Бахно Ирина

Оптимальные условия для получения наночастиц серебра

Скачать:

Предварительный просмотр:

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

города Новосибирска «Лицей № 185»

Октябрьского района

Секция химия

Исследование оптимальных условий для получения наночастиц серебра.

Работу выполнила

Ученица 10М класса

Бахно Ирина

Руководитель

Булгакова Виалетта Владимировна

Учитель химии

Конт. тел. 89231218964

Научный консультант

Гулая Елена Владимировна

Кандидат химических наук

Конт. Тел.89607841168

Новосибирск 2015

1. Введение ………………………………………………………..2
2. Теоретическая часть: ................................................................5

1.1 Основные методы получения наночастиц серебра…………….7

1.2 Свойства наночастиц серебра…………………………………..10

1.3 Методы исследования наночастиц……………………………..12

3. Экспериментальная часть …………………………………….16

4. Обсуждение результатов ………………………………………...19

5. Выводы. ……………………………………………………………25

6. Список литературы. .......................................................................26

Приложение

Тезисы.

Применение продукции нанотехнологий позволит сэкономить на сырье и потреблении энергии, сократить выбросы в атмосферу и будет способствовать тем самым устойчивому развитию экономики. С одной стороны, нанотехнологии уже нашли сферы применения, с другой - они остаются для большинства населения областью научной фантастики. В будущем значение нанотехнологий будет только расти.

В последние годы интерес к изучению и получению наноразмерных частиц существенно возрос. Это связано с тем, что открылись новые перспективные возможности использования наноматериалов во многих областях науки и техники, в частности, для получения эффективных и избирательных катализаторов, для создания элементов микроэлектронных и оптических устройств, для синтеза новых материалов. Растворы золей металлов, преимущественно золота, серебра и металлов платиновой группы, интенсивно изучались в прошедшем столетии. Среди вариантов их получения преобладают методы, основанные на восстановлении ионов металлов в растворах в присутствии высокомолекулярных соединений и ПАВ в качестве стабилизаторов, и приемы испарения и конденсации металлов.

Целью данной работы являлось изучение процесса восстановления серебра в водных растворах и определение оптимальных условий синтеза наночастиц серебра.

Задачи :- отработка синтеза наночастиц серебра; - исследование состава и свойств золей, содержащих наночастицы серебра.

В ходе работы был осуществлен синтез наночастиц серебра из водного раствора нитрата серебра, в качестве восстановителя использовался тетраборат натрия. После проведенных исследований, было установлено, что эффективными восстановителями являются натрий лимоннокислый. При восстановлении натрий лимоннокислый раствор светло-коричневого (желтого) цвета, что указывает на наличие более мелких частиц серебра. Цвет раствора в зависимости от концентрации изменяется от прозрачного и бледно-желтого до ярко-желтого и коричневого. С ростом исходной концентраций ионов серебра наблюдается увеличение максимума поглощения при 420нм, что возможно связано с увеличением количества образующихся наночастиц. В ходе экспериментов установили, что процесс восстановления идёт эффективно при рН =8,34 максимальное поглощения наблюдается при длине волны 420 нм, что соответствует литературным данным. Была изучена зависимость влияния концентрации восстановителя на свойства получаемых наночастиц серебра. Установлено, что при восстановлении образуются наночастицы серебра размером до 2,98*10 -4 нм.

ВВЕДЕНИЕ

Сфера нанотехнологий считается во всем мире ключевой темой для технологий XXI века.

Возможности их разностороннего применения в таких областях экономики, как производство полупроводников, медицина, сенсорная техника, экология, автомобилестроение, строительные материалы, биотехнологии, химия, авиация и космонавтика, машиностроение и текстильная промышленность, несут в себе огромный потенциал роста.

Применение продукции нанотехнологий позволит сэкономить на сырье и потреблении энергии, сократить выбросы в атмосферу и будет способствовать тем самым устойчивому развитию экономики. С одной стороны, нанотехнологии уже нашли сферы применения, с другой - они остаются для большинства населения областью научной фантастики. В будущем значение нанотехнологий будет только расти. В специализированной области это будет пробуждать интерес, и стимулировать проведение исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также работ по нахождению новых областей применения нанотехнологий.В последние годы интерес к изучению и получению наноразмерных частиц существенно возрос. Это связано с тем, что открылись новые перспективные возможности использования наноматериалов во многих областях науки и техники, в частности, для получения эффективных и избирательных катализаторов, для создания элементов микроэлектронных и оптических устройств, для синтеза новых материалов. Растворы золей металлов, преимущественно золота, серебра и металлов платиновой группы, интенсивно изучались в прошедшем столетии. Среди вариантов их получения преобладают методы, основанные на восстановлении ионов металлов в растворах в присутствии высокомолекулярных соединений и ПАВ в качестве стабилизаторов, и приемы испарения и конденсации металлов. В начале 1990-х годов применение радиационно-химического метода восстановления позволило получить такой химически активный металл как кадмий в коллоидной форме в водном растворе и изучить его электронные, оптические и другие свойства. Разработанный подход оказался продуктивным и его применение дало возможность за короткий срок существенно расширить круг металлов, получаемых в наноразмерном состоянии в водных растворах.

Есть все основания полагать, что интерес к наноразмерным частицам будет сохраняться еще длительное время и это вызвано тем, что они занимают промежуточное положение между атомно-молекулярным и конденсированным состояниями вещества . Из этого факта вытекают необычные их свойства. Фундаментальными задачами остаются установление их электронной структуры, характера взаимодействия со средой, изучение состояния поверхности и её влияния на устойчивость наночастицы, способности оказывать каталитическое действие на протекание разнообразных химических реакций и др.

Цель работы: синтез золей, содержащих наночастицы серебра, и исследование их физико-химических.

Для достижения цели решались следующие задачи:

Отработка синтеза наночастиц серебра;

Исследование состава и свойств золей, содержащих наночастицы серебра.

2.Теоретическая часть

Классификация нанообъектов

Нанообъекты делятся на 3 основных класса:

- трёхмерные частицы , получаемые взрывом проводников, плазменным синтезом, восстановлением тонких плёнок и т.д;

- двумерные объекты - плёнки, получаемые методами молекулярного наслаивания, CVD, ALD, методом ионного наслаивания и т.д;

- одномерные объекты - вискеры, эти объекты получаются методом молекулярного наслаивания, введением веществ в цилиндрические микропоры и т. д.

Также существуют нанокомпозиты -материалы, полученные введением наночастиц в какие либо матрицы. На данный момент обширное применение получил только метод микролитографии, позволяющий получать на поверхности матриц плоские островковые объекты размером от 50 нм, применяется он в электронике; метод CVD и ALD в основном применяется для создания микронных плёнок. Прочие методы в основном используются в научных целях. В особенности следует отметить методы ионного и молекулярного наслаивания, поскольку с их помощью возможно создание реальных монослоёв.

Свойства наночастиц.

Наиболее сильные изменения свойств наноматериалов и наночастиц наступают в диапазоне размеров кристаллитов порядка 10.-100нм. Для наночастиц доля атомов, находящихся в тонком поверхностном слое (~ 1 нм), по сравнению с микрочастицами заметно возрастает. Так, например, оказывается, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эффективностью, зато более дешевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров - белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные, наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства.

Серебро

Свойства у наночастиц серебра на самом деле уникальные. В первую очередь, они обладают феноменальной бактерицидной и антивирусной активностью.

Об антимикробных свойствах, присущих ионам серебра, человечеству известно уже очень давно. Наверняка, многие слышали о целительных способностях церковной «святой воды», получаемой путем прогонки обычной воды через серебряный фильтр. Такая вода не содержит многих болезнетворных бактерий, которые могут присутствовать в обычной воде. Поэтому она способна храниться годами, не портясь и не «зацветая». В медицинской практике иногда назначают «серебряную» воду для лечения ран, язв, болезней мочевого пузыря.

Кроме того, такая вода содержит некоторую концентрацию ионов серебра, способных нейтрализовать вредные бактерии и микроорганизмы, чем и объясняется ее благотворное влияние на здоровье человека. Установлено, что наночастицы серебра в тысячи раз эффективнее борются с бактериями и вирусами, чем серебряные ионы. Как показал эксперимент, ничтожные концентрации наночастиц серебра 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! В настоящее время проводятся исследования возможностей использования наночастиц серебра в фармацевтических препаратах. Но уже сейчас они находят достаточно широкое применение. Так, например, в настоящее время выпускаются зубные пасты с наночастицами серебра, которые не только очищают зубы, но и эффективно защищают от различных инфекций.

Также небольшие концентрации наночастиц серебра 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 их использовании наблюдается также противовоспалительный и заживляющий эффект. Текстильные ткани, содержащие наночастицы серебра, обладают самодезинфицирующими свойствами. Такие ткани незаменимы для медицинских халатов, постельного белья и т.д.

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, карболовой кислоты и других химических средств обеззараживания, аэрозоли на основе наночастиц не токсичны и не вредят здоровью людей и животных. Если добавить в лакокрасочные материалы, покрывающие стены зданий, наночастицы серебра, то на покрашенных такими красками стенах и потолках не способно жить большинство патогенных микроорганизмов. Добавка в угольные фильтры для воды наночастиц серебра существенно увеличивает срок службы таких фильтров, а качество очистки воды при этом возрастает на порядок. Помимо обеззараживающих свойств, наночастицы серебра обладают также высокой электропроводностью, что позволяет создавать различные проводящие клеи Проводящий клей способен быть использован, например, в микроэлектронике для соединения мельчайших электронных деталей.

Таким образом, крошечные, незаметные, экологически чистые серебряные наночастицы могут применяться везде, где необходимо обеспечить чистоту и гигиену: от косметических средств до обеззараживания хирургических инструментов или помещений.

1.1Основные методы получения наночастиц серебра

К основным методам получения наночастиц серебра относятся методы: химического восстановления в растворах, лазерного излучения, фотолиза, и радиационно-химическое восстановление ионов металлов в водных растворах.

Получение наночастиц серебра методом химического восстановления в растворах.

Наночастицы серебра в водных растворах получают путем восстановления ионов серебра с помощью глюкозы, аскорбиновой кислоты, гидразина, боргидрида натрия и других восстановителей. Реакцию восстановления проводят в различных условиях. Восстановление глюкозой проводят при нагревании до 600С. Для увеличения скорости протекания реакции используют гидроксид натрия.

Полученные частицы исследуют различными способами: методом рентгеновской дифракции (XRD), методом трансмиссионной электронной микроскопии (TEM), а также проводились исследования на спектрофотометре. Исследования показали, что в ходе восстановления в водных растворах были получены частицы размером 10 – 20нм, λ = 1.5418 A°

К способам управления размерами наночастиц, применяемым в научной практике, относятся: использование полимерных матриц, позволяющих управлять размерами нанокластеров, полимерной защиты; физические методы управления размерами (обработка ультразвуком, облучение рентгеновским излучением и использование токов высокой чистоты). Изменение размера нанокластеров металлов добиваются также варьированием природы восстановителя .

Так, использование боргидрида натрия при восстановлении позволяет в большинстве случаев получить наночастицы серебра с узким распределением по размерам в пределах 2-8 нм. Восстановление более мягким восстановителем, таким как гидразин, приводит к образованию более крупных наночастиц металлов с размерами 15-30 нм.

При варьировании условий восстановления возможно получение практически монодисперсных наночастиц. Строение и размер продукта в большой степени зависит от условий реакции, таких как температура и концентрация нитрата серебра.

Например, когда температура понижается до 120 или увеличивается до 190, в полученном продукте доминируют наночастицы с нерегулярной структурой (формой). Начальная концентрация нитрата серебра должна быть не больше 0.1М, в противном случае будет выпадать в виде осадка металлическое серебро. Наночастицы серебра с различными размерами могут быть получены в результате увеличения времени проведения реакции. Для исследования влияния рН на устойчивость водных коллоидных растворов, раствор нитрата серебра был предварительно обработан и его значение рН установлено по растворам NaOH и HCl. Процесс восстановления серебра шел замедленно в сильнокислых (рН 1.5) и в основных (рН 12.5) условиях. Коллоидный раствор в щелочной среде сохраняет устойчивость в течении больше, чем 2 недели без образования осадка. В то время как в кислотных условиях подобная стабильность не наблюдается, образовавшиеся агрегаты сохраняются лишь в течение 5 дней при рН 1.5.Также известны способы получения наночастиц серебра в неводных средах. Наночастицы серебра с фиксированным размером были синтезированы с помощью модифицированного высокомолекулярного процесса, который предполагает восстановление нитрата серебра с этиленгликолем в присутствии стабилизаторов, таких как поливинилпирролидон . Несмотря на то, что принцип селективности для этих систем еще не полностью изучен, предполагают, что селективная адсорбция ПВП на различных кристаллографических плоскостях серебра определяет морфологию продукта. Оптические измерения коллоидных наночастиц серебра в этаноле показывают единственный максимум при длине волны 395нм, который связан с поверхностным плазменным резонансом. Это и соответствует сферическим наночастицам серебра размером 5-8нм.

Наблюдался процесс разрушения наночастицы при прохождении через энергетический барьер: должно накопиться необходимое для разрушения наночастицы количество энергии и, одновременно, проникнуть в запрещенную энергетическую зону и индуцировать многофотонный процесс.

Получение наночастиц серебра методом фотолиза

Процесс фотолиза, с помощью лазерного возбуждения, также может быть использован для получения наночастиц серебра в коллоидных растворах. Камат в своей работе предполагал, что в процессе фотолиза наночастицы серебра теряют электроны, образуя переходное состояние, которое предшествует окончательному разделению больших частиц.

Таками считал, что уменьшение размера частиц наблюдается после облучения нановторичными Nd:YAG лазерными импульсами. Это объясняется частичным нагревом, плавлением и испарением поверхностного слоя. Моханти предполагал, что лазерное облучение разбивает наночастицы серебра на мельчайшие фрагменты, которые снова образуют частицы новых размеров. Таким образом, основным способом контроля размера образующихся наночастиц является облучение.

