve elektrodi z dielektričnimi filmi med seboj, tako da med njimi postavimo majhno količino butil acetata ali naše raztopine

11. Nastali kondenzator je treba postaviti pod stiskalnico za najboljše spajanje filmov

12. Odpravimo napako merilnih kontaktov na merilni napeljavi????:

12.1. Začnimo z namestitvijo

12.2. Merilne kontakte priklopimo na lovke napeljave

12.3. Pojdite v meni in izberite prvi element OFFSET

12.4. Z odprtimi kontakti odpravimo napako pri meritvah kapacitivnosti

12.5. Z zaprtimi kontakti odstranimo napako upora in induktivnosti

12.6. Izhod iz menija

13. Nastali kondenzator postavite med merilne elektrode

14. Rezultati meritev zmogljivosti so vključeni v poročilo

Laboratorijsko delo št. 5

©2015-2019 stran
Vse pravice pripadajo njihovim avtorjem. To spletno mesto ne zahteva avtorstva, vendar omogoča brezplačno uporabo.
Datum nastanka strani: 2016-04-27

IZDELEK SODOBNE NANOTEHNOLOGIJE – KOLOIDNO NANOSREBRO

Srebro je bela kovina, ki se pod vplivom kisika v zraku pri sobni temperaturi praktično ne spremeni, vendar se zaradi prisotnosti vodikovega sulfida v zraku sčasoma prekrije s temno prevleko srebrovega sulfida Ag2S:

4Ag + O2 + 2H2S = 2Ag2S + 2H2O.

Ta sulfid lahko odstranimo s površine srebrnine mehansko, z različnimi čistilnimi pastami ali finim zobnim prahom.

Srebro je stabilno v vodi, soli, razredčeno žveplova kislina in aqua regia nanj ne delujejo, saj se na površini kovine tvori zaščitni film njegovega klorida AgCl. Srebro se dobro topi le v dušikovi kislini, pri čemer nastane topen natrijev nitrat AgNO3:

Ag + 2HNO3 = AgNO3 + NO2 + H2O.

Ko raztopini srebrovega nitrata dodamo alkalijo, se sprosti temno rjava oborina srebrovega oksida Ag2O:

2AgNO3 + 2NaOH = 2NaNO3 + Ag2O + H2O.

Osnovne telesne in mehanske lastnosti srebro:

Atomska masa ……………………………………………………107, 87 Gostota, g/cm3 …………………………………………………… …… …10, 49 Temperatura, OS: taljenje................…………………………………………960, 5 vrelišče…………… ………………………………………… 2210 Latentna talilna toplota, cal/g………………….. 25 Specifična toplota, cal / (mesto) … ……….. 0,056 Električna upornost, µOhm. cm......1, 62 Toplotna prevodnost, cal/ (glej sek. stopinj)..........0, 974

• Baktericidne lastnosti srebra so znane že od antičnih časov. Že v stari Indiji so to kovino uporabljali za razkuževanje vode, perzijski kralj Kir pa je vodo hranil v srebrnih posodah.

Zgodovinar starodavnega sveta Herodot navaja podatek, da je v 5. stoletju pred našim štetjem perzijski kralj Kir med svojimi pohodi uporabljal pitno vodo, shranjeno v srebrnih »svetih posodah«. V hindujskih verskih knjigah se omenja razkuževanje vode s kratkim potopitvijo vročega srebra vanjo ali kot posledica dolgotrajnega stika s to kovino v normalnih pogojih.

V nekaterih deželah je obstajala navada, da so ob posvečevanju vodnjakov v vodo metali srebrnike, s čimer so izboljšali kakovost vode, in tudi hranili vodo v srebrnih posodah. Ameriški raziskovalci med potovanjem v mleko pogosto dajo srebrne dolarje, da preprečijo, da bi se skisalo.

• Srebro je postalo razširjeno pri zdravljenju ran med velikim domovinska vojna. Srebrno vodo so uporabljali pri zdravljenju fistul in razjed, ki so nastale kot posledica kostne tuberkuloze in tuberkuloze limfnih žlez z razpadom in gnojenjem. Rezultati zdravljenja so bili praviloma pozitivni: razjede in fistule, ki se pri nekaterih bolnikih niso zaprle več let, kljub sistematičnemu zdravljenju s kremenom, ribjim oljem, mazilom Višnevskega in drugimi zdravili, so se po uporabi srebrne vode popolnoma zaprle in zacelile.

