Антибактеріальні властивості колоїдів НЧС

ЗМІСТ

ВСТУП.. 6

Мета роботи.. 7

Актуальність роботи.. 7

Практичне значення. 7

Стуктура та обсяг роботи.. 7

РОЗДІЛ 1 МЕТОДИ СИНТЕЗУ ТА ВЛАСТИВОСТІ НАНОЧСТИНОК СРІБЛА (ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ). 8

1.1 Методи синтезу НЧС.. 8

1.2 Антибактеріальні властивості колоїдів НЧС.. 11

Противірусна активність НЧС.. 13

1.3 Застосування НЧС.. 24

1.3.1. Використання НЧС у фотодинамічній терапії 25

1.4. Ag-вмісні наноструктури на основі нанокристалічного оксиду заліза. 27

1.5. Вплив НЧС на організм людини.. 29

РОЗДІЛ 2 МЕТОДИ ТА МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕННЯ.. 32

2.1 Синтез магнітної рідини.. 35

2.2 Синтез композиту Fe₃O₄@Ag. 35

2.3 Спектрофотометричний аналіз. 36

2.4 Просвічуюча електронна мікроскопія. 36

2.5 Інфрачервона Фур’є-спектроскопія. 36

3.2. Синтез магніточутливих наноструктур на основі Fe₃O₄/Ag. 49

РОЗДІЛ 4 ОХОРОНА ПРАЦІ. 55

4.1 Виявлення та аналіз ШНВФ на проектному об’єкті (в умовах виконання експериментальної частини науково-дослідної роботи). 55

4.1.1 Повітря робочої зони.. 55

4.2 Виробниче освітлення. 58

4.3 Захист від виробничого шуму та вібрації 59

4.4 Електробезпека. 60

4.5 Безпека в надзвичайних ситуаціях. 62

4.6 Атестація робочого місця дослідника в лабораторії 62

4.7 Пожежна безпека. 63

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.. 66

 

 

 

ВСТУП

Розвиток нанотехнологій веде до появи безлічі матеріалів, які містять нанорозмірні частинки. В даний час обсяг промислового виробництва різноманітних наночастинок становить вже сотні тисяч тонн. У нанорозмірному стані багато речовин набувають нових властивостей і стають в біологічному відношенні вельми активними. Це, з одного боку, відкриває нові можливості використання наноматеріалів в галузі біомедицини, фармакології, виробництві продуктів харчування, при вирішенні екологічних та сільсько-господарських проблем.

Отримання стабільних концентрованих водних дисперсій із заданими фізико-хімічними властивостями на базі наночастинок срібла є необхідною стадією при створенні наноструктурних матеріалів, що застосовуються в мікроелектроніці, електрохімії, при синтезі оптико електронних сенсорів, пігментів ін. У зв'язку з бактерицидними властивостями іонів срібла його нанодісперсіі можуть служити основою для створення нових класів бактерицидних препаратів, різного роду лікарських речовин.

Головним питанням залишається можливість отримання дисперсної системи з необхідною стійко стю в часі і до дії зовнішніх чинників.

У зв'язку з цим метою даної роботи було изу чення впливу умов синтезу наночастинок срібла на стійкість нанодісперсій срібла. Для характеристики властивостей синтезованих нанодисперсних систем срібла використовувався ряд методів, в тому числі просвітчаста електронна ми кроскопія.

З відкриттям антибіотиків і сульфаніламідів інтерес до препаратів срібла дещо знизився.

В останні роки протимікробні властивості срібла знову стали привертати до себе увагу. Це пов'язано із зростанням алергічних ускладнень антибактеріальної терапії, токсичною дією антибіотиків на внутрішні органи і придушенням імунітету, виникненням грибкового ураження дихальних шляхів і дисбактеріозу після тривалої антибактеріальної терапії, а також появою стійких штамів збудників до використовуваних антибіотиків.

Підвищений інтерес до срібла виник знову у зв'язку з виявленим його дією в організмі як мікроелемента, необхідного для нормального функціонування органів і систем, імунокоригуючими, а також потужними антибактеріальними та противірусними властивостями.

Мета роботи

Метою роботи є проведення різноманітних видів синтезу наночастинок срібла (НЧС), дослідження властивостей колоїдних розчинів НЧС та їх біомедичне використання.

Актуальність роботи

Вивчення процесу синтезу та властивостей готового продукту наночастинок срібла є доцільним та перспективним, бо з цим пов’язано вирішення проблем нанобіобезпечності пов'язане з визначенням пріоритетних техногенних наночастинок, що можуть завдати шкоду організму.

Практичне значення

Знаходження оптимальних методів синтезу наночастинок срібла (НЧС) з метою їх використання в медицині, промисловості та у повсякденному житті.

