Наночастицы (10~ 9 м) существуют во многих, если не во всех, материальных объектах — атмосфере, гидросфере, горных породах, магмах, а также в продуктах и отходах производства [34]. Металлурги и минералоги, специализирующиеся в области благородных металлов, знакомы с необычными свойствами субмикронного золота, делающими его летучим при обжиге, «невидимым» при анализе рудных проб и осложняющими процесс восстановления из солянокислых растворов [35, 36]. Наносостояние вещества характерно для гонкого и сверхтонкого измельчения, процессов кристаллизации, обжига, возгонки, выпаривания, конденсации и др. Таким образом, наличие наноразмерных частиц или структур можно ожидать во всех случаях, когда технологический процесс сопровождается изменением химического и/или фазового состояния вещества, т.е. при переходах: твердое — жидкость, твердое — газ, жидкость — газ, жидкость — жидкость. В случае, например, гидрометаллургических технологий к «подозреваемым» можно отнести все основные операции схемы [37].
Репортаж Россия-1 наночастицы золота
Быстрое развитие такой науки, как нанохимия, выявило объекты, поведение которых на наноуровне не согласуется с классическими законами. Это, в частности, касается характерного для наночастиц металлов фундаментального соотношения: размер — физико-химические свойства [38, 39].
Так как гидрометаллургия является, но сути, последовательно реализуемыми химическими превращениями, можно допустить, что основные принципы нового направления — наногидрометаллургии уже заложены в нанохимии, используются или проходят проверку на объектах этой науки. Если принять это допущение, то становится оправданной постановка задачи, заключающейся в определении условий образования и изучении свойств наночастиц в металлургических процессах с целью их практического использования. В гидрометаллургическом смысле использование свойств, например, кластеров, может позволить разделять металлы с очень высоким (возможно, стопроцентным) выходом на атомно-молекулярном уровне. Понятно, что для условий крупнотоннажных производств (медь, уран, золото) такая задача представляется сегодня технически трудно разрешимой, поэтому первых успехов можно ожидать для редких, рассеянных и некоторых радиоактивных элементов, т.е. там, где наиболее развита техника эксперимента и «малых» металлургий, а также аналитическое обеспечение [37].
Уже имеются практические достижения в промышленных отраслях, прямо или косвенно связанных с металлургией и использующих элементы нанотехнологий (производство полупроводников, получение порошковых материалов и композитов на основе углерода, металлов и их соединений). К обсуждаемым вопросам близки но сути и техническим возможностям такие процессы, как ионная флотация, различные виды сепараций (фото- и радиометрическая, электромагнитная и др.), а также нанофильтрация, позволяющая селективно выделять однозарядные ионы [40, 41].
С точки зрения гидрометаллургии важны достижения в области приборного обеспечения нанохимии. Микрозонды, создававшиеся первоначально для чисто исследовательских целей в рамках атомносиловой микроскопии, проявили высокую чувствительность к химическим реакциям на поверхности, магнитным полям, тепловым и световым воздействиям. Уже сейчас сборки таких зондов, содержащие несколько тысяч отдельных датчиков, позволяют селективно, на молекулярном уровне, выделять заданные вещества из многокомпонентных растворов [42].
Лазерная абляция в жидкости. Наночастицы золота
При рассмотрении возможного влияния наночастиц золота на показатели минералогических оценок и металлургических операций следует учитывать некоторые принципиальные положения.
Во-первых, нанозолото в значительных количествах содержится в рудах, характерных для месторождений карлинского и черносланцевого типов [43], имеющих важное промышленное значение. Это золото необходимо аналитически диагностировать с учетом его связи с вмещающими минералами (в виде твердого раствора и/или дискретных частиц — кластеров).
Во-вторых, необходимо оценивать поведение «исходного» нанозолота в химико-металлургических операциях, подбирая методы и технологические режимы, оптимальные для его извлечения.
В-третьих, необходимо считаться с возможностью образования нанозолота при различных операциях данного технологического процесса.
Извлечение золота и поведение вмещающих минералов при выщелачивании обратны гем природным процессам, которые обусловили образование руды данного типа. Вместе с гем подходы к оценке характерных особенностей руд и минералов у металлургов, геохимиков и минералогов основаны на одних и тех же термодинамических и кинетических закономерностях. Поэтому понимание генезиса золота и сопутствующих ему минералов может помочь при выборе оптимального варианта технологии.