Francoski zdravnik velja za pionirja raziskovanja srebra Beignet Crede, ki je konec 19. stoletja poročal o uspehu pri zdravljenju sepse s srebrovimi ioni. V nadaljevanju raziskav je ugotovil, da srebro ubije bacil davice v treh dneh, stafilokoke v dveh dneh in povzročitelja tifusa v enem dnevu.

• Ob koncu 19. stoletja je švicarski botanik Karl Nagel ugotovil, da je vzrok smrti mikrobnih celic učinek srebrovih ionov nanje. Srebrovi ioni delujejo kot zaščitniki, uničujejo patogene bakterije, viruse in glivice. Njihovo delovanje se razširi na več kot 650 vrst bakterij (za primerjavo, spekter delovanja katerega koli antibiotika je 5–10 vrst bakterij). Zanimivo je, da koristne bakterije ne umrejo, kar pomeni, da se disbakterioza, tako pogosta spremljevalka zdravljenja z antibiotiki, ne razvije.

Hkrati srebro ni le kovina, ki lahko ubije bakterije, ampak tudi mikroelement, ki je nujna sestavina tkiv katerega koli živega organizma. IN dnevni obrokčlovek naj bi v povprečju vseboval 80 mcg srebra. Pri uživanju ionskih raztopin srebra se ne uničijo samo patogene bakterije in virusi, ampak se aktivirajo tudi presnovni procesi v človeškem telesu in poveča imunost.

• Leta 1942 angleški vodnik R. Benton uspelo ustaviti epidemijo kolere in dizenterije, ki je divjala med gradnjo ceste Burma–Asam. Benton je vzpostavil oskrbo delavcev s čisto pitno vodo, razkuženo z elektrolitskim raztapljanjem srebra (koncentracija srebra 0,01 mg/l).

Ko so proučevali baktericidne lastnosti srebra, se je izkazalo, da imajo pri tem odločilno vlogo pozitivno nabiti srebrovi ioni Ag+. Ionizacija srebra poveča aktivnost v vodnih raztopinah. Srebrovi kationi zavirajo aktivnost encima, ki zagotavlja presnovo kisika v najpreprostejših mikroorganizmih, patogenih bakterijah, virusih in glivah (približno 700 vrst patogene "flore" in "favne"). Hitrost uničenja je odvisna od koncentracije srebrovih ionov v raztopini: E. coli na primer pogine po 3 minutah pri koncentraciji 1 mg/l, po 20 minutah pri 0,5 mg/l, po 50 minutah pri 0,2 mg/l. l, po 2 urah - pri 0,05 mg / l. Hkrati je dezinfekcijska sposobnost srebra višja od karbolne kisline, sublimata in celo tako močnih oksidantov, kot so klor, belilo in natrijev hipoklorid.

• Srebro ni le kovina, ampak pomemben mikroelement za telo, potreben za normalno delovanje endokrinih žlez, možganov in jeter. Toda srebro je težka kovina in njegove nasičene raztopine za človeka niso uporabne: največja dovoljena koncentracija srebra je 0,05 mg/l. Pri zaužitju 2 g srebrovih soli se pojavijo toksični učinki, pri odmerku 10 g pa je verjetna smrt. Poleg tega se lahko kovina postopoma kopiči v telesu, če je največji odmerek prekoračen več mesecev.

Visoka biološka aktivnost mikroelementov-kovin v telesu je povezana predvsem z njihovo udeležbo pri sintezi nekaterih encimov, vitaminov in hormonov. Po navedbah A.I. Voinara, Dnevna prehrana povprečnega človeka naj bi vsebovala 80 mcg srebrovih ionov. Ugotovljeno je bilo, da je vsebnost srebra v telesu živali in ljudi 20 mcg na 100 g suhe snovi. S srebrom so najbolj bogati možgani, žleze z notranjim izločanjem, jetra, ledvice in kosti okostja.

