Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Наночастицы металлов в растворах: биохимический синтез, свойства и применение

ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Наночастицы металлов в растворах: биохимический синтез, свойства и применение"

На правах рукописи

ЕГОРОВА ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА

НАНОЧАСТИЦЫ МЕТАЛЛОВ В РАСТВОРАХ: БИОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ

03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических паук

2 8 АЛ Р 2011

Москва-2011

4844811

Работа выполнялась в Институте электрохимии им. А.Н.Фрумкина РАН, в НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН и в МИТХТ им. М.В.Ломоносова.

Научный консультант: академик РАМН

доктор химических наук, профессор Швец Виталий Иванович

Официальные оппоненты: чл.-корр. РАН, доктор химических наук, профессор

Защита диссертации состоится «25» апреля 2011 г. в 15 часов ка заседании Диссертационного Совета Д 212.120.01 при Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.ВЛомоносова по адресу: 119571, Москва, пр.Вернадского, д,86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.ВЛомоносова.

С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте ВАК РФ: http//vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан «ЛЦ » марта 2011 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат химических наук

старший научный сотрудник Чютик А.И.

Северин Евгений Сергеевич

доктор биологических наук, профессор Бурлакова Елена Борисовна

доктор химических наук, профессор Варламов Валерий Петрович

Ведущая организация: Институт биомедицинской химии им. В.Н.Ореховича РАМН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В развитии современных нанотехнологий значительную роль играют исследования наночастиц металлов. Это обусловлено, прежде всего, широким спектром возможностей их практического применения, в которых используются специфические свойства как самих наночастиц, так и модифицированных ими материалов. Наиболее разработаны, на сегодняшний день, возможности использования наночастиц металлов при создании новых катализаторов для различных промышленных процессов. Хорошие перспективы открываются и для применения наночастиц металлов в других областях техники, а также в биологии и медицине. Возможности применения наночастиц для диагностики и лечения различных (в том числе онкологических) заболеваний, а также в иммунохимических методах исследования уже активно изучаются в новом направлении экспериментальной медицины, получившем название «Наномедицина». Показано, в частности, что наночастицы серебра могут использоваться для получения различных материалов с бактерицидными свойствами, а наночастицы золота - для повышения эффективности и уменьшения побочных эффектов в радиотермальной терапии опухолей.

В то же время, за последнее десятилетие установлено, что наночастицы различных видов, особенно наночастицы металлов, попадая в организм человека, могут стать причиной серьезных заболеваний (нанопатологий). Известно, что наночастицы металлов могут проникать в организм человека различными путями: через слизистые оболочки дыхательных путей и пищеварительного тракта, трансдермально (например, при использовании косметических средств), через кровоток в составе вакцин и сывороток и т.д. Опасность распространения нанопатологий, хотя еше и не вполне осознана, но несомненно велика уже сегодня, и, очевидно, будет нарастать в будущем. Выяснение причин патологического действия наночастиц и разработка способов борьбы с заболеваниями, вызванными проникновением в организм наночастиц, становятся сейчас предметом нового направления в экспериментальной медицине.

Таким образом, можно утверждать, что определение путей и способов воздействия наночастиц металлов на живой организм - это чрезвычайно важная и актуальная работа, необходимая, во-первых, для улучшения имеющихся и создания новых лекарственных средств или способов лечения, то есть для наномедицины, во-вторых, для выяснения причин нанопатологий и, в третьих, дня установления научно обоснованных допустимых диапазонов концентраций и размеров наночастиц в воде, воздухе или в составе различных материалов, с которыми контактирует человек.

Возможности исследования свойств наночастиц металлов, разработки вариантов их практического применения, а также выяснения механизмов их биологического действия в значительной степени зависят от способа получения, который во многих случаях определяет их структуру, размеры, физические и химические свойства и, главное, стабильность - время жизни в наноразмерном состоянии.

Среди способов получения наночастиц большую группу образуют методы химического синтеза, основанные на восстановлении ионов металла до атомов в растворах, в условиях, благоприятствующих последующей агрегации атомов и ионов с образованием наночастиц. К моменту начала нашего исследования важной задачей в области химического синтеза было создание методов, пригодных для практического применения - позволяющих получать наночастицы металлов малого размера, в значительных количествах, стабильные на воздухе, - и при этом приемлемых с экономической точки зрения (не требующих больших затрат энергии, дорогостоящего оборудования, дополнительных синтезов и т.п.). Одним из таких методов явился предложенный нами метод биохимического синтеза, на основе которого возникло новое направление в области синтеза, исследований свойств и разработки вариантов применения наночастиц металлов. Можно сказать, что необходимость создания такого направления вытекала из потребностей развития исследований в нанохимии, наномедицине и нанопатологии, ориентированных прежде всего на решение прикладных задач с использованием достижений нанотехнологий.

Цель и задачи работы Цель работы состояла в создании нового направления в области синтеза наночастиц металлов в растворах, которое позволяло бы получать наночастицы металлов в больших (практически значимых) количествах, стабильные на воздухе в течение длительного времени, что давало бы возможность проводить систематические исследования их свойств и разработки вариантов применения. При выполнении работы были поставлены следующие основные задачи:

1. Определение условий синтеза наночастиц различных металлов в обратных мицеллах, которые позволяли бы реализовать преимущества, даваемые сочетанием системы обратных мицелл и биологических восстановителей (природных пигментов из группы флавоноидов), в соответствии с целью работы;

2. Исследование механизма взаимодействия используемых флавоноидов с ионами металлов в обратных мицеллах, что представлялось важным как для совершенствования процедуры синтеза, так и для исследований взаимодействия флавоноидов с ионами металлов в биологических системах;

3.Разработка процедур получения водных растворов наночастиц металлов из их обратно-мицеллярных растворов, для исследований свойств и выяснения возможностей применения наночастиц в водных средах;

4.Разработка процедур получения различных жидкофазных и твердых материалов, модифицированных наночастицами металлов;

5.Исследование каталитических свойств и биологических эффектов наночастиц металлов в растворах и модифицированных ими материалов, для разработки вариантов применения в химической промышленности, экспериментальной биологии и медицине.

Научная новизна.

1. Предложен оригинальный метод синтеза наночастиц металлов - биохимический синтез в обратных мицеллах с использованием в качестве восстановителей природных биологически активных веществ из группы флавоноидов. Впервые экспериментально доказано, что природные флавоноиды (кверцетин, рутин, морин) способны эффективно восстанавливать ионы металлов в водном ядре обратной мицеллы с образованием металлических наночастиц.

2. Определено влияние различных факторов (концентраций соли металла и восстановителя, состава соли металла, степени гидратации) на скорость формирования, оптические свойства, размеры и стабильность наночастиц металлов в обратных мицеллах.

3. Исследован механизм взаимодействия флавоноидов с ионами серебра, золота, меди и цинка; показано, что первой стадией взаимодействия является образование комплекса, затем комплекс распадается с образованием наночастиц и флавоноида в окисленной форме.

4. Найдены коэффициенты экстинкции кверцетина и рутина, комплексов кверцетина с ионами металлов и наночастиц серебра в обратных мицеллах из аэрозоля-ОТ (АОТ).

5. Разработаны процедуры получения водных дисперсий наночастиц металлов из их мицеллярных растворов.

6. Изучено влияние различных факторов (концентраций компонентов раствора, свойств поверхности адсорбента) на адсорбцию наночастиц серебра и меди из мицеллярных растворов и наночастиц серебра из водных дисперсий на различных материалах (активированном угле, силикагеле, порошках оксидов металлов, тканях, полимерных мембранах и др.).

7. Исследованы антимикробные и каталитические свойства наночастиц серебра и меди в растворах, а также модифицированных этими наночастицами жидкофазных и твердых материалов. Установлено, что, как растворы наночастиц, так и

модифицированные ими материалы обладают высокой бактерицидной или каталитической активностью.

8. Для выяснения механизмов возникновения патологий, обусловленных проникновением наночастиц металлов в организм человека, проведены исследования, позволяющие продвинуться в понимании основных закономерностей взаимодействия наночастиц металлов с клетками (in vitro) и живыми организмами. Эксперименты проводились с водными дисперсиями наночастиц серебра на биологических объектах разного уровня организации (одноклеточной микроводоросли, плесневом грибе, семенах растений, грызунах, культурированных клетках человека). Определено влияние концентрации наночастиц серебра на жизнеспособность и функциональную активность биологических объектов. Установлено отличие биологического действия наночастиц и ионов серебра.

Научно- прастическая значимость работы

Известно, что свойства внутренней среды обратных мицелл при малых степенях гидратации близки к свойствам внутренней среды клеточных органелл и компартментов живой клетки. Таким образом, установленный в работе факт формирования наночастиц металлов при взаимодействии флавоноидов с ионами металлов в обратных мицеллах демонстрирует принципиальную возможность образования кластеров и наночастиц в результате взаимодействия флавоноидов с ионами металлов в живых организмах. Отсюда следует, что система обратных мицелл может служить адекватной моделью для изучения механизмов биологической активности флавоноидов, включающей их взаимодействия с ионами металлов. В частности, полученные в работе данные о коэффициентах экстинкции и структуре комплексов флавоноидов с ионами металлов в обратных мицеллах могут быть полезны для углубления понимания процессов, лежащих в основе антиоксидантного действия флавоноидов в биологических системах.

Установлено, что, как растворы наночастиц, так и модифицированные ими материалы представляют несомненный интерес для практического применения. Показано, в частности, что водные дисперсии наночастиц серебра могут использоваться для создания жидкого дезинфицирующего средства нового типа, обладающего существенными преимуществами по сравнению с рядом известных дезинфектантов. Обнаружена значительная каталитическая активность для наночастиц меди в реакции изомеризации дихлорбутенов (одной из стадий получения синтетического каучука), а также для наночастиц серебра, меди и других металлов в реакциях органического синтеза, используемых при получении различных красителей, отбеливателей, добавок к топливам

и другой продукции одного из отечественных предприятий (завод «Пигмент», г.Тамбов). Было зафиксировано существенное увеличение скорости процесса, выхода и качества продуктов по ряду показателей.

Полученные в работе результаты по биологическим эффектам наночастиц серебра на объектах разного уровня организации могут быть использованы, во-первых, для выработки рекомендаций по выбору действующих концентраций наночастиц серебра с целью применения их в медицине (для диагностики или в виде лекарственных препаратов) и, во-вторых, для разработки санитарных норм при определении допустимых концентраций наночастиц металлов в окружающей среде и в материалах, с которыми контактирует человек.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Создан оригинальный метод синтеза наночастиц металлов в растворах, позволяющий получать наночастицы малого размера (не более 25 нм), стабильные на воздухе в течение длительного времени, что позволяет проводить систематические исследования их свойств и разрабатывать варианты их практического применения.

2. Исследован механизм взаимодействия восстановителей (флавоноидов) с ионами металлов в обратных мицеллах. Показано, что синтез наночастиц идет через стадию образования комплекса флавоноида с ионами металла в водном ядре обратной мицеллы.

3. Разработана технология получения водных растворов наночастиц металлов из их мицеллярных растворов.

4. Разработана технология нанесения наночастиц металлов из мицеллярных и водных растворов на различные твердые материалы.

5. Предложены различные варианты применения растворов наночастиц серебра и модифицированных ими жидкофазных и твердых материалов.

Личный вклад автора. Автору принадлежит решающая роль на всех этапах работ по синтезу, исследованию механизма взаимодействия флавоноидов с ионами металлов и физико-химических свойств наночастиц металлов в растворах - от постановки задачи, планирования и проведения экспериментов, до анализа, обсуждения и оформления полученных результатов. В исследованиях биологических эффектов и каталитических свойств наночастиц в большинстве случаев автору принадлежит ведущая роль в постановке задачи, планировании экспериментов, а также в анализе, обсуждении и оформлении полученных результатов. В некоторых случаях планирование и оформление и во всех случаях проведение экспериментов в этих исследованиях осуществлялось специалистами соответствующих учреждений и предприятий.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на VII Всероссийской конференции «Органические реагенты в аналитической химии» (Саратов, 1999), VII симпозиуме «Физика и химия полиметиновых красителей» (Москва, 1999), Международной конференции по наукоемким технологиям (Москва, 1999), International Conference «Colloids 2000» (Hungary, Szegel, 2000), II Всероссийском совещании «Высокоорганизованные каталитические системы" (Москва, 2000), XII Симпозиуме по современным проблемам химической физики (Туапсе, 2000), VII Международном Фрумкинском симпозиуме (Москва, 2000), X International Symposium on Relation between Homogeneous and Heterogeneous Catalysis. (Lyon, France, 2001), VII Международном симпозиуме «:Metal Ions in Biology and Medicine» (Санкт-Петербург, 2002), VI Всероссийской (международной) конференции «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем (Томск, 2002), I и V Международных Конгрессах «Биотехнология - состояние и перспективы развития» (Москва, 2002 и 2009), Научных сессиях МИФИ (Москва, 2003, 2004), I и II Всероссийских (международных) научно-практических конференциях «Нанотехнологии - производству» (Фрязино, 2004, 2005), XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007), V международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2008), Международном симпозиуме «Biological Motility: achievements and perspectives» (Пущино, 2008), I Международной летучей школе «Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах» (Красновидово, 2009), 4-th International Conference «Environmental effects of nanoparticles and nanomaterials» (Vienna, Austria, 2009), II и III Международных форумах по нанотехнологиям «Rusnanoforum -2009, 2010» (Москва, 2009, 2010), Международном семинаре «Дни Horiba в России» (Санкт-Петербург, 2010). Результаты прикладных разработок представлялись также на нескольких международных выставках: Экватек-2002, Интерлакокраска-2003,2004, 2009.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 194 страницах основного текста, содержит 120 рисунков, 17 таблиц и состоит из введения, литературного обзора, описания предпосылок и основ биохимического синтеза, включая материалы и методы исследования и примеры синтеза наночастиц (1 глава), изложения и обсуждения результатов исследований процесса формирования и свойств наночастиц в мицеллярных и водных растворах (7 глав), описания возможностей применения наночастиц металлов (1 глава) заключения, выводов и списка литературы (342 наименования).

Публикации По материалам работы имеется 53 публикации, из них 2 обзора, 19 статей, 4 патента и 28 тезисов докладов.

Работа выполнена при участии МГУ им. М.В.Ломоносова (кафедра химической кинетики и катализа химического факультета), Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино), НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина РАМН (Москва), ФГУП ГНИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов (Москва), Тамбовского государственного технического университета (кафедра химической технологии органических веществ), Института общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН (Москва).

Работа проводилась при поддержке РФФИ (грант 01-03-32783), комплексной программы РАН «Наноматериалы и супрамолекулярные системы» на 2003 г., ФЦП на 2009-2013 годы по лоту «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области биомедицинских и ветеринарных технологий жизнеобеспечения и защиты человека и животных», по теме «Инновационные технологии получения новых биологически активных субстанций с повышенной эффективностью терапевтического и диагностического действия и наноразмерных лекарственных форм созданных субстанций и известных медицинских препаратов», а также нескольких частных компаний, заинтересованных во внедрении наночастиц металлов. Основное содержание работы 1. Биохимический синтез в обратных мицеллах.

1.1. Предпосылки метода. Сравнение с другими химическими методами.

Биохимический синтез относится к группе химических методов получения наночастиц металлов в растворах, основанных на восстановлении ионов металла до атомов в условиях, благоприятствующих формированию наночастиц. В этой группе синтез наночастиц проводится в молекулярных (водных или неводных) растворах или в обратных мицеллах - в тройной системе: водный раствор соли металла/ПАВ/неполярный растворитель. В последнем случае реакция восстановления и формирование наночастиц протекают в водном ядре мицеллы, образованной молекулами ПАВ (поверхностно-активного вещества). Восстановителями наиболее часто служат (1) неорганические (гидразин, борогидрид натрия) или органические (формальдегид, глюкоза, цитраты и др.) вещества, традиционно используемые в этом качестве в химии, (2) сольватированный электрон, генерируемый ионизирующим излучением, (3) фотоэлектроны, возникающие под действием УФ или лазерного излучения и (4) электроны, генерируемые на катоде в ходе электролиза растворов, содержащих соли соответствующих металлов. Во всех случаях используются стабилизаторы, которые обеспечивают устойчивость системы, предотвращая агрегацию наночастиц. Стабилизаторами обычно служат природные (желатин, крахмал, агар-агар и др.) или синтетические полимеры и ПАВ; в некоторых случаях роль стабилизатора может играть восстановитель.

Сравнительный анализ разных вариантов химического синтеза показывает, что система обратных мицелл имеет ряд преимуществ перед молекулярным раствором. Во-первых, агрегация наночастиц здесь происходит, как правило, значительно медленнее, то есть, время жизни наночастиц в обратно-мицеллярном (далее мицеллярном) растворе существенно увеличивается по сравнению с молекулярным раствором. Во-вторых, варьируя параметры мицеллярного раствора (в частности, задавая диаметр водного ядра мицеллы), оказывается возможным достаточно надежно контролировать размеры, получаемых наночастиц. Таким образом, синтез в обратных мицеллах позволяет получать дисперсии наночастиц со сравнительно узким распределением по размерам, что весьма существенно для исследования их свойств, в том числе «размерных эффектов».

Другой важный вывод вытекает из результатов применения не традиционных химических, а природных биологических восстановителей, содержащихся, главным образом, в водных экстрактах из растений или супернатантах культур бактерий. Было показано, в частности, что водные экстракты из семян люцерны, чечевицы, листьев хны и герани, почек и цветков гвоздики, из некоторых грибов, супернатанты культур кишечной палочки и золотистого стафилококка способны эффективно восстанавливать ионы благородных металлов (золота и серебра) в водном растворе с образованием наночастиц, стабилизированных либо самим восстановителем, либо другими веществами (белками, полисахаридами), присутствующими в том же растворе. Как неоднократно отмечалось в литературе, такой способ имеет ряд преимуществ перед традиционными методами, главными из которых являются мягкие условия синтеза и отсутствие в растворе, содержащем наночастицы, более или менее ядовитых побочных продуктов или примесей в самих наночастицах, которые неизбежно появляются при использовании основных химических восстановителей. Поэтому такое «биологическое» восстановление как основа для получения металлических наночастиц имеет хорошие перспективы применения в биологии, медицине и других областях, где важно обеспечить минимальную токсичность растворов наночастиц металлов для живых организмов.

В биохимическом синтезе сочетаются преимущества системы обратных мицелл и биологических восстановителей. В основе метода лежит восстановление ионов металлов в обратных мицеллах природными биологически активными веществами - растительными пигментами из группы флавоноидов. Используются три представителя этой группы-кверцетин, рутин и морин; первые два хорошо известны как вещества, обладающие выраженной антиоксидантной и радиопротекгорной активностью и применяемые в медицине в качестве лекарственных средств и пищевых добавок. Изучение механизмов биологического действия флавоноидов (главным образом, путем изучения их реакций в водных растворах) позволило установить, что во многих случаях наблюдаемые эффекты обусловлены способностью этих веществ образовывать прочные комплексы с ионами металлов (главным образом, меди и железа), играющих важную роль в процессах перекисного окисления липидов. Наша идея состояла в том, что можно использовать эту

способность флавоноидов для синтеза наночастиц металлов, если взаимодействие флавоноидов с ионами металлов будет происходить в водном ядре обратной мицеллы, то есть в среде, существенно отличающейся по свойствам от молекулярного раствора и, как известно из литературы, благоприятствующей образованию наночастиц в других вариантах химического синтеза. И действительно, реализация этой идеи позволила получить наночастицы золота, серебра, меди и других металлов.

Название «биохимический синтез» не вполне корректно, поскольку оно рождает аналогию с процессами биосинтеза, протекающими в живой клетке и являющимися одним из направлений исследований в биохимии, тогда как по существу речь идет о химической реакции восстановления ионов металла до атомов биологическими молекулами, которая запускает процесс агрегации атомов и ионов, то есть собственно синтез наночастиц. Аналогичная трудность возникает при формальном рассмотрении названий методов, использующих биологические восстановители («биовосстановление», «зеленый синтез», тот же «биохимический синтез»), о которых говорилось выше. В нашем случае из различных вариантов названия, обсуждавшихся на начальном этапе развития метода, со временем прочно утвердился лишь один - «биохимический синтез в обратных мицеллах» -поскольку в нем отражается основное отличие, с одной стороны, от химических методов, использующих небиологические восстановители в обратных мицеллах, и, с другой стороны, от химических методов, использующих биологические восстановители в водных растворах. В публикациях и докладах используется обычно сокращенный вариант -«биохимический синтез», с соответствующими пояснениями о сущности метода, если это оказывается необходимым.