Получение наночастиц серебра с помощью лазерного излучения

В последние несколько лет для получения коллоидных частиц металлов использовалось лазерное облучение. Для элементов, в первых работах Мафуна , было показано, что получение наночастиц с помощью лазера, может быть выполнено в растворах, эта возможность используется металлическими коллоидными частицами, без учета ионов в конце процесса образования наночастиц. Изучается возможность расширения этого процесса для большего числа различных растворителей отличных от воды, что было представлено в работах Амондола , который предложил способ контролирования металлических кластерных соединений за счет переизлучения, мониторинга результатов с помощью исследования оптических свойств. Совсем недавно исследовалось прямое влияние лазерного излечения на золото-серебряную коллоидную смесь, что дало новые способы получения сплавов наночастиц. Контроль размера, формы и структуры металлических наночастиц технологически важны из-за сильных корреляций между этими параметрами и оптическими, электрическими и кристаллическими свойствами.

Радиационно-химическое восстановление ионов металлов в водных растворах. Образование золей металла.

Радиационно-химическое восстановление (или окисление) ионов металлов в водных растворах осуществляется ионными и радикальными частицами, которые генерируются под действием ионизирующего излучения. Атомы и ионы в необычных и неустойчивых состояниях окисления, образующиеся на начальном этапе восстановления ионов металлов в водном растворе, являются источником формирования наночастиц.

Радиационно-химическое восстановление многих ионов металлов в водных растворах в присутствии стабилизаторов приводит к образованию золей металла. Этот способ получения металлических наночастиц имеет ряд несомненных преимуществ, что обеспечило его достаточно широкое применение. К числу достоинств можно отнести, по крайней мере, следующие. Во-первых, вводимые в исходный раствор добавки не загрязняют образующиеся металлические золи, что неизбежно при использовании NaBH4 и других восстановителей.

Во-вторых, при облучении радикалы-восстановители генерируются равномерно по объему раствора, что позволяет избежать локальных пересыщений, создаваемых при обычном проведении восстановительной реакции.

В-третьих, простота проведения эксперимента: реакционный сосуд с вакуумированным раствором помещают на источник излучения, восстановительный процесс заканчивается после удаления раствора от источника излучения. В-четвертых, приготовленные растворы, содержащие в необходимой концентрации органические соединения, практически прозрачны даже в глубоком ультрафиолетовом свете, что позволяет успешно применять для исследования золей наиболее информативный метод электронной спектроскопии.

Радиационно-химический метод полезно дополняет другие приемы получения металлических наночастиц (фотохимические, электрохимические, сонохимические и др.); использование для этих целей разнообразных восстановителей и стабилизаторов; восстановление в обратных мицеллах и многие другие.

1.2 Свойства 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. 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/или образования осадка в ней. Для наночастиц серебря цвет систем от красного (желто-коричневого) меняется до серого и даже черного. Визуальный метод наблюдения может сыграть определяющую роль при исследовании седиментационной устойчивости. Было найдено, что при радиационно-химическом восстановлении ионов Ag+ 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 (λмакс = 410 нм). Повторное γ-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 наночастицы 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. Агрегативную 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:

λ2макс = (2πc)2m(ε0 + 2n)/4πNе e2 (1)

Где c - скорость света ; m - эффективная масса электрона; e - заряд электрона; ε0 – 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 (и интенсивность) рассеяния в этом случае сильно зависит от r и от разности диэлектрических проницаемостей e и e0 вещества шара и окружающей среды: s ~ ln-4r6(e - e0) (Рэлей, 1871). 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 6pr2, 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.

1.3 Методы исследования наночастиц

Для описания устойчивости нанодисперсии серебра во времени могут быть использованы несколько методов.

Метод визуального наблюдения за системой может дать предварительные и общие закономерности относительно исследуемой дисперсии. К надежным инструментальным методам относится оптический, основанный на измерении спектра поглощения. Анализируя спектры поглощения, можно предположить о возможности коагуляции и перекристаллизации при появлении дополнительной полосы поглощения на зависимости оптической плотности от длины волны или нового максимума в длинноволновой части спектра.

Рисунок 1 - УФ-спектр наночастиц серебра в растворе.

Также для характеристики свойств синтезированных нанодисперсных систем серебра используется просвечивающая электронная микроскопия. Компьютерный анализ полученных изображений наночастиц дал возможность получить распределение частиц по размерам при различных условиях проведения синтеза. Атомно-абсорбционная спектроскопия позволила определить концентрацию ионов серебра в системах.

Оптические методы анализа

Оптические методы измерения концентрации относятся к методам, основанным на эффектах взаимодействия вещества с электромагнитным излучением оптического диапазона шкалы электромагнитных волн от1 мм до 10 нм. Результатом такого взаимодействия могут быть следующие две группы эффектов:

отражение; преломление; рассеяние света; изменение плоскости поляризации света оптически активными молекулами;

поглощение света атомами или молекулами, причем часть энергии света может пропускаться веществом (пропускание света) без поглощения.

Эти группы эффектов обусловлены различными свойствами электромагнитного излучения:

1. Волновые свойства, по которым электромагнитное излучение – это волна с характеристиками длины волны, частоты, волнового числа, мощности излучения, интенсивности излучения.

2. Корпускулярные свойства, по которым электромагнитное излучение – это частица (квант) со своей энергией.

Оптический диапазон шкалы электромагнитных волн подразделяют по эффектам взаимодействий на области, следующим образом:

Дальняя инфракрасная область – 50 – 1000 мкм.

Средняя инфракрасная область – 2,5 – 50 мкм.

Ближняя инфракрасная область – 0,75 – 2,5 мкм.

Видимая область – 750 – 400 нм.

Ультрафиолетовая область – 200 – 400 нм.

Дальняя ультрафиолетовая область – 10 – 200 нм.

Классификация оптических методов анализа по измеряемым свойствам приведена в таблице 1.

Таблица1

Нефелометрические и турбидиметрические методы

При прохождении света через дисперсную систему, содержащую взвесь твердых или коллоидных частиц в растворителе (суспензии, эмульсии), твердых или жидких частиц в газах (аэрозоли), наблюдается рассеяние и поглощение света. На степень рассеяния влияют число, размеры, форма частиц, разность показателей преломления вещества частиц и среды, а также длина волны излучения. Кроме того, интенсивность рассеянного излучения может зависеть от направления измерения.

Рассеяние света частицами, с меньшими размерами, чем длина волны падающего излучения, с изменением длины волны падающего излучения называют комбинационным рассеянием, без изменения длины его волны, называют рэлеевским рассеянием. Рассеяние света частицами, размер которых намного больше размера длины волны излучения, называют рассеянием Тиндаля. Причина такого рассеяния связана с явлением преломления света на границе раздела твердой и жидкой фаз и с отражением света частицами.

Почти все аналитические измерения связаны с видимым излучением. Пробу освещают интенсивным потоком i0, затем измеряют интенсивность прошедшего излучения i или определяют интенсивность излучения, рассеянного под определённым углом, например, под углом

90о – iр90о. С ростом числа частиц в дисперсной системе отношение

i/i0 уменьшается, а отношение iр90о/ i0 до умеренных концентраций увеличивается.

Концентрацию взвешенных частиц можно определить с помощью двух родственных методов. Метод, в котором измерения проводят под углом 1800, называют турбидиметрией, а метод с измерением под углом 90о или каким –либо другим, называют нефелометрией.

В турбидиметрии измеряют свойство «мутность» – s, которая определяется в единицах, аналогичных оптической плотности:

Мутность пропорциональна коэффициенту мутности, толщине поглощающего слоя и числу рассеивающих частиц в 1 мл (концентрация)

При проведении нефелометрических измерений определяют отношение iр90о/ i0

Уравнения зависимости величины аналитического сигнала от концентрации в турбодиметрии и нефелометрии похожи на уравнения Бугера-Ламберта-Бера. Поэтому можно использовать тот же принцип (способ) измерения, который заложен в таких приборах, как спектрофотометр и флуориметр. При измерении применяют относительные методы с использованием специальных стандартных образцов.

В нефолометрии и турбидиметрии кроме погрешностей при измерении добавляются погрешности, связанные с плохой воспроизводимостью химико-аналитических свойств суспензии. Для её стабилизации вводят стабилизаторы – желатину, крахмал, электролиты.

Результаты измерения мутности можно сравнивать только с результатами, полученными на приборах одного и того же типа, совпадающих по всем параметрам. По этой причине стандарты мутности, если их использовать в приборах различных типов, должны быть по форме, размерам, распределению частиц и коэффициентам преломления идентичны в значительной степени аналогичным характеристикам контролируемого материала. Сильное влияние внутренних факторов на измерительный сигнал требует определять концентрацию вещества только по градуировочному графику .

Интенсивность резонансного излучения от источника излучения , проходящего через плазму с атомами меди, ослабляется до по закону Бугера-Ламберта-Бера:

(3)

Где

– коэффициент светопоглощения 1-го моля элемента в центре линии поглощения

– толщина поглощающего слоя плазмы, см (равная, например, длине отверстия в горелке термохимического атомизатора);

С – концентрация поглощающих атомов в плазме.

Приборы и устройства, используемые для атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС), сложны и состоят из многих блоков, например таких как:

Источник излучения (лампа с полым катодом; СВЧ- лампы; ксеноновые лампы; лазеры с перестраиваемой частотой на красителях или полупроводниковых диодах).

Модулятор, служащий для отделения резонансного излучения элемента в пламени атомизатора при резонансной частоте от аналитического сигнала.

Атомизатор, зависящий от вида атомизации:

Термохимическая атомизация, где плазму получают с помощью пламени горелки от 800 до 3000 0С.Электротермическая атомизация, когда используется трубчатая графитовая печь с нагревом до 2000 0С осуществляемым электроконтактным способом от трансформатора.

Монохроматор, в котором используют призму или дифракционную решетку для выделения резонансной линии элемента.

Приемник излучения, состоящий из фотоэлемента и фотоумножителя.

Усилитель, в котором усиление сигнала (через коэффициент усиления) работает только для сигнала с частотой модуляции, все остальные гасятся.

Регистрирующее устройство, в качестве которого часто используют амперметр, который регистрирует значение силы тока.

В атомно-абсорбционных методах концентрацию элемента определяют, используя градуировочные графики или метод добавок. Методом ААС можно определять более 70 элементов. Предел обнаружения элементов методом ААС равен 10 -5 – 10 -8 % или 10 -9 – 10 -12 г. Воспроизводимость результатов измерения аналитических сигналов равна 1 – 2 %.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Синтез наночастиц серебра проводили путем восстановления водного раствора нитрата серебра (AgNO 3 ). В качестве восстановителя использовали

цитрат натрия (Na 3 C 6 H 12 O 7 ). Все растворы готовили на бидистиллированной воде.

Золь готовили смешением растворов нитрата серебра с глюкозой в соотношении объемов 1:1. Обработку смеси проводили раствором гидроксида аммония до рН 8-9, так как размеры наночастиц серебра зависят от рН среды.

Золь экспонировали при температуре 96-98°С в течение 120 минут. Полученный золь стабилизировали с использованием токов высокой частоты. Исходные концентрации растворов нитрата серебра и глюкозы были подобраны таким образом, чтобы получаемый золь имел желтую окраску, так как цвет золя коррелирует со средними размерами частиц . Для получения наночастиц (НЧ) серебра применяется реакция Толленса :

+ (aq) + R-CHO(aq) → Ag(s) + -RCOOH(aq) ,

где R-CHO – альдегид или углеводород.

Аммиачный комплекс оксида серебра образуется при взаимодействии нитрата серебра с аммиаком:

AgNO 3 + 3NH 3 ·H 2 O = OH +NH 4 NO 3 + 2H 2 O.

Вследствие высокой восстановительной способности глюкозы на начальном этапе образуется большое количество мелких кластеров, при дальнейшей необратимой агрегации которых получаются более крупные агломераты [Там же]. Тетроборат натрия является одновременно восстановителем и стабилизатором. Продукт окисления цитрат натрия – может адсорбироваться на поверхности НЧ и контролировать их рост. В данных условиях образующиеся НЧ серебра не склонны к агрегации.

Предполагаемая схема протекания химической реакции:

2AgNO 3 + Na 3 C 6 H 12 O 7 + H 2 O → Na 3 C 6 H 12 O 8 + 2Ag + 2HNO 3

Для исследования нанокомпозитов использовался комплекс физико-химических методов: оптическая спектроскопия в видимой и УФ областях.

Характерной чертой наночастиц является сильное и специфическое взаимодействие с электромагнитным излучением. Особенностью спектров

поглощения наночастиц размером более 2 нм является присутствие широкой полосы поверхностно-плазменного резонанса (ППР) в видимой области или в прилегающей к ней ближней УФ-области.

Спектральный максимум вблизи 400 нм соответствует ППР изолированных и слабо взаимодействующих наночастиц серебра. На спектре поглощения (рис. 2) фиксируется выраженный максимум при длине волны 430 нм.

После экспозиции в течение 7, 14 суток спектр поглощения золя практически не изменяется, что свидетельствует об отсутствии активной агрегации частиц.

Максимум при длине волны 430 нм соответствует частицам серебра размерами до 50 нм. В типичной методике синтеза к раствору (10 мл) нитрата серебра определенной концентрации (0,0001 М – 0,005 М ) добавляли такой же объем раствора восстановителя (0,001 М – 0,05 М ) и доводили рН до заданного значения с помощью раствора аммиака. В качестве восстановителей применяли натрий лимоннокислый.

Оборудование и реактивы.

Для проведения эксперимента были приготовлены растворы AgNO 3 , Na 3 C 6 H 12 O 7, C 6 H 8 O 6, NaBH 4, NH 3 *H 2 O разной концентрации:

AgNO 3 5*10 -3 M; 1*10 -3 M; 5*10 -4 M; 1*10 -4 M;

C 6 H 12 O 6 1*10 -2 M; 1*10 -3 M;

C 6 H 8 O 6 1*10 -2 M; 2*10 -2 M;

NaBH 4 1*10 -2 M;

NH 3 *H 2 O 25%;

«Аскорбиновая кислота с глюкозой» ГОСТ-000906.05

Все реактивы, используемые в работе, имели квалификацию ч.д.а. и дальнейшей очистке не подвергались.

Получение наночастиц серебра.

К раствору нитрата серебра определенной концентрации добавляли раствор восстановителя (боргидрида натрия,»). Соотношение объемов 1:1. Приготовленные растворы подвергали нагреванию на плитке (t=96 -98 0 С) в течение 15 мин.

После синтеза гидрозоли серебра исследовались спектрофотометрическим методом, а также визуально отмечалось изменение окраски растворов и/или образования осадка. Спектры поглощения Ag-гидрозоля регистрировали при комнатной температуре в области 300-700 нм на спектрофотометре ПЭ-5400В (кювета (Q) – 1см).