• Srebrni ioni sodelujejo pri presnovnih procesih v telesu. Odvisno od koncentracije lahko njegovi kationi stimulirajo ali zavirajo delovanje številnih encimov. Pod vplivom srebra se intenzivnost oksidativne fosforilacije v možganskih mitohondrijih podvoji, poveča pa se tudi vsebnost nukleinskih kislin, kar izboljša delovanje možganov.

Pri inkubaciji različnih tkiv v fiziološki raztopini, ki vsebuje 0,001 μg srebrovega kationa, se absorpcija kisika v možganskem tkivu poveča za 24 %, v miokardu za 20 %, v jetrih za 36 % in v ledvicah za 25 %. Povečanje koncentracije srebrovih ionov na 0,01 μg je zmanjšalo stopnjo absorpcije kisika v celicah teh organov, kar kaže na sodelovanje srebrovih kationov pri uravnavanju presnove energije.

• V virusološkem laboratoriju Kijevska državna univerza Raziskave so bile izvedene za preučevanje fizioloških učinkov srebra. Ugotovljeno je bilo, da so odmerki srebra 50; 200 in 1250 µg/l ugodno vplivata na poskusne živali. Podgane, ki so pile vodo, ki je vsebovala srebrove ione, so pridobivale na teži in se razvijale hitreje kot živali v kontrolni skupini. S spektralno analizo smo v jetrih poskusnih živali ugotovili 20 μg srebra na 100 g suhe teže, kar je ustrezalo normalni vsebnosti srebra v jetrih podgan.

Te študije so dokazale, da so odmerki srebra 50–250 μg/l fiziološki in ob dolgotrajni uporabi nimajo škodljivih učinkov na telo. Do istega zaključka so prišli številni raziskovalci, ki so preučevali vpliv srebra, danega v odmerkih, ki znatno presegajo največje dovoljene, na organe in sisteme ljudi in živali. Tako so patohistološke študije poskusnih živali, ki so prejemale srebro v odmerkih 20.000–50.000 μg/l s pitno vodo, pokazale, da se ob dolgotrajnem vnosu ionskega srebra v telo kopiči v tkivih telesa. Vendar odlaganja srebra v tkivih niso spremljale vnetne in destruktivne spremembe notranji organi.

• Raziskovanje A.A. Maslenko prikazano, to dolgotrajna uporabaČlovek, ki pije vodo, ki vsebuje 50 µg/l srebra (najvišja dovoljena koncentracija), ne povzroča odstopanj od norme v delovanju prebavnih organov. V krvnem serumu niso opazili sprememb v aktivnosti encimov, ki označujejo delovanje jeter. Tudi pri 15-dnevnem pitju vode, obdelane s srebrom v odmerku 100 µg/l, to je v koncentracijah, ki so bile dvakrat višje od dovoljenih, v stanju drugih človeških organov in sistemov ni bilo ugotovljenih patoloških sprememb.

Poudariti je treba, da lahko dolgotrajna uporaba velikih odmerkov srebra - koncentracija raztopine 30 - 50 mg/l 7-8 let v medicinske namene, pa tudi pri delu s srebrovimi spojinami v industrijskem okolju povzroči odlaganje srebra v koži in sprememba barve kože - argirija, poklicna bolezen draguljarjev (»strojenje«), ki je posledica fotokemične redukcije srebrovih ionov. Pri pregledu številnih bolnikov s simptomi argirije niso odkrili nobenih sprememb v funkcionalnem stanju organov in sistemov, pa tudi v biokemičnih procesih, ki se pojavljajo v telesu; poleg tega so vsi ljudje z znaki argirije pokazali odpornost na večino virusov in bakterijske okužbe.

• Na razvoj argirije močno vplivajo individualna nagnjenost telesa k srebru, kvalitativni in kvantitativni kazalniki imunosti ter drugi dejavniki. Posredni dokaz za to je lahko dejstvo, da so odmerki, ki lahko povzročijo argirijo, različni. V literaturi obstajajo navedbe, da se pri nekaterih ljudeh argirija ne pojavi niti ob jemanju velikih odmerkov srebra. Po mnenju Woodwarda R.L. in drugi raziskovalci odmerki srebra 50–200 μg/l izključujejo možnost argirije.