Завдяки вивченню та аналізу синтезу можна адаптувати форму та розміри НЧС під певні потреби.

Стуктура та обсяг роботи

Даний диплом складається з 65 сторінок., 6 таблиць, 18 рисунків та 29 джерел

РОЗДІЛ 1
МЕТОДИ СИНТЕЗУ ТА ВЛАСТИВОСТІ НАНОЧСТИНОК СРІБЛА (ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ)

Наночастинки і наноматеріали володіють комплексом фізичних, хімічних властивостей, а, також біологічною дією, що радикально відрізняється від властивостей цієї реяовини в формі суцільних фаз або макроскопічних дисперсій.

Серед наноматеріалів особливу увагу привкртають до себе НЧС. Їх виготовляють у вигляді водних або органічних колоїдних дисперсій, стабілізованих поверхнево активними речовинами (ПАР)

Згідно з різними методиками та підходами синтезу НЧС можливо синтезувати наночастинки різних форм і розмірів.

Наносрібло застосовують для надання антимікробних, антисептичних властивостей різним поверхням і матеріалам, предметам побутового вжитку, косметичним засобам, системам очистки води та повітря, упаковкам для харчових продуктів, перев’язувальним матеріалам в медицині.

У літературі наведені приклади успішного застосування нанопрепаратів срібла при лікування хворих на остеомієліт, опіковиих, гнійних ран, захворювання органів малого тазу.

Наночастинки срібла зазвичай мають розміри до нм та включають в себе 20-15000 атомів срібла.

Методи синтезу НЧС

Різномаїття методів синтезу НЧС дають змогу коригувати час, розмір, форму, а, значить і змогу маніпулювати властивостями даного матеріалу.

Успіхи в науковому дослідженні та використанні наночастинок металів (НМ) значно залежать від можливостей методів синтезу – від того, чи дає змогу вибраний метод отримувати НМ, які задовольняють вимоги конкретного наукового чи практичного завдання нанотехнологій. Однією з основних особливостей НМ є хімічна активність, зумовлена їхньою підвищеною здатністю до іонного чи атомного обміну, адсорбції на різноманітних поверхнях, до утворення поверхневих зв’язків з іншими адсорбувальними частинками та ін. Висока реакційна здатність НМ спричиняє їхню нестабільність, тому важливою проблемою є синтез НМ заданого розміру, які протягом достатньо тривалого часу зберігають високу хімічну або біологічну активність. У разі хімічного синтезу НМ використовують різноманітні варіанти, що відрізняються типом відновника і системи, у якій відбувається процес.

До них відносяться традиційні методи, такі, як цитратний, боргідридний, синтез в двофазних водно-органічних системах, синтез в зворотніх міцелах. Та нетрадиційні методи, що включають в себе наявність специфічної апаратури та хімічних реагентів, а саме, метод лазерної абляції, радіолітичний метод, вакуумне випарювання металу, та біологічний синтез.

Цитратний метод отримання, що розроблявся Туркевичем наночастинок золота, застосовний і до отримання наночастинок срібла. Але, оскільки срібло активний метал, то синтез наночастинок срібла відбуваєтьсябільш складно через здатність срібла до швидкого окислення іагрегації. Для посилення стійкості колоїдних розчинів срібла наночастинки необхідно стабілізувати. У цитратному методі отримання наночастинок срібла і відновником і стабілізатором служить цитрат-аніон, одержуваний при розчиненні у воді трехзаміщенній натрієвій солі лимонної кислоти. При нагріванні розчину і окисленні цитрат-аніону утворюється ацетондікарбонові і ітаконовою кислоти. Цікавість цього методу полягає в тому, що цитрат йон виступає і відновником і стабілізатором.

Ag⁺ + R

Ag + R à Ag_x ------------------à Ag_m ----------à Ag_n

Де, Ag_x - кластери срібла (< 1нм), Ag_m- первинні часточки стабілізовані цитратом, Ag_n – кінцеві часточки, R – відновиник.

На кінетику утворення і ріст НМ, а відповідно, і дисперсність, впливає природа й концентрація відновника. Зменшенню середніх розмірів НМ сприяє зниження концентрації речовин, які реагують, і температури розчину, уведення в нього комплексоутворювальних реагентів або поверхнево-активних речовин. Процес формування металевих колоїдів зазвичай проводять за гранично допустимої концентрації відновника, що забезпечує високу швидкість відновлення йонів металів і стабільність колоїдних НМ, які утворилися.

Синтез НЧС в розгалужених полімерних матрицях. Якщо використовувати у якості матриці неіонних розгалужених кополімерів декстран-поліакриламід утворюються стабільні золі в інтервалі температур від 0°С до 80°С. Проведення синтезу при 80°С із застосуванням лінійної матриці призводить до активної агрегації наночастинок, тому стабільний золь отримати неможливо. Золі срібла, отримані в аніонному лінійному ПАА були схильними до агрегації (утворення осаду) навіть при кімнатній температурі. В розгалужених аніонних полімерних матрицях спостерігали появу незначної кількості осаду зразу після синтезу, потім система залишалась стабільною.

