Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Леонова Маргарита Васильевна, Пшеницын Михаил Борисович, Боева Ольга Анатольевна
В работе проведено исследование каталитической активности наночастиц серебра в реакции гомомолекулярного изотопного обмена водорода . Установлено, что наночастицы в отличие от массивного металла становятся активными. НЧ Ag обладают высокой удельной каталитической активностью при 77 К. Дейтеро-водородный обмен в разных температурных диапазонах протекает по разным механизмам со своими значениями энергии активации и предэкспоненциального множителя.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Леонова Маргарита Васильевна, Пшеницын Михаил Борисович, Боева Ольга Анатольевна
ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОНО- И БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОСИСТЕМ МЕДИ И ЗОЛОТА В РЕАКЦИИ ДЕЙТЕРО-ВОДОРОДНОГО ОБМЕНА
Размерный эффект в каталитических свойствах наночастиц золота
Новый метод исследования наночастиц
КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОСИСТЕМ МЕДИ И ЗОЛОТА AU-CU 75:25 В РЕАКЦИИ ДЕЙТЕРО-ВОДОРОДНОГО ОБМЕНА
РЕАКЦИИ ДЕЙТЕРО-ВОДОРОДНОГО ОБМЕНА И ОРТО-ПАРА КОНВЕРСИИ ПРОТИЯ КАК ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НАНОЧАСТИЦ ЗОЛОТА РАЗМЕРОМ 5-7 НМ В РЕАКЦИИ ГОМОМОЛЕКУЛЯРНОГО ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ВОДОРОДА
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
STUDY OF THE CATALYTIC PROPERTIES OF SILVER NANOPARTICKLES IN THE REACTION OF DEUTERIUM-HYDROGEN EXCHANGE
The study of the catalytic activity of silver nanoparticles in the reaction of homomolecular hydrogen isotope exchange was carried out. It was established that nanoparticles have greater catalytic activity in comparison with massive samples. Ag nanoparticles have great specific catalytic activity at 77K. Deuterium-hydrogen exchange reaction in different temperature ranges goes with different mechanisms with its own values of energy of activation and preexponential factor.
Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В РЕАКЦИИ ДЕЙТЕРО-ВОДОРОДНОГО ОБМЕНА»
УДК 54.027: 544.478-03: 544.723: 544.72.02: 546.57 Леонова М.В., Пшеницын М. Б., Боева О.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В РЕАКЦИИ ДЕЙТЕРО-ВОДОРОДНОГО ОБМЕНА
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В работе проведено исследование каталитической активности наночастиц серебра в реакции гомомолекулярного изотопного обмена водорода. Установлено, что наночастицы в отличие от массивного металла становятся активными. НЧ Ag обладают высокой удельной каталитической активностью при 77 К. Дейтеро-водородный обмен в разных температурных диапазонах протекает по разным механизмам со своими значениями энергии активации и предэкспоненциального множителя.
Новосибирские ученые доказали защитные свойства микроволокна с наночастицами серебра.
Ключевые слова: наночастицы, серебро, гомомолекулярный изотопный обмен водорода, адсорбция, катализ
STUDY OF THE CATALYTIC PROPERTIES OF SILVER NANOPARTICKLES IN THE REACTION OF DEUTERIUM-HYDROGEN EXCHANGE
Leonova M.V., Pshenitsyn M. B., Boeva O.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The study of the catalytic activity of silver nanoparticles in the reaction ofhomomolecular hydrogen isotope exchange was carried out. It was established that nanoparticles have greater catalytic activity in comparison with massive samples. Ag nanoparticles have great specific catalytic activity at 77K. Deuterium-hydrogen exchange reaction in different temperature ranges goes with different mechanisms with its own values of energy of activation and preexponential factor.
Key words: nanoparticles, silver, argentum, homomolecular isotopic exchange of hydrogen, adsorption, catalysis.
Прекурсором для наночастиц серебра послужило азотнокислое серебро А§КОз, из которого был приготовлен раствор таким образом, чтобы соотношение массы металла к массе носителя катализатора составляло 1%. В качестве носителя для приготовления каталитической системы взят у-А12О3 марки «Трилистник» производства Редкинского катализаторного завода.
