В развитии современных нанотехнологий значительную роль играют исследования наночастиц металлов. Наиболее используемыми являются наноматериалы на основе серебра. На сегодняшний день наночастицы серебра (НЧС), обладающие целым рядом уникальных характеристик (оптические свойства, прочность, высокая площадь поверхности, антибактериальное действие), применяют для диагностики илечения различных (в том числе онкологических) заболеваний, атакже виммунохимических методах исследования. Однако, только знание механизмов действия лекарственных средств (ЛС), содержащих НЧС, лежит воснове их фармакологического применения.
В настоящее время наиболее изучены механизмы бактерицидного действия НЧС. Некоторые НЧС имеют аналогичную структуру свирусами раковых опухолей, некоторыми аденовирусами, вирусами герпеса, ветряной оспы; инактивируют гены транспортных белков поринов OmpF иOmpC Escherichia coli; ингибируют планктонный рост иобразование биопленок Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa иSerratia proteamaculans идр. Ученые из Райсовского университета (США) доказали, что если лишить серебро возможности ионизироваться, оно станет практически безвредным для микроорганизмов– независимо от размера его НЧ. Согласно полученным ими данным, опасность для бактерий представляют только ионы серебра врастворе, окисляющиеся внепосредственной близости от бактерии.
НАНОСЕРЕБРО
Механизмы действия НЧС неразрывно связаны сих физико-химическими особенностями. Оптические свойства НЧС включают восновном два явления– поглощение ирассеяние света. Главной особенностью НЧС является наличие так называемого поверхностного плазмонного резонанса, т.е. резкого увеличения интенсивности поглощения ирассеяния при определённой длине волны падающего света, попадающей врезонанс ссобственной частотой колебаний электронного газа на поверхности частицы. НЧС очень интенсивно поглощают свет смаксимумом полосы плазмонного резонанса вфиолетовой части видимого спектра (390–450нм), что позволяет их использовать как новый класс меток висследованиях биологических процессов на разных уровнях ― на молекулах, клеточных органеллах, клетках, органах итканях.
Большая кривизна поверхности НЧС иизменение топологии связи атомов на поверхности приводит кизменению их химических потенциалов. Вследствие этого существенно увеличивается растворимость, реакционная икаталитическая способность НЧС иих компонентов. Очень высокая удельная поверхность (в расчете на единицу массы) наноматериалов увеличивает их адсорбционную емкость, химическую реакционную способность икаталитические свойства. Это может приводить, вчастности, кувеличению продукции свободных радикалов иактивных форм кислорода идалее кповреждению биологических структур (липиды, белки, нуклеиновые кислоты (НК), вчастности, ДНК). НЧС вследствие своих небольших размеров могут связываться сНК (вызывая, вчастности, образование аддуктов ДНК), белками, встраиваться вмембраны, проникать вклеточные органеллы итем самым изменять функции биоструктур.
Наночастицы — что это и почему их так все боятся?
Из-за своей высокоразвитой поверхности НЧС обладают свойствами высокоэффективных адсорбентов, т.е. способны поглощать на единицу своей массы во много раз больше адсорбируемых веществ, чем макроскопические дисперсии. Возможна также адсорбция на НЧС различных контаминантов иоблегчение их транспорта внутрь клетки, что резко увеличивает токсичность последних.
НЧС обладают высокой способностью каккумуляции иагрегации. Возможно, что из-за малого размера НЧС могут не распознаваться защитными системами организма, они не подвергаются биотрансформации ине выводятся из организма. Это ведет кнакоплению НЧ врастительных иживотных организмах, атакже увеличивает их поступление ворганизм человека. Первичные частицы могут быть вразличной степени агрегированы иагломерированы, при этом, чем меньше средний размер первичных частиц, тем сильнее выражен эффект образования агрегатов иагломератов.