 

Рис. 1 Розподіл наночастинок срібла за розмірами, синтезованих в матриці кополімеру декстран-поліакриламід а) після синтезу б) через 24 місяця

 

Антибактеріальні властивості колоїдів НЧС

Майже всі мікроорганізми здатні протистояти фармакотерапевтичним втручанням завдяки швидкій еволюції генетичних механізмів, що веде до формування резистентності та викликає необхідність перегляду стратегії й тактики застосування антибіотиків. На сучасному етапі змінилися вимоги не тільки до антибіотиків, а й до антисептичних препаратів, які мають бути потужними, тривало діючими, активними проти резистентних штамів мікроорганізмів і при цьому не порушувати мікробіоценоз шкіри, особливо стабільність резидентної популяції мікробів. Водночас великі фармацевтичні компанії втрачають інтерес до розробки нових протимікробних засобів, переводять свої капіталовкладення в набагато вигідніші дослідження, що зменшує появу нових хіміотерапевтиків та антисептиків на фармацевтичному ринку. Нові нетрадиційні рішення потрібні для подолання таких проблем. У цьому зв'язку інтерес викликають розробки на основі нанотехнологій. Як відомо, фізико-хімічні та біологічні властивості наночастинок (НЧ) відрізняються від їхніх макроаналогів за рахунок збільшення хімічного потенціалу, великої питомої поверхні та, як наслідок, високої проникаючої здатності та адсорбційної активності. Така модифікація властивостей забезпечує високий ушкоджуючий ефект НЧ тих речовин, які в звичайному стані мають антимікробну активність, причому виразність протимікробних ефектів залежить від технології синтезу частинок, їхнього розміру, хімічної природи покриття, стабільності отриманих систем, виду мікроорганізму тощо. Серед перспективних засобів на ринку нових протимікробних агентів, пов’язаних із нанотехнологіями, одну з перших позицій поcідають НЧ срібла, які мають широкий діапазон антибактеріальної, противірусної та протипаразитарної активності за досить рентабельних процесів синтезу. Наносрібло інтенсивно вивчається в усьому світі, тим не менш, багато важливих питань щодо цих НЧ залишаються відкритими. До них належать молекулярні механізми, що регулюють взаємодію з мікробною клітиною, фізико-хімічні параметри, які лежать в основі їхньої токсичності для прокаріотів, відсутність стандартизованих методів і матеріалів для промислового одержання, а також невизначеність у загальній стратегії розвитку та застосування антибактеріальних препаратів на основі НЧ срібла.

Відомо, що клітини деяких мікроорганізмів здатні концентрувати іони металів з розчинів. Створені біосорбенти і розроблені технологічні схеми видалення металів з рідких середовищ харчової промисловості та стічних вод. Особливий інтерес представляє витяг шляхетних металів з розчинів за допомогою мікроорганізмів. Показано, що срібло добре сорбується широким колом мікроорганізмів: водоростями, грибами і бактеріями. Однією з важливих технологічних проблем є очищення стічних вод харчових виробництв, що містять відпрацьовані дріжджові клітини. Використані фільтри швидко виходять з ладу і вимагають регенерації. Модифікування фільтрувальних елементів солями або комплексами іонів Ag + обмежене десорбцией цих іонів і зниженням біоцидною активності адсорбентів. Останнім часом на базі використання досягнень сучасної нанотехнології розробляються ефективні фільтрувальні елементи, що містять наноструктурні агрегати срібла, що мають високі бактерицидні та каталітичні властивості. На підставі наночастинок срібла розроблено нове покоління біологічно активних алкідних і водоемульсійних фарб. Для використання сучасних досягнень нанотехнологій в медицині, біотехнології, харчової промисловості необхідно звернути особливу увагу на дослідження біологічної дії наночасток срібла на дріжджові клітини. Взаємодія іонів і стабільних нанорозмірних кластерів срібла, синтезованих радіаційно-хімічним методом у зворотних мицеллах, досліджено в широкому діапазоні концентрацій з дріжджовими клітинами Candida utilis і Saccharomyces Cerevisiae у водних і водно-органічних розчинах (рис.2) [1].

Наночастинки Ag пригнічують процес ферментації, росту і призводять до смерті культури, шляхом спонтанного лізису, так як вони проникають всередину клітини. Пригнічення розвитку мікроорганізмів за допомогою НЧ срібла супроводжується ефектом післядії.

Рис.2. СЕМ зображення до і після введення колоїдного розчину НЧС і суспензію культури Candida utilis