Pri preučevanju učinka srebrovih pripravkov na človeško telo so opazili njegov stimulativni učinek na hematopoetske organe, ki se kaže v izginotju mladih oblik nevtrofilcev, povečanju števila limfocitov in monocitov, eritrocitov in hemoglobina ter upočasnitvi ESR.

• V zadnjih letih so se v znanstveni literaturi pojavili dokazi, da je srebro močan imunomodulator, primerljiv s steroidnimi hormoni. Ugotovljeno je bilo, da lahko srebro, odvisno od odmerka, spodbuja in zavira fagocitozo. Pod vplivom srebra se poveča število imunoglobulinov razredov A, M, G in odstotek absolutnega števila T-limfocitov.

Tako se v luči sodobnih predstav srebro obravnava kot element v sledovih, ki je potreben za normalno delovanje notranjih organov in sistemov ter močno orodje, ki povečuje imuniteto in aktivno vpliva na patogene bakterije in viruse. V koncentraciji 0,05–0,1 mg/l deluje srebro pomlajevalno na kri in blagodejno vpliva na potek fizioloških procesov v telesu.

“Kemija in življenje” št. 1, 2010

Pravijo, da je nanotehnologija naša prihodnost. Pravzaprav jih uporabljamo že dolgo, samo ne vemo, da so »nano«. Poleg tega so nanotehnologijo uporabljali že pred tri tisoč leti. Članek govori o tem, kako so mojstri in znanstveniki iz različnih časov in ljudstev manipulirali z nanoobjekti, ne da bi se še zavedali, da počnejo prav to. In če si njihove tehnologije zaslužijo modno predpono »nano«, potem sodobni kemiki (glej članek odgovornega urednika v isti številki) ne smejo zamuditi te priložnosti.

Utemeljitelj nanotehnologije je slavni ameriški fizik in Nobelov nagrajenec Richard Feynman. O posledicah brezmejne miniaturizacije s stališča teoretične fizike je podrobneje razpravljal v svojem znamenitem govoru pred Ameriškim fizikalnim društvom decembra 1959. Res je, da je bil izraz "nanotehnologija" uveden pozneje in se je razširil šele v zadnjih letih.

Da pa imajo majhni delci različnih snovi drugačne lastnosti kot ista snov z večjimi delci, je znano že dolgo časa. Ljudje so se ukvarjali z nanotehnologijo in o tem niso imeli pojma. Seveda ne moremo govoriti o široki in zavestni uporabi takšnih tehnologij, saj se je v mnogih primerih skrivnost proizvodnje preprosto prenašala iz generacije v generacijo, ne da bi se spuščali v razloge za edinstvene lastnosti, ki so jih materiali pridobili.

Starodavni Egipt

Nedavne študije pokopa, ki jih je izvedel dr. Philip Walter iz Centra za raziskave in restavriranje francoskih muzejev, so pokazale, da so nanotehnologijo uporabljali za barvanje las v črno v starem Egiptu. Skupina raziskovalcev ni preučevala le vzorcev las iz starodavnih egipčanskih pokopov, ampak jih je v seriji poskusov tudi reproducirala starodavna tehnologija obarvanje (slika 1). Pred tem je veljalo, da so Egipčani uporabljali predvsem naravne rastlinske barve - kano in basmo. Izkazalo pa se je, da so bili lasje pobarvani na črno s pasto iz apna Ca(OH) 2, svinčevega oksida PbO in majhne količine vode. V procesu barvanja so nastali nanodelci galenita (svinčev sulfid).

Naravno črno barvo las zagotavlja pigment melanin, ki je v obliki vključkov razporejen v keratinu las. Staroegipčanski frizerji so uspeli doseči, da je barvna pasta reagirala z žveplom, ki je del keratina, in nastali so do pet nanometrov veliki delci galenita. Zagotavljajo enakomerno in stabilno barvanje. V tem primeru je proces prizadel samo lase, svinčeve spojine pa niso prodrle v lasišče.