По сравнению с другими химическими методами, биохимический синтез обладает рядом преимуществ, важных для практического применения металлических наночастиц. Сравнение с методами, использующими традиционные химические восстановители, выявляет следующие преимущества. Во-первых, при биохимическом синтезе образование наночастиц идет в растворе на воздухе, тогда как во многих других известных вариантах для получения наночастиц необходимо создавать вакуум или атмосферу инертного газа. Это обстоятельство, а также другие особенности процедуры синтеза позволяют избежать усложнений, необходимых в других методах (дополнительных синтезов, применения дорогостоящего или энергоемкого оборудования и др.), что значительно удешевляет конечный продукт. Во-вторых, оказывается возможным получать наночастицы, стабильные в растворе на воздухе в течение длительного времени (до нескольких лет), что весьма существенно как для исследования их свойств, так и для прикладных разработок. В то же время, известно, что в других случаях время жизни наночастиц часто не превышает нескольких дней. В-третьих, для некоторых металлов удается повысить степень превращения ионов металла в наночастицы по сравнению с достигаемой другими методами и уменьшить расход восстановителя, что важно, опять-таки, с экономической

точки зрения. В-четвертых, применение природных восстановителей делает метод более экологически безопасным.

При биологическом восстановлении в водном растворе синтез также идет на воздухе, технологически не сложен, наночастицы в большинстве случаев стабильны в растворе на воздухе, раствор не содержит ядовитых примесей, так что здесь присутствуют почти все преимущества биохимического синтеза по сравнению с традиционными химическими методами, перечисленные выше. Однако имеются и проблемы, в силу которых этот способ получения наночастиц оказывается менее пригодным для практических целей, чем биохимический синтез. Во-первых, в большинстве случаев водный раствор, в котором образуются наночастицы, имеет сложный состав и неизвестно, какое вещество является восстановителем и в какой концентрации оно присутствует в растворе. Кроме того, состав раствора обычно плохо воспроизводим, поскольку он зависит от свойств биообъекта, которые, в свою очередь, могут существенно зависеть от его предыстории (например, для листьев растения - от условий (почвы, климата и т.д.), в которых оно выращено, фазы его развития, времени года). Во-вторых, для таких частиц характерно очень широкое распределение по размерам, что затрудняет исследования влияния размера частиц на их биологическую активность. В-третьих, скорость формирования и выход наночастиц часто бывают невелики, так что сложно быстро получить раствор с высокой концентрацией наночастиц, что требуется во многих вариантах применения.

В биохимическом синтезе эти недостатки отсутствуют, но это не означает, что метод является универсальным и может применяться без каких-либо ограничений. Например, наночастицы в обратных мицеллах (в мицеллярных растворах) взвешены в органическом растворителе, что делает невозможным применение их в водных средах. Но эта проблема была решена путем разработки технологии приготовления водных растворов наночастиц из их мицеллярных растворов (см. раздел 5). Таким образом, удалось сохранить преимущества биохимического синтеза в обратных мицеллах и в то же время расширить поле исследований свойств наночастиц и спектр возможных применений.

1.2. Общая схема синтеза Синтез проводится в обратных мицеллах из АОТ - анионного ПАВ, которое наиболее часто применяется для создания обратно-мицеллярных систем, поскольку оно хорошо растворимо во многих неполярных растворителях и позволяет получать стабильные обратные мицеллы в широком диапазоне концентраций ПАВ и степеней гидратации = [Н20]/[ПАВ]. Строение обратной мицеллы в системе НгО/АОТ/н-алкан в общем виде показано на рис.1. Для обычно используемой нами системы НгО/АОТ/изоокган во всем диапазоне степеней гидратации (0.5 <т £ 10) диаметр водного ядра, 2Я„ 2 2 нм; при наиболее часто применяемых значениях < 4) 2Я„ £ 1 нм.

Рис.1. Строение обратной мицеллы. и -соответственно, гидродинамический радиус и радиус водного ядра. «Связанная» вода - жестко структурированная вода в пограничном слое, где сказывается организующее влияние полярных головок ПАВ. При малых степенях гидратации (и<4), наиболее часто используемых в биохимическом синтезе, вся вода в ядре мицеллы является связанной. Восстановление ионов металла в ядре мицеллы показано на примере иона Ag+.

Общая схема биохимического синтеза показана на рис.2. Возможны два основных пути процесса: смешение предварительно отдельно приготовленных мицеллярных растворов флавоноида и соли металла (I) и введение водного раствора соли металла непосредственно в мицеллярный раствор флавоноида (II). В первом случае для приготовления мицеллярного раствора флавоноида используется его концентрированный раствор в этаноле или пропаноле. Во втором случае порошок флавоноида солюбилизируется в растворе

АОТ/жидкий углеводород. В обоих случаях конечными продуктами являются наночастицы в водном ядре мицеллы и флавоноид в окисленной форме.

Рис.2. Общая схема биохимического синтеза, П и {Т - флавоноид в молекулярной и окисленной форме, соответственно. - наночастица.

* и

■0

+ ме"- (н,0> '

Для каждого металла требовалась

специальная работа по подбору условий (концентраций реагентов, концентрации АОТ, степени гидратации, состава соли металла), которые обеспечивали высокую скорость образования и стабильность наночастиц, а также достаточно высокую степень превращения ионов металла в наночастицы. По наблюдениям, сделанным на начальном этапе работ по биохимическому синтезу, при использовании варианта I скорость реакции и выход наночастиц, как правило, оказывались меньше, чем при выборе варианта II, поэтому в дальнейшем наночастицы получали почти исключительно по этому последнему варианту. Вследствие особенностей оптических свойств комплексов флавоноидов с ионами металлов и металлических наночастиц, процесс формирования наночастиц сопровождается характерными изменениями окраски раствора, что часто позволяет визуально фиксировать момент начала синтеза и приблизительно оценивать скорость процесса.

1.3. Основные материалы и методы исследования

Для получения наночастиц использовали кверцетин (Qr), рутин (Ru) и морин (Мо) производства фирм Merck, Sigma-Aldrich или Acros, соли металлов (нитраты или сульфаты) марки х.ч. и золотохлористоводородную кислоту (ЗХВК), все отечественного производства, водный раствор аммиака, нормальные углеводороды (С6 - С», чаще всего изооктан эталонный, Химмед), АОТ (бис-(2-эгилгексил)сульфосукцинат натрия) производства фирм Acros или Aldrich. Растворы солей металлов и ЗХВК готовили на деионизованной воде, полученной с помощью прибора «Водолей» (НПО "Химприбор", Москва). Для приготовления водных дисперсий наночастиц использовали дистиллированную воду. Контроль pH и ионного состава воды проводили методом потенциометрии на приборе «Экотест-2000» («Эконикс», Москва). Растворы аммиачных солей металлов готовили путем введения водного раствора аммиака в водный раствор соли металла до полного растворения выпадающего осадка гидроокиси металла и образования комплексных аммиак-содержащих катионов серебра ([Ag(NH3)2]+), и других металлов ([Cu(NH3)4]2+, [Zn(NH3)4]2+ , [Co(NH3)4]2+ ,[Ni(NH3)4]2+ ). Соответственно, получали растворы диамминнитрата серебра и тетраамминнитратов или тетраамминсульфатов двухвалентных металлов, которые затем вводили в мицеллярный раствор флавоноида до заданной степени гидратации. Мицеллярные растворы флавоноидов готовили по разработанной нами стандартной методике. Вначале готовили раствор АОТ в углеводороде, затем в нем солюбилизировали флавоноид, взятый в виде порошка. При необходимости АОТ и флавоноиды предварительно подвергали сушке для уменьшения содержания гидратационной воды. Концентрацию флавоноидов в растворе определяли методом спектрофотометрии; для этого предварительно находили их коэффициенты экстинкции в мицеллярном растворе.

Контроль формирования и стабильности, а также исследования оптических и адсорбционных свойств наночастиц осуществляли путем измерения спектров оптического поглощения с использованием спектрофотометров Specord М40 (Carl Zeiss, Германия) и Helios-a (Thermo Electronics, Великобритания). Размеры частиц в растворе определяли методом фотонной корреляционной спектроскопии (ФКС) на приборах Coulter N4 MD (Coulter Electronics, США) и Horiba LB 550 (Horiba, Япония). Микрофотографии наночастиц получали методом просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ). Для этого использовали электронный микроскоп LE0912 AB OMEGA с ускоряющим напряжением 120 кВ (Carl Zeiss, Германия), доступный в центре коллективного пользования биологического факультета МГУ.

1.4. Примеры синтеза наночастиц металлов

Растительные пигменты группы флавоноидов, в том числе используемые нами кверцетин, рутин и морин - это низкомолекулярные полифенольные соединения, основой которых является трехкольцевая структура: два ароматических кольца (А и В), соединенных между собой гетероциклом (С), содержащим кислород (рис.3).

Мицеллярные растворы этих флавоноидов, как и их водно-спиртовые или водные растворы, имеют две основные полосы поглощения в УФ области спектра (рис.4): полосу I и полосу II в интервале, соответственно, 360-380 нм и 240-270 нм. \ Полосы поглощения обусловлены л - тс 5 переходами в двух хромофорных р системах: полоса I - в кольце В,

' сопряженном с трехуглеродным фрагментом кольца

С, полоса II - в кольце А, сопряженном с кольцом С.

Рис.З (слева). Структура молекул флавоноидов, используемых в биохимическом синтезе. 1 - кверцетин, 2 - рутин, 3 - морин. ^иц

2 - дисахарвд, состоящий из остатков глюкозы и рамнозы.

Рис.4 (сверху). Спектры оптического поглощения флавоноидов - кверцетина (Ог), рутина (Ни) и морина (Мо) в мицеллярных растворах. I и II - две основные полосы поглощения.

3 Введение водных растворов солей металлов в мицеллярные растворы флавоноидов с последующим встряхиванием в течение нескольких минут приводит

к более или менее быстрым изменениям окраски и спектра поглощения растворов, отражающим различные стадии взаимодействия флавоноидов с ионами металлов, завершающиеся образованием наночастиц. Синтез наночастиц осуществлялся главным образом на растворах кверцетина; проводились также эксперименты с рутином и морином для выяснения влияния различий в структуре флавоноидов на процесс формирования наночастиц. Ниже приведено несколько примеров синтеза наночастиц. Наночастицы серебра

Введение водного раствора соли серебра в мицеллярный раствор Ог, после встряхивания в течение 1-3-х мин приводит к резкому изменению окраски раствора - от бесцветной или бледно-желтой до красно-коричневой разной интенсивности или почти черной, в зависимости от концентрации образующихся наночастиц. В спектре поглощения исчезают обе полосы Ог и появляется новая полоса в видимой области с максимумом в интервале 420-440 нм, характерным для наночастиц серебра в обратных мицеллах. Эта новая полоса постепенно растет и через 1-4 суток оптическая плотность в максимуме полосы (Отах) достигает наибольшей величины (0°тах). В последующие несколько недель оптическая плотность отклоняется от В°шах не более чем на 10%, так что значение О0^ считается соответствующим завершению процесса формирования наночастиц

(стационарная стадия). Типичное изменение спектра поглощения мицеллярного раствора С?г после введения раствора соли серебра показано на рис.5. Интенсивная окраска раствора позволяет визуально контролировать стабильность наночастиц и приблизительно

Рис.5. Характерный вид изменения спектра мицеллярного раствора кверцетина после введения водного раствора соли серебра. С(Ог) = 0.236 тМ, C(Ag) = 3 тМ (концентрация введенной соли металла), С(АОТ) = 0.15 М, лу = 3.7. Для сравнения приведен спектр исходного раствора кверцетина. Здесь и на последующих рисунках приведены спектры, снятые при длине оптического пути 1 мм.

Концентрация наночастиц в растворе измеряется в единицах либо молярной концентрации (эквивалентной концентрации соли металла), либо весовой концентрации (весовое содержание металла в виде наночастиц); последнюю находят путем пересчета из молярной концентрации с использованием атомного веса металла. Для определения молярной концентрации из спектра поглощения необходим коэффициент экстинкции наночастиц, который для большинства металлов неизвестен, поскольку, как правило, сложно определить, какая часть введенных в раствор ионов металла превратилась в наночастицы. Для нескольких металлов (Ag, Аи, Си) коэффициенты экстинкции можно найти в литературе, однако они могут зависеть от метода получения наночастиц и поэтому для надежного определения концентрации желательно иметь коэффициенты экстинкции, найденные для своей экспериментальной системы. Такая работа была проделана нами для наночастиц Ag (см. раздел 4).

Для прикладных исследований была разработана стандартная процедура, позволяющая получать растворы с концентрациями наночастиц порядка нескольких миллимолей (нескольких сотен мг/л) и средними размерами в интервале 8-10 нм. На рис. 6 показан пример электронной микрофотографии и соответствующего распределения по

размерам в стандартном мицеллярном растворе. * >

* •

• »* * « «I

. • . » . *

* * •

• *

ИЬ.-. „_*»•„.; 50-пт:

Рис.6. Электронная микрофотография и гистограмма распределения по размерам в стандартном мицеллярном растворе наночастиц серебра. \у=3.7.

оценивать изменения их концентрации.

Частицы сферические, средний размер 9 нм, разброс по размерам ± 2 нм. Анализ электронных дифрактограмм показывает, что наночастицы имеют кристаллическую структуру с параметрами решетки, близкими к таковым для кристаллов золота. На рис.7 приведена типичная гистограмма для стандартного раствора, полученная методом ФКС.

<мь.....-

1.0"

Рнс.7. Типичная

гистограмма распределения частиц по размерам в стандартном мицеллярном растворе наночастиц серебра, полученная методом ФКС. Средний размер частиц - 14.1 нм.

НИН)

)>1иШС!СГ (11111)

--Ни.о

601 К)

Средний размер частиц здесь,

как правило, оказывается несколько больше, чем дает электронная микроскопия. Такое увеличение среднего диаметра (или гидродинамического радиуса) по сравнению с данными электронной микроскопии наблюдалось для частиц разной природы - латексов, липосом, наночастиц металлов и оксидов. Связывалось это, главным образом, с тем, что метод ФКС чрезвычайно чувствителен к присутствию частиц большего размера, поскольку они наиболее сильно рассеивают свет и потому даже их относительно небольшой численный вклад в общее количество частиц может приводить к заметному увеличению измеряемого среднего размера.

Для различных специальных целей можно получать наночастицы других средних размеров (в интервале 5-25 нм), а также других форм; в последнем случае имеются в виду смеси наночастиц разной формы (сферы, треугольники, шестигранники и др.). Наночастицы в мицеллярном растворе сохраняются в течение длительного времени (до нескольких лет). При этом возможны небольшие изменения концентрации, а также среднего размера и формы наночастиц; последние отражают, вероятно, медленно текущие процессы кристаллообразования, агрегации наночастиц и диссоциации этих агрегатов. Наночастицы золота

Введение водного раствора НАиСЦ в мицеллярный раствор Ог приводит к изменению цвета раствора и формированию полосы наночастиц. Скорость процесса, размеры и форма наночастиц зависят от параметров системы (концентраций реагентов и АОТ, степени гидратации). При wS2в течение 1-2-х мин раствор приобретает красно-фиолетовую окраску;

Рис.8. Спектры поглощения мицеллярных растворов наночастиц золота разного цвета: 1-красного, 2- красно-фиолетового.

в течение последующих 10-15-ти мин интенсивность окраски усиливается, затем изменения цвета прекращаются и этот красно-фиолетовый раствор сохраняется в течение нескольких лет. При меньших степенях гидратации изменения цвета происходят медленнее; вначале появляется ярко-красная (рубиновая) окраска, которая видна первые 5-10 мин. Затем постепенно проявляется фиолетовый оттенок, через 40-60 мин раствор приобретает устойчивый красно-фиолетовый цвет. Пример спектров красного (\¥=0.75) и красно-фиолетового (му=2) растворов показан на рис.8. Максимумы поглощения в обоих случаях лежат в области характерного максимума наночастиц золота: для красного раствора - при 523-526 нм, для красно-фиолетового - при 537-538 нм.

Известно, что цвет золей золота зависит от размера частиц; частицы красного золя меньше, чем синего или фиолетового. Это наблюдение соответствует результатам наших определений размеров частиц методом ТЕМ. На рис.9 и 10 показаны микрофотографии наночастиц, соответственно, красного и красно- фиолетового золя.

В первом случае частицы сферические, имеют размеры в интервале 3-5 нм, то есть представляют собой практически монодисперсный образец. Во втором случае частицы явно

Рис.9. Электронная микрофотография наночастиц золота в красном мицеллярном растворе.

большего размера, с заметным разбросом; анализ гистограммы в Гауссовом приближении дает 16 ± 8 нм.

Рис.10. Электронная микрофотография и гистограмма распределения частиц по размерам в красно-фиолетовом мицеллярном растворе наночастиц золота.

Кроме того, здесь образуются частицы разных форм - помимо сферических, имеются также треугольные, пятиугольные, шестиугольные и цилиндрические частицы; пример частиц разной формы крупным планом показан на рис.11. На многих фотографиях выявляется также кристаллическая структура наночастиц, что подтверждается

Рис.11. Электронная микрофотография наночастиц золота разной формы, присутствующих в красно-фиолетовом растворе.

" соответствующими дифрактограммами. : гопт Исследование красно-фиолетовых растворов

наночастиц золота методом ФКС дает завышенные значения размеров частиц, причем расхождение с данными ТЕМ здесь, как правило, больше, чем для наночастиц серебра. Это может быть следствием более значительного вклада крупных частиц, либо влияния отклонений формы частиц от сферической, которая предполагается в методе ФКС при расчете гидродинамического радиуса по уравнению Стокса-Эйнштейна.

Наночастицы меди и цинка

Введение водных растворов аммиачных солей меди и цинка (тетраамминсульфатов или тетраамминнитратов) в мицеллярный раствор (}г приводит к резким изменениям окраски, свидетельствующим об образовании вначале комплекса кверцетина с ионамн металла, а затем наночастиц. В случае меди раствор наночастиц медно-красный; максимум полосы поглощения лежит при 550±5 нм, в области, характерной для поглощения этих наночастиц (550-570) нм. Типичный спектр поглощения показан на рис.12.

Рис.12.. Спектр поглощения наночастиц меди, полученных биохимическим синтезом (СиС>г) на стационарной стадии, V/ = 3.7. Для сравнения показан спектр наночастиц меди, полученных в обратных мицеллах восстановлением гидразином (СиН) при = 4 [Ь181еск| I., РЛел1 М.-Р., 1995].

Сравнение со спектром наночастиц меди, полученных восстановлением гидразином в обратных мицеллах при близкой степени гидратации показывает, что положение максимума практически одинаково, но в нашем случае полоса наночастиц выражена более четко, возможно вследствие более высокой степени превращения ионов меди и соответственно, более низкой оптической плотности в УФ области спектра засчет уменьшения концентрации не восстановленных ионов металла. Поглощение при 800 нм (характеризующее концентрацию оксида меди в растворе) в обоих случаях незначительно; это показывает, что при биохимическом синтезе достигается столь же малая степень окисления наночастиц кислородом воздуха, как и при использовании традиционного химического восстановителя. Электронная микрофотография наночастиц меди показана на рнс.13.

Рис.13, Электронная микрофотография наночастиц Си в мицеллярном растворе. Наночастицы приблизительно сферические. Средний размер не превышает 15 нм.

Э50400 4505Ю550 600 е50 7а]

Раствор наночастиц цинка темно-бурый, полоса поглощения в интервале 260-280 нм, характерном для наночастиц этого металла. На рис.14 показаны микрофотография и гистограмма распределения частиц по размерам для мицеллярного раствора.

Рпс.14. Электронная микрофотография и гистограмма распределения частиц по размерам в мкцеллярном растворе наночастиц цинка. Средний размер (сферических) частиц 5.05 ± 3.94 нм.

Видно, что частицы в основном сферические, малого размера; более 80% частиц имеют диаметр 2-7 нм. Обработка гистограммы в приближении распределения Гаусса дает средний размер 5.05 ±3.94 нм. Имеются также стержнеобразные частицы толщиной около 5-ти нм и длиной 30-50 нм.