В течение нескольких суток осуществлялась пропитка носителя приготовленным раствором. Перед термическим разложением образец сушили в атмосфере воздуха. Термическое разложение соли на поверхности носителя проводилось при температуре 380-400°С. Затем исследуемый образец восстанавливали в течение 2 часов в токе водорода при нагревании.
Исследования проводились в стеклянной высоковакуумной установке, состоящей из четырёх основных частей: системы откачки, реакционного объёма, системы измерения давления и системы очистки газов (Н2, 02).
К сожалению, нам не представилась возможность определить размеры наночастиц экспериментально методом ПЭМ. Поэтому мы воспользовались
данными предшествующих исследований
серебряных нанокатализаторов в нашей лаборатории [1], на основе чего смогли предположить примерный размер наших частиц. Необходимая зависимость представлена на рисунке 1. В работе получено значение удельной каталитической активности (Куд) исследуемых наночастиц в реакции Ш-02 обмена при 77 К. Подставляя данное значение в уравнение, которое описывает зависимость 1§Куд от d (рис. 1), определяем размер исследуемых частиц А§, , который составляет ~ 3 нм.
Для определения активной поверхности образца проводилась адсорбция водорода в области низких давлений от 1 • 10-2 до 2-10-1 торр в широком интервале температур от 77 до 300 К.
Показано, что с увеличением температуры количество хемосорбируемого водорода значительно снижается, что соответствует экзотермическому процессу.
Реакция гомомолекулярного изотопного обмена водорода исследовалась в широком интервале температур от 77 К до 500 К при давлении реакционной среды 0,5 торр. Анализ газовой смеси осуществлялся непрерывно с использованием ячеек теплопроводности.
Удельная каталитическая активность
рассчитывалась как отношение константы скорости
первого порядка к активном поверхности с учетом числа молекул в реакционном объёме при заданной температуре протекания реакции.
Рис 1. Зависимость удельной каталитической активности наночастиц Ag в реакции Н2^2 обмена при 77 К от диаметра НЧ
Удельная каталитическая активность
рассчитывалась исходя из значения константы скорости первого порядка с учетом числа молекул в реакционном объеме при заданной температуре, отнесенного к величине активной поверхности.
Результаты и их обсуждение
За время проведения экспериментов было установлено, что активная поверхность, измеренная по адсорбции водорода при 77 К, катализатора Л§/у-ЛЬОз достаточно сильно варьируется, количество хемосорбируемого водорода в монослое уменьшилось в 2 раза по мере работы с катализатором, а откачка с прогревом в водороде не восстанавливает исходное количество сорбируемого водорода. Из этого следует вывод о том, активная поверхность наночастиц серебра не является стабильной, наночастицы не прочно закрепляются на оксиде алюминия, возможно, они агрегируют на поверхности, становясь более крупными частицами. Данное предположение станет ясным после исследований методом ПЭМ размеров наночастиц до и после проведения экспериментов в каталитической установке. Данные, полученные в ходе исследования адсорбционных свойств катализатора при 77 К, представлены на рисунке 2.
Важно отметить, что первые изотермы адсорбции водорода (1-3 дни исследований) не имеют ярко выраженного плато, которое принимается за монослой хемосорбируемого водорода. На 7-ой день исследований катализатор был прогрет при 573 К с откачкой диффузионным наносом в течение 2 часов, а затем прогрет в водороде при той же температуре и вновь откачен. При этом активная поверхность уменьшилась ~в 2 раза и при дальнейших исследованиях существенно не изменялась.
3 день; прогрев водороде
7 день; тренировка, прогрев в водороде
38 день; скачан весь объем из реактора и реактора с платиной
38 день; прогрев
Рис.2 Изотермы адсорбции водорода на образце Ag/y-Al2Oз при Т=77 К
На рисунке 3 представлены полученные экспериментальные данные удельной каталитической активности (Куд) наночастиц серебра в реакции дейтеро-водородного обмена, измеренные в широком интервале температур от 77 К до 450 К, в виде зависимости 1§Куд от обратной температуры.
