Получение наночастиц серебра в водных растворах глюкозы с помощью карбонат-анионов

Согласно статистическим данным, на рынке из всех случае продажи опасных для потребителя продуктов питания 90% связаны с микробиологическими загрязнениями, вследствие чего их приятно считать наиболее опасными.

Основными представителями микрофлоры, обнаруживащимися на поверхности оборудования, являются бактерии группы кишечной палочки, стафилококки, стрептококки, термоустойчивые молочнокислые палочки, плесени, дрожжи и бактериофаги.

Инактивировать микроорганизмы можно либо химическим путем (дезинфицирующие растворы химических веществ), либо физическими средствами (обработка горячей водой, кипящей водой, паром, ультрафиолетовыми лучами и т.д.).

Поскольку химические препараты обладают высокой токсичностью и могут пагубно влиять на санитарную безопасность оборудования и тары, использование дезинфектантов на основе коллоидного серебра можно считать одним из наиболее перспективных [1].

Бактерицидные свойства серебра и его соединений известны человечеству еще с древнейших времен. Препараты на основе серебра приобрели популярность в медицине и ветеринарии в 20-40 годах XX века, однако с появлением антибиотиков интерес к ним существенно снизился [2]. При этом антибиотики обладают ограниченным спектром действия и негативно сказываются на иммунной системе человека и животных.

Серебро в ионной форме и в виде коллоидных частиц обладает широким спектром антимикробного действия. Наиболее эффективными формами серебра являются препараты, содержащие наноразмерные частицы металла, поскольку коллоидное серебро характеризуется более выраженным биоцидным эффектом по сравнению с ионным [3,4].

В настоящее время существует большое количество методов синтеза систем, содержащих коллоидное серебро. Большинство исследователей испольлзуют композиции, в которых для предотвращения самопроизвольной агрегации наночастиц серебра в систему добавляются поверхностно-активные вещества. Однако многие из них являются токсичными высокомолекулярными соединения, что может негативно отразиться на здоровье человека и животных при использовании таких препаратов в качестве обеззараживающего компонента либо лекарственного средства.

Наибольший интерес представляет использование в качестве прекурсоров реагентов «зеленой химии», поэтому в данной работе был исследован процесс восстановления соединений серебра в водном растворе глюкозы. В качестве стабилизатора предложено использовать карбонат-анионы в связи с возможностью реализации электростатического способа стабилизации наноагрегатов, что позволяет исключить загрязнение реакционной системы органическими реагентами.

Синтез наночастиц серебра проводился путем восстановления водного раствора нитрата серебра. Процесс протекает по следующей схеме:

AgNO3 + [восстановитель] → наночастицы серебра.

В качестве исходных реагентов использовались растворы нитрата серебра с концентрацией 10-3 моль/л, глюкозы с концентрацией 0,05 моль/л, карбоната натрия с концентрацией 0,01 моль/л. Во всех экспериментах использовалась бидистиллированная вода.

В типичной методике к водному раствору нитрата серебра (50 мл) с определенной концентрацией добавлялся такой же объем восстановителя. Полученные растворы нагревали при интенсивном перемешивании, после чего добавляли раствор стабилизатора.

Оптические спектры поглощения гидрозолей серебра определяли при комнатной температура с помощью спектрофотометра КФК-3 в диапазоне длин волн от 320 нм до 900 нм. Размеры и агрегативное состояние наночастиц определяли по положению и интенсивности полос поверхностного плазмонного резонанса, а также с помощью анализатора размеров частиц Malvern Zetasizer Nano ZS.

Химическое восстановление – сложный и многофакторный процесс, который, в первую очередь, зависит от выбора пары окислитель-восстановитель.

При использовании глюкозы (С(AgNO3) = 0.4·10-3 моль/л, С(С6Н12О6) = 0,02 моль/л) образовывались достаточно устойчивые коллоидные растворы светло-желтого и оранжевого цвета, содержащие, судя по наличию и положению максимума λ = 420-430 нм в оптических спектрах поглощения, наночастицы серебра сферической формы.

При изучении влияния содержания стабилизатора и условий его добавления к реакционной смеси было выявлено, что с увеличением времени синтеза и уменьшением количества стабилизатора уменьшается средний размер частиц (рис. 1). Окраска раствора при этом изменяется от светло-желтой до оранжевой.

Рис. 1. Влияние времени синтеза и количества стабилизатора: 1 – С(Na2CO3) = 4.7·10-4 моль/л, время синтеза – 30 минут (размер частиц 29 нм); 2 - С(Na2CO3) = 1,9·10-4 моль/л, время синтеза – 30 минут (размер частиц 19 нм); 3 - С(Na2CO3) = 1,9·10-4 моль/л, время синтеза – 60 минут (размер частиц 25 нм).

Для золя №3 была исследована агрегативная устойчивость, при этом в течение времени исследования агрегация частиц не менялась, цвет раствора оставался оранжевым, что так же может свидетельствовать о том, что концентрация наночастиц серебра

Рис. 2. Спектры поглощения золя №3: 1 – в момент получения, 2 – время жизни – 1 день, 3 – время жизни – 6 дней

ВЫВОДЫ

• 1.    Проведен синтез наночастиц серебра путем восстановления водного раствора нитрата серебра глюкозой.

• 2.    Показана возможность эффективной стабилизации коллоидного раствора наночастиц серебра карбонат-анионами, что дает возможность широкого применения электростатического способа стабилизации.

• 3.    Методом динамического рассеяния света определены размеры частиц серебра в коллоидных растворах.

• 4.    Путем варьирования концентрации карбонат-анионов и времени проведения синтеза были определены оптимальные условия для получения агрегативно устойчивой коллоидной системы.