Приготовление раствора «цитрата натрия»

Готовили раствор с молярной концентрацией равной 0,01моль/л

m (навески) = 0,0096г:

Приготовление раствора «нитрата серебра»

Готовили раствор с молярной концентрацией равной С(AgNO 3 ) = 0,0001М, 0,0005М, 0,001М; 0,005М

Расчет вели на 500 мл раствора приготовленного

m (навески) = 0,0096г:

Взвешивали на весах «ОКБ –Веста» с точностью до четвертого знака и растворяли в дистиллированной воде.

4.ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

После проведенных исследований, было установлено, что эффективными восстановителями являются натрий лимоннокислый. При восстановлении натрий лимоннокислый раствор светло-коричневого (желтого) цвета, что указывает на наличие более мелких частиц серебра.

Спектр исходного раствора представлен на рисунках 2

Рисунок 2 - Спектры оптического поглощения исходных растворов

Изучение влияния концентрации AgNO 3 на величину плазменного пика.

Приготовление растворов проводили в соответствии с методикой. Концентрацию растворов AgNO 3 варьировали в интервале 0,0001М – 0,005М. Концентрация натрий лимоннокислого была постоянна и равна 0,01М. Полученные результаты представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Спектры оптического поглощения гидрозоля серебра, полученного восстановлением AgNO 3 глюкозой (– С(AgNO 3 ) = 0,0001М,

С(AgNO 3 ) = 0,0005М, С(AgNO 3 ) = 0,001М ; – С(AgNO 3 ) = 0,005М).

Цвет раствора в зависимости от концентрации изменяется от прозрачного и бледно-желтого до ярко-желтого и коричневого. С ростом исходной концентраций ионов серебра наблюдается увеличение максимума поглощения при 420нм, что возможно связано с увеличением количества образующихся наночастиц.

Изучение влияния рН на процесс восстановления серебра

Приготовление растворов проводили в соответствии с методикой. рН растворов варьировали в интервале 5 – 11. Концентрации натрий лимоннокислый и нитрата серебра были постоянны и равны соответственно 0,001М и 0,001М. Результаты представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Спектры оптического поглощения гидрозоля серебра, полученного восстановлением AgNO 3 цитратом натрия (– рН = 11,21; рН = 10,24;– рН = 8,34; - рН = 7,15; -- – рН = 5,16;).

Окраска полученных систем с увеличением значения рН изменялась от бледно-желтой (рН = 5,16) до темно-коричневой (рН = 11,21). Также следует отметить, что растворы с рН = 10,24 и рН – 11,21 являлись неустойчивыми: появлялась муть и практически сразу в осадок выпадало металлическое серебро.

Таким образом, из представленных графиков видно, что эффективное значение рН = 8,34 , процесс восстановления идет более эффективно. Максимум поглощения наблюдается на длине волны λ = 420 нм. По литературным данным, это соответствует поглощению серебряных частиц размером несколько нанометров . Быстрый рост поглощения в максимуме полосы свидетельствует о формировании в системе новых частиц серебра данного размера.

полученного восстановлением AgNO 3 натрий лимоннокислый (С = 0,001М, -С = 0,005М, С = 0,01М, = 0,05М).

Исследование влияния концентрации восстановителя – натрия лимоннокислого на свойства получаемых наночастиц серебра

Приготовление растворов проводили в соответствии с методикой. Концентрацию растворов глюкозы варьировали в интервале 0,001М – 0,05М. Концентрация нитрата серебра была постоянна и равна 0,001М.

Химическое восстановление является многофакторным процессом и зависит от подбора пары окислитель – восстановитель и их концентрации. В работе проведено исследование влияния концентрации восстановителя – глюкозы на свойства получаемых наночастиц серебра. Прирост интенсивности в максимуме полосы поглощения при увеличении концентрации глюкозы, по-видимому, связан с повышением эффективности процесса восстановления Ag + .

Исследование оптических свойств наночастиц серебра

С помощью спектрофотометра определили коэффициент экстинкции и используя формулу:

C ext =24 πRε 3/2 м /λε (1)

(где R - радиус наночастицы, ε м -диэлектрическая проницаемость среды, ε - диэлектрическая проницаемость частиц, λ- длина волны падающего света,

C ext - коэффициент экстинкции). Оценили размер наночастицы.

Таблица -2

ВЫВОДЫ:

1. В ходе работы ознакомились с методами синтеза наночастиц серебра в водных растворах.

2. Провели синтез наночастиц серебра путем восстановления водного раствора нитрата серебра натрий лимоннокислым. Определены оптимальные условия восстановления серебра: восстановитель – глюкоза; С(AgNO 3 ) = 0,0001М; С(C 6 H 12 O 6 ) = 0,05М ; рН = 8,34.

4.- Установлено, что при восстановлении образуются наночастицы серебра размером до 2,98*10 -4 нм;

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Б.Г.Ершов Наночастицы металлов в водных растворах: электронные, оптические и каталитические свойства/Ершов Б.Г.//Журнал российского химического общества им. Д.И. Менделеева. – 2001. - Т. XLV, № 3.- С.5-9.

2. Meng Chen Preparation and Study of Polycryamide-Stabilized Silver Nanoparticles through a One-Pot Process/ Meng Chen, Li-Ying Wang, Jian-Tao Han, Jun-Yan Zhang, Zhi-Yuan Li, Dong-Jin Qian//Department of Chemistry and Laboratory of AdVanced Materials, Fudan UniVersity. – 2006. – С.34-38.

3. Кузьмина Л.Н. Получение наночастиц серебра методом химического восстановления/Л.Н.Кузьмина, Н.С.Звиденцова, Л.В Колесников// Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева . – 2007. - Т. XХХ, № 8. – С.7 -12.

4. Сергеев Б.М.. Получение наночастиц серебра в водных растворах полиакриловой кислоты/ Б.М.Сергеев, М..В. Кирюхин, А.Н.Прусов, В.Г Сергеев // Вестник Московского Университета. Серия 2. Химия – 1999. – Т.40, №2. – С. 129-133.

5. Lilia Coronato Courrol A simple method to synthesize silver nanoparticles by photo-reduction/ Lilia Coronato Courrol, Flґavia Rodrigues de Oliveira Silva, Laґercio Gomes// EPUSP. – 2007. – Vol.18, №6. – Р.12 – 16.

6. Wanzhong Zhang Synthesis of silver nanoparticles-Effects of concerned parameters in water/oil microemulsion/Wanzhong Zhang, Xueliang Qiao, Jianguo Chen// State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology. – 2007. – Р.17 – 21.

7. Вегера, А.В. Синтез и физико-химические свойства наночастиц серебра/

А.В. Вегера, А.Д. Зимон// Московский государственный университет технологии и управления. – 2006. - 5 – 12.

8. Степанов А.Л. Особенности синтеза металлических наночатиц в диэлектрике методом ионной имплантации/ А.Л.Степанов //Журнал Технического университета Аахена, Германия. – 2007. – С.2 – 7.

Изобретение может быть использовано в области химии, медицины и нанотехнологии. Способ получения наночастиц серебра включает приготовление водных растворов нитрата серебра концентрации 0,001÷0,02 М/л и L-цистеина концентрации 0,00125÷0,04 М/л. Полученные растворы смешивают при мольном соотношении нитрата серебра и L-цистеина в диапазоне 1,25÷2,00 и выдерживают при температуре 15÷55°C в течение 0,34÷48 часов в защищенном от света месте с получением раствора супрамолекулярного полимера. Полученный раствор супрамолекулярного полимера разбавляют водой в объемном соотношении 1:1. Готовят водный раствора борогидрида натрия концентрации 0,003÷0,010 М/л и добавляют в раствор супрамолекулярного полимера при постоянном перемешивании. Изобретение позволяет получить наночастицы серебра со средним гидродинамическим радиусом 20 нм. 4 ил., 1 пр.

Рисунки к патенту РФ 2526390

Изобретение относится к области получения наноразмерных структур из серебра, полученных в результате химического восстановления борогидридом натрия ионов серебра, включенных в супрамолекулярный полимер. Способ позволяет получать стабильные наночастицы серебра со специфическими свойствами, используя только биосовместимые реагенты. Наночастицы серебра могут быть применены в разработке антибактериальных материалов и нанотехнологиях.

Способ получения наночастиц серебра (НЧС) на основе супрамолекулярного полимера открывает широкие возможности управления их свойствами. Супрамолекулярные полимеры - это полимероподобные макромолекулярные структуры, полученные в результате ассоциации ионов, удерживаемых вместе межмолекулярными силами.

Технический результат настоящего изобретения заключается в получении наночастиц серебра со средним гидродинамическим радиусом 20 нм.

Технический результат достигается в два этапа.

Первый этап - смешение водного раствора нитрата серебра с концентрацией его в исходной смеси от 0,001М до 0,02М с водным раствором L-цистеина, таким образом, чтобы мольное соотношение серебра и L-цистеина находилось в диапазоне 1,25÷2,00. При этом образуется мутный раствор, который оставляют созревать в защищенном от света месте при температуре от 15 до 55°C до визуальной прозрачности. Созревание происходит в течение от 20 минут до двух суток (от 0,35 часа до 48,00 часов), в зависимости от концентрации исходных компонентов, их мольного соотношения и температуры. В результате получают прозрачный вязкий раствор супрамолекулярного геля светло-желтого цвета. Методика его синтеза соответствует патенту РФ № 2423384 от 10.07.2011.

В ультрафиолетовом спектре полученного раствора наблюдается появление двух слабых полос поглощения: в области 305 нм и 389 нм (Фиг.1).

Относительная вязкость полученного раствора находится в пределах от 1,1 до 2,5, в зависимости от концентрации исходных компонентов, их мольного соотношения и времени созревания раствора. Установлено, что для достижения результата необходим только L-цистеин высокой степени чистоты (не менее 99%).

Второй этап предполагает смешение водного раствора супрамолекулярного полимера на основе нитрата серебра и L-цистеина с водным раствором борогидрида натрия при постоянном перемешивании. Мольное соотношение серебра и борогидрида натрия должно составлять 0,4. При этом образуется красно-коричневый раствор с низкой вязкостью.

В ультрафиолетовом спектре полученного раствора имеются полосы поглощения в диапазоне от 390 до 500 нм, соответствующие явлению плазмонного резонанса на металлических наночастицах серебра или их агрегатах (Фиг.2).

Исследованием уровня техники установлено, что способов получения наночастиц серебра химическим восстановлением борогидридом натрия из водного раствора супрамолекулярного полимера на основе нитрата серебра и L-цистеина не обнаруживается.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Водный раствор супрамолекулярного полимера (L-цистеин серебряный раствор) на основе L-цистеина и нитрата серебра представляет собой раствор полимероподобного супрамолекулярного соединения, построенного из молекул меркаптида серебра и ионов серебра, с формированием линейных цепочек со связями серебро-сера: -Ag-S-Ag-S-Ag-S-.

Авторами впервые было установлено, что указанный раствор может использоваться как исходный реагент для синтеза седиментационно и частично агрегативно устойчивых наночастиц серебра со специфическими свойствами. Ионы серебра, включенные в супрамолекулярный полимер, восстанавливаются борогидридом натрия до металлического серебра. Размер синтезируемых наночастиц серебра детерминируется размером супрамолекул, их концентрацией, температурой проведения процесса и другими факторами. Молекулы цистеина, входившие в состав супрамолекулярного полимера, связываются с поверхностью получаемых наночастиц по тиольной группе. Тем самым наночастицам придается седиментационная и частично-агрегативная устойчивость. Срок хранения растворов наночастиц, полученных данным способом, без значительного изменения их свойств, - около 6 месяцев.

Образование фракций наночастиц размером от 10 до 50 нм в растворе установлено методом динамического светорассеяния. Измерение интенсивности ДСР выполнено на анализаторе Zetasizer ZS (Malvern Instruments Ltd., Великобритания) с He-Ne - лазером ( =633 нм) мощностью 4 мВт. Все измерения осуществлялись при 25°C. На Фиг.3 представлены данные динамического светорассеяния, которые свидетельствуют о наличии в данном растворе наночастиц со средним гидродинамическим радиусом порядка 20 нм. Фракция наночастиц с большим размером представлена обратимыми агрегатами из первой фракции.

Методом просвечивающей электронной микроскопии установлено присутствие в растворе наночастиц размером от 10 до 50 нм, рефлексы которых на электронограмме образца соответствуют присутствию металлического серебра.

На Фиг.4 представлены электронно-микроскопический снимок и электронограмма высушенного на подложке из формвара образца раствора наночастиц серебра, полученные на просвечивающем электронном микроскопе «LEO 912 АВ OMEGA» (Carl Zeiss, Германия).

В предложенном способе получения наночастиц используется биологически активное супрамолекулярное соединение на основе биосовместимой аминокислоты L-цистеина и нитрата серебра. Наночастицы серебра являются стабильным биологически активным продуктом, совместимым с полимерами медицинского назначения.

Антибактериальное действие катионов серебра объясняется тремя механизмами: вмешательством в перенос электронов, связыванием ДНК и взаимодействием с мембраной клетки. Наночастицы металлического серебра обладают антибактериальным действием благодаря их медленному окислению и высвобождению в окружающую среду катионов серебра. Этот фактор играет решающую роль в ряде случаев медицинского применения. Ионное серебро в высоких концентрациях обладает токсическим воздействием не только на прокариотические клетки бактерий, но и на эукариотические клетки организма пациента. Это вызывает определенные трудности с разовой дозировкой препарата. При использовании наночастиц серебра достижение минимально ингибирующих концентраций происходит постепенно (по мере окисления развитой поверхности наночастиц), и токсического действия на организм не наблюдается. Кроме того, существуют данные о большей чувствительности патогенных и условно патогенных грибков (например, Candida) именно к наночастицам серебра, которые разрушают клеточные мембраны и угнетают рост грибковых клеток. Таким образом, наночастицы серебра могут использоваться в тех случаях, когда нельзя по каким-то причинам повышать содержание ионов серебра. В предлагаемом нами способе получения наночастиц серебра существует возможность получения наночастиц с заранее заданным размером.

Изобретение поясняется графическими материалами (Фиг.1÷4).

