Синтез наночастиц серебра с использованием экстракта аронии черноплодной

№97-1,

химические науки

Получен экстракт плодов аронии черноплодной и исследована его способность восстанавливать ионы серебра. Определены условия синтеза наночастиц серебра в растворе с использованием экстракта плодов аронии: рН 8.8, время синтеза 30 мин, температура 70ºС. Образовавшиеся золи наночастиц серебра имели золотисто-желтую окраску. Обнаружено, что спектры поглощения золей имеют максимум в области 420 нм. СЭМ- изображение наночастиц серебра позволило установить их размеры.

Похожие материалы

Введение

Нанотехнология является развивающейся отраслью исследований в области современного материаловедения и технологии. Наночастицы благородных металлов в последние годы находят большое применение в пищевой промышленности, фармакологии и медицине. Это обусловлено тем, что включение наночастиц серебра в состав материала придает ему фунгицидные и антимикробные свойства [1].

Наночастицы серебра являются одними из наиболее широко используемых наночастиц благодаря их оптическим, электрическим и тепловым свойствам, а также возможности их использования в биосенсорах, в катализе и медицине. Различные физические и химические подходы, которые были сформулированы для синтеза этих наночастиц, включают использование опасных химических веществ, которые не делают их ни экономически целесообразными, ни экологически чистыми. Таким образом, растет потребность в более совершенном, экономически обоснованном и экологически чистом процессе синтеза наночастиц и наноматериалов.

Применение принципов "зеленой химии" в синтезе наночастиц и наноматериалов позволяет минимизировать опасные эффекты и максимально повысить безопасность производства и устойчивость наночастиц [2].

Известно, что наночастицы, синтезированные с применением экстрактов растений, обладают функционализированной поверхностью, которая может содержать (в зависимости от условий реакции) органические лиганды, белки, полисахариды и многоатомные спирты, отсутствующие на поверхности наночастиц, которые синтезированы при помощи физических и химических методов. Присутствие этих биологических компонентов способствует росту стабильности частиц, кроме того может облегчить последующее присоединение к наночастицам функциональных молекул, таких, как антитела или ДНК [3].

Плоды аронии черноплодной обладают большим содержанием ряда витаминов: витамина К, Р, В1, В2, РР, аскорбиновой кислоты, β-каротина, α-токоферола и пантотеновой кислоты. Содержат сахара, яблочную и другие органические кислоты, йод, пектиновые и дубильные вещества, соли молибдена, бора, марганца, меди. В значительных количествах плоды содержат некоторые макро- и микроэлементы.

Благодаря своему богатому химическому составу плоды аронии черноплодной можно использовать в качестве ценного ресурса для получения комплекса биологически активных соединений, подходящих для восстановления ионов серебра с получением наночастиц серебра. Наличие комплекса сахаров (глюкозы, фруктозы, сахарозы) и фенольных соединений, флаваноидов делает аронию черноплодную перспективным сырьем для зеленого синтеза наночастиц серебра [4].

Таким образом, целью данного исследования является синтез наночастиц серебра с использованием экстракта аронии черноплодной.

Экспериментальная часть

Получение экстракта. Плоды аронии черноплодной богаты углеводами, особенно, моно- и дисахаридами (21,6%), а именно, глюкозой (43%) и фруктозой (16,9%), клетчаткой (21%), пектином (10,2%), а также в состав входит крахмал (0,1 г) и сахароза (0,1-2,0 г).

Водный экстракт из плодов аронии черноплодной получали по следующей методике. Навеску растительного материала массой 1±0,01 г взвешивали на аналитических весах,измельчали плоды на более мелкие части, для того, чтобы сырье выделило больше сахаров, которые в нем содержатся. Далее, измельченные плоды вносили в коническую колбу с дистиллированной водой объемом 100 мл, нагревали до кипения и кипятили в течение 10 минут. Полученный экстракт охлаждали до комнатной температуры, фильтровали через фильтровальную бумагу.