2. Основные направления исследований

На рис.15 представлены основные направления, в которых проводились работы по синтезу и исследованию свойств наночастиц металлов. Нашими основными объектами являлись (1) мицеллярные растворы наночастиц серебра, золота, меди, цинка, кобальта и никеля и (2) водные растворы наночастиц серебра, золота, меди и цинка, получаемые из их мицеллярных растворов по разработанной нами технологии.

Рис.15. Основные направления исследований процесса формирования и свойств наночастиц металлов, получаемых методом биохимического синтеза.

На мицеллярных растворах проводились исследования влияния различных факторов на скорость формирования, выход, размеры и стабильность наночастиц, а также механизма взаимодействия флавоноидов с ионами металлов в обратных мицеллах, лежащего в основе синтеза наночастиц.

Результаты этих работ использовались при получении водных растворов и в исследованиях различных свойств наночастиц. На мицеллярных растворах исследовались каталитические свойства наночастиц серебра, меди, кобальта и никеля, адсорбционные и антимикробные свойства наночастиц серебра и меди. На водных растворах исследовались адсорбционные свойства и биологическое действие наночастиц серебра; последнее включало как антимикробную активность, так и токсические эффекты на других живых организмах. На основе изучения адсорбционных свойств были получены различные твердые материалы с нанесенными наночастицами, которые также использовались для исследований антимикробной или каталитической активности наночастиц.

Прежде чем дать здесь краткое описание содержания работ в каждом из направлений, необходимо определить главную задачу или общий принцип, которому были подчинены наши исследования. Как должно быть ясно из цели нашей работы, создание нового направления в области синтеза наночастиц металлов было ориентировано прежде всего на получение практических результатов. Поэтому следует иметь в виду, что многие вопросы, которые ставились и решались в ходе наших работ, были более или менее непосредственно подчинены требованиям, обусловленным конкретной прикладной задачей или запросами потребителей (частных компаний или государственных предприятий), заинтересованных в применении растворов наночастиц для модификации своей продукции или разработки новых образцов.

3. Влияние различных факторов на скорость формирования, выход, размеры и стабильность наночастиц

Скорость формирования, выход, размеры и стабильность наночастиц зависят от различных факторов - соотношения концентраций соли металла и флавоноида, концентрации АОТ, степени гидратации, состава соли металла. Так, скорость формирования и выход наночастиц увеличиваются с увеличением отношения концентрации восстановителя к концентрации соли металла; при этом увеличивается и средний размер частиц. Увеличение степени гидратации приводит к увеличению среднего размера и ширины распределения. Изменение концентрации АОТ мало влияет на скорость формирования и выход наночастиц; однако чрезмерное уменьшение его концентрации приводит к уменьшению стабильности системы. Для наночастиц Ag, влияние концентрации АОТ на размеры частиц зависит от концентрации ионов металла: при большой концентрации ионов серебра оно не проявляется, при малой их концентрации увеличение концентрации АОТ приводит к уменьшению среднего размера частиц. Существенным параметром является также состав соли металла. Так, заметное увеличение скорости формирования и выхода наночастиц наблюдается при переходе от нитрата к диамминнитрату серебра. В случае меди, цинка, кобальта и никеля наночастицы образуются при взаимодействи флавоноидов с тетраамминнитратами этих металлов, но не с простыми солями, независимо от природы аниона (сульфаты или нитраты).

Здесь мы приводим два примера, иллюстрирующие (1) влияние состава соли серебра на скорость формирования и выход наночастиц и (2) влияние степени гидратации на размеры и ширину распределения наночастиц серебра в мицеллярном растворе. На рпс.1б показаны зависимости степени превращения от времени для разных солей серебра при одинаковой начальной концентрации соли в мицеллярном растворе. Видно, что

скорость роста концентрации и выход наночастиц

Рнс.1б. Изменение значений 1),,.,,, в течение первых 6-ти часов формирования наночастиц из нитрата (о) и диамминниграта (•) серебра при одинаковой концентрации этих солей в

..................................I мицеллярном растворе (ЗмМ) и одинаковых значениях других

в • • параметров системы. Штриховыми линиями показаны

• значения 0„„, достигаемые на стационарной стадии (О0„„) с

»_ нитратом (N0) и диамминнитратом (N11).

0 (отношения концентраций наночастиц на

стационарной стадии к концентрации соли металла, ' врткчв) ' 5 ' пропорциональные значениям о°т„) существенно больше в случае аммиачной соли, |^(МНз)2]КОз, чем в случае простого нитрата, А^Оз. Выяснение природы такого различия показало (рис.17), что наиболее вероятной причиной ускорения формирования наночастиц при использовании аммиачной соли серебра (при концентрациях соли серебра в исходном водном растворе, не превышающих О.ЗМ) можно считать увеличение эффективной концентрации вводимых ионов металла вследствие

различия в коэффициентах активности двух исследованных солей.

Г

Рис.17. Проявление неидеальности водного раствора нитрата серебра. А - зависимость коэффициента активности от концентрации раствора А§Ж)3 , рассчитанная по теории Дебая-Гюккеля в интервале 0.01-0.1 М и по уравнению Гиббса-Дюгема в интервале 0.1-0.3 М. В - Сравнение теоретических (линии) и экспериментальных (точки) зависимостей значений От„ на стационарной стадии от концентрации соли серебра в исходном водном растворе. Сплошная линия - идеальный раствор (у = 1). Штриховая линия - раствор, в котором у изменяется как на рис.17А. о-нкграт, • - диамминнитрат

На рис.18 приведены гистограммы распределения по размерам для наночастиц серебра, полученных при одинаковых концентрациях кверцетина, соли металла, АОТ и степенях гидратации V* =3.7 (а) и 10 (б). Видно, что в первом случае средний размер и ширина распределения (4.6 ± 1.8 нм) существенно меньше, чем во втором (10.35 ± 2.5 нм). Такое различие имеет значение, например, для исследований влияния размера наночастиц на их биологическую активность.

.1 Ю.35»1

А"-±25 ш

Рис. 18. Влияние степени гидратации на средний размер и ширину распределения в мицелл ярмом растворе наночастиц серебра. Наночастицы получены при одинаковых концентрациях кверцетина, АОТ и ионов серебра и при V = 3.7 (а) и ] 0 (б)

Определение влияния названных выше факторов позволяет находить их сочетания,

обеспечивающие возможность получения стабильных растворов наночастиц

определенного размера и заданной концентрации.

4. Механизм взаимодействия флавоноидов с ионами металлов

Исследование механизма взаимодействия флавоноидов с ионами металлов при биохимическом синтезе представляет интерес как для совершенствования процедуры получения и определения концентрации наночастиц в растворе, так и для углубления понимания процессов, лежащих в основе превращений ионов металлов в живом организме, в том числе процессов агрегации - дезагрегации (переходов ионов металлов в кластеры и наночастицы и обратно). Восстановление ионов металла в результате взаимодействия с флавоноидами в обратных мицеллах есть первая стадия процесса формирования наночастиц; как известно, выяснение механизма восстановления ионов металла является одной из основных задач в исследовании механизма формирования наночастиц металлов при химическом восстановлении в жидких средах. В литературе рассматриваются два основных механизма восстановления ионов металла в растворе при формировании наночастиц - (1) перенос электронов от молекул восстановителя к иону металла с образованием промежуточного комплекса, причем перенос электрона в комплексе катализируется поверхностью растущей металлической частицы и (2) перенос электронов от молекул (или ионов) восстановителя непосредственно к ионам металла, который осуществляется также при участии поверхности растущей частицы. В последнем случае растущая частица играет роль микроэлектрода, на котором происходит как окисление восстановителя, так и восстановление ионов металла; при достаточно больших размерах частицы оба процесса могут быть пространственно разделены (электрохимический механизм, см. [Смирнов В.В. и др. Химическое осаждение металлов в водных растворах. Минск: Изд-во «Университетское», 1987]).

Учитывая известную способность флавоноидов образовывать комплексы с ионами металлов в водных растворах, естественно было предположить, что при биохимическом синтезе реализуется первый механизм. Однако это предположение требовало проверки, поскольку хорошо известно также, что одна и та же реакция в водном растворе и в обратных мицеллах может протекать по разным механизмам, вследствие чего различными

оказываются скорость, образующиеся продукты и другие характеристики реакции. Такие факты установлены в исследованиях в области мицеллярного катализа и действия ферментов в обратных мицеллах (мицеллярной энзимологии) для различных (в том числе окислительно-восстановительных) реакций.

В нашем случае требовалось выяснить, прежде всего, идет ли формирование наночастиц в обратных мицеллах через стадию образования комплекса флавоноида с ионами металла. С практической точки зрения решение этого вопроса давало возможность определить коэффициент экстинкции наночастиц и, следовательно, их концентрацию в мицеллярном растворе. Как мы уже упоминали выше, определение коэффициента экстинкции в случае наночастиц осложняется тем, что, как правило, неизвестно, какая часть изначально введенных ионов металла перешла в наночастицы. В случае образования комплекса он, как промежуточный продукт, может присутствовать в мицеллярном растворе наночастиц; поэтому для определения концентрации наночастиц важно было определить стехиометрию и концентрацию комплекса. Для этого, в свою очередь, необходимо было найти коэффициент экстинкции комплекса. Ниже дано краткое изложение полученных нами результатов. 4.1. Наночастицы серебра

При стандартной процедуре биохимического синтеза наблюдается быстрое формирование и рост полосы наночастиц, так что выявить промежуточные стадии оказывается невозможным. Выделение стадии образования комплекса можно было осуществить в условиях, когда взаимодействие Ог с ионами Ag+ протекает достаточно медленно, так чтобы можно было наблюдать формирование полосы комплекса без одновременного появления полосы наночастиц. В серии экспериментов на мицеллярных растворах с малыми концентрациями реагентов было показано, что образованию комплекса отвечает появление полосы 295 нм. Выделение этой полосы удалось осуществить при проведении реакции с мицеллярным раствором С>г, приготовленным не на предварительно дегидратированном (как при получении стандартных растворов), а на слабо гидратированном АОТ. При введении ионов Ag+ в полученный таким образом мицеллярный раствор Ог, происходит постепенное уменьшение интенсивности поглощения обеих полос кверцетина и одновременно усиление полосы 295 нм. Процесс завершается образованием хорошо оформленной полосы 295 нм и небольшого плеча в области 370-380 нм, обусловленного присутствием остатка кверцетина. Характерный вид спектра мицеллярного раствора, содержащего преимущественно комплекс [А§...С|г] показан на рис.19. Спектры типа показанного на рис.19 использовали для определения коэффициента экстинкции комплекса по формуле, вытекающей из известного закона Бугера-Ламберта-Бера:

б» = Ош*(295У(С0ог-С,О,)М (1)

где С°(5г - начальная концентрация кверцетина, С'<)Г - его конечная концентрация в растворе, 1 - длина оптического пути. Величину С'рг можно определить графически по

разности оптических плотностей (А) при длине волны, равной />ч„ах полосы I кверцетина шах), используя найденный ранее коэффициент экстинкции для этой полосы1 при соответствующей степени гидратации: С'су = Д/е1 1. По данным пяти определений при разных концентрациях серебра и кверцетина в* = (1.98 ± 0.05) * 104 л/моль см.

1 1

V/1..—Л 2

А--' ч

Рис.19. Определение коэффициента экстинкции комплекса Ag-Qr в мицеллярном растворе. 1 - спектр исходного раствора Ог, 2 - конечная стадия образования комплекса. С°(Ог) и С'(От) - концентрация кверцетина, соответственно, в исходном растворе и на конечной стадии образования комплекса. Д - разность оптических плотностей при X1 ти между спектром 2 и продолжением полосы комплекса в области 350-400 км.

Для определения стехиометрии комплекса рассчитывали максимальное (равновесное) количество кверцетина, перешедшее в комплекс при введении равного или меньшего количества ионов Ag,. Для этого использовали спектры, полученные при малых концентрациях реагентов через несколько суток после введения ионов серебра, когда изменения полос поглощения полностью прекращались. Во всех исследованных случаях количество 0г, перешедшее в комплекс, оказалось близким к начальной концентрации ионов Ag+. Отсюда вытекает, что ионы серебра и кверцетин в комплексе находятся в соотношении 1:1.

Используя известные коэффициент экстинкции и стехиометрию комплекса, определяли коэффициент экстинкции наночастиц Для этого эксперимент проводили в условиях, когда в результате взаимодействия с ионами Ag+ кверцетин полностью переходит в комплекс, а ионы серебра либо связаны в комплекс, либо присутствуют в виде наночастиц. Коэффициент экстинкции наночастиц находили из соотношения: = От„(Хыр т„) /С (АёШ3 (5)) * 1 (2)

где Отах(Хот тах) - оптическая плотность в максимуме полосы поглощения наночастиц, С (AgNOз (в)) - концентрация ионов Ag+, присутствующих в растворе в виде наночастиц. По результатам нескольких экспериментов с разными соотношениями концентраций кверцетина и ионов Ag+ для наночастиц серебра получен коэффициент экстинкции екр = (1.03 ± 0.08) * 104 л/моль* см. По литературным данным, несколько

' Нами было показано, что дня Ог существуют два коэффициента экстинкции: по полосе II ( с" = 1.8 *104 л/моль*см), не зависящий от типа раствора (водный или мицеллярный) и степени гидратации, и по полосе I, в мицеллярном растворе зависящий от степени гнлратации. При \v-3-5 е' = 2.26 * 10* л/моль*см.

меньшие значения екр (7-8 * 103 л/моль*см) были определены для мицеллярного и водного растворов наночастиц серебра, синтезированных с другими восстановителями. Найденный нами коэффициент экстинкции был подтвержден также путем сравнения экспериментальных спектров наночастиц серебра и рассчитанных по теории Ми при размерах частиц, измеренных на стационарной стадии методом ФКС.

Определение коэффициентов экстинкции комплекса и наночастиц серебра позволяет находить их концентрации в мицеллярном растворе, полученном при различных параметрах системы (концентрациях исходных реагентов, АОТ, степени гидратации), а также изменения концентрации наночастиц при адсорбции их из раствора на твердых материалах.

Опираясь на полученные данные, можно предложить следующую вероятную последовательность реакций, протекающих при взаимодействии кверцетина с ионами серебра в мицеллярном растворе: Аё+ + Ог -> [А8+<6-)... <2г<6+)1 (I)

[А*

,+(5-)

, (}г(5+)1 -»Ае° + (2г+

(И)

Аё° + Аё+ АВ2+ + А§°+...->А8к|+

(III)

Вначале образуется комплекс кверцетина с катионом серебра (I), затем этот комплекс распадается с образованием атома серебра и окисленного кверцетина (11), затем атомы и ионы серебра ассоциируют с образованием наночастиц (III). Жирным шрифтом выделены компоненты, которые удается обнаружить по их характерным полосам поглощения в мицеллярном растворе. Индексы (8-) и (8+) указывают на смещение электронной плотности в комплексе от кверцетина к иону металла.

Рис.20. Возможные виды комплексов кверцетина с ионами металлов (по данным А.Д.Рошапь и Т.В Сахно, 2001).

Анализ полученных результатов позволяет также высказать предположения о структуре комплекса. Можно заключить, что он образуется не через 3 и 4 кислороды катехиновой группы (в кольце В, рис.3), поскольку, как известно из литературы, при этом наблюдается изменение спектра поглощения (батохромный сдвиг полосы I),

м"

которое в нашем случае отсутствует. Об этом же свидетельствует тот факт, что замена кверцетина на морин приводит к быстрому формированию наночастиц серебра; при этом изменение спектров поглощения

аналогично регистрируемому для кверцетина. Поскольку отличие структуры морина от кверцетина заключается в удалении друг от друга ОН групп в кольце В, в силу чего образование комплекса с кислородами при СЗ' и С4' оказывается невозможным (рнс.З), можно предположить, что с обоими флавоноидами комплекс образуется через кислороды при СЗ и С4, или С4 и С5. Эта версия подтверждается результатами теоретического анализа вероятности образования комплексов с ионами металлов 5- гидроксифлавонов, в том числе кверцетина. Показано (Рошаль и Сахно, 2001), что для кверцетина возможно образование 4-х видов комплексов (рис.20) - двух видов хелатов с участием карбонильной группы при С4 и гидроксильных групп у СЗ (М(?гЗ) либо С5 (М()г5) и двух видов хелатов с участием гидроксильных групп у СЗ и С4 (МС^гЗ и М(}г4). На основании результатов расчетов энтальпий образования комплексов кверцетина с ионами разных металлов и геометрических соображений (оценок размеров полостей между кислородами в положениях С4 и С5 или С4 и СЗ) авторами сделан вывод о том, что, во-первых, образование комплексов типа М(}гЗ и М(5г4 маловероятно, и во-вторых, что тип образующегося здесь комплекса (МОгЗ или МС)г5) определяется размерами и электронным строением иона металла, причем для ионов большого размера предпочтительно образование комплекса МС»гЗ. Из этих данных вытекает, что в нашем случае более вероятно образование комплекса типа МС>гЗ. Однако из этого не следует, что комплекс ионов Ag+ через кислороды при СЗ' и С4' в принципе невозможен. Как следует из аналогичных экспериментов с ругином, в этом случае на промежуточной стадии наблюдается батохромный сдвиг полосы I, характерный для образования комплекса именно с катехиновой группой в кольце В.

4.2. Наночастицы золота

Анализ изменений спектров поглощения в процессе синтеза наночастиц золота позволяет заключить, что здесь реализуется та же последовательность событий, что и описанная выше для синтеза наночастиц серебра. Вначале образуется комплекс [Аи3^5"' ...<3г <5+)] также через атомы кислорода в положениях СЗ и С4 или С4 и С5. В комплексе (вероятно, через ряд промежуточных стадий) происходит восстановление ионов золота до атомов, затем ассоциация атомов и ионов с образованием наночастиц. Учитывая, что с рутином, для которого невозможно образование комплекса типа М<ЗгЗ, синтез наночастиц золота реализовать не удается, можно предположить, что для иона золота более вероятно связывание с молекулой Ог через атомы кислорода в положениях СЗ и С4.

4.3. Наночастицы меди и цинка

Спекгрофотометрическое исследование взаимодействия ионов меди и цинка с кверцетином в мицеллярных растворах показало, что при введении водных растворов простых солей (сульфатов или нитратов) наблюдается батохромный сдвиг полосы I,

свидетельствующий об образовании комплекса типа МС^гЗ или М(2г4 , однако далее процесс не идет и образования наночастиц не происходит. Мы предположили, что причиной этого является нестабильность однозарядных ионов Си+ и 2п+ (которые образуются на первой стадии восстановления соответствующих двухзарядных ионов), вследствие чего они не могут образовать комплекс с кверцетином, в котором идет восстановление до атома. Как было известно из литературы, такую проблему можно решить путем введения агента, образующего прочные комплексы с однозарядными ионами; в качестве такого агента мы использовали аммиак, заменив для этого простые ионы металлов на комплексные аммиак-содержащие ионы. И действительно, при введении в мицеллярный раствор <2г аммиачных солей меди или цинка

Рис. 21. Формирование наночастиц Си. Изменение спектра миделлярного раствора Ог через 2 мин (1) и 30 мин (2) после введения аммиачной соли меди до концентрации 4 мМ, = 3.7.

(тетрааминсульфатов или

тетрааминнитратов) наблюдается вначале образование комплекса, а затем наночастиц. Эти события отражаются в соответствующих изменениях спектров поглощения мицеллярного раствора С?г. Типичная картина для меди показана на рис.21. Вначале наблюдается батохромный сдвиг обеих полос кверцетина, свидетельствующий об образовании комплекса, затем полоса 1 исчезает и появляется полоса наночастиц (545-555 нм). Комплекс распадается с образованием двух продуктов - окисленного кверцетина (полоса 320-330 нм) и наночастиц. При стандартных условиях синтез идет достаточно быстро, так что уже через 2 мин не видна полоса I исходного кверцетина и появляется слабое поглощение в области полосы наночастиц. Для выявления стадий, предшествующих образованию наночастиц, как и в случае серебра, требуется замедлить процесс, например, уменьшая концентрации реагентов.

Рис.22. Пример кинетики формирования наночастиц цинка. Показаны изменения спектра мицеллярного раствора Ог через 5 мин (1), 30 мин (2), 70 мин (3) и 100 мин (4) после введения аммиачной соли цинка, = 3.7.