Фиг.1. УФ спектры L-цистеин-серебряного раствора при разном его разбавлении: 1 - без разбавления, 2 - разбавление в 2 раза, 3 - разбавление в 8 раз (концентрации компонентов в неразбавленном растворе: C AgNO3 =0,0038М, C cys =0,0030М; толщина слоя 1 см).

Фиг.2. УФ спектры растворов наночастиц серебра, полученных при разном разбавлении исходного ЦСР: 1 - без разбавления, 2 - разбавление в 2 раза, 3 - разбавление в 8 раз (концентрации компонентов в неразбавленном растворе: C AgNO3 = 0,0038М, C cys =0,0030М; толщина слоя 1 мм).

Фиг.3. Распределение НЧС по размерам в образце, полученном при разбавлении исходного раствора супрамолекулярного полимера в 8 раз (концентрации компонентов в неразбавленном растворе: C AgNO3 =0,0038М, C cys =0,0030М).

Фиг.4. ПЭМ-изображение (а) и электронограмма (б) образца наночастиц полученного при разбавлении исходного раствора супрамолекулярного полимера в 2 раза (концентрации компонентов в неразбавленном растворе: C AgNO3 =0,0038M, C cys =0, 0030М).

Пример получения наночастиц серебра:

1. Растворяют 127,5 мг нитрата серебра в 25 мл дистиллированной воды.

2. Растворяют 90,8 мг L-цистеина в 25 мл дистиллированной воды.

3. К 25 мл раствора нитрата серебра приливают 155 мл дистиллированной воды и 20 мл раствора L-цистеина, смесь энергично перемешивают. Смесь оставляют созревать в защищенном от света месте на 10 часов при комнатной температуре.

4. К 50 мл полученного раствора приливают 50 мл дистиллированной воды и смесь энергично перемешивают. Получают разбавленный раствор супрамолекулярного полимера.

5. Растворяют 37,0 мг борогидрида натрия в 10 мл дистиллированной воды

6. К 100 мл разбавленного раствора супрамолекулярного полимера при перемешивании приливают по каплям (со скоростью 1 капля в секунду) 10 мл раствора борогидрида натрия. Перемешивание продолжают до прекращения заметного выделения пузырьков газа.

Таким образом заявляется способ получения наночастиц серебра, включающий приготовление водных растворов нитрата серебра концентрации 0,001÷0,02 М/л и L-цистеина концентрации 0,00125-10,04 М/л, смешивание полученных растворов при мольном соотношении нитрата серебра и L-цистеина в диапазоне 1,25÷2,00, выстаивание смеси при температуре 15÷55°C в течение 0,34÷48,00 часов в защищенном от света месте с получением раствора супрамолекулярного полимера, разбавление смеси водой в объемном соотношении 1:1, приготовление водного раствора борогидрида натрия концентрации 0,003÷0,010 М/л и добавление водного раствора борогидрида натрия в раствор сумолекулярного полимера при постоянном перемешивании.

Использование предлагаемого способа получения наночастиц серебра в областях, отличных от медицины, дает возможность стабилизировать коллоидные растворы металлического серебра с определенным, заранее заданным размером дисперсной фазы. Хотя непосредственный способ применения наночастиц серебра в таких областях не является объектом данного патентования, стоит отметить, что это могут быть такие приложения, как электронные и оптоэлектронные приборы и устройства, композитные материалы различного назначения, электропроводящие клеи, пленки.

Использование наночастиц серебра в качестве гетерогенных катализаторов применяется во многих процессах органического синтеза (например, в производстве формальдегида). При этом размер частиц определяет эффективность катализа: чем больше поверхность катализатора, тем активнее протекает каталитический процесс. Использование заявляемого способа получения наночастиц серебра позволит получать катализаторы двумя способами: получение наночастиц in situ (непосредственно в матрице носителя) и пропитка носителя коллоидным раствором наночастиц.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения наночастиц серебра, содержащий приготовление водных растворов нитрата серебра концентрации 0,001÷0,02 М/л и L-цистеина концентрации 0,00125÷0,04 М/л, смешивание полученных растворов при мольном соотношении нитрата серебра и L-цистеина в диапазоне 1,25÷2,00, выстаивание смеси при температуре 15÷55°C в течение 0,34÷48,00 часов в защищенном от света месте с получением раствора супрамолекулярного полимера, разбавление смеси водой в объемном соотношении 1:1, приготовление водного раствора борогидрида натрия концентрации 0,003÷0,010 М/л и добавление водного раствора борогидрида натрия в раствор сумолекулярного полимера при постоянном перемешивании.

ПРОДУКТ СОВРЕМЕННЫХ НАНОТЕХНОЛОГИЙ – КОЛЛОИДНОЕ НАНОСЕРЕБРО

Серебро – металл белого цвета, практически не изменяющийся под воздействием кислорода воздуха при комнатной температуре, однако из-за наличия в воздухе сероводорода со временем покрывается тёмным налётом сульфида серебра Ag2S:

4Ag + O2 + 2H2S = 2Ag2S + 2H2O.

Удалить этот сульфид с поверхности серебряного изделия можно механически, используя различные чистящие пасты или тонкий зубной порошок.

Серебро устойчиво в воде, соляная, разбавленная серная кислота и царская водка на него не действуют, поскольку на поверхности металла образуется защитная плёнка его хлорида AgCl. Серебро хорошо растворяется лишь в азотной кислоте с образованием растворимого нитрата натрия AgNO3:

Ag + 2HNO3 = AgNO3 + NO2 + H2O.

При добавлении к раствору нитрата серебра щёлочи выделяется тёмно-коричневый осадок оксида серебра Ag2O:

2AgNO3 + 2NaOH = 2NaNO3 + Ag2O + H2O.

Основные физические и механические свойства серебра:

Атомная масса ……………………………………………………107, 87 Плотность, г/см3 ……………..……………………………………10, 49 Температура, ОС: плавления...............……………………………………………960, 5 кипения ……………………...............………………………… 2210 Скрытая теплота плавления, кал/г………………….. 25 Удельная теплоёмкость, кал/ (г. град) ………….. 0, 056 Удельное электросопротивление, мкОм. см …...1, 62 Теплопроводность, кал/ (см. сек. град)...........0, 974

• Бактерицидные свойства серебра известны с глубокой древности. Еще в Древней Индии с помощью этого металла обеззараживали воду, а персидский царь Кир хранил воду в серебряных сосудах.

Историк древнего мира Геродот приводит сведения о том, что в V веке до нашей эры персидский царь Кир во время походов пользовался питьевой водой, сохраняемой в серебряных “священных сосудах”. В религиозных индусских книгах встречаются упоминания об обеззараживании воды путем кратковременного погружения в нее раскаленного серебра, либо в результате длительного контакта с этим металлом в обычных условиях.

В некоторых странах существовал обычай при освящении колодцев бросать в воду серебряные монеты, тем самым улучшая качество воды, а также хранить воду в серебряных чашах. Американские первооткрыватели, путешествуя, часто клали серебряный доллар в молоко, чтобы задержать его скисание.

• Широкое распространение при лечении ран серебро получило во время Великой Отечественной войны. Серебряную воду применяли при лечении свищей и язв, образовавшихся в результате костного туберкулеза и туберкулеза лимфатических желез с распадом и нагноением. Результаты лечения, как правило, были положительные: язвы и свищи, не закрывавшиеся у некоторых больных несколько лет, несмотря на систематическое лечение кварцем, рыбьим жиром, мазью Вишневского и другими препаратами, после применения серебряной воды полностью закрывались и заживали.

Пионером исследований в области серебра считают французского врача Бенье Креде , который в конце XIX века сообщил об успехах в лечении сепсиса ионами серебра. Продолжая исследования, он выяснил, что серебро в течение трех дней убивает дифтерийную палочку, в течение двух - стафилококки, а возбудитель тифа - за сутки.

• В конце XIX столетия швейцарский ботаник ботаник Карл Негель установил, что причиной гибели клеток микроорганизмов является воздействие на них ионов серебра. Ионы серебра выступают в роли защитников, уничтожая болезнетворные бактерии, вирусы, грибки. Их действие распространяется более чем на 650 видов бактерий (для сравнения – спектр действия любого антибиотика 5–10 видов бактерий). Интересно, что полезные бактерии при этом не погибают, а значит не развивается дисбактериоз, столь частый спутник лечения антибиотиками.

При этом серебро не просто металл, способный убивать бактерии, но и микроэлемент, являющийся необходимой составной частью тканей любого живого организма. В суточном рационе человека должно содержаться в среднем 80 мкг серебра. При употреблении ионных растворов серебра не только уничтожаются болезнетворные бактерии и вирусы, но и активизируются обменные процессы в организме человека, повышается иммунитет.

• В 1942 гиду англичанину Р. Бентону удалось остановить эпидемию холеры и дизентерии, свирепствовавшую на строительстве дороги Бирма - Ассам. Бентон наладил снабжение рабочих чистой питьевой водой, обеззараженной с помощью электролитического растворения серебра (концентрация серебра 0,01 мг/л).

Когда бактерицидные свойства серебра были изучены, оказалось, что решающую роль здесь играют положительно заряженные ионы серебра Ag+. Ионизация серебра повышает активность в водных растворах. Катионы серебра подавляют деятельность фермента, обеспечивающего кислородный обмен у простейших микроорганизмов болезнетворных бактерий, вирусов и грибков (порядка 700 видов патогенной «флоры» и «фауны»). Скорость уничтожения зависит от концентрации ионов серебра в растворе: так, кишечная палочка погибает через 3 мин при концентрации 1 мг/л, через 20 мин - при 0,5 мг/л, через 50 мин - при 0,2 мг/л, через 2 ч - при 0,05 мг/л. При этом обеззараживающая способность серебра выше, чем у карболовой кислоты, сулемы и даже таких сильных окислителей, как хлор, хлорная известь, гипохлорид натрия.

• Серебро - не просто металл, но важный для организма микроэлемент, необходимый для нормального функционирования желез внутренней секреции, мозга и печени. Но серебро - тяжелый металл, и его насыщенные растворы не полезны человеку: предельно допустимая концентрация серебра - 0,05 мг/л. При приеме 2 г солей серебра возникают токсические явления, а при дозе в 10 г вероятен летальный исход. Кроме того, если превышать предельную дозу в течение нескольких месяцев, возможно постепенное накапливание металла в организме.

Высокая биологическая активность микроэлементов-металлов в организме связана, прежде всего, с участием их в синтезе некоторых ферментов, витаминов и гормонов. По данным А.И. Войнара, в суточном рационе человека в среднем должно содержаться 80 мкг ионов серебра. Установлено, что в организме животных и человека содержание серебра составляет 20 мкг на 100 г сухого вещества. Наиболее богаты серебром мозг, железы внутренней секреции, печень, почки и кости скелета.

• Ионы серебра принимают участие в обменных процессах организма. В зависимости от концентрации его катионы могут как стимулировать, так и угнетать активность ряда ферментов. Под влиянием серебра в два раза усиливается интенсивность окислительного фосфорилирования в митохондриях головного мозга, а также увеличивается содержание нуклеиновых кислот, что улучшает функцию головного мозга.

При инкубации различных тканей в физиологическом растворе, содержащем 0,001 мкг катиона серебра, возрастает поглощение кислорода мозговой тканью на 24%, миокардом – на 20%, печенью – на 36%, почками – на 25%. Повышение концентрации ионов серебра до 0,01 мкг снижало степень поглощения кислорода клетками этих органов, что свидетельствует об участии катионов серебра в регуляции энергетического обмена.

• В лаборатории вирусологии Киевского государственного университета проводились исследования по изучению физиологического действия серебра. Установлено, что дозы серебра 50; 200 и 1250 мкг/л оказывают благотворное влияние на экспериментальных животных. Крысы, которые пили воду, содержащую ионы серебра, прибавляли в весе и развивались быстрее, чем животные контрольной группы. С помощью спектрального анализа в печени экспериментальных животных было обнаружено 20 мкг серебра на 100 г сухой массы, что соответствовало нормальному содержанию серебра в печени крыс.

Этими сследованиями было доказано, что дозы серебра 50–250 мкг/л являются физиологическими и не оказывают вредного воздействия на организм при длительном применении. К такому же выводу пришли ряд исследователей, изучая влияние серебра, вводимого в дозах, значительно превышающих предельно допустимые, на органы и системы человека и животных. Так, патогистологические исследования подопытных животных, которые получали с питьевой водой серебро в дозах 20000–50000 мкг/л, показали, что при длительном введении в организм ионного серебра происходит накопление его в тканях организма. Однако отложение серебра в тканях не сопровождалось воспалительными и деструктивными изменениями внутренних органов.

• Исследованиями А.А. Масленко показано, что длительное употребление человеком питьевой воды, содержащей 50 мкг/л серебра (уровень ПДК), не вызывает отклонений от нормы функции органов пищеварения. Не было обнаружено в сыворотке крови изменений активности ферментов, характеризующих функцию печени. Не выявлено также патологических сдвигов в состоянии других органов и систем человека и при употреблении в течении 15 суток воды, обработанной серебром в дозе 100 мкг/л, то есть в концентрациях, в два раза превышающих допустимые.

Следует подчеркнуть, что длительное применение больших доз серебра – концентрацией раствора 30 – 50 мг/л в течение 7–8 лет c лечебной целью, а также при работе с соединениями серебра в производственных условиях может привести к отложению серебра в коже и изменению окраски кожи – аргирии , профессиональной болезни ювелиров («цвет загара»), которая является следствием фотохимического восстановления ионов серебра. При обследовании ряда больных с явлениями аргирии не выявлено изменений в функциональном состоянии органов и систем, а также в биохимических процессах, происходящих в организме, более того у всех людей с признаками аргирии наблюдалась резистентность к большинству вирусных и бактериальных инфекций.

• Большое влияние на развитие аргирии оказывает индивидуальная предрасположенность организма к серебру, качественные и количественные показатели иммунитета и другие факторы. Косвенным доказательством этого может служить факт, что дозы, которые могут приводить к аргирии, различны. В литературе имеются указания на то, что у некоторых людей даже при приеме больших доз серебра аргирия не возникает. По данным Вудворда Р.Л. и других исследователей, дозы серебра 50–200 мкг/л, исключают возможность аргирии.

При изучении действия препаратов серебра на организм человека отмечено его стимулирующее действие на кроветворные органы, проявляющееся в исчезновении молодых форм нейтрофилов, увеличении количества лимфоцитов и моноцитов, эритроцитов и гемоглобина, замедлении СОЭ.

