ПОЛУЧЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ИХ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрен способ получения наночастиц серебра методом восстановления аскорбиновой кислотой, а также определение их оптической плотности.

Ключевые слова: нанотехнологии, наночастицы серебра, нитрат серебра, поливиниловый спирт, аскорбиновая кислота, антибактериальные свойства.

В настоящее время химически синтезируемые полимерные пленки применяются по всему миру. Из-за чего увеличиваются проблемы с экологией. В следствие этого значительно повышается интерес к биоразлагаемым полимерам из возобновляемых источников, способные разлагаться за короткое время под действием микроорганизмов. Большой интерес представляют биополимеры из натурального сырья, например, на основе полисахаридов (крахмал, альгинат, пектин), которые можно получить благодаря побочным продуктам сельского хозяйства и пищевой промышленности. Одним из направлений является разработка биополимерных упаковок с определенными антимикробными свойствами, предназначенные для пищевых продуктов, с целью увеличения их срока годности. Кроме того, наночастицы серебра нашли активное применение в сфере здравоохранения. Например, более длительное сохранение стерильности медицинских инструментов, лечение, диагностика и профилактика различных заболеваний. Так же наночастицы серебра используются в текстильной промышленности, как один из компонентов материалов и одежды. Одним из эффективных способов придания антимикробных свойств является нанесение на поверхность материала слоя наночастиц серебра. Это связано с тем, что серебро обладает ярко выраженной антимикробной активностью, и является природным антибиотиком. В то же время наночастицы серебра обладают высокой стабильностью в водной среде и не подвержены окислению на воздухе. Также они являются нетоксичными и гипоаллергенными.  Из-за того, что наночастицы серебра имеют крошечный размер, это помогает им проникать даже в самые маленькие пространства. При этом они обладают большой площадью поверхности относительно своего объема. В результате чего оно способно активно вступать в контакт с бактериями и грибками, тем самым обеспечивая высокую антимикробную способность. Их принцип взаимодействия с бактериями состоит в том, что они влияют на их клеточный метаболизм, подавляя рост клеток. Наночастицы серебра обладают уникальными оптическими, тепловыми и химическими свойствами. Для характеристики свойств наночастиц в настоящее время могут применяться сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, спектроскопия в УФ и ИК спектрах. Благодаря этим методам можно изучить следующие свойства наночастиц серебра: размер частиц, форма частиц, их кристаллическая структура и площадь поверхности. На текущее время существует два механизма получения наночастиц серебра – физический и химический синтез. Наиболее распространенным и простым для получения в лабораторных условиях является химическое восстановление. Благодаря этому методу возможно получить конечный продукт с достаточно маленьким размером частиц, а также с хорошей воспроизводимостью.

В данной работе будет использован именно этот метод. В качестве реактивов применяется нитрат серебра, аскорбиновая кислота в роли восстановителя, а также поливиниловый спирт для стабилизации наночастиц.

Реактивы для приготовления растворов взвешивались на аналитических весах Pioneer OHAUS PA214 с точностью до 0,0001 г. Для определения оптической плотности использовался спектрофотометр Agilent Cary 60 UV-Vis имеющий диапазон длин волн от 190 до 1100 нм.

Синтез наночастиц был проведен в 1% водном растворе поливинилового спирта (ПВС). Данная концентрация была определена как наиболее подходящая для стабилизации получившихся наночастиц. После этого был приготовлен 0,0005 М раствор нитрата серебра (AgNO₃). 80 мл полученного раствора поставили нагреваться на нагревательной плите до кипения с постоянным перемешиванием. После того, как полученный раствор охладился влили 20 мл заранее подготовленного раствора аскорбиновой кислоты.

В течение реакции цвет раствора менялся от бесцветного до серо-желтого. Также в ходе эксперимента было установлено наиболее оптимальное значение рН от 10 до 11. В своей работе было использовано значение рН равное 10.

На рисунке 1 изображены оптические плотности коллоидных растворов серебра с соотношением концентраций соль: восстановитель равных 1:30, 1:50 и 1:100.

Рисунок 1. Оптические плотности коллоидных растворов серебра в соотношении соль металла: восстановитель равных 1:30 (1), 1:50 (2) и 1:100 (3)

Наилучшее значение показало соотношение 1:100. Для дальнейших экспериментов было решено использовать данное соотношение концентраций.

Список литературы:

1. Ма Сяоле, Чжэн Кэли, Чэнь Инхао. Свойства, применения и методы получения наносеребра // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 6.; https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19414
2. He C., Chen Q., Yarmolenko M.A.et al. Structure and antibacterial activity of PLA-based biodegradable nanocomposite coatings by electron beam deposition from active gas phase. Prog. Org. Coat. 2018. V.123.P. 282-291. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2018.02.030
3. Karolina Kraśniewska, Sabina Galus, and Małgorzata Gniewosz. Biopolymers-Based Materials Containing Silver Nanoparticles as Active Packaging for Food Applications. International Journal of Molecular Sciences.  2020 Feb; 21(3): 698. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7037217/
4. Mangaraj S. Yadav A., Bal L.M. et al. Application of Biodegradable Polymers in Food Packaging Industry: A Comprehensive Review. J. Package Technol. 2019. V. 3. P.77-96. https://doi.org/10.1007/s41783-018-0049-y
5. Swetha A., Bora A., Mohanrasu K. et. al. A comprehensive review on polylactic acid (PLA) – Synthesis, processing and application in food packaging. International Journal of Biological Macromolecules.2023. V. 234. 123715. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.123715
6. Xi-Feng Zhang, Zhi-Guo Liu, Wei Shen, and Sangiliyandi Gurunathan. Silver Nanoparticles: Synthesis, Characterization, Properties, Applications, and Therapeutic Approaches. International Journal of Molecular Sciences. 2016 Sep; 17(9): 1534. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5037809