Характерной особенностью карлинских и аналогичных типов руд является наличие «невидимого» золота. Невидимым считают субмикроскопическое (1. 100 нм) золото, неразличимое оптической или электронной микроскопией. Содержание такого золота в пирите может достигать 300. 500 г/т, а в арсенопирите — 10 кг/т [44].
Другими носителями субмикронного золота являются марказит, FeOx (в окисленных рудах и огарках окислительного обжига), реальгар, халькопирит, глинистые минералы и др.
Невидимое золото знакомо исследователям с 1930 г., когда оно было обнаружено в пирите одного из румынских месторождений [46]. Если раньше проблемы, связанные с невидимым золотом, считались незначимыми (из-за низкой цены на золото и наличия легко- перерабатываемых богатых руд), то в настоящее время, но мере вовлечения в переработку бедных упорных руд, эта точка зрения изменилась. Так, показано, что влияние невидимого золота, содержащегося в сульфидных и арсенидных минералах, на показатели извлечения может быть значительным [47, 48].
Более полное понимание минералогии золота пришло за последние двадцать лет благодаря развитию аналитических методов, использующих микрозонды (протоные, ионные и др.); это позволило идентифицировать невидимое золото, локализованное на поверхности и в объеме сульфидных и других минералов с точностью вплоть до первых миллиграмм на тонну руды [49]. Эта аналитическая техника также применима к различным продуктам металлургического производства и отвалам. Можно отметить, что начало использования микрозондовой техники для обнаружения и диагностирования природного золота наноразмерного масштаба практически совпало с появлением туннельного микроскопа (1981 г.), обусловившего развитие различных направлений нанонауки и нанотехнологий.
Рис. 2.11. XANES-спектры золота в виде металла, химических соединений и в составе арсенопирита некоторых месторождений
Рис. 2.12. XANES-спектр арсенопиритных зерен месторождения Сентачан
золота (не заполнена 5с/-орбигаль) [52]. Наличие золота в виде наночастиц установлено и для крупнейшего Сухоложского месторождения в Иркутской области [54].
Эти данные показывают необходимость индивидуального минералогического изучения каждой упорной золотосодержащей руды для определения характерных особенностей невидимого золота и его «носителей».
В последние годы появились термины, характеризующие новые направления исследований: «наногеохимия», «наноминералогия» и др. [55-59]. С помощью этих исследований уже получены данные, позволяющие не только уточнять генезис месторождений и оценивать новые золотосодержащие объекты, но и выбирать оптимальные технологические режимы при переработке упорных руд.
Рис. 2.13. Температура плавления (Гпл) наночастиц золота как функция их диаметра:
1 — эксперимент; 2 — расчет
Помимо наличия в исходной руде наночастицы золота могут присутствовать на различных технологических переделах, влияя на показатели извлечения [40]. Отношение площади поверхности к объему для малых ( [1] , хлора в технологических растворах [65, 66] и потери в условиях массового перехода в газовую фазу соединений серы, мышьяка, сурьмы, углерода и др. Резкий рост поверхностной энергии и снижение температуры испарения установлены при уменьшении диаметра наночастиц серебра и сульфида свинца [61, 67]. В связи с этим, можно предполагать, что для предотвращения возможных потерь золота наноразмера возгонкой лучше использовать не окислительный обжиг сульфидных концентратов, а пиролиз [68].
Необычные свойства нанозолота отмечены при разложении природного нирига азотной кислотой (золото растворялось [70]) и при самопроизвольном переходе из «невидимого» в «видимое» состояние в норах активного угля [71].
Можно утверждать, что нанозолото в той или иной форме является «участником» различных технологических операций, входя в состав исходной руды, концентратов, кеков выщелачивания и хвостов флотации, находясь в хлоридных и царсководочных растворах [72], возгонах, осадках цементации, пористой структуре сорбентов и др. Это состояние золота не всегда фиксировалось в производственных условиях, гак как, во-первых, эго не определялось технологическими регламентами и, во-вторых, из-за короткого времени существования ряда кластерных образований.