• В последние годы в научной литературе появились сведения о том, что серебро является мощным иммуномодулятором, сравнимым со стероидными гормонами . Установлено, что в зависимости от дозы, серебро может как стимулировать, так и подавлять фагоцитоз. Под влиянием серебра повышается количество иммуноглобулинов классов А, М, G, увеличивается процентное содержание абсолютного количества Т-лимфоцитов.

Таким образом, в свете современных представлений, серебро рассматривается как микроэлемент, необходимый для нормального функционирования внутренних органов и систем, а также как мощное средство, повышающее иммунитет и активно воздействующее на болезнетворные бактерии и вирусы. В концентрации 0,05–0,1мг/л серебро оказывает омолаживающее воздействие на кровь и благотворно влияет на протекание физиологических процессов в организме.

«Химия и жизнь» №1, 2010

Говорят, что нанотехнологии - это наше будущее. На самом деле пользуемся мы ими давно, просто не знаем, что они «нано». Более того, нанотехнологии применяли уже три тысячи лет назад. В статье рассказывается о том, как мастера и ученые разных времен и народов манипулировали нанообъектами, еще не понимая, что делают именно это. И если уж их технологии заслуживают модной приставки «нано», то современным химикам (см. статью главного редактора в этом же номере) тем более не стоит упускать эту возможность.

Основатель нанотехнологии - знаменитый американский физик и лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман. Он достаточно подробно рассмотрел последствия безграничной миниатюризации с позиций теоретической физики в своем известном выступлении перед Американским физическим обществом в декабре 1959 года. Правда термин «нанотехнологии» был введен позднее, а широкое распространение получил только в последние годы.

Однако тот факт, что мелкие частицы различных веществ обладают иными свойствами, чем то же вещество с более крупными размерами частиц, был известен давно. Люди занимались нанотехнологиями и не догадывались об этом. Конечно, нельзя говорить о широком и осознанном использовании таких технологий, поскольку во многих случаях секрет производства просто передавали из поколения в поколение, не вдаваясь в причины уникальных свойств, которые приобретают материалы.

Древний Египет

Недавние исследования захоронений, проведенные доктором Филипом Вальтером из Центра исследований и реставрации французских музеев, показали, что в Древнем Египте нанотехнологии применяли для окрашивания волос в черный цвет. Группа исследователей не только изучила образцы волос из древнеегипетских погребений, но также в серии экспериментов воспроизвела древнюю технологию окрашивания (рис. 1). До этого считалось, что египтяне использовали преимущественно натуральные растительные красители - хну и басму. Однако оказалось, что в черный цвет волосы красили пастой из извести Ca(ОН) 2 , оксида свинца PbO и небольшого количества воды. В процессе окрашивания получались наночастицы галенита (сульфида свинца).

Естественный черный цвет волос обеспечивает пигмент меланин, который в виде включений распределен в кератине волоса. Древнеегипетским парикмахерам удавалось добиться, чтобы красящая паста реагировала с серой, входящей в состав кератина, и образовывались частицы галенита размером до пяти нанометров. Они-то и обеспечивали равномерное и устойчивое окрашивание. При этом процесс затрагивал только волосы, а в кожу головы соединения свинца не проникали.

Древний Рим

Чаша Ликурга (IV век до н.э.) - одно из выдающихся произведений древнеримских стеклодувов, хранящихся в Британском музее. Этот кубок необычен не только своими оптическими свойствами, но и уникальной для тех времен методикой изготовления. Матовая зеленая чаша становится красной, если ее осветить изнутри (рис. 2). Впервые анализ фрагмента чаши Ликурга провели в лабораториях «Дженерал электрик» в 1959 году - ученые пытались выяснить, что это за уникальное красящее вещество. Химический анализ показал, что хотя чаша состоит из обычного натриево-известково-кварцевого стекла, в нем есть около 1% золота и серебра, а также 0,5% марганца. Тогда же исследователи предположили, что необычный цвет и рассеивающий эффект стекла обеспечивает коллоидное золото (рис. 2). Очевидно, что технология получения подобного материала была очень сложной.

Позже, когда методики исследования стали совершеннее, ученые обнаружили с помощью электронного микроскопа и рентгенограмм частицы золота и серебра размером от 50 до 100 нм. Именно они отвечали за необычную окраску кубка. Профессор Гарри Этуотер в своей обзорной статье по плазмонам, опубликованной в апрельском номере «Scientific American » 2007 года, объяснил это явление так: «Благодаря плазмонному возбуждению электронов металлических частиц, распределенных в стекле, чаша поглощает и рассеивает синее и зеленое излучение видимого спектра (это сравнительно короткие волны). Когда источник света снаружи и мы видим отраженный свет, то плазмонное рассеивание придает чаше зеленоватый цвет, а когда источник света оказывается внутри чаши, то она кажется красной, поскольку стекло поглощает синюю и зеленую составляющие спектра, а более длинная красная - проходит».

Витражи

Яркие цвета витражей, украшающих храмы средневековой Европы, впечатляют нас до сих пор. Исследования показали, что стекло делали цветным добавки наночастиц золота и других металлов. Чжу Хуай Юн из Технологического университета Квинсленда (Австралия) высказал предположение, что витражи были не только произведениями искусства, но и, выражаясь современным научным языком, фотокаталитическими очистителями воздуха, удаляющими органические загрязнения. Катализаторами служили те же самые наночастицы золота. Ученый доказал, что крошечные частицы золота на поверхности стекла под воздействием солнечного света переходили в возбужденное состояние и могли разрушать органические загрязнения (те, которые до них долетали). Более того, они и сегодня сохраняют свою каталитическую активность.

«Когда золото измельчено до размеров наночастиц, оно становится очень активным под действием солнечного света. Электромагнитные колебания солнечного излучения резонируют с колебаниями электронов золотых наночастиц. В результате общее магнитное поле на поверхности наночастиц золота увеличивается в сотни раз и разрушает межмолекулярные связи загрязняющих агентов, содержащихся в воздухе». Профессор Чжу предполагает, что побочным продуктом этих реакций был углекислый газ, который в небольших количествах сравнительно безопасен.

В настоящее время аналогичная технология лежит в основе создания эффективных очистителей воздуха. Для их работы достаточно солнечного света, нагревающего наночастицы золота, тогда как обычные очистители (в них обычно используют оксид титана, серебро) требуют гораздо больше энергии для нагрева всего катализатора.

Восток - дело тонкое

Во время крестовых походов европейцы столкнулись с лезвиями из дамасской стали, обладающими уникальными свойствами. Европейские оружейники не умели делать такие клинки. У них был характерный волнистый узор на поверхности - его по названию плетения ткани называли дамаск, - необычные механические свойства (гибкость и твердость) и исключительно острое лезвие.

Считается, что дамасские лезвия выковывали из небольших «пирогов» стали (его называли вуц), произведенных в Древней Индии. Сложная термомеханическая обработка, ковка и отжиг, применяемые при получении вуца, придавали стали необычные свойства и обеспечивали ее исключительное качество. Чаще всего в литературе можно встретить «рецепт» производства вуца, который был в ходу в Салеме и некоторых частях Майсора (Южная Индия).

Кусок плавкого железа, полученный из магнитной руды, весом около фунта мелко дробится, увлажняется и помещается в горн из огнеупорной глины вперемешку с мелко нарубленными кусками древесины ранавара (Cassia auriculata, дерево семейства бобовых). После плавки в горне открытые горшки покрывают зелеными листьями калотрописа (Calotropis gigantea ), поверх которых накладывают лепешки из глины, высушенной на солнце до твердого состояния. Древесным углем заменить зеленые листья нельзя, получится не то. Дюжины две таких горшков (тиглей) помещают на пол печи, жар в которой поддерживают с помощью мехов из бычьих пузырей. Топливом служил в основном древесный уголь и высушенные на солнце коровьи лепешки. Через два-три часа плавки тигли остужают, раскалывают и оттуда извлекают заготовку, формой и размером напоминающую половину яйца. Согласно записям известного путешественника и купца Жана-Батиста Тавернье, самые лучшие заготовки для стали делали под Голкондой (Центральная Индия). Они были размером с небольшой пирог, и их хватало, чтобы сделать два меча.

Образец стали, взятый от подлинной дамасской сабли работы известного оружейника семнадцатого века Ассэда Уллаха, ученые Дрезденского университета (Германия) четыре года назад исследовали с помощью электронного микроскопа высокого разрешения. В структуре материала они обнаружили углеродные нанотрубки. Ученые и до этого не раз пытались определить микроструктуру дамасской стали, но на этот раз они сначала протравили образцы соляной кислотой, и именно это дало неожиданные результаты. После обработки обнаружились неразрушенные структуры цементита (карбида железа, который упрочняет сталь). Это позволило физикам предположить, что волокна цементита заключены в углеродные нанотрубки (рис. 3), которые и защищают его от растворения в соляной кислоте.

Откуда в дамасской стали взялись нанотрубки? Сформировались из углеводородов внутри микропор, причем катализатором могли служить ванадий, хром, марганец, кобальт, никель и некоторые редкоземельные металлы, содержащиеся в руде. При производстве дамасской стали температура обработки была ниже стандартной - 800°C. Во время циклической тепловой обработки получались углеродные нанотрубки, которые потом превращались в нановолокна и крупные частицы цементита (Fe 3 C). Циклическая механическая обработка (ковка) и соответствующий температурный режим постепенно распределяли углеродные нанотрубки в плоскостях, параллельных плоскости ковки, делая микроструктуру стали мелкозернистой и пластинчатой. И действительно, как показали последние исследования ученых из Дрезденского технического университета, микроструктура цементита представлена нановолокнами.

Авторы исследования считают, что особенная слоистая структура дамасских лезвий связана также с примесями, содержавшимися в руде из редких индийских месторождений. Уменьшающиеся запасы этой руды привели к тому, что многие оружейники, не знавшие тогда о легирующих элементах, не смогли получить дамасскую сталь, и после истощения рудников в конце XVIII века никому так и не удалось полностью воссоздать ее. Даже зная древний рецепт, европейские оружейники не смогли сделать настоящую дамасскую сталь, которая имела уникальные свойства благодаря наноструктурам.

МЕДИЦИНА: О ФИЗИОЛОГИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НАНОСЕРЕБРА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Наночастицы серебра

Олег Мосин

Серебро – металл белого цвета, практически не изменяющийся под воздействием кислорода воздуха при комнатной температуре, однако из-за наличия в воздухе сероводорода со временем покрывается тёмным налётом сульфида серебра, который можно удалить механически, используя различные чистящие пасты или тонкий зубной порошок. Соляная, серная кислота и царская водка на серебро не действуют, поскольку на поверхности металла образуется защитная плёнка хлорида серебра AgCl. Серебро хорошо растворяется лишь в азотной кислоте с образованием растворимого нитрата серебра AgNO3 .

Бактерицидные свойства серебра известны с глубокой древности. Еще в Древней Индии с помощью этого металла обеззараживали воду, а персидский царь Кир хранил воду в серебряных сосудах. Историк древнего мира Геродот приводит сведения о том, что в V веке до нашей эры персидский царь Кир во время походов пользовался питьевой водой, сохраняемой в серебряных “священных сосудах”. В религиозных индусских книгах встречаются упоминания об обеззараживании воды путем кратковременного погружения в нее раскаленного серебра, либо в результате длительного контакта с этим металлом в обычных условиях.

В некоторых странах существовал обычай при освящении колодцев бросать в воду серебряные монеты, тем самым улучшая качество воды, а также хранить воду в серебряных чашах. Американские первооткрыватели, путешествуя, часто клали серебряный доллар в молоко, чтобы задержать его скисание.

• Широкое распространение при лечении ран серебро получило во время Великой Отечественной войны . Серебряную воду применяли при лечении свищей и язв, образовавшихся в результате костного туберкулеза и туберкулеза лимфатических желез с распадом и нагноением. Результаты лечения, как правило, были положительные: язвы и свищи, не закрывавшиеся у некоторых больных несколько лет, несмотря на систематическое лечение кварцем, рыбьим жиром, мазью Вишневского и другими препаратами, после применения серебряной воды полностью закрывались и заживали.

Пионером исследований в области серебра считают французского врача Бенье Креде , который в конце XIX века сообщил об успехах в лечении сепсиса ионами серебра. Продолжая исследования, он выяснил, что серебро в течение трех дней убивает дифтерийную палочку, в течение двух - стафилококки, а возбудитель тифа - за сутки.

В конце XIX столетия швейцарский ботаник ботаник Карл Негель установил, что причиной гибели клеток микроорганизмов является воздействие на них ионов серебра. Ионы серебра выступают в роли защитников, уничтожая болезнетворные бактерии, вирусы, грибки. Их действие распространяется более чем на 650 видов бактерий (для сравнения – спектр действия любого антибиотика 5–10 видов бактерий). Интересно, что полезные бактерии при этом не погибают, а значит не развивается дисбактериоз, столь частый спутник лечения антибиотиками .

При этом серебро не просто металл, способный убивать бактерии, но и микроэлемент, являющийся необходимой составной частью тканей любого живого организма. В суточном рационе человека должно содержаться в среднем 80 мкг серебра. При употреблении ионных растворов серебра не только уничтожаются болезнетворные бактерии и вирусы, но и активизируются обменные процессы в организме человека, повышается иммунитет.

В 1942 году англичанину Р. Бентону удалось остановить эпидемию холеры и дизентерии, свирепствовавшую на строительстве дороги Бирма - Ассам. Бентон наладил снабжение рабочих чистой питьевой водой, обеззараженной с помощью электролитического растворения серебра (концентрация серебра 0,01 мг/л).

Когда бактерицидные свойства серебра были изучены, оказалось, что решающую роль здесь играют положительно заряженные ионы серебра Ag+. Ионизация серебра повышает активность в водных растворах. Катионы серебра подавляют деятельность фермента, обеспечивающего кислородный обмен у простейших микроорганизмов болезнетворных бактерий, вирусов и грибков (порядка 700 видов патогенной «флоры» и «фауны»). Скорость уничтожения зависит от концентрации ионов серебра в растворе: так, кишечная палочка погибает через 3 мин при концентрации 1 мг/л, через 20 мин - при 0,5 мг/л, через 50 мин - при 0,2 мг/л, через 2 ч - при 0,05 мг/л. При этом обеззараживающая способность серебра выше, чем у карболовой кислоты, сулемы и даже таких сильных окислителей, как хлор, хлорная известь, гипохлорид натрия .