Подобная же картина наблюдается и при введении в мицеллярный раствор кверцетина раствора соли цинка (рис.22). Здесь процесс синтез протекает медленнее, чем в случае меди, так что для выявления промежуточных

стадий специального замедления не требуется. Предположительно это обусловлено меньшей степенью связывания кверцетина с ионами цинка; такое различие отмечалось в исследованиях взаимодействии с этими ионами кверцетина, иммобилизованного в полимерных пленках (Sakaguchi Т., Nakajima А., 1987). На рисунке отчетливо видна изобестическая точка (378 нм), отражающая прямую связь между распадом комплекса и образованием продукта окисления кверцетина (появление выраженного плеча при 330 нм). Полоса наночастиц Zn лежит в области 270-280 нм; ее можно выделить путем вычитания спектров комплекса и оставшегося кверцетина из конечного спектра, полученного после завершения реакции. Таким образом, в обоих случаях формирование наночастиц идет через образование комплекса.

Нами были определены коэффициенты экстинкции комплексов Qr с простыми и комплексными аммиак-содержащими катионами металлов путем вычитания спектра оставшегося Qr из спектра мицеллярного раствора после введения соли металла в условиях, когда в нем отсутствуют наночастицы и содержатся только комплекс Qr с ионами металла и не прореагировавший кверцетин. Процедура вычитания проиллюстрирована на примере мицеллярного раствора Qr с ионами [Cu(NH3)4]2+ (рис.23) Здесь же показан характерный вид спектра комплекса. Во всех случаях, кроме сульфата меди, в спектре комплексов присутствуют две полосы, сдвинутые в красную сторону относительно соответствующих полос Qr; для сульфата меди удается выделить лишь одну длинноволновую полосу.

Рис.23. Выделение спектра комплекса кверцетина с ионами [Си(ЫНз)4]2+ из суммарного спектра системы

Qr(0) + Cu(NH3)4 S04. Спектр комплекса (на вставке) получен путем вычитания спектра не прореагировавшего кверцетина (Qr) из спектра, снятого через 2 мин после введения соли металла (Qr(0) + Cu(N)).

Коэффициенты экстинкции кверцетина,

рутина, и комплексов кверцетина с металлами по полосе I приведены в таблице 1. Сравнение с доступными литературными данными по оптическим свойствам комплексов переходных металлов с флавоноидами в водных растворах показывает, что полученные нами значения коэффициентов экстинкции близки к найденным для комплексов меди в водном растворе с рутином (1-2*104 л/моль [Мельникова Н.Б., Иоффе И.Д., Царева Л.А. 2002]) и кверцетином (2 104 л/моль [Mira L., Fernandez М.Т. et al 2002.]). Изменения спектров при взаимодействии ионов меди с

рутином и морином свидетельствуют о том, что здесь возможно образование комплексов двух типов - с кислородами при СЗ' и С4 в кольце В (Ии), или с кислородами при СЗ и С4 в кольце С (Мо).

Таблица 1. Положения полос поглощения и коэффициенты экстинкции рутина, кверцетина и его комплексов с ионами меди и цинка в мицеллярных растворах. Приведены данные для сульфатов (Э) и тетраамминсульфатов (Ы)

Наименование Хтах! Хтахн е[ х 10"4, л/моль см

Рутин 364 258 2,32

Кверцетин 372 258 2,8

[Си2+...(3г]8 422 - 3,73

[Си2+...Ог]Я 450 278 2,84

[7.п2+..0г]8 416 265 3,06

432 279 2,65

Обобщая приведенные выше сведения о механизме взаимодействия флавоноидов с ионами металлов в мицеллярном растворе можно заключить, что здесь выделяются две основные стадии: (1) образование комплекса и (2) распад комплекса в конечном счете на атомы металла (с последующим образованием наночастиц) и флавоноид в окисленной форме. При этом возможно образование комплексов с разной структурой (рис.20), различающейся фрагментами молекулы флавоноида, образующими связи с ионами металлов - либо через атомы кислорода при СЗ и С4 в кольце С (наночастицы и Аи с С>г и наночастицы Си с Мо), либо через атомы кислорода при СЗ и С4 в кольце В (наночастицы Си и с и Ли). 5. Водные растворы наночастиц металлов

При разработке различных вариантов применения наночастиц оказалось важным получать их стабильные дисперсии не только в органическом растворителе (в нашем случае, в углеводородах), но и в полярных средах, прежде всего в воде. Есть все основания полагать, что стабильные наночастицы металлов в водных растворах найдут полезные применения в медицине и биотехнологии. Большое значение для разработки медицинских приложений наночастиц, а также для определения степени токсичности различных наноматериалов для человека и других живых организмов имеют исследования механизмов биологического действия наночастиц металлов, которые могут проводиться только на водных дисперсиях.

Для расширения круга возможных применений наночастиц, полученных методом биохимического синтеза, была разработана методика получения водных дисперсий

наночастиц из их мицеллярных растворов. Нами описаны две процедуры приготовления таких дисперсий: (1) центрифугирование двухфазной системы мицеллярный раствор/вода и (2) смешение мицеллярного раствора с водой и последующее отстаивание. В первом случае удается получить водную дисперсию наночастиц с малым содержанием АОТ, но здесь оказывается малой и концентрация наночастиц; кроме того, технически сложно получать достаточно большие количества раствора наночастиц, приемлемые для прикладных исследований. Поэтому изучение свойств и разработка различных вариантов применения водных дисперсий наночастиц проводилась с использованием второй из упомянутых процедур. Таким путем получены водные дисперсии наночастиц серебра, золота, меди и цинка.

Типичный спектр поглощения водного раствора наночастиц серебра показан на рис.24. Максимум полосы поглощения наночастиц лежит в интервале 400 - 420 нм, в

данным ТЕМ практически совпадает с найденным для соответствующих мицеллярных растворов, но разброс по размерам часто оказывается больше. При измерениях методом ФКС, как и в случае мицеллярных растворов, размеры оказываются обычно больше

Рис.25. Электронная микрофотография и распределение по размерам в водном растворе наночастиц серебра.

найденных по электронным микрофотографиям. Возможно, что увеличение среднего размера в этом случае обусловлено присутствием агрегатов АОТ, который в избытке переходит в водную дисперсию из мицеллярного раствора. Помимо концентрации и

согласии с известными из литературы положениями максимума для наночастиц серебра в водных растворах.

Рис.24. Характерный вид спектра поглощения водной дисперсии наночастиц серебра.

Пример электронной микрофотографии и гистограмма распределения по размерам показаны на рис.25. Средний размер частиц по

размеров наночаетиц, концентрация АОТ в водной дисперсии является важным параметром при разработке некоторых вариантов применения этих растворов (например, в качестве добавок к косметическим средствам) а также для исследований биологических эффектов наночаетиц, поскольку этот ПАВ может быть токсичным для биологических объектов. Для контроля этого параметра нами была поставлена методика определения концентрации анионных ПАВ в воде (ГОСТ Р 51211-98) и разработаны процедуры, позволяющие существенно уменьшить концентрацию АОТ в водной дисперсии наночаетиц серебра, что давало возможность устранить побочные эффекты действия этого ПАВ (см. раздел 7).

б. Адсорбционные свойства наночаетиц

Нанесение наночаетиц на твердые поверхности производилось путем адсорбции их из раствора с целью получения различных модифицированных материалов со специальными свойствами, для применения в технике и медицине. Для каждого вида материала подбирались условия, обеспечивающие достаточно высокие скорость адсорбции и плотность покрытия наночастицами, а также его достаточную устойчивость при предполагаемых условиях эксплуатации. Тип раствора, из которого наносятся наночастицы, зависит от свойств поверхности адсорбента. При этом в основном выполняются общие закономерности, известные из теории адсорбции - из неполярной среды с полярными примесями адсорбция этих примесей активно идет на гидрофильных поверхностях, а из полярной среды с неполярными примесями - на гидрофобных. Мицеллярный раствор с этой точки зрения является неполярной средой, в которой наночастицы в обратных мицеллах можно рассматривать как полярный компонент; такой раствор использовали для нанесения на стекло, металлы, ткани, порошки оксидов металлов, силикагель и другие материалы с полярными группами на поверхности. Водный раствор - полярная среда, в которой наночастицы в мицеллах из АОТ представляют неполярный компонент; из таких растворов наночастицы хорошо адсорбировались на активированном угле, углеродных тканях, а также на других материалах, поверхности которых обладают преимущественно гидрофобными свойствами.

Контроль скорости адсорбции производили методом спектрофотометрии - по изменению интенсивности характерной полосы поглощения наночаетиц в растворе, из которого они наносятся на данный материал. Количество наночаетиц, адсорбированных на материале, оценивали в количестве нанесенного металла на единицу веса материала (обычно в мг/г) или (если известна удельная поверхность образца) - в количестве металла на единицу площади поверхности (мг/см2). При нанесении из монодисперсных растворов определялась также плотность покрытия (число наночаетиц на единицу площади поверхности образца).

Для определения оптимальных условий, позволяющих получить заданные скорость адсорбции и плотность покрытия, а также обеспечить высокую степень извлечения наночаетиц из раствора, изучали влияние на эти параметры различных факторов -

концентраций наночастиц и АОТ в мицеллярном или водном растворе, специфики поверхности адсорбента, его происхождения (например, для активированного угля -источника его получения) и др. В отдельных случаях удавалось определить удельную поверхность адсорбента по результатам измерений адсорбции АОТ из мицеллярного раствора. Практическое значение таких исследований можно проиллюстрировать на примере получения силикагеля с нанесенными наночастицами серебра (рис. 26).

А Б

Рис. 26. Изменение концентрации наночастиц серебра в мицеллярном растворе при адсорбции на силикагеле из стандартного раствора на неподготовленной поверхности (А) и из раствора оптимизированного состава на предварительно подготовленной поверхности (Б).

Здесь показаны изменения концентрации наночастиц при адсорбции из стандартного мицеллярного раствора на неподготовленной поверхности и из раствора с оптимизированными концентрациями наночастиц и АОТ на предварительно подготовленной (увлажненной) поверхности силикагеля. В первом случае за 2 недели удается осадить менее 50% наночастиц, тогда как во втором случае всего за 6 часов можно добиться практически полного извлечения наночастиц из раствора.

Работы по модификации твердых материалов проводились с наночастицами серебра, меди и цинка. На сегодняшний день наиболее востребованными оказались материалы, модифицированные наночастицами серебра. Нами получены различные ткани и изделия из тканей, порошки оксидов, образцы металлов, активированный уголь, силикагель, полимерные мембраны и другие материалы с различными плотностями покрытия наночастицами. Примеры таких материалов показаны на рис.27 и 28. Нанесение наночастиц серебра приводит к появлению характерной красно-коричневой или желтой окраски, интенсивность которой зависит от плотности покрытия. Лабораторные исследования позволили установить высокую антимикробную активность таких материалов; некоторые примеры результатов испытаний приведены в следующем разделе.

Рис.27. Фото образцов ткани (хлопок) с Рис.28 Фото образцов силикагеля с нанесенными

нанесенными наночастицами серебра. наночастицами серебра. Плотность покрытия

увеличивается слева направо.

Помимо антимикробных свойств, наночастицы серебра могут проявлять также каталитическую активность. Данные по каталитической активности наночастиц серебра, меди и других металлов приведены в разделе 8. 7. Биологические эффекты наночастиц

Известно, что наночастицы металлов, прежде всего серебра, являются популярным объектом перспективных прикладных разработок в различных областях химии, техники и медицины и в то же время, уже находят применение в практике - в производстве различных товаров (косметики, одежды, бытовой техники, игрушек и др.). Поэтому в исследованиях биологического действия наночастиц металлов на организмы растений, животных и человека весьма актуальным становится определение степени токсичности наночастиц как в виде растворов, так и в составе различных материалов. Помимо данных, необходимых для определения стандартов, обеспечивающих безопасность использования наночастиц и модифицированных ими материалов, определение токсичности может дать полезные сведения как о механизмах действия наночастиц на живые организмы, лежащих в основе их лечебных и патологических эффектов, так и для разработки различных вариантов их применения в биологии, биотехнологии и медицине.

В исследованиях, проводившихся нами в этом направлении с наночастицами серебра, получены данные, отражающие их антимикробные свойства и токсические эффекты по отношению к другим биологическим объектам разных уровней организации.

7.1. Антимикробные свойства наночастиц серебра

Испытания антимикробной активности наночастиц серебра проводились в ряде компетентных учреждений - в Институте им. Гамалеи РАМН, в Институте им.А.Н. Сысина РАМН, в Институте вирусологии им. Д.И.Ивановского РАМН, в НИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов Государственного научного центра (ГНЦ), в Московском городском центре дезинфекции (МГЦД). Для экспериментов использовались как растворы наночастиц, так и модифицированные наночастицами материалы.

Мицеллярные растворы наночастиц вводили в качестве малых добавок к лакокрасочным материалам (JIKM) разного состава на основе органических растворителей. Полученные модифицированные краски наносили на образцы дерева или других материалов; после высыхания на их поверхность наносили взвеси бактерий и через разные промежутки времени делали смывы, в которых определяли число жизнеспособных бактерий. Было показано, что ЛКМ с наночастицами серебра обладают выраженным бактерицидным действием по отношению к ряду патогенных бактерий, распространенных в бытовых условиях, тогда как контрольные краски без наночастиц такого эффекта не обнаруживают. Пример результатов испытаний в Институте им. Гамалеи приведен в таблице 2. Аналогичный результат был получен в натурных испытаниях, проводившихся в камерах СИЗО «Матросская Тишина». Было показано также, что введение наночастиц в краску возможно путем нанесения их на порошковые материалы, входящие в состав ЛКМ, например, на оксид алюминия.

Таблица 2. Динамика бактерицидного действия наночастиц серебра, внесенных в краску, на штаммы бактерий: E.coli АТСС 25922, Salmonella typhimurium TMLR 66, Salmonella typhi Ту 2, Shigella flexneri 516, Staphilococcus aureus Wood-46, Enterococcus faecalis CG 110, Listeria monocytogenes EGD, Pseudomonas aeruginosa 508. *)_

Контрольная культура (-) Log числа живых бактерий на поверхности окрашенных Тестируемый и препарат краски с образцов в различные промежутки времени (часы) после штамм ______нанесения бактерий

0 1,0 2.0 4.0

- 6,2±fl,l 6,2±0,i 6,210,1 6,210,2

E.coli + -1,8±0,2 0 0 0

- 6,110,1 6,1 ±0,1 6,010,2 6,0±0,2

S. typhimurium + 5,1±0,2 0 0 0

- 6,010,1 6,1±0,2 6,0±0,1 6,010,1

S tyjtlii Tv2 + 4.6+0,1 0 0 0

- 6,210,2 6,210,2 6,210,2 6,110,1

.4, Flexneri 516 + 0 0 0

6,010,1 6,010,2 6,0±0,1 6,0±0,1

S.Auretis + 5,410,1 0 0 0

- 6JM.1 6,110,1 6,110,1 6,1±0.I

E.faecalis + 4,910,1 0 0 0

- 6,210,2 6,210,2 6,2 ±0,1 6,110,1

L.monq^tOCTenes + 4,610.1 0 0 0

- 6,1 ±0,1 6,110,1 6,0±0,1 6,010,1

P.aeruginosa + 5,610,2 3.410Д 1,2±0.1 0

*) Данные полученыдтя краски, содержащей 1 oó% миредпярногр раствора наночастиц серебра.

Водные растворы наночастиц испытывали как в виде добавок к ЛКМ на водной основе, так и путем введения в водные растворы, содержащие взвеси штаммов болезнетворных бактерий в разных концентрациях. В последнем случае эффект наночастиц оценивался путем отбора проб через разные промежутки времени и сравнения числа КОЕ с таковым для контрольных растворов с бактериями без наночастиц. Во всех случаях было обнаружено, что растворы наночастиц обладают значительной антибактериальной или антивирусной активностью.

В качестве примера на рис.29 приведены данные, полученные в НИИ генетики ГНЦ на бактериях E.coli в водной среде. Видно, что при значительной начальной концентрации бактерий (3* 10! кл/мл), при небольшом времени экспозиции обеспечивается высокий уровень инактивации (90-100%) в широком диапазоне разведений исходного водного раствора наночастиц (до 75 раз).

Рис.29. Бактерицидное действие водной дисперсии наночастиц серебра. Зависимость уровня инактивации бактерий E.coli от концентрации наночастиц серебра в водной среде. Данные НИИ генетики ГНЦ.

В подобных же экспериментах в Институте им. Сысина действие наночастиц на бактерии E.coli сравнивалось с действием ионов Ag+ (вводившихся в виде нитрата серебра) в соответствующих концентрациях. Было показано, что динамика инактивации бактерий более интенсивна под действием наночастиц, чем ионов серебра; такой же результат был получен в опытах на колифагах MS-2 (вирусах бактерий). Высокий уровень бактерицидной активности наночастиц при введении в водную среду был продемонстрирован также в МГЦД на E.coli и S. Aureus. Для двух последних видов была определена нижняя граница концентрации наночастиц в водной среде (3-5 мкг/мл), при которой достигается 100% гибель бактерий. Упомянутые выше и другие данные испытаний водных растворов наночастиц Ag позволяют заключить, что такие растворы обладают сильно выраженным антимикробным действием и могут рассматриваться как основа для создания дезинфицирующих средств нового типа, более эффективных и более безопасных для человека, чем широко используемые дезинфекганты на основе хлора и его производных или четвертичных аммониевых соединений.

Твердые материалы и полимерные пленки с наночастицами серебра. Испытания на антибактериальную активность проводились на тканях, активированном угле, металлических пластинах, полиамидных мембранах и полимерных пленках на основе производного хитина, содержащих наночастицы Ag.

Ткани (шерсть, хлопок, лен и др.) вносили в водную среду с бактериями E.coli или помещали в чашки Петри на поверхность питательной среды с этими же бактериями. Антимикробное действие ткани оценивали по степени угнетения роста бактерий через разное время инкубации по сравнению с контрольными образцами той же ткани без наночастиц. Было показано, что в обоих случаях ткани с наночастицами Ag оказывают сильное угнетающее действие на рост бактерий (данные НИИ генетики ГНЦ). Были определены также условия стирки таких тканей, при которых практически полностью сохраняется первоначальная плотность покрытия наночастицами. Дальнейшая работа в

S 40-

S *

20-

Начальная концентрация клеток - 3 * 10* KOEfan Время инкубации >30 мин

О 5 Ю 15 20 25 30 С х 10"', г-ион Ag'/л

этом направлении может позволить получать ткани и изделия из них для применения в медицине (например, для пошива халатов или специальной одежды с биоцидными свойствами) или для широкого потребления при изготовлении товаров, для которых могут быть востребованы биоцидные свойства.

Активированный уголь с нанесенными наночастицами серебра испытывали в Институте им. Сысина на колонках, через которые в течение недели непрерывно пропускали водопроводную воду с внесенными в нее бактериями E.coli или колифагами (MS-2) до концентраций, заметно превышающих предельно допустимые нормы. На выходе отбирали пробы воды, высевали на питательную среду и определяли величины КОЕ. Параллельно такую же работу проводили с углем без наночастиц. Было найдено, что для угля с наночастицами имеет место значительное снижение числа жизнеспособных микроорганизмов по сравнению с контролем, причем снижение было стабильным в течение всего времени эксперимента. Это означает, что наночастицы не вымываются с такого угля током воды, в отличие от углей, пропитанных солями серебра, для которых было обнаружено быстрое вымывание ионов серебра.

Металлические пластины с нанесенными наночастицами Ag испытывали в Институте им. Гамалеи на антимикробную активность против штамма Legionella pneumophila Philadelphia Это бактерия, вызывающая легионеллез - серьезное заболевание, часто возникающее в результате вдыхания кондиционированного воздуха. Пластины были изготовлены из нержавеющей стали, поскольку из этого материала изготавливают емкости для чистой воды, которые используют в кондиционерах, и в которых преимущественно и накапливается большая концентрация этих бактерий. Было установлено, что на поверхности пластин с наночастицами уже через час инкубации наступает полная гибель бактерий, тогда как в контроле их исходная концентрация (107 кл/мл) не уменьшается и через сутки. Таким образом, можно полагать, что обработка таких емкостей в кондиционерах позволит существенно уменьшить риск заболеваний легионеллезом.

Полиамидные мембраны с наночастицами Ag были получены нами путем нанесения из водного раствора. Работа проводилась с образцами мембран, предоставленных предприятием «Технофильтр» (г. Владимир) и используемых в фильтрующих устройствах для очистки воды. Антимикробная активность мембран оценивалась в ОАО НИИ «Медполимер» по числу колоний и типов микроорганизмов, выросших на мембране через разное время после фильтрации водопроводной воды. Пример результатов испытаний мембран, модифицированных наночастицами Ag, приведен в таблице 3. Для сравнения показаны данные, полученные в тех же условиях на стандартных полимерных мембранах фирмы «Миллипор».