Точное аналитическое определение форм нахождения нанозолота в норовом пространстве активных углей сопряжено с рядом трудностей, вызываемых:
- — физической и химической неоднородностью поверхности углей (за счет различного исходного сырья и условий синтеза [73]);
- — стесненными условиями образования частиц золота, что может «затормозить» процесс на начальной стадии полимеризации [74] и явиться причиной образования в порах (AuCN)„ и, возможно, (Аи)„;
- — проявлением аурофильных взаимодействий с образованием связей Au-Au, характеризующихся прочностью до 200 кДж/моль [75];
- — переходом в неметаллическое состояние при размере кластеров золота 1. 2 нм, сопровождающимся проявлением сильной каталитической активности [76];
- — резким изменением свойств нанопор в структуре угля, где микропористость может составлять до 95 % от величины общей пористости [38, 73]. Нанопоры могут действовать как химические реакторы наномасштаба, изменяя свойства находящихся в них веществ (например, рК и энергию ионизации), что, в свою очередь, сказывается на величине констант скорости реакций, определяет возникновение «принудительных» взаимодействий и др. [38]). Процессы, происходящие в норовом пространстве на наноуровне, могут оказать влияние на форму образований коллоидного (невидимого) золота и привести к его «консервированию» (в этом случае проявляется другая функция нанопор — «контейнерная» [38]).
Поэтому использование высокоэнергетических методов (рентгеновских, ядерных и др.) может повлиять на форму нанозолота, находящегося в метасгабильном состоянии, и исказить результаты анализов. Например, лазерное облучение может радикально изменить скорость и даже направление химических реакций, происходящих на наноуровне [77].
Приведенные примеры характеризуют важность правильной оценки форм нахождения нанозолота в составе исходных руд (концентратов) и его поведения в металлургических процессах.
- [1] С более низкой температурой кипения.
Источник: ozlib.com
Наночастицы золота. (Часть 6-ая и последняя)
Наночастицы золота применяются не только для создания экспресс-тестов, но и в других диагностических технологиях. Специалисты из Имперского колледжа в Лондоне создали простой диагностический тест на ВИЧ, который не требует использования дорогостоящего оборудования и позволяет осуществить раннее выявление заболевания.
Они использовали наночастицы золота, которые формируются при взаимодействии перекиси водорода с раствором, содержащим ионы золота. Молекула-мишень, — фермент под названием каталаза, если он имеет место, — может расщепить перекись водорода. Скорость реакции определяет форму полученных наночастиц золота.
Если скорость высокая, то наночастицы золота имеют сферическую форму, поэтому раствор становится красным. Если наночастицы образуются медленно, то они приобретают более неправильную форму, и раствор окрашивается в синий цвет. Изменение цвета достаточно заметно, поэтому его можно увидеть невооруженным глазом.
Аналогичный подход использовался для раннего выявления рака предстательной железы: второй по распространенности формы рака среди мужчин в США. Высокая смертность от этого рака отчасти связана с тем, что болезнь на ранних стадиях практически не проявляется в каких-либо симптомах, а значит, ее трудно обнаружить. Наночастицы золота помогают решить эту проблему.
Наночастицы золота могут не только обнаруживать болезни, но и лечить от них. Одним из примеров является состав для инъекций, содержащий золото, который оказался очень эффективным для лечения ревматоидного артрита. В XXI веке наночастицы золота широко используются для разработки инновационных лекарств и медицинских технологий, включая безыгольную вакцинацию и противомикробные средства. Однако, пожалуй, наиболее перспективной областью исследований является лечение рака.
По данным Американского онкологического общества, в 2020 году в США было зарегистрировано более 600 тыс. случаев смерти от рака. И это несмотря на достижения в диагностике и лечении. Лечение рака осложняется тем, что химиотерапия может повреждать здоровые клетки.
Лечение, которое воздействует непосредственно на раковые клетки, при этом не распространяясь на остальную часть тела, может увеличить шансы на полное выздоровление. Исследование свойств наночастиц золота приведет к точечному действию лекарств и созданию других методов лечения рака. Американская биофармацевтическая компания «CytImmune» разработала метод доставки противораковых препаратов непосредственно в опухоль с использованием наночастиц золота. Лекарство связывается с наночастицами золота, которые вводятся в кровоток и перемещаются к месту опухоли, воздействуя на нее, оставляя практически незатронутыми окружающие ткани. Эта технология входит во 2-ю фазу клинических испытаний и проходит дальнейшее тестирование благодаря другой фармацевтической компании – «AstraZeneca».