• Серебро - не просто металл, но важный для организма микроэлемент, необходимый для нормального функционирования желез внутренней секреции, мозга и печени . Но серебро - тяжелый металл, и его насыщенные растворы не полезны человеку: предельно допустимая концентрация серебра - 0,05 мг/л. При приеме 2 г солей серебра возникают токсические явления, а при дозе в 10 г вероятен летальный исход. Кроме того, если превышать предельную дозу в течение нескольких месяцев, возможно постепенное накапливание металла в организме.

Высокая биологическая активность микроэлементов-металлов в организме связана, прежде всего, с участием их в синтезе некоторых ферментов, витаминов и гормонов. По данным А.И. Войнара , в суточном рационе человека в среднем должно содержаться 80 мкг ионов серебра. Установлено, что в организме животных и человека содержание серебра составляет 20 мкг на 100 г сухого вещества. Наиболее богаты серебром мозг, железы внутренней секреции, печень, почки и кости скелета.

• Ионы серебра принимают участие в обменных процессах организма . В зависимости от концентрации его катионы могут как стимулировать, так и угнетать активность ряда ферментов. Под влиянием серебра в два раза усиливается интенсивность окислительного фосфорилирования в митохондриях головного мозга, а также увеличивается содержание нуклеиновых кислот, что улучшает функцию головного мозга.

При инкубации различных тканей в физиологическом растворе, содержащем 0,001 мкг катиона серебра, возрастает поглощение кислорода мозговой тканью на 24%, миокардом – на 20%, печенью – на 36%, почками – на 25%. Повышение концентрации ионов серебра до 0,01 мкг снижало степень поглощения кислорода клетками этих органов, что свидетельствует об участии катионов серебра в регуляции энергетического обмена.

В лаборатории вирусологии Киевского государственного университета проводились исследования по изучению физиологического действия серебра. Установлено, что дозы серебра 50; 200 и 1250 мкг/л оказывают благотворное влияние на экспериментальных животных. Крысы, которые пили воду, содержащую ионы серебра, прибавляли в весе и развивались быстрее, чем животные контрольной группы. С помощью спектрального анализа в печени экспериментальных животных было обнаружено 20 мкг серебра на 100 г сухой массы, что соответствовало нормальному содержанию серебра в печени крыс.

Этими сследованиями было доказано, что дозы серебра 50–250 мкг/л являются физиологическими и не оказывают вредного воздействия на организм при длительном применении. К такому же выводу пришли ряд исследователей, изучая влияние серебра, вводимого в дозах, значительно превышающих предельно допустимые, на органы и системы человека и животных. Так, патогистологические исследования подопытных животных, которые получали с питьевой водой серебро в дозах 20000–50000 мкг/л, показали, что при длительном введении в организм ионного серебра происходит накопление его в тканях организма. Однако отложение серебра в тканях не сопровождалось воспалительными и деструктивными изменениями внутренних органов.

• Исследованиями А.А. Масленко показано, что длительное употребление человеком питьевой воды, содержащей 50 мкг/л серебра (уровень ПДК), не вызывает отклонений от нормы функции органов пищеварения. Не было обнаружено в сыворотке крови изменений активности ферментов, характеризующих функцию печени. Не выявлено также патологических сдвигов в состоянии других органов и систем человека и при употреблении в течении 15 суток воды, обработанной серебром в дозе 100 мкг/л, то есть в концентрациях, в два раза превышающих допустимые .

Следует подчеркнуть, что длительное применение больших доз серебра – концентрацией раствора 30 – 50 мг/л в течение 7–8 лет c лечебной целью, а также при работе с соединениями серебра в производственных условиях может привести к отложению серебра в коже и изменению окраски кожи – аргирии , профессиональной болезни ювелиров («цвет загара»), которая является следствием фотохимического восстановления ионов серебра. При обследовании ряда больных с явлениями аргирии не выявлено изменений в функциональном состоянии органов и систем, а также в биохимических процессах, происходящих в организме, более того у всех людей с признаками аргирии наблюдалась резистентность к большинству вирусных и бактериальных инфекций.

Большое влияние на развитие аргирии оказывает индивидуальная предрасположенность организма к серебру, качественные и количественные показатели иммунитета и другие факторы. Косвенным доказательством этого может служить факт, что дозы, которые могут приводить к аргирии, различны. В литературе имеются указания на то, что у некоторых людей даже при приеме больших доз серебра аргирия не возникает. По данным Вудворда Р.Л. и других исследователей, дозы серебра 50–200 мкг/л, исключают возможность аргирии.

• При изучении действия препаратов серебра на организм человека отмечено его стимулирующее действие на кроветворные органы, проявляющееся в исчезновении молодых форм нейтрофилов, увеличении количества лимфоцитов и моноцитов, эритроцитов и гемоглобина, замедлении СОЭ .

В последние годы в научной литературе появились сведения о том, что серебро является мощным иммуномодулятором, сравнимым со стероидными гормонами. Установлено, что в зависимости от дозы, серебро может как стимулировать, так и подавлять фагоцитоз. Под влиянием серебра повышается количество иммуноглобулинов классов А, М, G, увеличивается процентное содержание абсолютного количества Т-лимфоцитов.

Таким образом, в свете современных представлений, серебро рассматривается как микроэлемент, необходимый для нормального функционирования внутренних органов и систем, а также как мощное средство, повышающее иммунитет и активно воздействующее на болезнетворные бактерии и вирусы. В концентрации 0,05–0,1мг/л серебро оказывает омолаживающее воздействие на кровь и благотворно влияет на протекание физиологических процессов в организме .

Установлено, что в зависимости от дозы, серебро может как стимулировать, так и подавлять фагоцитоз. Под влиянием серебра повышается количество иммуноглобулинов классов А, М, G, увеличивается процентное содержание абсолютного количества Т-лимфоцитов. В малых дозах оно оказывает омолаживающее действие на кровь и благотворно влияет на протекание физиологических процессов в организме. При этом отмечается стимуляция кроветворных органов, увеличивается число лимфоцитов и моноцитов, эритроцитов и процент гемоглобина, а также замедляется СОЕ.

Действие ионов серебра на микробную клетку

Основоположником научного изучения механизма действия серебра на микробную клетку является швейцарский ботаник Карл Негель , который в 80-е годы XIX века установил, что взаимодействие не самого металла, а его ионов с клетками микроорганизмов вызывает их гибель. Это явление он назвал олигодинамией (от греч. «олигос» – малый, следовый, и «динамос» – действие, т.е. действие следов). Ученый доказал, что серебро проявляет олигодинамическое действие только в растворенном (ионизированном) виде. В последующем его данные были подтверждены и другими исследователями.

• Немецкий ученый Винцент, сравнивая активность некоторых металлов, установил, что наиболее сильным бактерицидным действием обладает серебро, меньшим – медь и золото. С.С.Боткин, а затем А.П. Виноградов, объяснили этот факт зависимостью биологических свойств микроэлементов от места, занимаемого ими в Периодической системе Д.И. Менделеева .

Так, дифтерийная палочка погибала на серебряной пластинке через три дня, на медной – через шесть дней, на золотой – через восемь. Стафилококк погибал на серебре через два дня, на меди через три, на золоте – через девять дней. Тифозная палочка на серебре и меди погибала через 18 ч, а на золоте – через шесть – семь дней.

Большой вклад в изучение антимикробных свойств серебряной воды, ее применения для обеззараживания питьевой воды и пищевых продуктов внесен академиком Л.А. Кульским . Его экспериментами, а позднее и работами других исследователей доказано, что именно ионы металлов и их диссоциированные соединения (вещества, способные в воде распадаться на ионы) вызывают гибель микроорганизмов. Во всех случаях при бактерицидном эффекте степень активности серебра тем больше, чем выше концентрация ионов серебра.

Сегодня наукой доказано, что серебро в ионном виде обладает бактерицидным, противовирусным, выраженным противогрибковым и антисептическим действием и служит высокоэффективным обеззараживающим средством в отношении патогенных микроорганизмов, вызывающих острые инфекции .

• Эффект уничтожения бактерий препаратами серебра чрезвычайно велик. Он в 1750 раз сильнее действия той же концентрации карболовой кислоты и в 3,5 раза сильнее действия сулемы. Всего 1мг/л серебра в течении 30 минут вызывал полную инактивацию вирусов гриппа А, В, Митре и Сендай. Уже при концентрации 0,1 мг/л серебро обладает выраженным фунгицидным действием. При микробной нагрузке 100 000 клеток на один литр гибель грибов Candida albicans наступает через 30 минут после контакта с серебром. По данным академика АН УССР Кульского Л.А. действие серебряной воды при одинаковых концентрациях выше действия хлора, хлорной извести, гипохлорида натрия и других сильных окислителей.
• Что самое интересное, при применении допустимых концентраций, серебряная вода, убивая всю патогенную и условно-патогенную флору организма, остаётся относительно безопасной для собственной полезной флоры организма (сапрофитов). Ещё один интересный факт: если при лечении инфекции, из-за образования антибиотико-устойчивых форм бактерий приходиться менять препарат каждый 5 дней, то к серебряной воде ни одна бактерия или вирус не образуют устойчивых форм. Серебряная вода также оказывает губительное действие и на антибиотико-устойчивые формы .

Установлено, что растворы серебра являются самым эффективным средством при непосредственном соприкосновении с поверхностями, гноящимися и воспалёнными вследствие бактериального заражения.

Результаты применения серебряной воды свидетельствуют об эффективности её действия при желудочно-кишечных заболеваниях, холециститах, инфекционных гепатитах, холангитах, панкреатитах, дуоденитах, любых кишечных инфекциях без опасения погубить собственную полезную микрофлору и вызвать дисбактериоз. С успехом лечится язвенная болезнь желудка и 12 п.к., так как уничтожаются бактерии хеликобактер – пилори и кампилобактер – пилори, постоянно живущие на слизистых оболочках желудка и кишечника и активно поддерживающие эрозивные и язвенные процессы в ЖКТ.

В.С. Брызгунов с соавтором выявили, что серебро обладает более мощным антимикробным эффектом, чем пенициллин, биомицин и другие антибиотики, и оказывает губительное действие на антибиотикоустойчивые штаммы бактерий. На золотистый стафилококк, вульгарный протей, синегнойную и кишечную палочки, представляющих особый интерес для клиницистов, ионы серебра оказывают различное противомикробное действие – от бактерицидного (способность убивать микробы) до бактериостатического (способность препятствовать размножению микробов). В отношении золотистого стафилококка и большинства кокков оно иногда значительно превосходит по своей выраженности действие антибиотиков.

• Имеются данные, что чувствительность разных патогенных и непатогенных организмов к серебру неодинакова. Выявлено, что патогенная микрофлора намного более чувствительна к ионам серебра, чем непатогенная. Основываясь на этом факте, Ю.П.Мироненко, еще в 1971 году, разработал способ лечения дисбактериоза различного происхождения ионным раствором серебра (концентрация 500 мкг/л) методом полостного электрофореза, достигая при этом стойкого терапевтического эффекта.

Рядом исследователей установлено, что ионы серебра обладают выраженной способностью инактивировать вирусы осповакцины, гриппа штаммов А-1, В, некоторых энтеро- и аденовирусов, а также ингибировать вирус СПИДа и оказывают хороший терапевтический эффект при лечении вирусного заболевания Марбург, вирусного энтерита и чумы у собак. При этом выявлено большое преимущество терапии коллоидным серебром по сравнению со стандартной терапией. Однако в эксперименте Л.В. Григорьевой установлено, что для полной инактивации бактериофага кишечной палочки N163, вируса Коксаки серотипов А-5,А-7,А-14 необходима более высокая концентрация серебра (500–5000 мкг/л) нежели для эшерихий, сальмонелл, шигелл и других кишечных бактерий (100–200 мкг/л.) .

Среди многочисленных теорий, объясняющих механизм действия серебра на микроорганизмы, наиболее распространенной является адсорбционная теория, согласно которой клетка теряет жизнеспособность в результате взаимодействия электростатических сил, возникающих между клетками бактерий, имеющих отрицательный заряд, и положительно заряженными ионами серебра при адсорбции последних бактериальной клеткой.

• В общих чертах механизм борьбы серебра с одноклеточными (бактериями) и бесклеточными микроорганизмами (вирусами) представляет следующее: серебро реагирует с клеточной мембраной бактерии, которая представляет собой структуру из особых белков (пептидогликанов), соединенных аминокислотами для обеспечения механической прочности и стабильности. Серебро взаимодействует с внешними пептидогликанами, блокируя их способность передавать кислород внутрь клетки бактерии, что приводит к «удушью» микроорганизма и его гибели .

Некоторые исследователи, объясняя механизм воздействия серебра на клетку, особое значение придают физико-химическим процессам. В частности окислению протоплазмы бактерий и ее разрушению кислородом, растворенным в воде, причем серебро играет роль катализатора. Вораз и Тоферн (1957) объясняли антимикробное олигодинамическое действие серебра выведением из строя ферментов, содержащих SH- и СООН- группы, а Тонли K., Вилсон H. – нарушением ее осмотического равновесия .

Имеются данные, свидетельствующие об образовании комплексов нуклеиновых кислот с тяжелыми металлами, вследствие чего нарушается стабильность ДНК и, соответственно, жизнеспособность бактерий.

• Существует также мнение, что серебро не оказывает прямого воздействия на ДНК клеток, а действует косвенно, увеличивая количество внутриклеточных свободных радикалов, которые снижают концентрацию внутриклеточных активных соединений кислорода.

Также допускают, что одной из причин широкого противомикробного действия ионов серебра является ингибирование транс-мембранного транспорта Nа+ и Cа++, вызываемая серебром.

Таким образом, механизм действия серебра на микробную клетку в свете современных данных заключается в том, что ионы серебра сорбируются клеточной оболочкой, которая выполняет защитную функцию. Клетка остается жизнеспособной, но при этом нарушаются некоторые ее функции, например деление (бактериостатический эффект). Как только на поверхности микробной клетки сорбируется серебро, оно проникает внутрь клетки и ингибирует ферменты дыхательной цепи, а также разобщает процессы окисления и окислительного фосфорилирования в микробных клетках, в результате чего клетка гибнет.