Таблица 3. Результаты микробиологических испытаний полиамидных мембран (ММПА+ - 0,2), покрытых наночастицами серебра. Данные ОАО «НИИ медполимер» (г. Москва)

№ обр-ца Наименование образца Рост бактерий во времени Рост под испытуемой мембраной

1 сут 2-4 сут 4-6 сут 7-8 сут 9-10 сут

1 Серебросодержащие с плотностью покрытия 0,16мг/г нет нет нет 3 новых нет чисто

2 Серебросодержащие с плотностью покрытия 0,33 мг/г нет нет нет 7 новых нет чисто

3 Серебросодержащие с плотностью покрытия 2,22 мг/г нет нет нет 2 новых нет чисто

4 ОБ (Миллипор 0,22 мкм) 34 40 49 Рост продолж ается Рост прекратил ся 2

Как видно из таблицы, на мембранах, модифицированных наночастицами серебра, при разных плотностях покрытия наночастицами в течение первых шести суток после фильтрации наблюдается отсутствие роста колоний. Такой результат свидетельствует о существенно более высокой антимикробной активности полученных нами полимерных мембран по сравнению с мембранами фирмы «Миллипор». Предполагается продолжить работы в этом направлении с целью создания новых фильтрующих устройств для получения обеззараженной воды.

Полимерные пленки с наночастицами Ag были получены путем введения малых добавок водного раствора наночастиц в водный раствор биодеградируемого полимера (производного хитина). Испытания таких пленок на антимикробную активность проводились в НИИ им. Гамалеи на бактериях Staphillococcus aureus и Salmonella typhimurium. Результат показан в таблице 4.

Таблица 4. Динамика взаимодействия штаммов сальмонеллы и стафилококка, взятых в различных концентрациях, с пленками, содержащими наночастицы серебра или без них.

Тестируемый штамм, доза Обозначение пленок с различным содержанием серебра числа живых бактерий в исследуемых пленках в промежутки времени (ч)

1 3,0 6,0 24,0

Salmonella typhimurium TMLR66 Ю' КОЕ Исходная культура 6,1 6,1 6,1 6,1

ХИТ-Ю.А, 0 % 6,1 5,7 5,2 2,8

ХИТ-Ю.В, 0.03 % А(» 5,0 4,0 2,7 0

ХИТ-Ю.С, 0.06% Ае 0 0 0 0

Staphilococcus aureus Wood 46 10* КОЕ Исходная культура 6,0 6,0 6,0 6,0

ХИТ-Ю.А, 0%Ац 6,0 5,8 4,9 3,2

ХИТ-Ю.В, 0.03 % Ад 5,0 4,1 3,0 0

ХИТ-Ю.С, 0.06 % Ая 0 0 0 0

Salmonella typhimurium TMLR66 104 КОЕ Исходная культура 4.0 4.0 4.0 4.0

ХИТ-Ю.А, 0 % АЁ 4,0 3,7 3,4 1,5

ХИТ-Ю.В, 0.03 %АВ 2,8 1,8 0 0

ХИТ-Ю.С, 0.06% Ац 0 0 0 0

Staphilococcus aureus Wood 46 104 КОЕ Исходная культура 4,0 4,0 4,0 4,0

ХИТ-Ю.А, 0 % Ав 4,0 3,8 3,3 1,6

ХИТ-Ю.В, 0.03 %Ая 2,9 1,9 0 0

ХИТ-Ю.С, 0.06 %А% 0 0 0 0

Видно, что пленки, содержащие малые добавки наночастиц серебра, обладают значительной антимикробной активностью в отношении исследуемых бактерий, при больших концентрациях бактериальных клеток во взвеси, контактирующей с пленкой (104 и 10б КОЕ/мл), причем эта активность существенно выше, чем отмеченная для контрольных пленок из того же полимера без наночастиц. Это позволяет предположить, что созданный нами полимерный материал может найти применение в медицине (например, при лечении повреждений кожи).

7.2 Токсические эффекты наночастиц серебра

Изучение влияния наночастиц металлов на функции живых систем разных уровней организации, в том числе токсических эффектов, представляет сегодня новое научное направление, в котором имеются как достижения, так и проблемы, связанные прежде всего с особенностями наночастиц как объекта исследования и вытекающими из них трудностями методического характера. Одним из важнейших условий успешного решения поставленных здесь задач является наличие металлических наночастиц с воспроизводимыми характеристиками, стабильных в водном растворе, содержащем минимальные концентрации других биологически активных компонентов, что позволяет проводить эксперименты с корректно поставленными контрольными опытами и минимально возможными побочными эффектами. Метод биохимического синтеза имеет в этом отношении хорошие перспективы, поскольку он обеспечивает возможность получения стабильных водных растворов наночастиц заданного среднего размера с узким распределением и с известной, достаточно малой концентрацией стабилизатора (АОТ), биологический эффект которого можно независимо определять в контрольных опытах.

К настоящему времени получены результаты исследований на нескольких . биологических объектах - плазмодии низшего гриба Physarum polycephalum, одноклеточных водорослях Chlorella vulgaris, семенах растений, организме млекопитающих и культурированных клетках человека. Действие водных растворов наночастиц сравнивалось с действием растворов АОТ в тех же концентрациях, в которых этот ПАВ присутствует в растворе наночастиц, а также с действием ионов Ag+ , вводившихся в виде водных растворов нитрата серебра. Таким образом, оказывалось возможным (1) выделить биологический эффект наночастиц серебра в совокупном действии наночастиц и АОТ и (2) выяснить, является ли эффект наночастиц следствием действия ионов серебра, что важно для выяснения механизма действия наночастиц. Ниже приведено несколько примеров полученных результатов.

Плазмодий слизевого гриба Physarum Polycephalum

Исследования проводились совместно с Институтом теоретической и экспериментальной биофизики РАН. Плазмодий Physarum polycephalum является удобным тест-объектом для изучения явлений хемотаксиса - двигательной реакции клеток на неблагоприятные химические воздействия из окружающей среды. Он представляет собой многоядерную протоплазму, окруженную общей мембраной и

обладающую способностью к неограниченному росту и амебоидному движению. В экспериментах определялось действие наночастиц на двигательную активность и рост плазмодия. Сравнивалось угнетающее действие (характеризующее степень токсичности) водных растворов наночастиц Ag, АОТ и ионов Ag+; эксперименты проводились в водных растворах (уровень двигательной активности тяжа плазмодия), а также на чашках Петри и на пластинках с питательной средой (рост плазмодия).

В нескольких сериях экспериментов с наночастицами диаметром 8-10 (± 4-6) нм на

чашках Петри было показано, что, во-первых, наночастицы Ag в концентрациях 2 10"4 М

(10.8 мкг/мл) вызывают быструю гибель плазмодия и, во-вторых, при концентрациях, не

вызывающих гибели плазмодия (< 10"5 М

или 1.08 мкг/мл) наночастицы более

токсичны, чем АОТ, ионы Ag+ или смесь

АОТ + Ag+ в концентрациях, равных тем,

которые вводятся с водным раствором

наночастиц. Пример показан на рис.30.

Рис. 30. Распространение плазмодия на агаровой подложке в контроле и в присутствии НЧС, AgN03 и АОТ. Верхний ряд: AgN03 - 10"5 М, АОТ-2.5 * 10"3%, НЧС - 10"5М. Нижний ряд: AgNO, - 10"4 М, АОТ - 2.5 * 10"2%, НЧС - 104М. Время - 6 час после помещения на подложку стандартных образцов плазмодия. Масштабный отрезок - 1 см.

Видно, что при концентрации наночастиц С(НЧС) = 10~4 М во всех случаях рост плазмодия не происходит, а при С(НЧС) = 10"3 М наблюдается заметное различие в росте плазмодия на среде, содержащей наночастицы, и на трех средах, содержащих нитрат серебра, АОТ и их смесь в соответствующих концентрациях. Ясно также, что «чистый» контроль без всяких добавок неотличим от варианта с AgNOi, и лишь незначительно отличается от двух других случаев, содержащих АОТ. Этот результат подтверждает вывод, сделанный нами ранее в исследованиях на бактериях кишечной палочки, о большей эффективности наночастиц по сравнению с ионами Ag+ в тех же концентрациях. Такой же вывод был сделан другими авторами в исследованиях на бактериях, животных клетках и эмбрионах рыб.

Данные, полученные в исследованиях уровня двигательной активности плазмодия в водном растворе и роста на питательной среде позволили построить следующий ряд сравнительной эффективности: AgNÜ3 « АОТ< AgN03 +АОТ « наночастицы Ag. Таким образом, исследование хемотаксиса на плазмодии показало, что в случае наночастиц токсическое действие серебра многократно усилено, причем эффект усиления не сводится к дестабилизирующему действию на клеточную мембрану поверхностно-активного вещества (АОТ), образующего оболочку мицеллы. Кроме того, более высокая эффективность наночастиц по сравнению с ионами серебра позволяет предположить, что биологическое действие наночастиц не сводится к действию ионов серебра, но может включать иной механизм, в котором важную роль играют сами наночастицы металла.

Проводились также эксперименты с водными растворами наночастиц разного размера с узким распределением: 5.5±2.0 нм и 9.2±2.7 нм. Было обнаружено, что, при одинаковой общей концентрации наночастиц серебра в питательной среде, отрицательная реакция плазмодия более сильно выражена для наночастиц меньшего размера. Результат иллюстрируется рис.31. Зародыш плазмодия помещали на границе между двумя полосками агара (разделенными промежутком 1 мм), содержащими наночастицы разного размера.

Рис.31. Реакция плазмодия на присутствие наночастиц серебра разного размера

Видно, что рост плазмодия происходит почти исключительно в сторону среды с наночастицами большего размера (SNP5), то есть наблюдается явное «избегание» наночастиц меньшего размера (SNP4). Это подтверждает имеющиеся в литературе данные о большей токсичности наночастиц серебра малого размера. Возможно, влияние размера связано с различием в числе наночастиц на единицу объема среды. В нашем случае это число различается примерно на порядок: SNP4 - 1.48 х 1014; SNP5- 3.16 х 1013 (частиц/мл).

В целом полученные здесь результаты позволяют заключить, что хемотаксис является чрезвычайно чувствительным тестом в исследованиях токсичности наночастиц. Данные, полученные на плазмодии Physarum polycephalum, позволяют рекомендовать подобные тесты для выявления следовых количеств вредных веществ на любых про- или эукариотических клетках, способных к хемотаксису.

Одноклеточная водоросль Chlorella vulgaris Токсичность наночастиц Ag исследовалась на живых клетках культуры микроводоросли методом микроэлектрофореза на приборном комплексе «Цито-эксперт», в сотрудничестве с Инженерно-техническим центром (лабораторией биотестирования, г.Ижевск). Токсичность наночастиц оценивалась по изменению амплитуды колебаний клеток в переменном электрическом поле, обусловленному уменьшением их поверхностного заряда, который является показателем жизнеспособности клеток. Клетки водоросли в дистиллированной воде инкубировали с наночастицами при различных

концентрациях в интервале 10"8 - Ю'4 М (0.00108 - 10.8 MKrAg/мл) заданное время, затем определяли индекс токсичности Т = (Ас - Асец)/Ас , где Ас and Асеп - средние амплитуды колебаний, найденные для контрольной (клетки без наночастиц) и экспериментальной суспензии, соответственно. Независимо определялась токсичность ионов Ag+ и смеси Ag +АОТ в соответствующих концентрациях, аналогично тому, как описано выше в экспериментах с плазмодием. Результат показан на рис. 32.

Концентрация(М)

Рис.32. Токсичность наночастиц (AgNP), AgNOi и смеси АОТ + AgN03 для клеток водоросли Chlorella vulgaris.

Токсичность наночастиц вначале возрастает с увеличением их концентрации, затем остается постоянной в интервале 0.108 мкг/мл (10"6 М) - 10.8 мкг/мл; достигнутый уровень токсичности равен примерно '/г максимального (Т=1). Почти при всех исследованных концентрациях (кроме 10'4 М) наночастицы Ag более токсичны, чем ионы AgT или Ag+ + АОТ при тех же концентрациях, что и введенные с наночастицами, в согласии с данными, полученными на плазмодии. Таким образом, и в этом случае действие наночастиц не сводится к действию ионов серебра. Одинаковая токсичность всех трех агентов при наибольшей концентрации (10~4 М) объясняется, скорее всего, тем, что клетки уже нежизнеспособны, подобно тому, что наблюдалось при этой концентрации на плазмодии.

Семена растений

Исследовалось действие наночастиц Ag на всхожесть семян арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) и сои (Glycine тах); данные получены в Институте общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН. Оба растения являются известными тест-объектами для изучения влияния различных факторов на генетические характеристики растительных организмов. Сравнивалось влияние водного раствора наночастиц размером 9±6 нм и растворов АОТ в соответствующих концентрациях. Концентрация наночастиц и АОТ в исходном растворе составляла 5*10"3 М и 15*10"3 М, соответственно. Семена предварительно замачивали в дистиллированной воде в течение 24-х часов, затем заливали растворами наночастиц или АОТ и инкубировали еще 24 часа, затем отмывали дистиллятом и ставили на проращивание в стандартных условиях. Оказалось, что присутствие АОТ практически не

влияло на всхожесть семян, то есть цитолитический эффект отсутствовал. В случае наночастиц снижение всхожести наблюдалось при концентрациях выше 1*10"3 М (108 мкг/мл), а при более низких концентрациях эффект отсутствовал. Результат эксперимента

с семенами арабидопсиса показан на рис.33.

Рис. 33. Всхожесть семян Arabidopsis thaliana при действии наночастиц серебра (НЧС) и АОТ.

Из полученных данных

вытекает, что при наиболее

высоких концентрациях в

исследованном диапазоне водная

дисперсия наночастиц серебра более токсична, чем раствор АОТ, что согласуется с рядом

токсичности, найденным для плазмодия. Другое следствие состоит в том, что для

исследованных семян в широком диапазоне концентраций (5*10"7 - 1*10"3 М) водный

раствор наночастиц серебра не токсичен, что указывает на возможность его

использования для обработки семян с целью защиты их от поражения патогенными

бактериями. В отличие от результатов, полученных на бактериях E.coli, плазмодии и

клетках хлореллы, для семян обнаружено сильное цитотоксическое действие ионов Ag+,

причины которого пока не выяснены.

Организм млекопитающих

Исследовалось действие водных растворов наночастиц Ag на длительность жизни мышей линии BALB в возрасте 3-4 мес. (данные Института общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН). В задачу исследования входило: 1) определение процента выживаемости мышей в зависимости от концентрации введенного раствора наночастиц серебра (НЧС) и 2) установление дозы раствора, вызывающей 50% гибели животных в течение 30 дней после введения (ЛД50/30). Работа проводилась с тем же раствором наночастиц, что и в опытах на семенах растений. Раствор наночастиц (0.2 мл) вводился однократно внутрибрюшинно в различных разведениях; минимальная концентрация

наночастиц составляла 0,05*10"3 М. Действие наночастиц сравнивалось с действием растворов АОТ и нитрата серебра в эквивалентных концентрациях. Определение выживаемости проводилось по стандартной методике в течение 30-ти дней после введения растворов. Результаты показаны на рис.34.

Рис. 34. Смертность мышей при инъекции препарата НЧС и раствора АОТ в зависимости концентрации.

Из анализа полученных данных вытекает, что процент гибели был выше в группе с введением наночастиц серебра, чем при введении АОТ. На основании регрессионного анализа данных по выживаемости была определена доза раствора, вызывающая 50% гибели животных. Величина ЛД50/30 составила для наночастиц А§ (2, 75 ±0,66)10"3 М, а для АОТ - (32,6± 17,1) * 10"3 М. Полученные результаты указывают на достаточно сильный и зависимый от концентрации наночастиц летальный эффект при инъекции у мышей, независимо от пола животных. Существенное различие в величинах ЛД50/30 для наночастиц и АОТ свидетельствует также о меньшей токсичности ПАВ по сравнению с раствором наночастиц, в согласии с выводами, сделанными в ходе исследований плазмодия и семян растений. Введение раствора нитрата серебра не вызывало гибели мышей при всех исследованных концентрациях, что указывает на существенно меньшую токсичность ионов, чем наночастиц серебра, а также на то, что токсическое действие наночастиц не сводится к действию ионов серебра.

Культуры клеток человека Исследовали действие водных растворов наночастиц Ag на культуры клеток опухолей человека (линии НеЬа и 11937). Работа проводилась в НИИОПП РАМН с целью получения сведений о механизме действия наночастиц металлов на клетки человека, а также для выяснения возможности использования наночастиц серебра в качестве лекарственного средства в терапии онкологических заболеваний. Клетки снимали с матрасов в логарифмической фазе роста стандартным образом и переносили в 96 луночные планшеты. Через сутки к клеткам добавляли водный раствор наночастиц в разных концентрациях или контрольные растворы (А§+ , АОТ или смеси А£+ + АОТ), инкубировали в стандартных условиях роста культур заданное время, после чего клетки отмывали и определяли цитотоксичность исследуемых агентов двумя способами - по уровню функциональной активности митохондрий (МТТ-тест) и внутриклеточных ферментов (ФДА/ПИ -тест). Определялась также возможность переноса наночастиц через клеточную мембрану путем эндоцитоза посредством блокирования активного транспорта (инкубация клеток при 4°С). Было обнаружено, что для обоих типов клеток токсичность наночастиц выше, чем соответствующих концентраций АОТ, ионов Ag+ и смеси Ag+ + АОТ, что может говорить о наличии специфической составляющей в действии наночастиц, в согласии с выводами, сделанными на других исследованных объектах. Методом лазерной конфокальной микроскопии после инкубации с наночастицами было зафиксировано проникновение агрегатов наночастиц внутрь клетки. Возможно, что оно происходит путем эндоцитоза, поскольку блокирование активного транспорта приводит к частичному снижению цитотоксичности; однако это не исключает другие способы проникновения наночастиц.

8. Каталитические свойства наночастиц

Каталитические свойства наночастиц меди изучались на кафедре химической кинетики и катализа химического факультета МГУ. Определялась каталитическая

активность наночастиц в реакции изомеризации дихлорбугенов:

СН2С1-СНС1-СН=СН2 (3,4-ДХБ) о СН2С1-СН2-СН=СН2С1 (1,4-ДХБ) (3)

Эта реакция является одной из промежуточных стадий получения синтетического каучука (хлоропрена). В промышленном производстве каучука в качестве катализатора для этой стадии применяется нафтенат меди, однако он имеет неудовлетворительные экономические и экологические показатели. Поскольку известно, что изомеризация дихлорбугенов катализируется не только солями, но и соответствующими металлами, представляло интерес исследовать каталитическую активность наночастиц меди, поскольку можно было предположить, что существенное увеличение удельной поверхности при переходе к наночастицам может привести к заметному повышению эффективности медного катализатора по сравнению с таковой, определяемой для кристаллической меди. Исследовались наночастицы меди как в мицеллярном растворе, так и на твердых носителях (оксиде алюминия и силикагеле). Результаты одной из серий экспериментов приведены в таблице 5.

Таблица 5. Активность металлсодержащих катализаторов в изомеризации дихлорбугенов (промежуточная стадия синтеза хлоропрена).

Катализатор t°C Активность, моль прод./моль мет. час

Наночастицы Си (МР) На воздухе Без кислорода 100 110 230 340

Наночастицы Си/5Ю2 (0.03%) На воздухе Без кислорода 100 100 760 1500

Наночастицы Си/А1203 (0.1%) На воздухе 100 700

Нафтенат меди (промышленный катализатор) 120 30

УДЧ меди; традиционные методы нанесения (восстановление из соли или термическое разложение на носителе). Кислород не влияет. Сч/вШг (5%) 100 130

Си/АЬ03 (0.05%) 100 150

Кластеры железа в полимерах

Кластеры Feeo фторопласте, 16.6% Без кислорода 90 300

Кластеры Fe в полиэтилене, 10% Без кислорода 100 150

Оказалось, что наночастицы меди, получаемые методом биохимического синтеза, проявляют существенно более высокую активность, чем промышленный катализатор,

содержащий соль меди, или ультрадисперсные частицы, получаемые традиционным способом - пропиткой носителя раствором соли с последующим терморазложением или восстановлением водородом. Было обнаружено также, что активность катализатора с наночастицами меди сохраняется при многократном использовании. Важной особенностью наночастиц меди явилось не только сохранение, но даже усиление каталитической активности при нанесении на неорганический носитель.

