1.3. Физико-химические свойства наночастиц сереба

В последние годы интерес к наночастицам и материалам на их основе растёт лавинообразно в основном из-за их необычных физических характеристик, отличных от свойств соответствующих компактных материалов. Наночастицы серебра, как элемента, являются новым классом материала с существенными, по сравнению с макрочастицами, различиями в физико-химических характеристиках, оптических, электромагнитных и каталитических свойствах. В наноразмерном диапазоне практически любой материал проявляет уникальные свойства. Физические свойства наночастиц серебра отличаются от свойств макромолекулярного серебра (например, уменьшение размеров частицы приводит к уменьшению ее температуры плавления [Ling et al., 2009].

Коллоидное наносеребро – продукт, состоящий из наночастиц серебра, взвешенных в воде, содержащей стабилизатор коллоидной системы (Рисунок 2). [Limbach et al., 2007].

Рисунок 2. Электронная микрофотография коллоидных наночастиц серебра

Свойства коллоидного раствора, в том числе и наночастиц серебра, определяются возможностью коагуляции и перекресталлизации, т. е. агрегативной устойчивостью, а также седиментационной устойчивостью и возможностью их окисления кислородом воздуха [Зимон с соавт., 2006].

Метод визуального наблюдения за системой может дать предварительные и общие закономерности относительной устойчивости исследуемой дисперсии. Может быть зафиксировано изменения окраски системы и/или образования осадка в ней. Для наночастиц серебра цвет систем от красного (желто-коричневого) меняется до серого и даже черного. Визуальный метод наблюдения может сыграть определяющую роль при исследовании седиментационной устойчивости [Сумм с соавт., 2000].

НЧ серебра имеют преимущественно сферическую форму и распределены по размерам в диапазоне 2 ÷ 20 нм. Гидрозоли серебра, полученные восстановлением ионов металла экстрактами растений, практически не влияют на рост дрожжевых грибков. Коллоидные растворы серебра подавляют рост грибковых культур Penicillium sp. Противогрибковая активность коллоидных растворов возрастает с увеличением концентрации серебра в гидрозоле и близка к линейной. Максимальная способность подавлять рост Penicillium sp. наблюдается у коллоидных растворов серебра, которые были получены с использованием экстракта из листьев крапивы. Коллоидные растворы серебра полностью подавляют рост бактерий E.coli и Staphylococcus sp. [ Mohammad etal., 2012].

Таким образом, используя экстракты растений в процессе приготовления коллоидных растворов серебра можно получить НЧ серебра, способные подавлять рост бактерий и грибковых культур [ Mohammad etal., 2012].

1.4. Зависимость форм и размеров наночастиц серебра

Типичный размер наночастиц серебра – 5-50 нм [Limbach etal., 2007].

Можно предположить, что уникальное соотношение между восстановителями и поверхностно активными веществами для различных экстрактов растений приводит к тому, что форма и размеры НС в коллоидных растворах отличаются в зависимости от используемого экстракта. В таблице 1 собраны данные из различных источников, которые отражают зависимость формы и размера НЧ серебра от используемого экстракта растений [Крутяков с соавт., 2008].

Таблица. 1.

Зависимость формы и размера НЧ серебра от используемого экстракта растений.