Таким образом, следует понимать, что механизмы действия ЛС, содержащих НЧС, напрямую зависят от размера испособа получения НЧС– чем меньше размер материала, тем больше его удельная площадь итем больше степень токсичности материала.
Дальнейшее изучение физико-химических свойств ибиологических эффектов НЧС откроет перспективы для создания нового класса препаратов политропного действия, расширит возможности применения ЛС, содержащих НЧС, вразличных областях медицины.
Источник: natural-sciences.ru
Где используются наночастицы серебра
Наночастицы не разрушаются при действии длительного облучения. Это их свойство нашло широкое применение в сфере изучения различных биологических процессов и природы явлений. Поэтому, наночастицы могут быть использованы для постоянного контроля динамики процессов в клетках живых организмов от недели до месяца. Одним из наиболее важных направлений, в области применения биомаркеров, является их использование для поиска средств для диагностики рака. Когда наночастицы серебра объединяются с раковыми антителами, раковые клетки становятся «мечеными» и каждая клетка может быть обнаружена с помощью обычного микроскопа, благодаря «усилению» их свойств.
Типичные наночастицы серебра имеют размеры 25 нм. Они имеют чрезвычайно большую удельную площадь поверхности, что увеличивает область контакта серебра с бактериями или вирусами, значительно улучшая его бактерицидные действия. Таким образом, применение серебра в виде наночастиц позволяет в сотни раз снизить концентрацию серебра с сохранением всех бактерицидных свойств. Бактерицидная добавка на основе наночастиц серебра является одним из последних достижений отечественной науки в области нанобиотехнологий.
После длительного использования, терапевтическая ценность синтетических антибиотиков уменьшилась из — за появления устойчивых к ним микроорганизмов. Развитие сопротивляемости микроорганизмов к антибиотикам может произойти из — за непосредственной мутации микроорганизма, а также из — за приобретения частей ДНК от других организмов. Уже на протяжении тысячелетий бактерии и вирусы не способны выработать «иммунитет» к серебру. В то время как серебро полностью безопасно для млекопитающих (в том числе человека), рептилий, растений и всех других живых существ, имеющих многоклеточное строение.
В связи со способностью особым образом модифицированных наночастиц серебра длительное время сохранять биоцидные свойства, рационально использовать наносеребро не в качестве дезинфицирующих средств частого применения, а добавлять в краски, лаки и другие материалы, что позволяет экономить деньги, время и трудозатраты [28].
Применение наночастиц серебра в медицине
В последнее время медицина все чаще рассматривается как одна из наиболее перспективных областей применения нанотехнологий [29]. Сегодня можно констатировать появление нового направления медицинской науки — наномедицины. С ней связывают такие уникальные вещи, как:
лаборатории на чипе;
адресная доставка лекарств к пораженным клеткам;
диагностика заболеваний с помощью квантовых точек;
новые бактерицидные и противовирусные средства;
нанороботы для ремонта поврежденных клеток и многое другое.
Официально наномедицину определяют как «область применения макромолекул и наночастиц для диагностики и лечения болезней, а также репарации (восстановления) поврежденных тканей».
Веками человек искал волшебное средство для избавления от многочисленных болезней и ран. Многие современные исследователи верят, что нанотехнология может стать гигантским шагом человечества к этой цели. Еще одной задачей молекулярной наномедицины [30] является оценка возможного токсического воздействия на организм человека наночастиц или установление его отсутствия. Важно также решить этические проблемы, которые появятся в ходе развития наномедицины. Возможные медицинские достижения, которые станут доступными с помощью нанотехнологии, простираются от диагностики до терапии.
Широкое применение в медицинской практике находят наночастицы благородных металлов, в частности серебра и золота. На рисунке 3 представлены наночастицы серебра.
Рисунок 3 — Наночастицы серебра на подложке
Свойства наночастиц серебра уникальны, для них характерна феноменальная бактерицидная и антивирусная активность [31].В отличие от антибиотиков, убивающих не только вредоносные вирусы, но и пораженные ими клетки, действие наночастиц очень избирательно: они действуют только на вирусы, клетка при этом не повреждается.