Каталитические свойства наночастиц меди исследовали также на реакции ССи с предельными углеводородами (изооктаном и октаном). Как и в случае дихлорбутенов, активность наночастиц меди на твердом носителе оказалась выше, чем в мицеллярном растворе. Наибольшую эффективность продемонстрировали наночастицы, нанесенные на силикагель, при взаимодействии ССЦ с октаном. При сравнительно низкой для таких процессов температуре (130° С ) конверсия ССЦ уже через 2 часа составляла 50%. Такой результат свидетельствовал о более высокой эффективности полученных нами наночастиц по сравнению с иммобилизованными на кремнеземе ионными комплексами меди или нанокомпозитами меди в полимерах.

Каталитические свойства наночастиц серебра испытывались в реакции получения формальдегида из метанола с целью создания нового катализатора для промышленного получения формальдегида, который применяется в производстве фенол-формальдегидных смол, красителей, клеев, лаков и другой продукции. Работы проводились на двух типах носителей (корундо-муллите, традиционно используемым в производстве, и силикагеле) на опытной установке завода «Карболит» (ОАО «Карболит», г. Орехово-Зуево). Предварительные результаты показали, что использование наночастиц серебра может позволить снизить энергозатраты и увеличить выход конечного продукта; таким образом, есть основания полагать, что наночастицы Ag могут оказаться более эффективным катализатором, чем используемые для этой цели в настоящее время соли серебра.

Исследования каталитических свойств наночастиц кобальта, никеля, серебра и других металлов в мицеллярных растворах проводились по инициативе Тамбовского государственного технического университета (кафедра химической технологии органических веществ) на тамбовском заводе «Пигмент» в реакциях синтеза различных красителей, отбеливателей и другой продукции этого завода. При этом зарегистрировано существенное увеличение скорости процесса, выхода и качества продуктов по ряду показателей. Примером может служить реакция получения органического красителя -пигмента оранжевого «Ж». Процесс включает две основные стадии: 1) диазотирования 3,3'-дихлорбензидина и 2) сочетания полученного диазосоединения с натриевой солью 1-фенил-З-метилпиразолона-5. На первой стадии образуется промежуточный продукт (диазосоединение), на второй стадии (азосочетания) образуется сам пигмент. Оказалось, что введение наноструктурированного катализатора на стадиях синтеза позволяет, во-первых, ускорить процесс диазотирования и увеличить концентрацию промежуточного продукта, и, во вторых, существенно ускорить процесс азосочетания, что приводит к

уменьшению длительности процесса на 40% и, соответственно, к существенной экономии времени и энергетических затрат. Кроме того, получаемый в итоге пигмент имеет более высокие качественные показатели, чем получаемый по традиционной технологии.

9. Возможности применения ианочастиц металлов, полученных методом биохимического синтеза Варианты применения наночастиц металлов вытекают как из результатов проведенных нами исследований, так и из других данных об их свойствах, сообщаемых в литературе. Ниже мы приводим краткий перечень возможностей практического использования получаемых нами наночастиц, начиная с наночастиц серебра, о которых к настоящему времени имеется наибольшее количество сведений.

Из результатов исследования антимикробных свойств наночастиц серебра ясно, что они обладают высокой антимикробной активностью, как в растворах, так и при введении их в качестве добавки в жидкофазные материалы или при нанесении на различные поверхности. Отсюда вытекает большое разнообразие способов их применения для создания различных материалов с бактерицидными свойствами для широкого использования - жидких дезинфицирующих средств, косметических средств с антимикробным действием, лакокрасочных материалов, тканей и готовых изделий из тканей, полимерных материалов и изделий из них; фильтрующих материалов для очистки воды от бактериальных загрязнений, различных материалов и изделий медицинского назначения и др. Разумеется, в каждом случае требуется специальная работа для определения допустимых концентраций наночастиц и условий использования материала или изделия, обеспечивающих безопасность для потребителя. Исследования токсических эффектов и механизма биологического действия наночастиц серебра могут послужить основой для выяснения причин возникновения нанопатологий и создания новых лекарственных средств.

Помимо биологического действия, наночастицы серебра проявляют также каталитическую активность в различных промышленно значимых реакциях, что открывает перспективы их использования в химической технологии для создания новых эффективных катализаторов. Развитие исследований других свойств наночастиц серебра может открыть новые способы их применения. Так, можно предположить, что изучение электрических свойств этих наночастиц и модифицированных ими материалов позволит разработать варианты получения проводящих клеев, лаков и других материалов для применения в электронике.

Наночастицы меди, по нашим данным, имеют наиболее определенные перспективы применения в качестве катализатора в промышленном производстве каучука. Помимо описанных выше каталитических свойств, проведенные нами исследования их антимикробного действия показали, что они могут применяться также (отдельно или в сочетании с наночастицами серебра) для расширения спектра бактерицидной активности модифицированных наночастицами лакокрасочных и других материалов. Можно

предположить также, что здесь, как и в случае наночастиц серебра, исследования электрических свойств модифицированных материалов позволят предложить проводящие пасты, клеи для применения в электронике и покрытия с особыми свойствами для применения в летательных аппаратах и военной технике.

Наночастицы цинка могут использоваться в качестве добавок к ЛКМ, сообщающих им антикоррозионные свойства. Как показали результаты предварительных экспериментов (на основании которых производителю ЛКМ был выдан патент РФ), добавки мицеллярного раствора наночастиц цинка, получаемых методом биохимического синтеза, позволяют заметно усилить антикоррозионную активность протекторной грунтовки и одновременно уменьшить содержание цинка в таком покрытии, что может дать существенный экономический эффект.

Наночастицы кобальта и никеля, по данным предварительных испытаний на тамбовском заводе «Пигмент», проявили себя как эффективные катализаторы в процессах синтеза некоторых красителей и других продуктов. Учитывая известные каталитические свойства этих металлов, можно думать, что исследования эффективности этих наночастиц в качестве катализаторов даст положительные результаты и для других промышленно значимых процессов - например, для гидрогенизации жиров, где традиционно используются никелевые катализаторы. Исследования магнитных свойств этих наночастиц могут послужить основой для полезных разработок в различных областях техники и медицины, например, для использования их в качестве магнитоуправляемых носителей. Наночастицы кобальта имеют также перспективы применения в качестве сиккатива для получения быстровысыхающих красок и покрытий. Полезные результаты могут быть получены при использовании добавок этих наночастиц к сталям и сплавам, поскольку модификация наночастицами может сообщить этой продукции новые полезные качества, которые невозможно получить, используя традиционные добавки соответствующих металлов в обычном, не наноразмерном состоянии.

Наночастицы золота, получаемые с помощью биохимического синтеза, пока не являлись предметом прикладных исследований. Однако такие исследования безусловно имеют большие перспективы практического применения, прежде всего в биологии и медицине. Наночастицы золота и их конъюгаты с биополимерами (ДНК, антителами, ферментами и др.) уже активно исследуются в экспериментальной биологии и медицине с целью создания новых эффективных иммунохимических методов диагностики и лечения генетических заболеваний. Имеются также реальные перспективы применения наночастиц золота для диагностики и лечения онкологических заболеваний. Помимо способности этих наночастиц образовывать конъюгаты с биологическими молекулами, специфически адсорбирующимися на клетках опухоли, здесь используется также их способность эффективно поглощать электромагнитное излучение, что дает возможность увеличивать эффективность радиотерапии и снижать дозу облучения, и таким образом уменьшает негативные эффекты этого метода лечения.

Развитие исследований свойств иаиочастиц может существенно расширить возможности их применения. При этом, поскольку металлы в наноразмерном состоянии обнаруживают необычные свойства, не характерные для массивного металла, могут появиться и такие новые варианты их применения, которые сегодня невозможно себе представить. Таков удивительный мир наночастиц, который мы только начинаем открывать, познавать и ценить.

Выводы.

1. Предложен оригинальный метод синтеза наночастиц металлов - биохимический синтез в обратных мицеллах с использованием в качестве восстановителей природных биологически активных веществ из группы флавоноидов. Впервые экспериментально доказано, что природные флавоноиды (кверцетин, рутин, морин) способны эффективно восстанавливать ионы металлов в водном ядре обратной мицеллы с образованием металлических наночастиц.

2. На основе биохимического синтеза получены наночастицы различных металлов (серебра, золота, меди, цинка и др.) в обратных мицеллах из анионного ПАВ (аэрозоля-ОТ или АОТ), размером не более 25 нм, стабильные в растворе на воздухе в течение длительного времени (до нескольких лет).

3. Определено влияние различных факторов (концентраций соли металла и восстановителя, конце!прации ПАВ, состава соли металла, степени гидратации) на скорость формирования, выход, размеры и стабильность наночастиц металлов в обратных мицеллах.

4. Исследован механизм взаимодействия флавоноидов с ионами серебра, золота, меди и цинка в обратных мицеллах; показано, что первой стадией взаимодействия является образование комплекса, затем комплекс распадается с образованием наночастиц и флавоноида в окисленной форме. На основе анализа спектров поглощения высказаны предположения о структуре комплексов кверцетина, рутина и морина с ионами металлов в мицеллярном растворе.

5. Впервые определены коэффициенты экстинкции в мицеллярном растворе кверцетина и рутина, а также комплексов кверцетина с ионами серебра, меди и цинка. Найден коэффициент экстинкции наночастиц серебра.

6. Впервые разработаны процедуры получения водных дисперсий наночастиц металлов из их мицеллярных растворов. Получены водные дисперсии наночастиц серебра с малой концентрацией стабилизатора (АОТ), что существенно для исследований биологических эффектов наночастиц в водных средах.

7. Изучена адсорбция (1) наночастиц серебра и меди из мицеллярных растворов и (2) наночастиц серебра из водных растворов на различных материалах (активированный уголь, силикагель, оксид алюминия, ткани, полиамидные мембраны и др.). Получены материалы с нанесенными наночастицами серебра и меди.

8. Исследованы антимикробные и каталитические свойства наночастиц серебра и меди в растворах, а также модифицированных этими наночастицами жидкофазных и твердых материалов. Установлено, что, как растворы наночастиц, так и модифицированные ими материалы обладают высокой бактерицидной или каталитической активностью.

9. На основе результатов исследований антимикробных и каталитических свойств наночастиц серебра и меди, а также каталитических свойств наночастиц кобальта и никеля предложены различные варианты применения растворов наночастиц и модифицированных ими жидкофазных и твердых материалов. Некоторые из предложенных вариантов находятся на стадии внедрения в производство.

10. Показано, что водные растворы наночастиц Ag являются сильным токсическим агентом, который может вызывать угнетение жизненных функций и гибель живых систем разного уровня организации, включая организм млекопитающих. Определены зависимости токсического эффекта от концентрации наночастиц.

11. Сравнение токсического эффекта наночастиц Ag с подобным же эффектом ионов Ag+ показывает, что в большинстве исследованных случаев действие наночастиц серебра превышает эффект ионов Ag+ в эквивалентных концентрациях. Отсюда следует, что действие наночастиц серебра осуществляется по иному механизму, нежели действие ионов серебра.

Публикации по теме диссертации Обзоры

1. Егорова Е.М. Наночастицы металлов в растворах: биохимический синтез и применение. //Нанотехника. 2004. №1. С. 15-26.

2. Egorova Е.М. Biological effects of silver nanoparticles. In: "Silver nanoparticles: properties, characterization and applications". (Ed. by Audrey E. Welles). Nova Science Publishers, New York, 2010, p.221-258.

Статьи

3.Ревина A.A., Егорова Е.М., Каратаева А.Д. Взаимодействие природного пигмента кверцетина с наночастицами серебра в обратных мицеллах. // Журнал Физической Химии. 1999. Т.73. №10. С.1897-1904.

4.Egorova Е.М., Revina A.A. Synthesis of metallic nanoparticles in reverse micelles in the presence of quercetin. //Colloids and Surfaces ser.A. 2000. V.168. №1. P.87-96.

5.Егорова E.M., Ревина A.A., Ростовщикова Т.Н., Киселева О.И. Бактерицидные и каталитические свойства стабильных металлических наночастиц в обратных мицеллах. //Вестник МГУ. Сер.2. Химия. 2001. Т.42. №5. С.332-338.

6.Каратаева А.Д. Ревина A.A., Егорова Е.М., Шапиро Б.И. Взаимодействие карбоцианиновых красителей с нанокластерами серебра в обратных мицеллах. //Журнал научной и прикладной фотографии. 2001. Т.42. №6. С.553-562.

7.Донкпеган С.К., Цветков В.В., Ягодовский В.Д., Егорова Е.М., Ревина A.A. Влияние способа приготовления серебряного золя на состояние его частиц. //Журнал Физической Химии. 2001. Т.75. №1. С.149-152.

8.Кудрявцев Б.Б., Егорова Е.М, Ревина A.A. Возможности применения нанотехнологий в производстве лакокрасочных материалов и покрытий. //Химическая промышленность. 2001. №4. С.28-32.

9.Кудрявцев Б.Б., Недачин А.Е., Данилов А.Н., Оводенко Н.И., Ревина А.А., Егорова Е.М. Новое поколение биологически активных алкидных и водоэмульсионных красок. //Лакокрасочные материалы и их применение. 2001. №2-3. С.3-7. Ю.Егорова Е.М., Ревина А.А. Оптические свойства и размеры наночастиц серебра в мицеллярных растворах. //Коллоидный журн. 2002. Т.64. №3. С.334-345. П.Егорова Е.М., Ревина А.А.,Румянцев Б.В.,Смирнов O.K., Тоидзе З.Г., Шишков Д.И. Стабильные наночастицы серебра в водных дисперсиях, полученных из мицеллярных растворов. //Журнал прикладной химии. 2002. Т.75. №10. С. 1620-1625.

12.Kudryavtzev В., Figovsky О., Revina A., Egorova Е., Buslov F., Beilin D. The use of nanotechnology in production of bioactive paints and coatings. //The Journal "Scientific Israel -Technological Advantages". 2003. V.5. P.209-215.

13.Егорова E.M., Ревина А.А. О механизме взаимодействия кверцетина с ионами серебра в обратных мицеллах. //Журнал Физической Химии. 2003. Т.77. №9. С.1683-1692.

14.Егорова Е.М., Ревина А.А., Румянцев Б.В. Получение и антимикробные свойства водных дисперсий наночастиц серебра. // Сборник научных трудов VI Всероссийской (международной) конференции «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем». Москва, 2003. С. 149-152.

15.Матвеева Н.Б., Егорова Е.М., Бейлина С.И., Леднев В.В. Хемотаксис как способ тестирования биологических эффектов наноразмерных частиц серебра. //Биофизика. 2006. 7.51. №5. С. 859-865.

16.Широкова Л.Н., Александрова В. А., Егорова Е.М., Вихорева Г. А. Макромолекулярные системы и бактерицидные пленки на основе производного хитина и наночастиц серебра. //Прикладная биохимия и микробиология. 2009. Т.45. №3. С.422-426.

17.0рджоникидзе К.Г., Рамайя Л.К., Егорова Е.М. Рубанович А.В. Генотоксические свойства наночастиц серебра при воздействии на млекопитающих in vivo. //Acta Naturae. 2009. №3. С. 109-112.

18.Егорова Е.М. Биохимический синтез наночастиц золота и цинка в обратных мицеллах. //Журнал физической химии. 2010. Т.84. №4. С.713-720.

19.Egorova Е.М., Beylina S.I., Matveeva N.B., Sosenkova L.S. Chemotaxis-based assay for the biological action of silver nanoparticles. In: "Chemotaxis: Types, Clinical Significance and Mathematical Models". (Ed. by Timothy C.Williams). Nova Science Publishers, New York, 2011 (in press).

20.Сосенкова Л.С., Егорова Е.М. Наночастицы серебра малого размера для исследований биологических эффектов. //Журнал физической химии. 2011. Т.85. №2. С.1-10.

21.Egorova Е.М. Interaction of silver nanoparticles with biological objects: antimicrobial properties and toxicity for the other living organisms. // Journal of Physics: Conference Series. 2011. V. 247 (in press).

Патенты

22.Егорова E.M., Ревина A.A., Кондратьева B.C. Способ получения наноструктурных металлических частиц. Патент РФ № 2147487. Приоритет от 01.07.1999.

23.Егорова Е.М., Ревина А.А., Румянцев Б.В., Захаров А.Е.,Шишков Д.И.,Смирнов O.K.,Тоидзе З.Г. Способ получения модифицированного наночастицами серебра углеродного материала с биоцидными свойствами. Патент РФ №2202400. Приоритет от 05.07.2002.

24.Ревина А.А., Егорова Е.М., Наумов Ю.В. Способ модифицирования поверхности. Патент РФ №№2182934. Приоритет от 28.12.2002.

25.Кудрявцев Б.Б., Гурова Н.Б., Ревина А.А., Егорова Е.М., Седищев И.П. Лакокрасочный материал с биоцидными свойствами. Патент РФ № 2195473. Приоритет от 07.03.2003.

Тезисы докладов

26.Смирнов В.В., Ростовщикова Т.Н., Загорская О.В., Губин С.П., Ревина A.A., Егорова Е.М. Металлокластерные катализаторы для изомеризации дихлорбутенов. //Сб. докладов Международной конференции по наукоемким технологиям. М., 1999.

27. Revina A.A., Egorova Е.М., Rostovshchikova T..N., Gusev V.Yu. Nanosized copper particles in reverse micelles: synthesis, properties and catalytic activity. // In: Abstracts of International Conference "Colloids 2000". Szegel, Hungary, 2000.

28.Ростовщикова Т.Н., Киселева О.И., Гусев В.Ю., Ревина A.A., Егорова Е.М Иммобилизованные на неорганических носителях наночастицы в катализе превращений хлоролефинов. .//Тезисы II Всероссийского совещания «Высокоорганизованные каталитические системы". Москва, МГУ, 2000, С.78.

29.Ревина A.A., Егорова Е.М., Ростовщикова Т.Н., Киселева О.И. Агрегаты меди в обратных мицеллах в катализе превращений галогенуглеводородов. //Тезисы XII Симпозиума по современным проблемам химической физики. Туапсе, 2ООО, С. ¡82.

30.Егорова Е.М., Ревина A.A., Хайлова Е.Б. Адсорбционные свойства металлических наночастиц, синтезированных в обратных мицеллах. //Тезисы VII Международного Фрумкинского симпозиума. Москва, 2000, ч.1, с.40.

31.Егорова Е.М., Ревина A.A. Новый метод химического синтеза металлических, наночастиц. // Тезисы VII Международного Фрумкинского симпозиума Москва, 2000, ч.Н, С.650.

32.Rostovshchikova T..N., Revina A.A., Egorova E.M., Kiseleva O.I., Chernavsky P.A. Nanosized copper and iron-containing particles in catalysis of alkylation and isomerization. //Abstract Book of the 10th international symposium on Relation between Homogeneous and Heterogeneous Catalysis. 2001. Lyon, France. P.162.

33. Егорова E.M., Ревина A.A., Румянцев Б.В. Баранова Е.К., Жабкина Т.Н. Бактерицидные свойства наночастиц серебра в водных дисперсиях. //Материалы VI Всероссийской (международной) конференции «Физикохимия ультрадисперсных (нано-)систем. Томск, 19-23. 08. 2002. Москва, 2002. С.82-83.

34.Егорова Е.М. Биохимический синтез наночастиц металлов (прикладные аспекты). //В сб.: «Научная сессия МИФИ-2003». Москва, 2003, Т.8. С.279-280.

35.Егорова Е.М. Синтез наночастиц меди в обратных мицеллах. //Сборник научных трудов Научной сессии МИФИ-2004. Москва, 2004. Т.9. С.247-248.

36. Егорова Е.М. Биохимический синтез наночастиц металлов. // Сборник трудов I Всероссийской (международной) научно-практической конференции «Нанотехнологии -производству», Фрязино -2004. Москва, 2004. С.54-62.

37.Егорова Е.М. Растворы наночастиц металлов и модифицированные ими материалы: свойства и применение. //Труды Международной Научно-практической конференции «Нанотехнологии-производству 2005», Фрязино, 2005. Москва, 2006. С.26-32.

38.Егорова Е.М., Носик Д.Н., Носик H.H., Калнина Н.Б. Бактерицидные и вирулицидные свойства наночастиц серебра. //Тезисы докладов конференции «Нанотехнологии -производству 2005». Фрязино, 2005. С.46-47.