РАСТЕНИЕ	РАЗМЕР, нм	ФОРМА
Эвкалипт лимонный (Eucalyptus citriodora) экстракт листьев	20	Сферическая
Смоковница бенгальская (Ficus bengalensis) экстракт листьев	21	неправильной формы
Пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare)	16	сферическая, треугольная
Мята перечная (Mentha piperita) экстракт листьев	5-30	Сферическая
Ятрофа куркас (Jatropha curcas) Латекс	10-20	Кубическая
Ятрофа куркас (Jatropha curcas) экстракт семян	15-50	Сферическая
Лавсония(хна) (Lawsonia inermis) экстракт листьев	39	квази-сферическая
Шлемник бородатый (Scutellaria barbata) экстракт листьев	5-30	сферическая, треугольная
Гваюла (Parthenium argentatum)	50	неправильной формы
Азадирахта индийская (Azadirachta indica) экстракт листьев	50-100	сферическая, призмы
Пеларгония ароматная (Pelargonium graveolens) экстракт листьев	16-40	Сферическая
Чай (Camellia sinensis)	20	Сферическая
Кофе (Coffea arabica)	25	Сферическая
Гибискус китайский (Hibiscus rosasinensis)	14	Сферическая
Мед	4	сферическая, призмы
Лебеда (марь белая) (Chenopodium album) экстракт листьев	10-30	Сферическая
Алоэ настоящее (Aloe vera)	15	Сферическая
Рапс (Brassica napus) экстракт листьев	13	Сферическая
Китайская капуста (Brassica chinesis var parachinensis) экстракт листьев	11	Сферическая
Перец овощной (Capsicum annuum)	10-40	Сферическая
Молочай шерстистый (Euphor biahirta) экстракт листьев	40-50	квази-сферическая
Паслен (Solanum torvum) экстракт листьев	13	Сферическая
Десмодиум трехцветковый (Desmodium triflorum) экстракт листьев	5-20	Сферическая
Триантема(Trianthema decandra) экстракт корня	10-50	кубическая, шестиугольная
Эвкалипт (Eucalyptus hybrida) экстракт листьев	50-150	Кубическая

Однако оказалось, как видно из таблицы, что при использовании экстрактов растений в процессе синтеза коллоидных растворов серебра, высока вероятность получить, сферические НЧ, размер которых в среднем порядка 30 нм. Известно, что с уменьшением размера НС возрастает их противогрибковая и антибактериальная активность [Крутяков с соавт., 2008]; при одинаковом содержании металла в гидрозоле НЧ Ag со средним диаметром 9.8 нм проявляли в 10 раз большую активность, чем частицы со средним размером 62 нм. Коллоидные растворы серебра можно синтезировать восстановлением ионов серебра экстрактами из листьев крапивы, плодов шиповника, листьев березы [Begum etal., 2009].

Большое влияние на формирование наночастиц оказывает величина рН растительного экстракта [Gan etal., 2012]. Изменение рН приводит к изменению заряда природных фитореагентов в составе экстракта, что влияет на их способность связывать и восстанавливать катионы и анионы металлов в процессе синтеза наночастиц, а это в свою очередь может влиять на форму, размер и выход наночастиц. Так, в случае ионов серебра (1+) и порошка клубней Curcuma longa (куркума длинная), существенно больше наночастиц серебра синтезируются при щелочных рН, при которых экстракты могут содержать больше отрицательно заряженных функциональных групп, способных эффективно связывать и восстанавливать ионы серебра [Sathishikumar etal.,2010].

Другой важный фактор, влияющий на формирование наночастиц в экстрактах растений – это температура [Bankar etal., 2010]. Установлено, что в растениях люцерны (M. sativa) треугольные серебряные наночастицы образуются только при температуре выше 30˚С [Lukman etal., 2010]. В опытах на экстрактах растения Cassia fistula (кассия трубчатая) обнаружили, что температура может влиять и на структурную форму синтезируемых наночастиц: при комнатной температуре формируются, в основном, серебряные наноленты, тогда как при температуре выше 60˚С основную массу составляют сферические наночастицы [Lin et al., 2010]

В связи с ограниченной возможностью растений восстанавливать ионы металлов, эффективность синтеза металлических наночастиц также зависит от электрохимического потенциала иона [Haverkamp et al., 2009]. Так, способность растительного экстракта эффективно восстанавливать ионы металла может быть существенно выше в случае ионов с большим положительным электрохимическим потенциалом (к примеру, Ag⁺ ) , чем в случае ионов с низким химическим потенциалом, таких как ([Ag S₂O₃) ₂ ] ^3- ) [Haverkamp et al., 2009].