Это объясняется тем, что оболочка микроорганизмов состоит из особых белков, которые при поражении наночастицами серебра перестают снабжать бактерию кислородом, поэтому микроорганизм больше не может окислять глюкозу и гибнет, оставшись без источника энергии. Вирусы вообще не имеют никакой оболочки, поэтому погибают сразу. Клетки же человека и животных имеют более «высокотехнологичные» стенки, и наночастицы им не страшны [32].
В Институте нанотехнологий Международного фонда конверсии разработан способ получения наночастиц серебра в коллоидных растворах (коллоидное серебро, наносеребро) и впервые в стране налажено их производство в качестве биоцидного модификатора, а также производство дезинфицирующих средств на их основе для промышленного и бытового применения. Производимая продукция реализуется под маркой «AgБион».
Установлено, что наночастицы серебра являются одним из перспективных дезсредств. Они позволяют бороться не только с такими опасными болезнями, как СПИД, легионеллёз, птичий грипп и другие нетипичные пневмонии, гепатит, туберкулез, но и менее опасными, но широко распространенными и причиняющими большое неудобство людям — сальмонеллёз, кишечные и стафилококковые инфекции (в т.ч. вызываемые кишечной палочкой) и т.д. К действию любого антибиотика микроорганизмы приспосабливаются за 7 — 10 лет. В то же время не обнаружено ни одного случая, когда бы микроорганизмы приспособились к действию наночастиц серебра, поскольку они атакуют микроорганизмы сразу по нескольким направлениям. Наночастицы серебра «AgБион» предназначены:
1 В качестве дезсредства — для дезинфекции помещений, предметов обстановки, оборудования и т.д.
2 В качестве модификатора — как биоцидная добавка для создания и производства различных материалов и продукции санитарно — гигиенического назначения с биоцидными (в т.ч. антимикробными, противовирусными, противогрибковыми) свойствами.
На рисунке 4 представлен препарат «AgБион»на основе наночастиц серебра. Наночастицы серебра «AgБион» могут использоваться в качестве дезинфицирующего средства, отвечающего самым высоким современным требованиям. В Институте также разработан ряд технологий, позволяющих модифицировать традиционные материалы наночастицами серебра (НЧС) с целью придания им биоцидных свойств.
Рисунок 4 — Препарат «AgБион» на основе наночастиц серебра
Достоинства препаратов «AgБион»:
— обладают высокой антимикробной активностью, в т.ч. способны подавлять наиболее адаптированные к внешним воздействиям микроорганизмы (или их видоизмененные формы);
— имеют полный спектр антимикробного действия (бактерии, вирусы, грибы) и подавления патогенной микрофлоры (споры);
-не оказывают деструктирующего влияния на материалы обрабатываемых изделий;
— не содержат хлорсодержащих компонентов;
— обеспечивают безопасность здоровья персонала и пациентов при рекомендуемых режимах обработки;
— экологически безопасны — не загрязняют окружающую среду вредными химическими соединениями.
На основе наночастиц серебра «AgБион» Концерн «Наноиндустрия» наладил выпуск дезсредств нового поколения. Эта продукция предназначена для защиты здоровья людей и животных.
Источник: studbooks.net
О применении наночастиц серебра в легкой промышленности Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»
Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Яманова Р. Р., Николаенко Г. Р.
В статье рассмотрена возможность применения наночастиц серебра в легкой промышленности .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Яманова Р. Р., Николаенко Г. Р.
Методы придания антибактериальных свойств текстильным волокнам. Обзор
Получение наночастиц серебра для использования в производстве фиброузных оболочек
Коллоидное серебро в производстве кожи специального назначения
Методы получения экспериментальных образцов наномодифицированных материалов меховой овчины, обработанных в коллоидном растворе наночастиц серебра
Влияние плазменной обработки волокнистых материалов на их модификацию наночастицами серебра
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
The article discusses the possibility of using silver nanoparticles in light industry .