Особый интерес представляет действие ионов серебра на клетки макроорганизма. Обнаружено, что при инкубации костного мозга мышей и микроорганизмов в растворе, содержащем ионы серебра, морфология эритроцитов и лейкоцитов оставалась неизмененной, тогда как микроорганизмы полностью уничтожались .

Мышиные клетки под воздействием ионов серебра округлялись, но не разрушались, причем их оболочки не претерпевали изменений. В последующем эти клетки размножались, сохраняя нормальную клеточную структуру и способность к делению и размножению. Данные исследования свидетельствуют об отсутствии повреждающего действия ионного серебра для клеток макроорганизма, в отличие от микроорганизмов.

Коллоидное наносеребро

Изучение целительного действия коллоидного серебра началось со второй половины XIX века после открытия в 70-х годах немецким гинекологом Карлом Креде мощного антигонобленорейного эффекта у 1% раствора азотнокислого серебра. Это открытие позволило ликвидировать в родильных домах Германии гнойные гонорейные воспаления глаз у новорожденных. Фактически с этого момента началась новая эпоха в учении о профилактике опасных бактериальных инфекций.

23 августа 1897 г. немецкий хирург Бенне Креде , продолжив исследования своего отца, доложил на ХII Международном съезде врачей в Москве о широких возможностях применения препаратов серебра в гнойной хирургии и о хороших результатах лечения септической инфекции внутривенным их введением. Тогда же Б. Креде совместно с химиками предложил препараты, содержащие серебро в неионизированном состоянии: в виде коллоидных частиц металлического серебра (препарат колларгол) и золя окиси серебра (препарат протаргол), модификации которых прослужили в медицине более ста лет. В отличие от ранее применяемых солей серебра они не обладали прижигающим эффектом.

• В России коллоидное серебро также получило высокую оценку врачей, что способствовало его активному использованию в военно-полевой хирургии на полях русско-японской войны 1904 г.

Серебро в форме внутривенного введения с успехом применялось при лечении септических артритов, ревматизма, ревматических эндокардитов, ревматоидного артрита, бронхиальной астмы, гриппа, острых респираторных заболеваний, бронхита, пневмоний, гнойных септических заболеваний, бруцеллеза, внутрь – при лечении гастритов, анастомозитов и гастродуоденальных язв, наружно – при лечении венерических заболеваний, гнойных ран и ожогов.

Широкий спектр противомикробного действия серебра, отсутствие устойчивости к нему у большинства патогенных микроорганизмов, низкая токсичность, отсутствие в литературе данных об аллергенных свойствах серебра, а также хорошая переносимость больными – способствовали повышенному интересу к серебру во многих странах мира .

• В 1910 г. фирма «Гейден» , обобщив опыт практического применения серебра в медицине, издала аннотационный обзор, посвященный методике лечения различных инфекционных заболеваний: абсцессов, брюшного тифа, возвратного тифа, воспаления легких, придаточных пазух носа, среднего уха, гингивита, гонококкового сепсиса, дифтерийной жабы, дизентерии, кератита, коньюнктивита, лепры, мягкого шанкра, мастита, менингита, эпилепсии, пиемии, рожистого воспаления, сибирской язвы, сифилитических язв, спинной сухотки, острого суставного ревматизма, трахомы, фарингита, фурункулеза, цистита, эндокардита, эндометрита, хореи, эпидидимита, язвы роговой оболочки.

С открытием антибиотиков и сульфаниламидов интерес к препаратам серебра несколько снизился. Но в последнее время противомикробные свойства серебра вновь стали привлекать к себе внимание. Это связано с ростом аллергических осложнений антибактериальной терапии, токсическим действием антибиотиков на внутренние органы и подавлением иммунитета, возникновением грибкового поражения дыхательных путей и дисбактериоза после длительной антибактериальной терапии, а также появлением устойчивых штаммов возбудителей к используемым антибиотикам.

• Повышенный интерес к серебру возник вновь в связи с выявленным его действием в организме как микроэлемента, необходимого для нормального функционирования органов и систем, иммунокорригирующими, а также мощными антибактериальными и противовирусными свойствами .

Эффективность бактерицидного действия коллоидного серебра объясняется способностью 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.

• Современные исследования действия коллоидных ионов серебра показали, что они обладают выраженной способностью обезвреживать вирусы осповакцины, некоторые штаммы вируса гриппа, энтеро- и аденовирусов. К тому же они оказывают хороший терапевтический эффект при лечении вирусного энтерита и чумы у собак. При этом выявлено преимущество терапии коллоидным серебром по сравнению со стандартной терапией .
• Отмечено благотворное действие коллоидных ионов серебра на заживление трофических язв, развивающихся при нарушении кровообращения нижних конечностей. Ни в одном случае не было отмечено побочных эффектов лечения серебром.

Сейчас одна из быстро развивающихся областей современной нанотехнологии – создание и использование наноразмерных частиц различным материалов. Наноматериал, уже сегодня находящий применение в различных коммерческих продуктах – НАНОСЕРЕБРО .

Как известно, серебро – самый сильный естественный антибиотик из существующих на земле. Доказано, что серебро способно уничтожить более чем 650 видов бактерий, поэтому оно используется человеком для уничтожения различных микроорганизмов на протяжении тысячелетий, что свидетельствует о его стабильном антибиотическом эффекте.

• Коллоидное наносеребро – продукт, состоящий из микроскопических наночастиц серебра, взвешенных в деминерализованной и деионизированной воде. Этот продукт высоких научных технологий производится электролитическим методом .

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 .

Действие серебра специфично не по инфекции (как у антибиотиков), а по клеточной структуре. Любая клетка без химически устойчивой стенки (такое клеточное строение имеют бактерии и другие организмы без клеточной стенки, например, внеклеточные вирусы) подвержена воздействию серебра. Поскольку клетки млекопитающих имеют мембрану совершенно другого типа (не содержащую пептидогликанов), серебро никаким образом не действует на них.

• В связи со способностью особым образом модифицированных наночастиц серебра длительное время сохранять бактерицидные 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.

Ведущей российской компанией по исследованию свойств наносеребра и использованию его в лакокрасочной продукции является ООО «НПО ФАЛЬКО» .

Водоэмульсионные краски и эмали с наносеребром серии «ЭКОБИО» были исследованы на сильнодействующих штаммах бактерий: сальмонелла, палочка Коха, стафилококк, листерия, энтерококк т.д. В результате проведенных исследований была доказана их высокая эффективность – при попадании на поверхность, покрытую такой краской, концентрация бактерий сразу же снижается на 0,5–2 порядка, а полная гибель колонии происходит через 2 часа.

• В исследовании свойств красок принимали участие: Российская Академия медицинских наук, Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи, Институт электрохимии им. А.П. Фрумкина и ООО «НПО ФАЛЬКО» .

В наноразмерном диапазоне практически любой материал проявляет уникальные свойства и особенно такое металл как серебро. Ионы серебра обладают антисептической активностью. Значительно более высокой активностью обладает раствор наночастиц серебра. Коллоидное серебро – естественный антибиотик, разрешенный к применению в США Федеральной комиссией по питанию и медикаментам еще в 1920 году. Сотрудник Администрации по пищевым продуктам и лекарственным препаратам (FDA) США Гарольд Дэвис в письме от 13.09.1991 года сообщал, что коллоидное серебро, используемое на рынке США, прошло апробацию еще в 1938 году. Если обработать раствором коллоидного серебра бинт и приложить его к гнойной ране, воспаление пройдет и рана заживет быстрее, чем с использованием обычных антисептиков.

Недавно американские учёные проследили транспорт отдельной наночастицы серебра в эмбрионе рыбки – полосатого данио и исследовали влияние наночастиц серебра на раннее эмбриональное развитие .

Для этого были использованы высокоочищенные и устойчивые наночастицы и оптика высокого разрешения для наблюдения за их положением внутри эмбриона. Было установлено, что отдельная наночастица Ag (5-46 нм диаметром) транспортируется внутрь эмбриона через каналы пор хориона с помощью броуновского движения (а не активным транспортом) с коэффициентом диффузии внутри канала (3×10−9 см2/с), что в ~26 раз ниже чем в яйце (7,7×10−8 см2/с).

Ученые наблюдали за наночастицами серебра внутри эмбрионов на разных стадиях их развития: развитом, деформированном и мертвом. По результатам наблюдений было показано, что биологическая совместимость и токсичность наночастиц серебра сильно зависят от дозы наночастиц с критической концентрацией 0,19 нм. Скорости распространения и накопления наночастиц в эмбрионах, вероятно, ответственны за степень токсичности наночастиц.

В отличие от других методов исследования, отдельная наночастица может быть непосредственно отображена в развивающихся эмбрионах в нанометровом разрешении. Этот метод предлагает новые возможности исследовать события в реальном времени, приводящие к отклонениям в развитии эмбрионов .

Физические свойства наночастиц серебра отличаются от свойств того же серебра (например, уменьшение размеров частицы приводит к уменьшению ее температуры плавления). Технологи научились изготавливать наночастицы различных размеров, формы и химического состава. А вот контролировать число и тип дефектов в наночастицах они пока не умеют. Поэтому в вопросе о влиянии дефектов на характеристики наночастиц остается много нерешённых вопросов. Между тем известно, что наличие дефектов может приводить к весьма существенному изменению свойств наночастиц.

• Учёные Университета Мэриланд (University of Maryland, США) разработали технологию, которая позволяет изготавливать наночастицы серебра, имеющие одинаковый размер, но при этом являющиеся либо монокристаллическими, либо содержащими большое количество двойников – областей с различной ориентацией кристаллографических осей. Границы раздела между такими областями являются дефектами особого рода (так называемыми дефектами двойникования). Эта технология основана на использовании для синтеза наночастиц различных полимерных предшественников – трифенилфосфина серебра (PPh3)33Ag-R с разными функциональными группами R = Cl, и R = NO3. Если при R = NO3) из зародышей вырастают двойникованные НЧ, то при R = Cl – бездвойниковые. Механизм образования наночастиц серебра со специфической особенностью ионов Cl блокировать образование двойников. При этом средний размер наночастиц составил 10.5 нм.
• Исследования показали, что физико-химические свойства этих двух типов наночастиц существенно различаются . Например, при взаимодействии с селеном из бездвойниковых наночастиц получались полые наночастицы Ag2Se, а из двойникованных – сплошные однородные наночастицы. Это объясняется тем, что различие коэффициентов диффузии атомов Ag и Se по кристаллической решетке способствует формированию вакансий (скопление которых в итоге и образует полость внутри НЧ), тогда как атомы Se, перемещающиеся не по решетке, а по границам двойников, легко проникают в разделенные этими границами области Ag, в результате чего образуется однородная наночастицы Ag2Se. В двойникованных наночастицах имеет место гораздо более быстрое охлаждение электронной подсистемы после воздействия лазерного импульса (вследствие передачи энергии решетке). Это говорит о том, что границы двойников усиливают электрон-фононное взаимодействие, которое можно регулировать путем изменения концентрации дефектов в наночастицах.
• Отечественный концерн «Наноиндустрия» разработал технологию производства наночастиц серебра, стабильных в растворах и в адсорбированном состоянии . Получаемые препараты обладают широким спектром противомикробного действия. Таким образом, появилась возможность создания целой гаммы продуктов с антимикробными свойствами при незначительном изменении технологического процесса производителями существующей продукции.

Наночастицы серебра могут быть использованы для модификации традиционных и создания новых материалов, покрытий, дезинфицирующих и моющих средств (в том числе зубных и чистящих паст, стиральных порошков, мыла), косметики. Покрытия и материалы (композитные, текстильные, лакокрасочные, углеродные и другие), модифицированные наночастицами серебра, могут быть использованы в качестве профилактических антимикробных средств защиты в местах, где возрастает опасность распространения инфекций: на транспорте, на предприятиях общественного питания, в сельскохозяйственных и животноводческих помещениях, в детских, спортивных, медицинских учреждениях .

• Наночастицы серебра можно использовать для очистки воды и уничтожения болезнетворных микроорганизмов в фильтрах систем кондиционирования воздуха, в бассейнах, душах и других подобных местах массового посещения. При помощи установки «УМКА» удается рассмотреть поверхность DVD. Выпускается аналогичная продукция и за рубежом. Одна из фирм производит покрытия с серебряными наночастицами для лечения хронических воспалений и открытых ран.

Коллоидное серебро является безопасным и самым мощным для организма человека натуральным антисептиком, подавляющим более 700 видов болезнетворных микроорганизмов, среди которых стафилококки, стрептококки, бактерии дизентерии, брюшного тифа и др.

Американские исследования (по данным Сайенс Дайджест) показали, что серебро убивает вредные для организма микробы, включая кишечную палочку. Также был использован раствор коллоидного серебра для перевязки ран, распылении при тонзиллитах, в качестве влажной повязки для лечения ожогов и ссадин. Во всех случаях был отмечен хорошими терапевтический эффект.

• В медицинском центре Нью-Йорского Университета, в отделении Ортопедии, была проведена работа по исследованию действия ионов серебра у больных с послеоперационными инфекционными осложнениями .

Из отчета по работе:

«Для 12 из 14 пациентов лечение было признано удачным, и у всех 14 лечение привело к несомненному уменьшению бактериальной флоры в ране, что показано прямым подсчетом колонии. Ни в одном случае не проявлялось нежелательных последствий лечения серебром». Соединения серебра применяются для лечения 70% случаев ожогов в США .

Интересен тот факт, что более половины авиакомпаний мира используют воду, обработанную серебром, как способ защиты пассажиров от инфекций, таких, как дизентерия. Во многих странах коллоидные ионы серебра используются для дезинфекции воды в бассейнах.

В Швейцарии широко применяют серебряные фильтры для воды в домах и офисах. На Международной Космической Станции употребляется только серебряная вода.

Приготовление серебряной воды

Приготовить серебряную воду в домашних условиях непросто. Если настаивать воду в серебряном сосуде, эффект будет более значительным, чем погружение в воду серебряных предметов.

В настоящее время серебряную воду производят в специальных электрических приборах – ионаторах. Ее также можно получить с помощью установок “Пингвин”, “Дельфин”, “Невотон”, “Георгий” и др. Как правило, эти приборы содержат и фильтр из активированного угля для улавливания вредных примесей.

Принцип действия ионатора серебра основан на электролитическом методе – пропускании постоянного тока через погруженные в воду серебряные (или серебряно-медные) электроды. При этом серебряный электрод (анод), растворяясь, насыщает воду ионами серебра. Концентрация полученного раствора при заданной силе тока зависит от времени работы источника тока и объема обрабатываемой воды .