Синтез наночастиц серебра. Золь наночастиц серебра готовили путем смешения 0,001 М раствора AgNO3 с экстрактом плодов аронии черноплодной в соотношении объемов, согласно таблице 1. Обработку смеси проводили раствором аммиака для доведения pH раствора до 8,5. Затем золь нагревали при температуре 70 oC в течение 30 мин.

Оптические спектры поглощения золей серебра регистрировались при комнатной температуре в области 350–500 нм на спектрофотометре U-2001 (Япония) в кварцевой кювете, длина оптического слоя — 1 см.

Таблица 1. Соотношения экстракта и AgNO3 для синтеза наночастиц

№ образца

Экстракт, мл

AgNO3, (1∙10-3моль/л), мл

Температура, С

pH раствора

Время синтеза, мин

4

2

6

70

8,5

30

1

4

4

2

6

2

5

7

1

3

8

0

Результаты и их обсуждение

В ходе эксперимента были получены золи наночастиц серебра, окраска которых представлена на рис. 1.

Рис. 1. Окраска образующихся золей: номер образца соответствует его номеру в табл. 1

На рис. 2. представлены спектры поглощения наночастиц серебра в интервале длин волн 350-500 нм. Спектры поглощения всех золей имеют интенсивные пики в области 420 нм. Известно, что при 420 нм поглощают частицы диаметром от 20 до 40 нм.

Кроме того, для наночастиц диаметром до 40 нм свойственна желтая окраска золя. При увеличении начальной концентрации нитрата серебра наблюдалось изменение окраски золя от светло-желтой до желтой (рис. 1). Данное изменение цвета связано с увеличением количества образующихся наночастиц серебра.

Спектры поглощения золей наночастиц серебра, полученных с использованием экстракта аронии черноплодной: номер образца соответствует его номеру в табл. 1.
Рисунок 2. Спектры поглощения золей наночастиц серебра, полученных с использованием экстракта аронии черноплодной: номер образца соответствует его номеру в табл. 1.

Наибольшая интенсивность пика отмечается у спектра, соответствующего образцу 4, в котором содержится наибольшее количество AgNO3, а наименьшая интенсивность пика — у образца 3, который не содержит нитрат серебра.

Были получены изображения со сканирующего электронного микроскопа образовавшихся наночастиц серебра с использованием экстракта аронии черноплодной.

На снимках поверхности тонкой углеродной подложки, на которую предварительно был нанесен и высушен золь, полученный добавлением нитрата серебра к экстракту аронии черноплодной, видны скопления частиц наносеребра (рис. 3).

СЭМ — изображение поверхности углеродной подложки с нанесенным золем наночастиц серебра
Рисунок 3. СЭМ — изображение поверхности углеродной подложки с нанесенным золем наночастиц серебра

Как видно из рис. 3, наночастицы имеют размеры от 20 до 40 нм, что свойственно для золей желтой окраски, которые были получены в ходе работы.

Вывод

Исследована способность экстракта аронии черноплодной восстанавливать ионы серебра в растворе с образованием наночастиц серебра. Установлено, что экстракт аронии черноплодной обладает восстанавливающими свойствами по отношению к ионам серебра и может быть использован для синтеза наночастиц серебра. Подтверждением образования наночастиц серебра служат появление окраски образовавшихся золей, а также изображение наночастиц серебра, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа. СЭМ- изображение позволило установить, что наночастицы имеют размеры от 20 до 40 нм.

Список литературы

  1. Никитина Е.А. Получение наночастиц серебра методами «зеленой химии» и исследование их противогрибковой активности и антибактериальных свойств. М., 2011.
  2. Noah. N. Green synthesis: Characterization and application of silver and gold nanoparticles. 2019. Р. 111-135.
  3. Макаров, В.В., Лав, А., Синицына, О.В. «Зеленые» нанотехнологии: синтез металлических наночастиц с использованием растений. 2014. Т. 6. № 1. С. 37 – 47.
  4. Кучина Н.Л. Лекарственные растения средней полосы европейской части России. М.: Планета, 1992. С.287.