Текст научной работы на тему «О применении наночастиц серебра в легкой промышленности»
Р. Р. Яманова, Г. Р. Николаенко
О ПРИМЕНЕНИИ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Ключевые слова: наночастицы металлов, наночастицы серебра, легкая промышленность, текстильное производство.
В статье рассмотрена возможность применения наночастиц серебра в легкой промышленности.
Keywords: metal nanoparticles, silver nanoparticles, light industry, textile industry.
The article discusses the possibility of using silver nanoparticles in light industry.
В последнее десятилетие наблюдается экспоненциальный рост в фундаментальных и прикладных областях науки, связанный с синтезом наночастиц (НЧ) благородных металлов, изучением их свойств и практическим использованием. Подъем в этой сфере обусловлен, прежде всего, развитием инструментальных и синтетических методов получения и исследования таких материалов, на которые возлагаются большие надежды, связанные с их использованием в микроэлектронике, оптике, катализе, медицине, легкой промышленности и других областях науки.
Наночастицы обладают уникальными свойствами. Важно знать, что чем меньше частица, тем большая часть составляющих ее атомов расположена на поверхности. Эта особенность наноразмерных материалов сильно влияет на химические и физические свойства (бактерицидные, транспортные, каталитические, механические,
оптические и др.).
О бактерицидных свойствах металлического серебра известно с незапамятных времен. Интерес к серебряным наночастицам был обусловлен возможностью их использования в качестве антибактериальных агентов местного применения. Препараты (типа колларгола) на основе коллоидного серебра, предложенные в 1897 г. немецким хирургом Б. Креде [1], хорошо зарекомендовали себя в медицине и используются по сей день.
В небольших концентрациях наночастицы серебра безопасны для клеток млекопитающих, но губительно для большинства бактерий и вирусов, поэтому получило широкое распространение для обеззараживания воды и пищи в быту и в борьбе с инфекциями при лечении людей.
Бактерицидные свойства металлического серебра связаны с его медленным окислением и высвобождением ионов Ag+ в окружающую среду. В этой связи представляется перспективным использование частиц наносеребра как особого класса биоцидных агентов. Наночастицы серебра обладают высокой антибактериальной эффективностью благодаря своей развитой поверхности,
обеспечивающей максимальный контакт с окружающей средой. Кроме того, они достаточно малы и способны проникать сквозь клеточные мембраны, влиять на внутриклеточные процессы изнутри.
Коллоидное наносеребро — продукт, состоящий из наночастиц серебра, взвешенных в воде, содержащей стабилизатор коллоидной системы
(рисунок 1). Типичный размер наночастиц серебра -5-50 нм. Области применения наночастиц серебра могут быть различными: спектрально-селективные покрытия для поглощения солнечной энергии, в качестве катализаторов химических реакций, для антимикробной стерилизации [2]. Последняя область применения является наиболее важной и включает в себя производство различных средств упаковки, текстиля, перевязки и водоэмульсионных красок и эмалей. В настоящее время на основе коллоидного серебра выпускаются препараты -биологически активные добавки с
антибактериальным, противовирусным и
противогрибковым действием. Препараты коллоидного серебра являются одними из наиболее распространенных и широко используемых в индустрии наночастиц. Слоем наночастиц серебра покрывают столовые приборы, дверные ручки и даже клавиатуру и «мышки» для компьютеров. Наночастицы серебра используют при создании новых покрытий и косметики.
Рис. 1 — Электронная микрофотография
коллоидных наночастиц серебра
Наночастицы вещества часто обладают свойствами, которых нет у образцов этих веществ, имеющих обычные размеры. Так, наночастицы серебра становятся хорошими катализаторами химических реакций, а так же непосредственно участвуют в них.