ч Гч Еа = 14Д2 кДж/моль
ч ч ч ■ ■ Еа — 0 кДж/моль
1 3 5 7 9 11 13
■Высокиетемпературы ■ Низкие температуры
Рис. 3. Зависимость удельной каталитической активности наночастиц Ag от температуры в реакции H2-D2 обмена (в аррениусовских координатах)
Из данного рисунка видно, что зависимость каталитической активности от температуры имеет две области: низкотемпературная и
высокотемпературная, энергии активации которых равны ~0 кДж/моль и 14,1 кДж/моль, соответственно. Данное явление подтверждает, что имеет место смена механизма протекания реакции.
Исходя из полученных данных можно сделать вывод, что наночастицы Ag показывают себя как достаточно активный катализатор, в то время как массивные образцы Ag каталитической активности в этом температурном диапазоне не проявляют [2].
Такое резкое изменение свойств серебра при переходе от массивных образцов к наночастицам, выраженное в возрастании каталитической активности, объясняется наличием размерного эффекта.
1. Образец Ag/y-Al2O3 проявляет высокую каталитическую активность в реакции дейтеро-водородного обмена.
2. Показано, что реакция изотопного обмена на исследуемом катализаторе протекает со сменой механизма.
3. Наночастицы серебра закрепляются на поверхности носителя у-АЬОз не прочно, наблюдается уменьшение активной поверхности наночастиц серебра со временем.
1. Антонов А. Ю. Размерные эффекты в каталитических свойствах платины и серебра в отношении реакций гомомолекулярного изотопного обмена водорода : дис. — Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, 2012.
2. Сергеев М. О., Антонов А. Ю., Жаворонкова К. Н., Ревина А. А. и Боева О. А. Свойства серебряных каталитических систем в реакции изотопного обмена водорода // Успехи в химии и химической технологии. — 2011. — Т. 25. — №. 7 (123).
Источник: cyberleninka.ru
1.3. Физико-химические свойства наночастиц сереба
В последние годы интерес к наночастицам и материалам на их основе растёт лавинообразно в основном из-за их необычных физических характеристик, отличных от свойств соответствующих компактных материалов. Наночастицы серебра, как элемента, являются новым классом материала с существенными, по сравнению с макрочастицами, различиями в физико-химических характеристиках, оптических, электромагнитных и каталитических свойствах. В наноразмерном диапазоне практически любой материал проявляет уникальные свойства. Физические свойства наночастиц серебра отличаются от свойств макромолекулярного серебра (например, уменьшение размеров частицы приводит к уменьшению ее температуры плавления [Ling et al., 2009].
Коллоидное наносеребро – продукт, состоящий из наночастиц серебра, взвешенных в воде, содержащей стабилизатор коллоидной системы (Рисунок 2). [Limbach et al., 2007].
Рисунок 2. Электронная микрофотография коллоидных наночастиц серебра
Свойства коллоидного раствора, в том числе и наночастиц серебра, определяются возможностью коагуляции и перекресталлизации, т. е. агрегативной устойчивостью, а также седиментационной устойчивостью и возможностью их окисления кислородом воздуха [Зимон с соавт., 2006].
Метод визуального наблюдения за системой может дать предварительные и общие закономерности относительной устойчивости исследуемой дисперсии. Может быть зафиксировано изменения окраски системы и/или образования осадка в ней. Для наночастиц серебра цвет систем от красного (желто-коричневого) меняется до серого и даже черного. Визуальный метод наблюдения может сыграть определяющую роль при исследовании седиментационной устойчивости [Сумм с соавт., 2000].
НЧ серебра имеют преимущественно сферическую форму и распределены по размерам в диапазоне 2 ÷ 20 нм. Гидрозоли серебра, полученные восстановлением ионов металла экстрактами растений, практически не влияют на рост дрожжевых грибков. Коллоидные растворы серебра подавляют рост грибковых культур Penicillium sp.
Противогрибковая активность коллоидных растворов возрастает с увеличением концентрации серебра в гидрозоле и близка к линейной. Максимальная способность подавлять рост Penicillium sp. наблюдается у коллоидных растворов серебра, которые были получены с использованием экстракта из листьев крапивы. Коллоидные растворы серебра полностью подавляют рост бактерий E.coli и Staphylococcus sp. [ Mohammad et al., 2012].