Stari Rim

Likurgova skodelica (IV. stoletje pr. n. št.) je eno od izjemnih del starorimskih steklopihalcev, ki jih hrani Britanski muzej. Ta skodelica je nenavadna ne samo po svojih optičnih lastnostih, ampak tudi po tehniki izdelave, edinstveni za tiste čase. Mat zelena skleda postane rdeča, ko je osvetljena od znotraj (slika 2). Prva analiza fragmenta Lycurgusove skodelice je bila opravljena v laboratorijih General Electrica leta 1959 - znanstveniki so poskušali ugotoviti, kaj je ta edinstvena barvna snov. Kemična analiza je pokazala, da čeprav je skleda izdelana iz navadnega natrijsko-apneno-kremenčevega stekla, vsebuje približno 1% zlata in srebra ter 0,5% mangana. Istočasno so raziskovalci predlagali, da koloidno zlato zagotavlja nenavadno barvo in učinek razprševanja stekla (slika 2). Očitno je bila tehnologija za proizvodnjo takega materiala zelo zapletena.

Kasneje, ko so raziskovalne tehnike postale naprednejše, so znanstveniki z uporabo elektronskega mikroskopa in rentgenskih difrakcijskih vzorcev odkrili delce zlata in srebra velikosti od 50 do 100 nm. Ti so bili zaslužni za nenavadno obarvanost skodelice. Profesor Harry Atwater je v svojem preglednem članku o plazmonih, objavljenem v aprilski številki " Scientific American" 2007, je ta pojav pojasnil takole: "Zahvaljujoč plazmoničnemu vzbujanju elektronov kovinskih delcev, porazdeljenih v steklu, posoda absorbira in razprši modro in zeleno sevanje vidnega spektra (to je relativno kratki valovi). Ko je vir svetlobe zunaj in vidimo odbito svetlobo, plazmonično sipanje povzroči skledo zelenkaste barve, in ko je vir svetlobe znotraj sklede, je videti rdeče, saj steklo absorbira modro in zeleno komponento spektra, daljša rdeča pa prehaja skozenj.«

Vitraž

Svetle barve vitražov, ki krasijo templje srednjeveške Evrope, nas še danes navdušujejo. Raziskave so pokazale, da so steklo barvali z dodajanjem nanodelcev zlata in drugih kovin. Zhu Huai Yong s tehnološke univerze v Queenslandu (Avstralija) je predlagal, da vitraži niso le umetniška dela, ampak v sodobnem znanstvenem jeziku tudi fotokatalitični čistilci zraka, ki odstranjujejo organska onesnaževala. Isti zlati nanodelci so služili kot katalizatorji. Znanstvenik je dokazal, da se drobni delci zlata na površini stekla, ko so izpostavljeni sončni svetlobi, vznemirijo in lahko uničijo organske onesnaževalce (tiste, ki so jih dosegli). Poleg tega še danes ohranjajo svojo katalitično aktivnost.

»Ko zlato zmeljemo v nanodelce, postane zelo reaktivno, ko je izpostavljeno sončni svetlobi. Elektromagnetna nihanja sončnega sevanja resonirajo z nihanji elektronov nanodelcev zlata. Posledično se celotno magnetno polje na površini nanodelcev zlata večstokrat poveča in uniči medmolekularne vezi onesnaževal, ki jih vsebuje zrak.« Profesor Zhu nakazuje, da je bil stranski produkt teh reakcij ogljikov dioksid, ki je v majhnih količinah relativno neškodljiv.

Trenutno je podobna tehnologija osnova za ustvarjanje učinkovitih čistilcev zraka. Za delovanje potrebujejo le sončno svetlobo za segrevanje nanodelcev zlata, medtem ko običajni čistilci (običajno uporabljajo titanov oksid in srebro) potrebujejo veliko več energije za ogrevanje celotnega katalizatorja.

Vzhod je občutljiva zadeva

Med križarskimi vojnami so Evropejci naleteli na rezila iz damaščanskega jekla z edinstvenimi lastnostmi. Evropski orožarji niso znali izdelati takih rezil. Imele so značilen valovit vzorec na površini - imenovan damast po tkanju tkanine - nenavadne mehanske lastnosti (prožnost in trdota) ter izjemno ostro rezilo.