Эффективность бактерицидного действия ионов серебра объясняется способностью серебра подавлять работу фермента, с помощью которого обеспечивается кислородный обмен у простейших организмов. Поэтому чужеродные простейшие микроорганизмы гибнут в присутствии ионов серебра из-за нарушения снабжения кислородом, необходимого для их жизнедеятельности. Серебро взаимодействует с пептидогликанами клеточной оболочки, блокируя их способность передавать
кислород внутрь клетки бактерии, что приводит к «удушью» микроорганизма и его гибели. Как только на поверхности микробной клетки сорбируются ионы серебра, они проникают внутрь клетки и ингибируют ферменты дыхательной цепи, а также разобщают процессы окисления и окислительного фосфорилирования в микробных клетках, в результате чего клетка гибнет. Также имеются данные, свидетельствующие об образовании комплексов нуклеиновых кислот ионами серебра, вследствие чего нарушается стабильность ДНК и, соответственно, жизнеспособность бактерий. Также допускают, что одной из причин широкого противомикробного действия ионов серебра является ингибирование транс-мембранного транспорта №+ и Са++, вызываемая серебром.
Рис. 2 — Вирусы, атакующие клетку
Достижения в области нанохимии и физики «кластеров» указывают на то, что свойства материалов, содержащих ультрадисперсные
компоненты, определяются размерами и структурной организацией отдельных наночастиц, продуктов их ассоциации или взаимодействия с другими компонентами системы.
Применение наночастиц серебра в отрасли легкой промышленности обусловлено их уникальными бактерицидными и фунгицидными свойствами. В работе [3] рассмотрена возможность применения наночастиц серебра в качестве биоцидного агента при производстве кож специального назначения, предназначенных для изготовления верхней одежды и обуви для сотрудников военно-промышленных и нефтегазовых комплексов. В работе используется коллоидный раствор наносеребра, стабилизированный олеиновой кислотой. Необходимо отметить, что стабилизация растворов наночастиц металлов очень важна, так как нестабилизированные частицы теряют агрегативную устойчивость, что приводит к самопроизвольному укрупнению частиц, и соответственно снижению и дальнейшей потере ценных свойств наночастиц.
В работе автором найдена минимальная концентрация наночастиц серебра для биоцидной обработки кож специального назначения, которой достаточно для создания биостойкости кож специального назначения по отношению к модельным микроорганизмам: Bacillus subtilis и Escherichia coli.
В другой работе [4] установлено, что обработка мехового полуфабриката наночастицами серебра в условиях высокочастотной индукционной
плазмы пониженного давления способствует активации функциональных групп белка и
наночастиц серебра, в результате чего происходит насыщение поверхностного слоя материала
наночастицами серебра и их связывание путем образования комплексных соединений с белком. В результате модификации наблюдается снижение энергии поверхности, что обеспечивает ей
водонепроницаемость, происходит максимальное увеличение показателя прочности и наблюдается улучшение трибоэлектрических свойств меха, кроме того, обработанный материал демонстрирует высокие бактерицидные свойства. Кроме того, после данной обработки создается меховой полуфабрикат с уникальными свойствами: необычной
оригинальной окраски, с блестящим, шелковистым и рассыпчатым волосяным покровом, с тонкой, мягкой, легкой и одновременно прочной кожевой тканью с хорошей потяжкой, бактерицидными свойствами, с низкой электризуемостью, с регулируемыми сорбционными характеристиками, устойчивого к биологическим воздействиям.
В работе [5] решается проблема получения наномодифицированных текстильных материалов с устойчивыми во времени свойствами (проблема вымывания наночастиц серебра с поверхности текстильных материалов в течение нескольких циклов стирки). Модификация текстильных материалов наночастицами серебра с применением плазменной обработки, в отличие от других технологий, дает возможность получать
текстильные материалы, обладающие не только различными бактерицидными свойствами, но и высокой гидрофильностью, в частности способностью поглощать влаговыделения тела, что является важным гигиеническим показателем и особенно актуально для материалов из синтетических волокон.