Таким образом, используя экстракты растений в процессе приготовления коллоидных растворов серебра можно получить НЧ серебра, способные подавлять рост бактерий и грибковых культур [ Mohammad et al., 2012].
1.4. Зависимость форм и размеров наночастиц серебра
Типичный размер наночастиц серебра – 5-50 нм [Limbach et al., 2007].
Можно предположить, что уникальное соотношение между восстановителями и поверхностно активными веществами для различных экстрактов растений приводит к тому, что форма и размеры НС в коллоидных растворах отличаются в зависимости от используемого экстракта. В таблице 1 собраны данные из различных источников, которые отражают зависимость формы и размера НЧ серебра от используемого экстракта растений [Крутяков с соавт., 2008].
Зависимость формы и размера НЧ серебра от используемого экстракта растений.
Эвкалипт лимонный (Eucalyptus citriodora) экстракт листьев
Смоковница бенгальская (Ficus bengalensis)
Пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare)
Мята перечная (Mentha piperita)
Ятрофа куркас (Jatropha curcas)
Ятрофа куркас (Jatropha curcas)
Лавсония(хна) (Lawsonia inermis)
Шлемник бородатый (Scutellaria barbata)
Гваюла (Parthenium argentatum)
Азадирахта индийская (Azadirachta indica)
Пеларгония ароматная (Pelargonium graveolens) экстракт листьев
Чай (Camellia sinensis)
Кофе (Coffea arabica)
Гибискус китайский (Hibiscus rosasinensis)
Лебеда (марь белая) (Chenopodium album)
Алоэ настоящее (Aloe vera)
Рапс (Brassica napus) экстракт листьев
Китайская капуста (Brassica chinesis var parachinensis)
Перец овощной (Capsicum annuum)
Молочай шерстистый (Euphor biahirta)
Паслен (Solanum torvum) экстракт листьев
Десмодиум трехцветковый
(Desmodium triflorum)
Триантема(Trianthema decandra) экстракт корня
Эвкалипт (Eucalyptus hybrida) экстракт листьев
Однако оказалось, как видно из таблицы, что при использовании экстрактов растений в процессе синтеза коллоидных растворов серебра, высока вероятность получить, сферические НЧ, размер которых в среднем порядка 30 нм. Известно, что с уменьшением размера НС возрастает их противогрибковая и антибактериальная активность [Крутяков с соавт., 2008]; при одинаковом содержании металла в гидрозоле НЧ Ag со средним диаметром 9.8 нм проявляли в 10 раз большую активность, чем частицы со средним размером 62 нм. Коллоидные растворы серебра можно синтезировать восстановлением ионов серебра экстрактами из листьев крапивы, плодов шиповника, листьев березы [Begum et al., 2009].
Большое влияние на формирование наночастиц оказывает величина рН растительного экстракта [Gan et al., 2012]. Изменение рН приводит к изменению заряда природных фитореагентов в составе экстракта, что влияет на их способность связывать и восстанавливать катионы и анионы металлов в процессе синтеза наночастиц, а это в свою очередь может влиять на форму, размер и выход наночастиц. Так, в случае ионов серебра (1+) и порошка клубней Curcuma longa (куркума длинная), существенно больше наночастиц серебра синтезируются при щелочных рН, при которых экстракты могут содержать больше отрицательно заряженных функциональных групп, способных эффективно связывать и восстанавливать ионы серебра [Sathishikumar et al.,2010].
Другой важный фактор, влияющий на формирование наночастиц в экстрактах растений – это температура [Bankar et al., 2010]. Установлено, что в растениях люцерны (M. sativa) треугольные серебряные наночастицы образуются только при температуре выше 30˚С [Lukman et al., 2010]. В опытах на экстрактах растения Cassia fistula (кассия трубчатая) обнаружили, что температура может влиять и на структурную форму синтезируемых наночастиц: при комнатной температуре формируются, в основном, серебряные наноленты, тогда как при температуре выше 60˚С основную массу составляют сферические наночастицы [Lin et al., 2010]
В связи с ограниченной возможностью растений восстанавливать ионы металлов, эффективность синтеза металлических наночастиц также зависит от электрохимического потенциала иона [Haverkamp et al., 2009]. Так, способность растительного экстракта эффективно восстанавливать ионы металла может быть существенно выше в случае ионов с большим положительным электрохимическим потенциалом (к примеру, Ag + ) , чем в случае ионов с низким химическим потенциалом, таких как ([Ag S2O3) 2 ] 3- ) [Haverkamp et al., 2009].