При включении ионатора в воду начинают выделяться ионы серебра. Спустя некоторое время количество ионов достигает своего предела – точки насыщения и ионизация прекращается сама по себе. Максимальное количество серебра в растворе не может превысить концентраций допустимых для питьевой воды.

Если подобрать грамотно ионатор, то остаточное содержание растворённого в воде серебра не превысит предельной дозы 10–4…10–5 мг/л (при этом в контактном слое серебрения воды концентрации могут достигать значения 0,015 мг/л), что позволяет осуществлять одновременно бактерицидную и бактериостатическую обработку воды. В настоящее время созданы безопасные установки и технологии серебрения воды. На базе них можно получать гарантированно чистую питьевую воду без хлора и без бактерий. Созданы также системы дезинфекции воды методом серебрения для бассейнов.

Современные ионаторы позволяют получать два вида серебряной воды:

• ПИТЬЕВАЯ – вода, в которой концентрация ионов серебра составляет 35 мкг/литр. Такая вода по санитарным нормам разрешена для употребления в пищу (СанПиН 2.1.4.539–96 допускает содержание серебра в питьевой воде до 50 мкг/литр). Врачи рекомендуют регулярно употреблять такую воду как просто для питья, так с целью профилактики и лечения целого ряда заболеваний. В первую очередь заболеваний желудочно-кишечного тракта. Также питьевая серебряная вода используется для приготовления пищи, для лучшего сохранения домашних заготовок (маринадов, варений и солений). Очень хорошо обрабатывать ею детские игрушки и посуду для защиты их от бактерий.
• КОНЦЕНТРАТ – вода, в которой концентрация ионов серебра составляет 10 000 мкг/литр. Этой водой можно пользоваться для ингаляций при бронхо-легочных заболеваниях, а также в косметических целях для умывания, для полива растений и их семян, для мытья фруктов и овощей.

Серебряная вода применяется:

• в хирургической практике (при поражении костей, мышц, суставов, лимфатических узлов и других органов, обусловленном стрепто-стафило-пневмококковой инфекцией, туберкулезной палочкой и др.)
• в глазной практике (при конъюнктивите, блефарите, кератите, воспалении слезного мешка и других воспалительных процессах)
• в ЛОР-практике (при поражении наружного слухового прохода, воспалении среднего уха, мастоидите, фарингите, ларингите, гайморите, тонзиллите и рините, а также при различных формах ангины и гриппозных эпидемиях)
• в педиатрии (наружное применение серебра (серебряной воды), дезинфекция воды для купания детей, дерматозы, детская экзема, ожоги).
• в практике внутренних заболеваний (при лечении язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, хронического гиперацидного гастрита, сопровождающихся изжогами, а также при лечении секреторных неврозов с увеличенным выделением желудочного сока, энтерита и колита, при эндокринологических заболеваниях и нарушении обмена веществ – сахарная болезнь, диатезы)
• в практике инфекционных заболеваний (при лечении дизентерии, брюшного тифа, паратифа, скарлатины, дифтерии и др.)
• в акушерско-гинекологической практике (при лечении различных воспалительных процессов слизистой оболочки гинекологической сферы и трещин сосков)
• в практике кожных заболеваний (при лечении фурункулеза и грибковых поражений кожи)
• в стоматологической практике (при лечении афтозноульцерозного стоматита, гингивита и других заболеваний полости рта)
• наружное применение (гнойные раны, гнойничковые заболевания кожи, ожоги, дерматозы, экзема, вульвагиниты, геморрой).
• бытовое применение серебра (серебряной воды) (консервирование напитков, соков, компотов, обеззараживание питьевой воды в эпидемиологически неблагоприятных районах, замачивание семян перед посадкой (на 23 часа), полив комнатных растений (для обеззараживания земли от микроорганизмов, плесени, грибков), рекомендуется поливать в течение одной недели с 23 недельным перерывом, длительное (до 23 недель) сохранение срезанных садовых цветов, дезинфекция посуды, овощей, фруктов, дезинфекция нательного и постельного белья (путем замачивания на 23 часа), раковин, ванн, санузлов.

Результаты лечения серебряной водой свидетельствуют об эффективности применения ее при лечении желудочно-кишечных заболеваний, холециститов, инфекционных гепатитов, холангитов, панкреатитов, дуоденитов, любых кишечных инфекциях без опасения погубить собственную полезную микрофлору и вызвать дисбактериоз, воспалительных процессах зева, носа, глаз, поверхностных язв и ран обыкновенных и вызванных туберкулезным процессом.

• Серебром с успехом лечится язвенная болезнь желудка и 12 п.к., так как уничтожаются бактерии, поддерживающие язвенный процесс.
• Ионы серебра нашли применение при лечении хронического вазоматорно-аллергического ринита и синусита.
• Успешно применяется серебро в дерматологии и венерологии. Она используется в качестве наружного средства при лечении дерматозов вирусного, дрожжевого, стрепто-стафилококкового и трофического происхождения.
• Лечение термических ожогов повязками, смоченными серебряной водой по мнению учёных не имеет себе равных по эффективности. Важным свойством этого метода является его абсолютная безболезненность, что чрезвычайно важно при лечении больных с тяжелыми ожогами.
• Применение серебряной воды при терапии острых и хронических пневмоний, бронхитов (использование через ингаляции), приводит к выздоровлению даже в тяжелых случаях и в короткие сроки, когда не справляются комбинации из нескольких антибиотиков.
• Орошение и аппликации полости рта для лечения язвенного гингивостоматита, длительно незаживающих язв, острого стоматита, грибковых стоматитов, воспалительно-дистрофической формы парадонтоза позволяют оценить чрезвычайную эффективность препарата.
• Грипп лечится с помощью ингаляций и промываний полости носа, при этом срок лечения сокращается до 2-х дней и не фиксируются тяжелые реакции организма.

Серебряную воду применяли при лечении желудочно-кишечных заболеваний в клинике Киевского медицинского института, а при воспалительных процессах зева, катаральных ангинах – в Первой поликлинике г. Киева.

• В Уфимском республиканском тубдиспансере серебряную воду применяли при лечении свищей и язв, образовавшихся в результате костного туберкулеза и туберкулеза лимфатических желез с распадом и нагноением. Результаты лечения, как правило, были положительные: язвы и свищи, не закрывавшиеся у некоторых больных несколько лет, несмотря на систематическое лечение кварцем, рыбьим жиром, мазью Вишневского и другими препаратами, после применения серебряной воды на протяжении двух – пяти месяцев полностью закрывались и заживали.
• Питьевые профилактические растворы серебра улучшают состав крови, удерживают кальций фосфор в крови в тонкодисперсном состоянии, предупреждают отложение солей на стенках сосудов и суставов, повышают иммунитет организма, предупреждают инфекционные заболевания.

• Концентрация – 0,1 мг/л. Пить вместо обычной воды в течение б-ти месяцев. Затем перерыв 3 месяца и т.д.
• Для профилактики внутренних болезней концентрация: 0,1 –0,5 мг/л. Пить по 100 гр. раствора 3–4 раза в день за 20–30 минут до еды. Курс – 3 месяца.
• Для лечения внутренних болезней применяется концентрация 0,5 – 5,0 мг/л. По 100 гр. раствора 3–4 раза в день за 20 – 3 минут до еды. Курс – 3 месяца. При пищевом отравлении, метеоризме, при послеоперационных рецидивах в почках, печени, кишечнике (свищи). При тяжелых формах этих заболеваний – концентрация раствора увеличивается до 5,0 – 10,0 мг/л.
• При лечении язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, хронических гипо и гипер-ацидных гастритов, энтеритов, холецистита, эндокринных заболеваний, диабета, диатеза, экзем. Предупреждает развитие травматического сепсиса. Первые 10 дней концентрация – 10 мг/л; следующие 3 недели – 5 мг/л.
• При лечении инфекционных заболеваний: холеры, чумы, брюшного тифа, паратифа, дизентерии, скарлатины, дифтерии, гепатита «А» и других. При тяжелых формах этих заболеваний – концентрация раствора увеличивается до 10 – 15,0 мг/л.
• Также серебряная вода применяется для дезинфекции воды неизвестного происхождения (речная, болотная и т.д.). Концентрация – 0,1 мг/л – 4 часа и 0,2мг/л – 2 часа выдержки.
• Добавление серебряной воды в лекарственные настои, молоко, соки продлевает срок их хранения в несколько раз.
• Профилактика – перед и во время эпидемий гриппа, в периоды сильных стрессов. Пить для профилактики за 20 – 30 минут до еды.

Приготовление растворов серебряной воды Ag+ удобно и просто производить из имеющегося в продаже концентрата раствора коллоидного серебра – 35 мг/л. Из него можно приготовить серебряную воду любой концентрации, используя имеющиеся под рукой кухонные принадлежности.

На 100 г воды На 1 литр воды

1 чайная ложка (3 мл) – 1,0 мг/л 1 чайная ложка (3 мл) – 0,1 мг/л

1 десертная ложка (6 мл) – 2,0 мг/л 1 десертная ложка (6 мл) – 0,2 мг/л

1 столовая ложка (9 мл) – 3,0 мг/л 1 столовая ложка (9 мл) – 0,3 мг/л

• Следует учесть, что для употребления внутрь серебряная вода разводится в сырой фильтрованной воде комнатной температуры, а не в кипячёной.

Содержание в питьевой воде серебра регламентируется СанПиН 2.1.4.1074–01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (содержание в воде серебра не более 0,05 мг/л) и СанПин 2.1.4.1116 – 02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества» (содержание в воде серебра не более 0,025 мг/л). Лимитирующий признак вредности вещества, по которому установлен норматив – санитарно-токсикологический. Равноценный класс вредности имеют растворённые в воде никель (Ni) и хром (Cr6+).

Для бактерицидного действия серебра требуются достаточно большие концентрации (около 0,015 мг/л, а при малых концентрациях (10–4…10–6 мг/л) оно оказывает только бактериостатическое действие, т.е. останавливает рост бактерий, не убивая их. Однако спорообразующие разновидности микроорганизмов к серебру практически нечувствительны.

• Все эти свойства ограничивают применение серебра. Оно может быть уместно только в целях сохранения исходно чистой воды для длительного хранения (например, на космических кораблях или при розливе бутилированной питьевой воды). Часто используются осеребрение фильтров на основе активированного угля. Это делается с целью предотвратить обрастание фильтра микроорганизмами, т.к. отфильтрованные органические вещества являются хорошей питательной средой для многих бактерий.

Хранение концентрата коллоидного серебра производится в светонепроницаемой посуде в тёмном месте. Перед употреблением бутылку с концентратом необходимо несколько раз сильно встряхнуть, т.к. ионы серебра электризуются стеклом.

• Однако, без надобности пить серебряную воду не следует. Серебро – тяжелый металл, имеющий высокую степень опасности для здоровья (в одном ряду со свинцом, кобальтом, мышьяком и другими веществами). Как и другие тяжелые металлы, серебро способно накапливаться в организме и вызывать серьёзные отравления аргирозы .

Литература

1. А.В. Бгатов Биогенная классификация химических элементов// http://www.nisleda.net/…e-bgatov.htm «Философия науки» 2(6) 1999.
2. Silvestry-Rodriguez N, Bright KR, Uhlmann DR, Gerba CP,“Inactivation of Pseudomonas aeruginosa and Aeromonas hydrophila by silver in tap water”//Environmental Science and health 42(11) 2007.
3. Кульский Л.А. Серебряная вода. -Киев, 1987.
4. Григорьева Л.В. Водоподготовка и очистка промышленных стоков. -Киев, 1973. -Вып.10. -С. 9–13.
5. Брызгунов В.С., Липин В.Н., Матросова В..Р. Сравнительная оценка бактерицидных свойств серебряной воды и антибиотиков на чистых культурах микробов и их ассоциациях// Научн.тр.Казанского мед.ин-та. –1964. -Т.14. -С. 121–122.
6. Chappel J.B., Greville G.D. Effect of silver ions on mitochondrial adenosinetriphosphates// Nature (London). –1954. -Vol.174. -P. 930–931.
7. Вайнар А.И.Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека 1960 г.
8. Collargol. (Колларгол). Акционерное общество химическая фабрика фон Гейден. Радебель близ Дрездена. 1910 (обзор), пер. с нем. Место нахождения ЦГНМБ РФ г. Москва.
9. Безлепко А. В. Кандидат медицинских наук (Главный военный клинический госпиталь имени академика Н. Н. Бурденко) и Гуща И. А. Кандидат медицинских наук (ОАО «ДИОД») Инструкция по медицинскому применению ионного и коллоидного серебра .
10. Савадян Э.Ш., Мельникова В.М., Беликова Г.П. Современные тенденции использования серебросодержащих антисептиков// Антибиотики и химиотерапия. –1989. -N11. -С. 874–878.
11. Doer R., Bergner W. Zur Oligodinamie des Silbers// Biochem. Zeitschr. –1922. -N131. -S. 351–356.
12. Мироненко Ю.П. Полостной электрофорез// Медицинская газета.- 1971 – 26 октября.
13. Войтенко А.М. Водоподготовка и очистка промышленных стоков. 1973., вып.10., -С.128–134.
14. Лот Таранов, Ирина Филиппова Серебряная вода, Метод Таранова// Диля 2001 г, С.
15. Ульянов Ю.П., Доктор мед.наук, Зав. Лор-отделением Медицинского Центра «АГАМИ» (Москва) //Проблемы серебряно-зависимых людей.!
16. Е.Родимин Приготовление целебных медно-серебряных растворов и металлоионотерапия http://www.rem.org.ru/book.htm .
17. Shahverdy AR, Fakhimi Ali, Minaian Sara Synthesis and effect of silver nanopracles on the antibacterial activity of different antibiotics against Staphylococcus and Escherichia coli// Nanovedicine-Nanotechnology biology and medicine 3(2): 168–171 Jun 2007.
18. Eric J. Rentz, DO, MSc Historic Perspectives on Clinical Use and Efficacy of Silver.
19. Rami Pedahzur, Ovadia Lev, Badri Fattal and Hillel I. Shuval The interaction of silver ions and hydrogen peroxide in the inactivation of E. coli: a preliminary evaluation of a new long acting residual drinking water disinfectant// Water Science and Technology Vol 31 No 5–6 pp 123–129 © IWA Publishing 1995.