В 2-х ранее описанных работах применяется коллоидное серебро под названием «Аgбион». Концерном «Наноиндустрия» разработаны и выпускаются в опытно-промышленных масштабах под маркой AgБион-1 и AgБион-2 концентраты коллоидного раствора наночастиц серебра в воде и органическом растворителе. Концентрация серебра в растворах составляет 0.045%. Исследователями проведены работы по:
— исследованию антимикробного действия указанных препаратов на ряд патогенных микроорганизмов;
— выявлению возможности введению наночастиц серебра, как в состав различных материалов, так и на их поверхность, без потери своих биоцидных свойств.
Установлено, что препараты AgБион-1 и AgБион-2 обладают бактерицидными, вирулентными, фунгицидными свойствами, а также активны по отношению к плесени и сине-зеленым водорослям. Эффективность действия препаратов подтверждена испытаниями в лаборатории ГУ НИИЭМ им.Н.Ф. Гамалеи РАМН.
Препарат AgБион-2 в разбавленном виде может использоваться для дезинфекции помещений, предметов обстановки, оборудования в лечебно-
профилактических, пенитенциарных учреждениях, на объектах коммунального хозяйства, предприятиях общественного питания, в спортивных комплексах, музеях, а также сельскохозяйственных помещениях (коровники, птичники, свинарники).
AgБион-1 предназначен, главным образом, для модификации наночастицами серебра различных объектов, в частности текстильных материалов и изделий. Введение наноразмерных частиц серебра в количестве от 0,01% до 0,1% от объема модифицируемого материала приводят к появлению стойкого биоцидного эффекта по отношению к таким наиболее опасным инфекционным возбудителям как синегнойная палочка, золотистый стафиллакокк, грибковые возбудители, кишечная палочка, дрожжи, и как следствие появлению у материала дополнительного лечебно-профилактического назначения.
Наночастицы серебра являются сильнейшими биоцидными агентами, о чем свидетельствуют вышеупомянутые работы различных авторов. Серьезной технической задачей является разработка технологии бактерицидной обработки текстильных, кожевенных и меховых материалов, с помощью применения коллоидного раствора серебра. Важно, применять наносеребро, размер частиц, которых невелик, и не превышает 9-10 нм, т.к. частицы
серебра меньшего размера более эффективно проникают в клеточную мембрану микроорганизма и более равномерно в ней распределяется. Следовательно, бактерицидный эффект после обработки материалов наночастицами меньшего размера, будет максимальным.
1. Crede B. Silber als aussers und inners Antisepticum. // Arch. Klin. chir. (1897) Bd. 55, Heft 4.
2. Lee P.C., Meisel D. Adsorption and surface-enhanced Raman of dyes on silver and gold sols. II J. Phys. Chem. (1982) v. 86, p. 3391-3395.
3. Кулевцов Г.Н. О применении наночастиц серебра в качестве бактерицидного агента в производстве кож специального назначения / Г.Н.Кулевцов, С.Н.Степин, Г.Р.Николаенко, А.В.Шестов // Вестник Казанского технологического университета. — 2013. — №8. — С.86-88.
4. Абдуллин И.Ш. Исследование возможности повышения качества мехового полуфабриката за счет обработки наночастицами серебра в условиях ВЧИ-плазмы / Абдуллин И.Ш., Ахмадиева А.Р, Панкова Е.А. // Вестник Казан. технол. ун-та. 2009. №4. С. 117-120.
5. Сергеева Е.А. Препараты для придания волокнистым текстильным материалам антибактериальных свойств / Сергеева Е.А., Букина Ю.А. // Вестник Казанского технологического университета. — 2013. — №17. — С.163-166.
Источник: cyberleninka.ru