Источник: studfile.net
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Наночастицы серебра — хорошие антисептики [2]. Благодаря высокой электропроводности они активно используются в производстве товаров широкого потребления — пищевых добавок, одежды, бытовой техники, игрушек. В связи с этим важно выяснить, не вредят ли они здоровью людей и животных. Исследователи из Института общей генетики им.
Н. И. Вавилова под руководством Александра Рубановича при содействии коллег из НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН и Научно — производственной компании «Наномет» выяснили, что инъекции наночастиц серебра убивают млекопитающих, но ионы серебра безвредны. На рисунке 1 показана картинка наночастицы серебра [3].
Рисунок 1 — Наночастицы серебра
Наночастицы серебра авторы работы получили методом биохимического синтеза путем восстановления ионов металла [4] биологически активным веществом из группы флавоноидов. Начальная концентрация наночастиц в водном растворе составляла 0.54 г/л. Действие раствора сравнивалось с действием ионов Ag+ в эквивалентных концентрациях[5], для чего использовался раствор азотнокислого серебра (начальная концентрация 0.85 г/л).
Молодые экспериментальные мыши, которым делались инъекции растворов серебра в разных формах и концентрациях, были разделены на несколько групп. Животные 30 суток содержались в виварии, где ученые наблюдали за их состоянием и ежедневно вели учет павших.
В первые часы после инъекции у грызунов, которым вкалывались наночастицы, снижалась двигательная активность, возникали судороги и паралич задних лапок. Смерть наступала через 12 — 24 часов после введения препарата. Специалисты предположили, что животных губило воздействие нанопрепарата на нервную ткань. Грызуны, которым были введены ионы серебра, остались живы в полном составе, равно как и контрольная группа, которым вкалывали дистиллированную воду. Токсическое действие наночастиц на генетический материал ученые оценивали по количеству патологически измененных спермиев у самцов мышей и степени повреждения ДНК лимфоцитов и других клеток селезенки.
Свойства наночастиц серебра
Свойства коллоидного раствора [6], в том числе и наночастиц серебра, определяются возможностью коагуляции и перекристаллизации, т. е. агрегативной устойчивостью, а также седиментационной устойчивостью и возможностью их окисления кислородом воздуха. Анализ литературных данных показал, что для описания устойчивости нанодисперсии серебра во времени могут быть использованы несколько методов.
Метод визуального наблюдения за системой может дать предварительные и общие закономерности относительной устойчивости исследуемой дисперсии. Может быть зафиксировано изменения окраски системы и образования осадка в ней. Для наночастиц серебра цвет систем от красного (желто — коричневого) меняется до серого и даже черного. Визуальный метод наблюдения может сыграть определяющую роль при исследовании седиментационной устойчивости.
Малые размеры наночастиц приводят к многократному увеличению удельной поверхность материалов [7], что способствует транзиту самых различных веществ за счет увеличения адсорбционной емкости. Возрастает химическая реакционная способность и каталитические свойства вещества. На эти параметры прямо влияют также физико — химические свойства [8], включая форму, поверхностную структуру, полярность. Поэтому увеличивается вероятность развития различных процессов внутри отдельных клеточных структур: органелл, биологических мембран, проникновение и контакт с клеточным ядром и ДНК. Во многом цитотоксические свойства наночастиц объясняются их способностью к агрегации внутри клеток [9].
Было найдено [10], что при радиационно-химическом восстановлении ионов Ag+[10] в присутствии наночастиц гетерополисоединений в оптическом спектре возникают полоса золя металла с максимумом при 392 нм и полоса при 650 нм, обусловленная продуктом восстановления («синь»).