Еще одна компания – «Nanospectra Biosciences» – использует другой подход для лечения рака посредством наночастиц золота. Компания создала «нанооболочки», состоящие из покрытых золотом наночастиц кремнезема. Когда эти крошечные частицы вводятся в опухоль, а затем облучаются лазером соответствующей частоты, то они нагреваются, разрушая тем самым раковые клетки. Этот метод называется термической абляцией.
Обнаружение захоронения изделий из золота в Варне, датированного более 6 тыс. лет назад, является свидетельством того, насколько важным золото было для наших предков. Уникальность этого металла стала причиной неугасимого спроса на него. В современном мире множество технологий зависят исключительно от золота.
В нем сочетаются уникальные свойства, которые нельзя встретить у других материалов. Когда-то золото ценилось только за то, что оно символизировало власть и богатство. Теперь оно становится важнейшим материалом для нанотехнологий, находя широкий спектр применений в процессе разработки инновационных лекарств.
Фрагменты из книги Гранта Нортона «Десять материалов, сформировавших наш мир» (2021 год).
✅ Подписывайтесь на наш канал и будьте в курсе самых актуальных новостей рынка драгметаллов. Не забывайте ставить лайки и задавать нам вопросы в комментариях к посту!
Источник: dzen.ru
V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2013
Современные исследования по применению нанотехнологий в медицине, особенно в онкологии, широко распространены, в то время как побочные эффекты, связанные с их использованием, практически не изучены. Хорошо известно, что уникальные физические и химические свойства наночастиц, которые делают их такими привлекательными, могут ассоциироваться с их потенциально вредными воздействиями на клетки и ткани живых организмов. Основные научные направления, которые разрабатываются в настоящее время ведущими учеными в области нанотехнологий, Барышниковым А. Ю., Оборотовой Н. А., Швецом В. И., Хлебцовой Н. Г., Терентюком Г. С., Дыкманом Л. А., Тучиной В. В.: нанобиотехнологии в диагностике онкологических заболеваний; нанофармация противоопухолевых препаратов; токсикология и фармакология наносомальных форм противоопухолевых препаратов; нанометрология; механизмы противоопухолевого действия нанопрепаратов; направленная доставка противоопухолевых препаратов; диагностика и терапия с использованием металлических наночастиц.
Наночастицы золота, обладающие целым рядом уникальных характеристик (оптические свойства, прочность, высокая площадь поверхности), в основном используются в диагностических целях. Наночастицы золота могут служить для усиления сигнала от раковых клеток при диагностике опухоли с помощью связывания наночастиц с антителами к клеткам опухоли. Wang YC, Dou S, et al. (2011) применяли наночастицы золота для повышения чувствительности раковых клеток к лекарственным перпаратам. Электрохимический подход, основанный на частичном замещении электродов наночастицами золота, недавно был использован для безметочной детекции раково-эмбрионального антигена.
Принято мнение, что наночастицы золота могут быть использованы как средство доставки лекарственных соединений внутрь клеток и в качестве оптического зонда (биоимиджинг). Химическая инертность, способность противостоять окислению даже в ультрадисперсном (наноразмерном) состоянии делает золотые и серебряные ПРЧ малоцитотоксичными. В то же время поверхность ПРЧ может быть функционализирована биологически нейтральными или специфическими макромолекулами, придавая конъюгатам ПРЧ (маркерам) направленность взаимодействия с экзо- и эндоклеточными молекулярными компонентами. В зависимости от размера и функционализации поверхности ПРЧ могут проникать внутрь клеток за счет эндоцитоза или закрепляться на внешних структурах клеточной оболочки. Но при этом следует учитывать, что в 1-е сутки после введения, все наночастицы исчезнут из места введения, т.к. будут поглощены макрофагами.
Присоединение олигонуклеотидных последовательностей, комплементарных молекуле ДНК-мишени, к поверхности наночастиц золота для колориметрической детекции ДНК является относительно новым диагностическим приемом, представляющим альтернативу флуоресцентным и радиоиммунным методам. Указанная методика может применяться также для детекции крайне низких (атоммолярных) концентраций белка в биологических средах. Так, данная методика была применена для измерения концентрации фрагментов β-амилоида (предполагаемого маркера болезни Альцгеймера), присутствующих в спинномозговой жидкости в ничтожно малом количестве (
Источник: scienceforum.ru