39.Матвеева Н.Б., Бейлина С.И., Леднев В.В., Егорова Е.М. Способ тестирования биологических эффектов наноразмерных частиц серебра. // Тезисы докладов конференции «Нанотехнологии-производству 2005». Фрязино,2005. С.48-49.

40.Егорова Е.М., Широкова Л.Н., Вихорева Г.А.,Александрова В.А. Полимерные пленки на основе производного хитина и наночастиц серебра. И Тезисы докладов конференции «Нанотехнологии - производству 2005». Фрязино, 2005. С.50.

41.Егорова Е.М. Биохимический синтез наночастиц металлов. //Тезисы докладов XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Москва, 2007. Т.2. С.236.

42.Брянкин К.В., Егорова Е.М., Дегтярев A.A., Ковальчук Д.С. Наноструктурированные материалы как энергоинформационные структуры гранулообразования на стадии синтеза динатриевой соли 4,4-бис(2-анилино-4-морфолино-1,3,5 триазин-6-иламино)-

стильбен-2,2. // Сборник трудов пятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». СПб., Изд-во Политехнического унмверситета, 2008. С. 158-160.

43.Леонтьева А.И., Петрик В.И., Егорова Е.М., Дьячкова Т.П. Исследование кинетики процессов диазотирования и азосочетания на наноструктурированных катализаторах в производстве пигментов. // Сборник трудов пятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». СПб., Изд-во Политехнического университета, 2008. С. 235-237.

44. Matveeva N.B., Egorova Е,М., Beylina S.I. Chemotactic assay is capable to reveal the difference in efficiency of nanosized silver particles. // Biological motility: achievements and perspectives (Eds.Z.A. Podlubnaya and S.L. Malyshev). Pushchino, 2008, vol.2, p.240-242.

45.Сосенкова Л.С. Егорова Е.М. Наночастицы серебра малого размера для исследований взаимодействия с биологическими объектами. //Материалы V Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». Москва, 2009. Часть I, с.487.

46.Филиппов А.Г., Егорова Е.М. Наночастицы серебра в обратных мицеллах из смеси АОТ/фосфатидилхолин. //Материалы V Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». Москва, 2009. Часть I, с.471.

47.Орджоникидзе К.Г., Рамайя Л.К., Егорова Е.М. Рубанович A.B. Генотоксические эффекты наночасгиц серебра в половых и соматических клетках млекопитающих. // 1 -я Международная летучая школа «Наноматериапы и нанотехнологии в живых системах. Красновидово, 2009. Электронная версия, с.306.

48.Сосенкова Л.С. Егорова Е.М. Влияние концентрации ионов металла на средний размер и степень полидисперсности наночастиц серебра. //1-я Международная летучая школа «Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах. Красновидово, 2009. Электронная версия, с.338.

49.Филиппов А.Г., Егорова Е.М. Наночастицы серебра в водных растворах -модифицированный вариант биохимического синтеза. //1-я Международная летучая школа «Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах. Красновидово, 2009. Электронная версия, с.364.

50.0rdchonikidze, C.G., Ramayya L.K., Egorova Е.М., Rubanovich A.V. Toxical and genotoxical effects of silver nanoparticles on mice in vivo. //Abstracts of the 4-th International Conference Environmental effects of nanoparticles and nanomaterials. Vienna, 6-9lh September, 2009.

51.Егорова Е.М. Биохимический синтез наночастиц металлов. //Сборник тезисов докладов участников Второго Международного форума по нанотехнологиям «Rusnanotech-09». Москва, 6-8 октября 2009, с. 271.

52.Егорова Е.М. Лакокрасочные материалы с наночастицами металлов. //Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2009. №4. С.81-83.

53.Линьков П.А., Егорова Е.М. Ткани, модифицированные наночастицами серебра. // В сб: «Нанотехнологии в текстильной и легкой промышленности - от разработки до внедрения». М., 2010. С.51-52.

Подписано в печать: 23.03.2011

Заказ № 5194 Тираж -100 эхз. Печать трафаретная. Типография «11 -й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, доктора химических наук, Егорова, Елена Михайловна

Введение.

Список сокращений и обозначений.

Глава I. Методы химического синтеза наночастиц металлов в растворах (обзор литературы).

1.1. Вводные замечания

1.1.1. Об определениях понятий «наночастица» и «кластер».

1.1.2. О классификации методов синтеза.

1.2. Химический синтез с применением традиционных Восстановителей.

1.2.1. Общие соображения.

1.2.2. Синтез в водном растворе.

1.2.3. Синтез в двухфазной системе и в неводных растворах.

1.2.4. Синтез в обратных мицеллах.

1.3. Фото- и радиационно-химический синтез.

1.4. Электрохимический синтез.

1.5. Биологическое восстановление в водном растворе.107'

1.6. Краткие итоги обзора литературы.

Глава II. Биохимический синтез наночастиц металлов в обратных мицеллах.

2.1. Предпосылки метода.

2.1.1. Общие сведения о свойствах флавоноидов;.

2.1.2. Обратные мицеллы из АОТ в изооктане.

2.2. Общая схема синтеза.

2.3.Основные материалы м методы исследования.

2.3.1. Реактивы.

2.3.2.Методы исследования.

2.3.2.1.Приготовление водных растворов солей и металлов и ЗХВК.

2.3.2.2. Получение мицеллярных растворов наночастиц.

2.3.2.3. Измерения спектров оптического поглощения и размеров наночастиц. - 2.3.2.4,Определение коэффициентов экстинкции , флавоноидов в мицеллярном растворе.

2.3.2. 5. Характеристика водных растворов наночастиц.

2.4. Примеры синтеза наночастиц.

2.4.1. Наночастицы серебра.

2.4.2. Наночастицы золота.

2.4.3. Наночастицы меди и цинка.

2.4.4. Наночастицы кобальта и> никеля.

2.5. Основные направления исследований.

Глава III. Влияние различных факторов на скорость формирования, выход, размеры и стабильность наночастиц металлов в обратных мицеллах.

3.1. Наночастицы Ag.

3.1.1 Скорость формирования и выход наночастиц.

3.1.1 Размеры наночастиц.

3.1.3. Стабильность наночастиц.

3.2. Наночастицы Au, Cu, Zn.

Глава IV. Механизм взаимодействия флавоноидов с ионами металлов в обратных мицеллах.

4.1 .Вводные замечания.

4.2.Взаимодействие флавоноидов с ионами металлов в водных растворах.

4.3. Взаимодействие флавоноидов с ионами металлов в обратных мицеллах.

4.3.1. Наночастицы Ag. 186.

4.3.1.1. Аргументы в пользу образования комплекса

4.3.1.2. Коэффициент экстинкции комплекса Ag-Qr.

4.3.1.3. Коэффициент экстинкции наночастиц Ag.

4.3.1.4. Основные реакции.

4.3. 1.5.0 структуре комплекса [Ag+.Qr].

4.3.2. Наночастицы Au.

4.3.3. Наночастицы Cu и Zn

4.3.3.1. Коэффициенты экстинкции комплексов Qr. с ионами меди и цинка

4.3.3.2. Предполагаемая схема взаимодействия.

Глава V. Водные растворы наночастиц металлов.

Глава VI. Адсорбционные свойства наночастиц.

Глава VII. Биологические эффекты наночастиц металлов.

7.1. Антимикробные свойства наночастиц Ag и Си.

7.1.1. ЛКМ с биоцидными свойствами.

7.1.2. Водные растворы наночастиц Ag.

7.1.3. Твердые материалы и полимерные пленки с - . наночастицами-Ag.^ г.

7.2. Токсические эффекты наночастиц Ag на других биообъектах.

7.2.1. Плазмодий низшего гриба Physarum polycephalum.

7.2.2. Одноклеточная водоросль Chlorella vulgaris.

7.2.3. Семена растений.

7.2.4. Организм млекопитающих.

7.2.5. Культуры клеток человека.

Глава VIII. Каталитические свойства наночастиц металлов.

8.1. Каталитическая активность наночастиц Си в реакциях превращений хлоруглеводородов.

8.2. Каталитическая активность наночастиц Ag в реакции получения формальдегида.

8.3. Каталитическая активность наночастиц металлов в процессах органического синтеза.

Глава IX. Возможности применения наночастиц металлов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Наночастицы металлов в растворах: биохимический синтез, свойства и применение"

В развитии современных нанотехнологий значительную роль играют исследования наночастиц металлов. Это обусловлено, прежде всего, широким спектром возможностей их практического применения, в которых используются специфические свойства как самих наночастиц, так и модифицированных ими материалов. Наиболее разработаны, на сегодняшний день, возможности использования наночастиц металлов при создании новых катализаторов для различных промышленных процессов; сведения о достижениях и основных проблемах в этой области можно найти в [1-6]. При этом, помимо металлов, традиционно применяемых в промышленном катализе (Pt, Pd, Cu, Со, Ni), хорошие перспективы имеются также для наночастиц Аи и Ag, ранее не относившихся к числу промышленных катализаторов [3, 7]. Большие возможности открываются и для применения наночастиц металлов в других областях техники, а также в биологии и "медицине [7-10]. Варианты применения наночастиц для диагностики и лечения различных (в том числе онкологических) заболеваний, а также в иммунохимических методах исследования уже активно изучаются и разрабатываются в новом направлении экспериментальной медицины, получившем название «Наномедицина». С 2004 года издается журнал «Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine», в котором публикуются основные результаты исследований в этом направлении. Показано, в частности, что наночастицы серебра могут использоваться для получения разнообразных материалов с бактерицидными свойствами [3, 7, 11-14], а наночастицы золота - для повышения эффективности и уменьшения побочных эффектов в радиотермальной терапии опухолей [3, 8, 9, 14,15].

В то же время, за последнее десятилетие установлено, что наночастицы различных видов, особенно наночастицы металлов, попадая в организм человека, могут стать причиной серьезных заболеваний (нанопатологий), представляющих реальную угрозу здоровью и жизни людей [16-20]. Известно, что наночастицы металлов могут проникать в организм человека разными путями: через слизистые оболочки дыхательных путей и пищеварительного тракта, трансдермально (например, при использовании косметических средств), через кровоток в составе вакцин и сывороток и т.д. Опасность распространения нанопатологий, хотя еще и не вполне осознана, но несомненно велика уже сегодня, и, очевидно, будет нарастать в будущем. Выяснение причин патологического действия наночастиц и разработка -способов борьбы с заболеваниями, вызванными проникновением в организм наночастиц, становятся сейчас предметом нового направления в экспериментальной медицине [19-22].

Таким образом, можно утверждать, что определение путей и способов воздействия наночастиц металлов на живой организм - это чрезвычайно важная и актуальная работа, необходимая, во-первых, для улучшения имеющихся и создания новых лекарственных средств или способов лечения, то есть для наномедицины, во-вторых, для выяснения причин заболеваний, в результате воздействия наночастиц (нанопатологий) и, в третьих, для 'установления научно обоснованных допустимых диапазонов концентраций и размеров наночастиц в воде, воздухе или в составе различных материалов, с которыми контактирует человек.

Возможности исследования свойств наночастиц металлов, разработки вариантов их практического применения, а также выяснения механизмов их биологического действия в значительной степени зависят от метода получения, который во многих случаях определяет их структуру, размеры, физические и химические свойства и, главное, стабильность - время жизни в наноразмерном состоянии.

Среди способов получения наночастиц большую группу образуют "методы химического синтеза, основанные на восстановлении ионов металла до атомов в растворах, в условиях, благоприятствующих последующей агрегации атомов и ионов с образованием наночастиц. К моменту начала нашего исследования важной задачей в области химического синтеза было создание методов, пригодных для практического применения - позволяющих получать наночастицы металлов малого размера, в значительных количествах, стабильные на воздухе, - и при этом приемлемых с экономической точки зрения (не требующих больших затрат энергии, дорогостоящего оборудования, дополнительных синтезов и т.п.). Одним из таких методов явился предложенный нами метод биохимического синтеза, на основе которого возникло новое направление в области синтеза, исследований свойств и разработки вариантов применения наночастиц 'металлов, Можно сказать, что необходимость создания такого направления вытекала из потребностей развития исследований в нанохимии, наномедицине и нанопатологии, ориентированных прежде всего на решение прикладных задач с использованием достижений нанотехнологий.

Метод биохимического синтеза основан на восстановлении ионов металлов в обратных мицеллах природными пигментами из группы флавоноидов. Идея метода вытекала, во-первых, из результатов анализа проблем, которые возникали при химическом синтезе наночастиц с использованием традиционных химических восстановителей, и, во-вторых, 'из имевшегося у нас к тому времени опыта исследований механизмов некоторых биологических процессов в клетке, из которого следовало, в частности, что химическая активность природных (биологических) восстановителей может существенно возрасти в организованной среде по сравнению с водным раствором. В итоге создались предпосылки для апробации нового пути синтеза металлических наночастиц, в котором восстановление ионов металла осуществляется природными восстановителями в водном ядре обратных мицелл, то есть в организованной среде, более близкой по свойствам к внутренней среде живой клетки, чем 'объемный водный раствор. В качестве природных восстановителей' были выбраны биологически активные вещества из группы флавоноидов, поскольку из результатов исследований некоторых свойств флавоноидов в водных растворах следовало, что они могут являться эффективными восстановителями ионов металлов. Позднее этот вывод был подтвержден ходом развития биологического направления в нанохимии и нанотехнологии, в котором наночастицы металлов в водных растворах получают с использованием природных восстановителей, в том числе растительных экстрактов, содержащих флавоноиды.

Цель и задачи работы Цель работы состояла в создании нового направления в области синтеза наночастиц металлов в растворах, которое позволяло бы получать наночастицы металлов в больших (практически значимых) количествах, стабильные на воздухе в течение длительного 'времени, что давало бы возможность проводить систематические исследования их свойств и разработки вариантов применения. При планировании работы были поставлены следующие основные задачи:

1. Определение условий синтеза наночастиц различных металлов в обратных мицеллах, которые позволяли бы реализовать преимущества, даваемые сочетанием системы обратных мицелл и биологических восстановителей (природных пигментов из группы флавоноидов), в соответствии с целью работы;

2. Исследование механизма взаимодействия используемых флавоноидов с "ионами металлов в обратных мицеллах, что представлялось важным как для совершенствования процедурьг синтеза, так и для исследований^ взаимодействия флавоноидов с ионами металлов в биологических системах;

3.Разработка процедур получения водных растворов наночастиц металлов из; их обратно-мицеллярных растворов, для исследований свойств и выяснения возможностей применения наночастиц в водных, средах;

4.Разработка процедур получения различных жидкофазных и твердых материалов, модифицированных наночастицами металлов; ^.Исследование каталитических свойств и биологических" эффектов 'наночастиц металлов в растворах и модифицированных ими материалов, для разработки вариантов применения в химической промышленности, экспериментальной биологии и медицине.

Настоящая диссертация посвящена описанию результатов, полученных в ходе решения поставленных задач. Работа включает девять глав, заключение, выводы и список литературы.

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)", Егорова, Елена Михайловна

Выводы

1. Предложен оригинальный метод синтеза наночастиц металлов -биохимический синтез в обратных мицеллах с использованием в качестве восстановителей природных биологически активных веществ из группы флавоноидов. Впервые экспериментально доказано, что природные флавоноиды (кверцетин, рутин, морин) способны эффективно восстанавливать ионы металлов в водном ядре обратной мицеллы с образованием металлических наночастиц.

2. На основе биохимического синтеза получены наночастицы различных металлов (серебра, золота, меди, цинка и др.) в обратных мицеллах из анионного ПАВ (аэрозоля-ОТ или АОТ), размером не более 25 нм, стабильные в растворе на воздухе в течение длительного времени (до нескольких лет).

3. Определено влияние различных факторов (концентраций соли металла и восстановителя, концентрации ПАВ, состава соли металла, степени гидратации) на скорость формирования, выход, размеры и стабильность наночастиц металлов в обратных мицеллах.

4. Исследован механизм взаимодействия флавоноидов с ионами серебра, золота, меди и цинка в обратных мицеллах; показано, что первой стадией взаимодействия является образование комплекса, затем комплекс распадается с образованием наночастиц и флавоноида в окисленной форме. На основе анализа спектров поглощения высказаны предположения о структуре комплексов кверцетина, рутина и морина с ионами металлов в мицеллярном растворе.

5. Впервые определены коэффициенты экстинкции в мицеллярном растворе кверцетина и рутина, а также комплексов кверцетина с ионами серебра, меди и цинка. Найден коэффициент экстинкции наночастиц серебра.

6. Впервые разработаны процедуры получения водных дисперсий наночастиц металлов из их мицеллярных растворов. Получены водные дисперсии наночастиц серебра с малой концентрацией стабилизатора (АОТ), что существенно для исследований биологических эффектов наночастиц в водных средах.

7. Изучена адсорбция (1) наночастиц серебра и меди из мицеллярных растворов и (2) наночастиц серебра из водных растворов на различных материалах (активированный уголь, силикагель, оксид алюминия, ткани, полиамидные мембраны и др.). Получены материалы с нанесенными наночастицами серебра и меди.

8. Исследованы антимикробные и каталитические свойства наночастиц серебра и меди в растворах, а также модифицированных этими наночастицами жидкофазных и твердых материалов. Установлено, что, как растворы наночастиц, так и модифицированные ими материалы обладают высокой бактерицидной или каталитической активностью.

9. На основе результатов исследований антимикробных и каталитических свойств наночастиц серебра и меди, а также каталитических свойств наночастиц кобальта и никеля предложены различные варианты применения растворов наночастиц и модифицированных ими жидкофазных и твердых материалов. Некоторые из предложенных вариантов находятся на стадии внедрения в производство.

10. Показано, что водные растворы наночастиц А% являются сильным токсическим агентом, который может вызывать угнетение жизненных функций и гибель живых систем разного уровня организации, включая организм млекопитающих. Определены зависимости токсического эффекта от концентрации наночастиц.

11. Сравнение токсического эффекта наночастиц А& с подобным же эффектом ионов Ag+ показывает, что в большинстве исследованных случаев действие наночастиц серебра превышает эффект ионов в эквивалентных концентрациях. Отсюда следует, что действие наночастиц серебра осуществляется по иному механизму, нежели действие ионов серебра.

Заключение

Метод биохимического синтеза был создан в 1998г. в Институте электрохимии им. А.Н.Фрумкина РАН. Как показывают результаты, приведенные в настоящей диссертации, за прошедшие с тех пор 12 лет был проведен значительный объем работ и достигнуты определенные успехи в исследовании процесса формирования и свойств наночастиц, а также получены различные модифицированные наночастицами материалы, имеющие хорошие перспективы практического применения. Таким образом, можно констатировать, что идея, лежащая в основе биохимического синтеза - сочетание восстановительной способности флавоноидов с преимуществами обратных мицелл как нанореакторов - полностью оправдала себя и фактически привела к появлению особого направления в области бионанотехнологий. Следует отметить также тот отрадный факт, что, в силу тесного родства с биологическим направлением среди способов получения наночастиц, биохимический синтез сегодня может быть отнесен к группе наиболее эффективных и экологически безопасных методов, которые в настоящее время считаются приоритетными с точки зрения использования наночастиц в различных областях науки и производства.

Подводя итоги нашей диссертационной работы, следует отметить основные фундаментальные и прикладные аспекты проведенных исследований. Из фундаментальных аспектов важными, на наш взгляд, являются четыре момента, вытекающие из (1) проведения синтеза наночастиц в обратных мицеллах с использованием биологических восстановителей, . (2) исследований влияния различных факторов на параметры получаемых наночастиц, (3) исследований адсорбционных свойств наночастиц и (4) исследований биологических эффектов наночастиц.

Синтез наночастиц в обратных мицеллах с использованием биологических восстановителей открывает новые возможности для фундаментальных исследований процессов, протекающих в живых организмах. Известно, что свойства внутренней среды обратных мицелл при малых степенях гидратации близки к свойствам внутренней среды клеточных органелл и компартментов живой клетки. Таким образом, установленный в работе факт формирования наночастиц металлов при взаимодействии флавоноидов с ионами металлов в обратных мицеллах демонстрирует принципиальную возможность образования кластеров и наночастиц в результате взаимодействия флавоноидов с ионами металлов в живых организмах. Отсюда следует, что система обратных мицелл может служить адекватной моделью для изучения механизмов биологической активности флавоноидов, включающей их взаимодействия с ионами металлов. В частности, полученные в работе данные о коэффициентах экстинкции и структуре комплексов флавоноидов с ионами металлов в обратных мицеллах могут быть полезны для углубления понимания процессов, лежащих в основе антиоксидантного действия флавоноидов в биологических системах. Учитывая также установленную в последние годы возможность синтеза наночастиц металлов с помощью экстрактов из различных видов растений, в ряде случаев содержащих флавоноиды, можно предположить, что биохимический синтез в обратных мицеллах позволит выяснить закономерности формирования наночастиц металлов в растительных организмах. Такие исследования могут послужить основой для ценных практических разработок - например, для создания новых эффективных способов извлечения металлов из почвенных вод или повышения всхожести кормовых сельскохозяйственных культур.