Напуск воздуха приводит к окислению «сини», интенсивность полосы наночастиц серебра при этом существенно уменьшается и смещается в длинноволновую область ( = 410 нм). Повторное г — облучение раствора восстанавливает предшествующий спектр поглощения. Указанную процедуру «окисления — восстановления» можно провести несколько раз, при этом достигаются те же оптические эффекты. Таким образом, восстановление гетерополисоединения, составляющего стабилизирующий слой наночастиц серебра, обеспечивает повышение электронной плотности на металлическом ядре, что вызывает увеличение интенсивности полосы поглощения и ее «синее» смещение. Соответственно, окисление приводит к обратному эффекту.
Анализируя спектры поглощения, можно предположить, что появление дополнительной полосы поглощения в длинноволновой части спектра говорит о возможной коагуляции и перекристаллизации, происходящих в системе. Aгрегативную устойчивость можно охарактеризовать при помощи метода электронной микроскопии. Он позволяет получить распределение частиц по размерам и формам, а также дает представление о расположение наночастиц в пространстве (несвязанные, коагулированные).
Согласно теории Ми. Друде (Mie. Drude) положение максимума полосы поглощения поверхностных плазмонов в металле определяется по уравнению:
л 2 макс = (2рc) 2 m(е0 + 2n)/4рNеe 2 (1)
где c — скорость света;
m — эффективная масса электрона;
e — заряд электрона;
е0 — диэлектрическая проницаемость металла;
n — показатель преломления среды;
Ne — плотность свободных электронов в металле.
Рассеяние света мелкими частицами обусловливает широкий класс явлений, которые можно описать на основе теории дифракции света на диэлектрических частицах. Многие характерные особенности рассеяния света частицами удаётся проследить в рамках строгой теории, разработанной для сферических частиц английским учёным А. Лявом (1889) и немецким учёным Г. Ми (1908, теория Ми). Когда радиус шара r много меньше длины волны света ln в его веществе, рассеяние света на нём аналогично нерезонансному рассеянию атомом. Сечение (интенсивность) рассеяния в этом случае сильно зависит от r и от разности диэлектрических проницаемостей e и вещества шара и окружающей среды: s ~ ln —4r6(e — ) [11]. С увеличением r до r ~ ln и более (при условии e > 1) в индикатрисе рассеяния появляются резкие максимумы и минимумы — вблизи так называемых резонансов Ми (2r = mln, m = 1,2, 3) сечения сильно возрастают и становятся равными 6pr 2 рассеяние вперёд усиливается, назад — ослабевает; зависимость поляризации света от угла рассеяния значительно усложняется.
Рассеяние света большими частицами (r > ln) рассматривают на основе законов геометрической оптики с учётом интерференции лучей, отражённых и преломленных на поверхностях частиц. Важная особенность этого случая — периодический (по углу) характер индикатрисы рассеяния и периодическая зависимость сечения от параметра r/ln. Рассеяние на крупных частицах обусловливает ореолы, радуги, гало и др. явления, происходящие в аэрозолях, туманах и пр.
Рассеяние средами, состоящими из большого числа частиц, существенно отличается от рассеяния отдельными частицами. Это связано, во — первых, с интерференцией волн, рассеянных отдельными частицами, между собой и с падающей волной. Во — вторых, во многих случаях важны эффекты многократного рассеяния (переизлучения), когда свет, рассеянный одной частицей, вновь рассеивается другими. В — третьих, взаимодействие частиц друг с другом не позволяет считать их движения независимыми.
Как уже отмечалось, свойства у наночастицы серебра на самом деле уникальные.
Во-первых, это феноменальная бактерицидная и антивирусная активность. Об антимикробных свойствах [12], присущих ионам серебра, человечеству известно уже очень давно. Наверняка большинство читателей слышали о целительных способностях церковной святой «воды», получаемой путем прогонки обычной воды сквозь серебряный фильтр. Такая вода не содержит многих болезнетворных бактерий, которые могут присутствовать в обычной воде. Поэтому она может храниться годами, не портясь и не «зацветая».
Кроме того, такая вода содержит некоторую концентрацию ионов серебра, способных нейтрализовать вредные бактерии и микроорганизмы [13], чем и объясняется ее благотворное влияние на здоровье человека. На рисунке 2 представлены вирусы атакующие клетку. Скорость, с которой вирус атакует клетку, превышает скорость пули.