Domneva se, da so bila damaščanska rezila skovana iz majhnih "pit" jekla (imenovanih wootz), proizvedenih v starodavni Indiji. Zapletena termomehanska obdelava, kovanje in žarjenje, uporabljena za izdelavo wuza, je jeklu dala nenavadne lastnosti in zagotovila njegovo izjemno kakovost. Najpogosteje v literaturi najdete »recept« za proizvodnjo wootza, ki je bil v uporabi v Salemu in delih Mysoreja (Južna Indija).

Kos taljivega železa, pridobljenega iz magnetne rude, ki tehta približno funt, se fino zdrobi, navlaži in položi v šamotno kovačnico, pomešano z drobno narezanimi kosi lesa ranavara ( Cassia auriculata, drevo iz družine stročnic). Po taljenju v kovačnici so odprti lonci pokriti z zelenimi listi Calotropis ( Calotropis gigantea), nanje polagajo pogačice iz gline, do trdega posušene na soncu. Zelenih listov ne moreš zamenjati z ogljem, ne bo prav izpadlo. Dva ducata takšnih loncev (lončkov) postavimo na dno pečice, v kateri se toplota vzdržuje z mehovi iz volovskih mehurjev. Kurivo je bilo predvsem oglje in na soncu sušeni goveji iztrebki. Po dveh do treh urah taljenja lončke ohladimo, jih razrežemo in iz njih vzamemo obdelovanec v obliki in velikosti polovice jajca. Po zapisih slavnega popotnika in trgovca Jean-Baptista Tavernierja so najboljše priprave za jeklo izdelovali v bližini Golconde (osrednja Indija). Bili so veliki kot majhna pita in so zadostovali za izdelavo dveh mečev.

Znanstveniki z univerze v Dresdnu (Nemčija) so pred štirimi leti z elektronskim mikroskopom visoke ločljivosti pregledali vzorec jekla, ki ga je iz pristne sablje iz Damaska ​​vzel slavni orožar iz sedemnajstega stoletja Assad Ullah. V strukturi materiala so odkrili ogljikove nanocevke. Znanstveniki so že večkrat poskušali ugotoviti mikrostrukturo damaščanskega jekla, a tokrat so vzorce najprej jedkali klorovodikova kislina, in to je tisto, kar je dalo nepričakovane rezultate. Po obdelavi so bile odkrite neporušene strukture cementita (železov karbid, ki utrjuje jeklo). To je fizikom omogočilo domnevo, da so cementitna vlakna zaprta v ogljikove nanocevke (slika 3), ki jih ščitijo pred raztapljanjem v klorovodikovi kislini.

Od kod nanocevke v jeklu iz Damaska? Nastali so iz ogljikovodikov znotraj mikropor, katalizator pa so lahko vanadij, krom, mangan, kobalt, nikelj in nekatere redke zemeljske kovine, ki jih vsebuje ruda. Med proizvodnjo damaščanskega jekla je bila temperatura obdelave nižja od standardne - 800°C. Pri ciklični toplotni obdelavi so bile pridobljene ogljikove nanocevke, ki so bile nato pretvorjene v nanovlakna in velike delce cementita (Fe 3 C). Ciklična strojna obdelava (kovanje) in podobno temperaturni režim postopoma porazdeljene ogljikove nanocevke v ravninah, vzporednih z ravnino kovanja, zaradi česar je mikrostruktura jekla drobnozrnata in lamelarna. Dejansko, kot so pokazale nedavne raziskave znanstvenikov s tehnične univerze v Dresdnu, mikrostrukturo cementita predstavljajo nanovlakna.

Avtorji študije verjamejo, da je posebna plastna struktura damaščanskih rezil povezana tudi z nečistočami, ki jih vsebuje ruda iz redkih indijskih nahajališč. Zmanjševanje zalog te rude je povzročilo, da številni orožarji, ki takrat še niso poznali legirnih elementov, niso mogli pridobiti damaščanskega jekla, po izčrpanju rudnikov ob koncu 18. stoletja pa ga nihče ni mogel popolnoma obnoviti. . Kljub poznavanju starodavnega recepta evropski puškarji niso mogli izdelati pravega damaščanskega jekla, ki je imelo edinstvene lastnosti zahvaljujoč nanostrukturam.