Рисунок 2 — Вирусы атакующие клетку
Установлено, что наночастицы серебра в тысячи раз эффективнее борются с бактериями и вирусами, чем серебряные ионы [14].Как показал эксперимент, ничтожные концентрации наночастиц уничтожали все известные микроорганизмы (в том числе и вирус СПИДа), не расходуясь при этом.
Кроме того, 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. Дело в том, что оболочка микроорганизмов состоит из особых белков, которые при поражении наночастицами перестают снабжать бактерию кислородом. Несчастный микроорганизм больше не может окислять свое «топливо» глюкозу и гибнет, оставшись без источника энергии. Вирусы, вообще не имеющие никакой оболочки, тоже получают свое при встрече с наночастицей. А вот клетки человека и животных имеют более «высокотехнологичные» стенки, и наночастицы им не страшны.
В настоящий момент проводятся исследования возможностей использования наночастиц серебра в фармацевтических препаратах. Но уже сейчас они находят огромное количество применений.
Например, фирма «Гелиос» выпускает зубную пасту «Знахарь» с наночастицами серебра, эффективно защищающую от различных инфекций. Также небольшие концентрации наночастиц добавляют в некоторые кремы из серии «элитной» косметики для предотвращения их порчи во время использования. Добавки на основе серебряных наночастиц применяются в качестве антиаллергенного консерванта в кремах, шампунях, косметических средствах для макияжа и т.д. При использовании наблюдается также противовоспалительный и заживляющий эффект.
Ткани, модифицированные серебряными наночастицами, являются, по сути, самодезинфицирующимися. На них не может «ужиться» ни одна болезнетворная бактерия или вирус. Наночастицы не вымываются из ткани при стирке, а эффективный срок их действия составляет более шести месяцев, что говорит о практически неограниченных возможностях применения такой ткани в медицине и быту. Материал, содержащий наночастицы серебра, незаменим для медицинских халатов, постельного белья, детской одежды, антигрибковой обуви и т.д., и т.п.
Наночастицы способны долго сохранять бактерицидные свойства после нанесения на многие твердые поверхности (стекло, дерево, бумага, керамика, оксиды металлов и др.). Это позволяет создать высокоэффективные дезинфицирующие аэрозоли длительного срока действия для бытового применения. В отличие от хлорки и других химических средств обеззараживания, аэрозоли на основе наночастиц не токсичны и не вредят здоровью людей и животных.
Люди всегда искали способы борьбы с инфекциями, передаваемыми воздушно — капельным путем -гриппом, туберкулезом, менингитами, вирусным гепатитом и т. п. Но, увы, воздух в наших квартирах, офисах и особенно в местах массового скопления людей (больницы, общественные учреждения, школы, детские сады, казармы, тюрьмы и т. п.) перенасыщен патогенными микроорганизмами, выдыхаемыми зараженными людьми [15].
Традиционные способы профилактики не всегда справляются с этой проблемой, поэтому нанохимики предложили для ее решения очень элегантный способ: добавить в лакокрасочные материалы, покрывающие стены заведений, наночастицы серебра. Как оказалось, на покрашенных такими красками стенах и потолках не может «жить» большинство патогенных микроорганизмов.
Наночастицы, добавленные в угольные фильтры для воды, практически не вымываются с ней, как это происходит в случае обычных серебряных ионов. Это говорит о том, что срок действия таких фильтров будет несоизмеримо больше, а качество очистки воды возрастет на порядок.
Короче говоря, крошечные, незаметные, экологически чистые серебряные наночастицы могут применяться везде, где необходимо обеспечить чистоту и гигиену: от косметических средств до обеззараживания хирургических инструментов или помещений. При этом, как уверяют ведущие российские ученые в данной области, стоимость средств и материалов, созданных на их основе, будет не намного дороже традиционных аналогов, и с развитием нанотехнологий они станут доступны каждому. Фирма Samsung уже добавляет наночастицы серебра в сотовые телефоны, стиральные машины, кондиционеры и т.д.
Источник: studbooks.net