2) Исследования влияния разных факторов на спектры оптического поглощения и размеры наночастиц позволили получить растворы наночастшд серебра малого размера (в интервале 5-10 нм) с узким распределением, что дает возможность изучать влияние размеров на различные свойства наночастиц. Существенная роль размеров полученных нами наночастиц была продемонстрирована в экспериментах по хемотаксису на плазмодии низшего гриба РЬуБагшп ро1усерЬа1иш; дальнейшие исследования проявлений размерных эффектов как в биологическом действии, так и в других свойствах наночастиц представляют несомненный интерес для дополнения фундаментальных представлений об особенностях наноразмерного состояния вещества.

3) Исследования адсорбционных свойств наночастиц, проводившиеся с целью получения модифицированных твердых материалов с новыми свойствами, позволяют продвинуться в понимании закономерностей адсорбции наночастиц из растворов на различных поверхностях. Важными здесь представляются данные о влиянии концентрации компонентов раствора (наночастиц и АОТ), степени влажности поверхности (для силикагеля) и других факторов, существенных для определения условий, обеспечивающих нужную степень извлечения, прочное связывание наночастиц и сохранение их специфических свойств.

4) Исследования биологических эффектов наночастиц серебра позволили получить результаты, существенные для выяснения механизмов биологического действия наночастиц, в частности, механизмов возникновения патологий, обусловленных проникновением наночастиц металлов в организм человека. Здесь определено влияние концентрации наночастиц серебра на жизнеспособность и функциональную активность биологических объектов, а также установлено отличие биологического действия наночастиц и ионов серебра на биологических объектах разного уровня организации. Последний результат свидетельствует о том, что биологическая активность наночастиц серебра не сводится к действию ионов этого металла, но может быть обусловлена также другими механизмами, в которых проявляются специфические,свойства наночастиц. , „ —

Научные основы метода разрабатывались параллельно с решением практических задач, связанных с созданием модифицированных материалов и проведением испытаний их свойств. Главный итог такого пути развития -осознание того факта, что получаемые нами наночастицы металлов могут принести реальную практическую пользу, как в виде растворов, так и после введения их в различные жидкофазные материалы или модификации твердых материалов путем адсорбции из раствора. Прикладное значение работ по биохимическому синтезу с очевидностью вытекает из результатов исследований адсорбционных и каталитических свойств наночастиц, а также их антимикробной активности; возможности применения растворов наночастиц и модифицированных ими материалов суммированы в главе IX. Здесь мы назовем лишь несколько вариантов применения наночастиц, которые, на сегодняшний день, можно считать наиболее близкими к внедрению в производство.

Сюда относятся, прежде всего, варианты применения, основанные на ряде результатов исследований антимикробных свойств наночастиц серебра. Хорошо документированы антимикробные свойства красок с наночастицами серебра. Показано также, что водные дисперсии наночастиц серебра могут использоваться для создания жидкого дезинфицирующего средства нового типа, обладающего существенными преимуществами по сравнению с рядом известных дезинфектантов. Активированный уголь и полиамидные мембраны с наночастицами серебра могут использоваться в соответствующих фильтрующих устройствах для очистки воды от бактериальных загрязнений. Ткани с наночастицами серебра могут найти применение в создании одежды и других изделий с антимикробными свойствами.

Менее продвинуты, но весьма перспективны варианты применения каталитических свойств наночастиц. Здесь можно выделить наночастицы меди в реакции изомеризации дихлорбутенов (одной из стадий получения синтетического каучука), а также наночастицы серебра, меди, кобальта и никеля в реакциях органического синтеза, используемых при получении различных красителей, отбеливателей, добавок к топливам и другой продукции одного из отечественных предприятий (завод «Пигмент», г.Тамбов).

Из результатов наших исследований вытекают два важных следствия в отношении стратегии дальнейшего развития работ по биохимическому синтезу. Во-первых, необходимо расширять возможности метода, исследуя влияние различных факторов на формирование, размеры, структуру и свойства наночастиц, совершенствуя имеющиеся процедуры синтеза и создавая их новые варианты. В частности, для наночастиц данного металла представляется важным разработать методики приготовления растворов с наночастицами данной формы, а также продолжить работы по получению наборов из нескольких монодисперсных образцов в интервале размеров 2-20 нм, что позволит выявить влияние формы и размерные эффекты в исследованиях того или иного свойства наночастиц. Предполагается также расширить круг металлов, из которых можно получать наночастицы, синтезировать биметаллические наночастицы разного состава и структуры, выяснить возможности использования других стабилизаторов, в том числе различных природных полимеров, и получить новые нанокомпозитные материалы, модифицируя процедуру синтеза. Накопление экспериментального материала позволит, как мы надеемся, привлечь современные теоретические подходы к описанию процессов, протекающих в жидких средах с участием наночастиц, в том числе их агрегации и дезагрегации, изменения в процессе роста частицы ее формы и структуры, состава поверхностного слоя и др. Особую ценность в этом отношении имеют, на наш взгляд, представления, развиваемые чл.-корр. РАН, профессором И.В. Мелиховым [346].

Во-вторых, стало ясно, что внедрение наночастиц в то или иное производство неразрывно связано с исследованиями механизма их действия на живые организмы, прежде всего на организм человека. К настоящему времени накоплено уже большое количество данных о патологических эффектах наночастиц, что указывает на необходимость выяснения механизмов заболеваний, вызванных наночастицами разной природы, в том числе наночастицами металлов, и выработки рекомендаций по способам борьбы с такими заболеваниями.

В то же время, несмотря на то, что фактов, свидетельствующих о высокой биологической активности наночастиц серебра и других металлов имеется уже довольно много, механизм действия наночастиц, насколько нам известно, пока остается невыясненным. Между тем, без ясного понимания того, какие процессы приводят к гибели, угнетению или стимуляции жизнедеятельности данного живого организма под действием наночастиц, вряд ли можно надеяться дать обоснованные рекомендации по безопасному применению растворов наночастиц или модифицированных ими материалов. И чем более активно идет внедрение наших разработок в то или иное производство, тем большее значение приобретают результаты исследований, которые можно использовать для определения мер безопасности.

По этим причинам нам представляется важным, наряду с решением прикладных задач, проводить также исследования механизма биологического действия получаемых нами наночастиц. Здесь на первый план выступают исследования действия наночастиц на клеточном уровне, начало которым было положено в экспериментах на клеточных культурах в НИИОПП РАМН. Работа в этом направлении в самом общем виде включает, как нам представляется, выяснение влияния различных параметров наночастиц (прежде всего размеров, формы, структуры, заряда стабилизирующей оболочки) на их биологические эффекты. Учитывая имеющиеся к настоящему времени в нашем распоряжении данные о различии в биологической активности наночастиц и ионов серебра, важно также сравнивать их действие на возможно более широком круге объектов и выяснять причины такого различия, что позволит продвинуться в понимании специфики влияния именно наночастиц на функционирование живых организмов.

Большое значение здесь имеют хорошие экспериментальные методики, которые позволяют получать информацию о том, с какими молекулами или структурами клетки связываются ианочастицы, в каком состоянии они находятся - остаются ли они наночастицами или образуют агрегаты, изменяются ли их размеры и т.д. В этом отношении кажется перспективным, в частности, предложенный недавно метод лазерного светорассеяния на наночастицах металлов с использованием волоконной оптики, позволяющий видеть отдельные частицы в оптический, а не электронный микроскоп [345]. Оказывается, что благодаря явлению плазмонного резонанса, характерному для наночастиц металлов, здесь наблюдаются интенсивные полосы светорассеяния, положение и другие параметры которых зависят от размера, формы и структуры наночастиц, а также от состояния их окружения. Если максимум светорассеяния лежит в видимой области, то наночастицы металлов видны как цветные пятна. В этой же работе показано, что можно регистрировать адсорбцию отдельных наночастиц на определенных участках хромосомы дрозофилы, если предварительно связать наночастицы с нужными антителами. В нашем случае можно попытаться использовать такую возможность в исследованиях на клетках, модифицируя наночастицы путем создания коньюгатов с различными антителами или с другими биологическими молекулами.

Как для успеха исследований различных свойств наночастиц металлов и механизма их действия на биологические объекты, так и для создания той или иной продукции с использованием наночастиц чрезвычайно важно самое широкое сотрудничество специалистов разного профиля - химиков, физиков, биологов, биотехнологов, врачей, материаловедов, опытных микроскопистов, инженеров, технологов. Пользуемся случаем высказать благодарность всем, кто сотрудничал с нами в исследованиях свойств наночастиц и модифицированных ими материалов и выразить надежду, что настоящая диссертация стимулирует появление новой волны интереса к нашей работе и расширит круг специалистов, стремящихся участвовать в создании новых материалов со специальными свойствами на основе биохимического синтеза.

Поскольку для нас несомненно, что и для используемого нами метода справедливо высказанное авторами [10] (с.656), мнение о том, что «высокое искусство синтеза еще долгое время будет оставаться залогом успешного и целенаправленного конструирования нанокомпозитов с заданными свойствами».

Библиография Диссертация по биологии, доктора химических наук, Егорова, Елена Михайловна, Москва

1. Metal clusters in catalysis. (Gates B.C., Guezi L., Knosinger H., eds.). N.Y.: Elsevier. 1986.

2. Pomogailo A.D. Catalysis by Polymer-Immobilized Metal Complexes. Amsterdam: Gordon and Breach Sci.Publ. 1998.

3. Сергеев Г.Б. Нанохимия. M.: Изд-во МГУ. 2003.

4. Тезисы XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Т.2. М.: Граница. 2007.

5. Украинцев В.Б., Хохряков К.А., Соболев Н.З. и др. Некоторые примеры применения катализаторов на основе наноразмерного палладия и наноуглеродных материалов в гидрировании. // Нанотехника. 2005. №4. С.78.

6. Cuenya В. R. Synthesis and catalytic properties of metal nanoparticles: Size, shape, support, composition, and oxidation state effects. //Thin Solid Films V.518. P.3127.

7. Евстигнеева Р.П., Пчелкин В.П. Лиганды БАВ в нанохимии серебра и золота. // Химико-фармацевтический журн. 2006. Т.40. С.34.

8. Научные основы и перспективы развития онкологии. Нанотехнологии и наноматериалы в медицине. Сборник материалов XIX (82) сессии Общего собрания РАМН. М.: ОАО «Издательство «Медицина». 2008.

9. Материалы V Московского Международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». М.: ЗАО «Экспо-биохим-технология». РХТУ им. Д.И.Менделеева. 2009.

10. Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. Москва: Химия. 2000.

11. Егорова Е.М., Ревина А.А., Ростовщикова Т.Н. и др. Бактерицидные и каталитические свойства стабильных металлических наночастиц в обратных мицеллах.// Вестник МГУ. Сер.2. Химия. 2001. Т.42. №5. С.332.

12. Егорова Е.М. Наночастицы металлов в растворах: биохимический синтез и применение. // Нанотехника. 2004. №1. С. 15-26.

13. Egorova Е.М. Biological effects of silver nanoparticles. In: "Silver nanoparticles: properties, characterization and applications". (Ed. by Audrey E. Welles).// New York: Nova Science Publishers. 2010. P.221-258.

14. Huang X., Jain P.K., El-Sayed I.H. et al. Gold nanoparticles: interesting optical properties and recent applications in cancer diagnostics and therapy.// Nanomedicine. 2007. V.2(5). P.681.

15. Norman S., Stone J.W., Gole A. et al. Photothermal Destruction of the Bacterium Pseudomonas Ariginosa by Gold Nanorods.//Nano Letters. 2008. V.8(l). P.302.

16. Mossman B.T., Borm P.J., Castranova V. et al. Mechanisms of action of inhaled fibers, particles and nanoparticles in lung and cardiovascular deseases. // Particle and Fibre Toxicology. 2007. V.4. №4.

17. Oberdorster G., Maynard A., Donaldson K. et al. Principles for characterizing the potential human health effects from exposure to nanomaterials: elements of a screening strategy. // Particle and Fibre Toxicology. 2005. V.2. №8.

18. Donaldson K., Tran L., Jimenez L.A. et al. Combustion-derived nanoparticles: a review of their toxicology following inhalation exposure. // Particle and Fibre Toxicology. 2005. V.2. №10.

19. Elder A., Gelein R., Silva V. et al. Translocation of inhaled ultrafine manganese oxide particles to the central nervous system.// Environmental Health Perspectives. 2006. V.114. P.1172-1178.

20. Stratmeyer M.E., Goering P.L., Hitchins V.M. et al. What we know and do not know about the bioeffects of nanoparticles: developing experimental approaches for safety assessment.//Biomed. Microdevices. 2008. DOI 10.1007/sl0544-008-9261-9.

21. Geiser M., Rothen-Rutishauser В., Kapp N.et al. Ultrafine particles cross cellular membranes by nonphagocytic mechanisms in lungs and cultured cells.// Environmental Health Perspectives. 2005. V.113. №11. P. 1555-1560.

22. Takenaka S., Karg E., Roth C. et al. Pulmonary and systemic distribution of inhaled ultrafine silver particles in rats. //Environmental Health Perspectives. 2001. V.109. №4. P.547-551.

23. Рыжонков Д.И., Левина B.B., Дзидзигури Э. Наноматериалы. М.: БИНОМ— Лаборатория знаний. 2008.

24. Суздалев И.П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: КомКнига. 2006.

25. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит. 2007.

26. Muller H., Opitz С., SkalaL. //J.Mol.Catal. 1989. V.54. P.189.

27. Свиридов B.B., Воробьева Т.Н., Гаевская Т.В. и др. Химическое осаждение металлов в водных растворах. Минск: Изд-во «Университетское». 1987.

28. Porter L.A., Jr., Ji D., Westcott S.I. et al. Gold and silver nanoparticles functionalized by the adsorption of dialkylsulfides.// Langmuir. 1998. V.14. P.7378.

29. Булавченко А.И., Плясова JT.M., Веснин И.Ю. и др. Получение жидкого катодного концентрата и ультрадисперсных порошков наночастиц серебра и золота. //ЖФХ. 2006. Т.80. С.2220.

30. Молочко В.А. Справочник по неорганической химии. Константы неорганических веществ. М.: Химия. 1987.

31. Hagena O.F. // Surface Sci.1981. V.106. Р.101; Rev.Sci.Instrum.1992. V.3.P.2374; Zs.Phys.D. 1987. V.4. P.291; 1990.V.17. P.157; 1991. V.20.P.425.

32. Kimoto K., Nashida I., Takahashi H.// Jap.J.Appl.Phys. 1980. V.19. P. 1821.

33. Faraday M. Experimental relations of gold (and other metals) to light. //Philosoph. Trans. Roy.Soc. London. 1857. V.147. P.145-181.

34. Zsigmondy R.//Ann. Chem. 1898. Bd.301. S.29.

35. Сведберг Т. Образование коллоидов. Л.: Науч. Хим-техн. Изд-во. 1927.

36. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. Изд. 2-е. М.: Химия. 1975.

37. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия. 1984.

38. Лопанов А.Н. Серебро. Санкт-Петербург: Агат. 2005. С. 399.

39. Дыкман Л.А., Богатырев В.А., Щеголев С.Ю. и др. Золотые наночастицы. Синтез, свойства, биомедицинское применение. М.: Наука. 2008. с. 320.

40. Kholoud М.М., Ala'a Eftaiha, Abdulrhman Al-Warthan Abou El-Nour Reda A.A. Ammar. Synthesis and application of silver nanoparticles. //Arabian Journal of Chemistry. 2010. V.3. № 3. P.135-40.

41. Wilcoxon J.P., Abrams B.L. Synthesis, structure and properties of metal nanoclusters.// Chem. Soc. Rev. 2006. V.35. P.1162.

42. Zhang W., Quaio X., Chen J. Synthesis of silver nanoparticles Effects of concerned papameters in water/oil microemuIsion.//Materials Science and Engineering B. 2007. V.142.P.1.

43. Евдокимов А.А. и др. Получение и исследование наноструктур. Лабораторный практикум по нанотехнологиям. (Под ред. А.С.Сигова). М.: БИНОМ. Лаборатрия Знаний. 2010. С. 146.

44. Patungwasa W., Hodak J. Н. рН tunable morphology of the gold nanoparticles produced by citrate reduction. // Materials Chemistry and Physics. 2008. V.108.P.45.

45. Muangnapoh Т., Sano N., Yusa S.-I. et al. Facile strategy for stability control of gold nanoparticles synthesized by aqueous reduction method. // Curr. Appl. Phys. 2010. V.10. P.708.

46. Wang J., Wang Z. Rapid synthesis of hexagon-shaped gold nanoplates by microwave assistant method. //Materials Letters. 2007. V.61. P. 4149.

47. Shen X., Yuan Q., Liang H. et al. Hysteresis effects of the interaction between serum albumins and silver nanoparticles.// Science in China B. 2003. V.46. P.387.

48. Mansouri S. S., Ghader S. Experimental study on effect of different parameters on size and shape of triangular silver nanoparticles prepared by a simple and rapid method in aqueous solution. // Arabian Journal of Chemistry. 2009. V.2. P.47.

49. Pinto V. V., Ferreira M. J., Silva R. et al. Long time effect on the stability of silver nanoparticles in aqueous medium: Effect of the synthesis and storage conditions. // Coll. Surf. A. 2010. Y.364. P.19.

50. Jia H., Xu W., An J. et al. // Spectrochim. Acta A. 2006. V. 64. P. 956.

51. Pastoriza-Santos, I., Liz-Marzan, L.M. //Nano Letters. 2002.V.2. P. 903.

52. Kobayashi Y., Sakuraba T. Silica-coating of metallic copper nanoparticles in aqueous solution // Coll. Surf. A. 2008. V.317. P.756.

53. Seo W.-S., Kim T.-H., Sung J.-S. et al. Synthesis of silver nanoparticles by chemical reduction method. //Korean Chem. Eng. Res. 2004.V.42. P.78.

54. Khan Z., Al-Thabaiti S. A., El-Mossalamy E.H. et al. Studies on the kinetics of growth of silver nanoparticles in different surfactant solutions. //Coll. Surf.B. 2009. V.73. P.284.

55. Wu S.-H., Chen D.-H. Synthesis of high-concentration Cu nanoparticles in aqueous СТАВ solutions.//J.Coll.Interf.Sci. V.273. P. 165.

56. Wang Y., Biradar F.V., Wang G. et al. Controlled synthesis of water-dispersible faceted crystalline copper nanoparticles and their catalytic properties. // Chemistry. 2010. V.16. P.10735.

57. Wang Y., Asefa T. Poly(allylamine)-stabilized colloidal copper nanoparticles: synthesis, morphology, and their surface-enhanced Raman scattering properties.// Langmuir. 2010. V. 26(10). P.7469.

58. Esumi K., Hosoya T., Suzuki A. et al. Formation of Gold and Silver Nanoparticles in Aqueous Solution of Sugar-Persubstituted Poly(amidoamine) Dendrimers. // J.Coll.Interf.Sci. 2000. V.226. P.346.

59. Chen S., Hu G.-H., Chen G. et al. Experimental study and dissipative particle dynamics simulation of the formation and stabilization of gold nanoparticles in PEO-PPO-PEO block copolymer micelles. // Chem. Eng. Sci. 2007. V.62. P.5251.

60. Luo Y. Size-controlled preparation of dendrimer-protected gold nanoparticles: A sunlight irradiation-based strategy. // Materials Letters. 2008. V.62. P.3770.

61. Khan Z., Al-Thabaiti S. A., El-Mossalamy E.H. et al. Studies on the kinetics of growth of silver nanoparticles in different surfactant solutions. //Coll.Surf.B. 2009. V.73. P.284.

62. Pinto V. V., Ferreira M. J., Silva R. et al. Long time effect on the stability of silver nanoparticles in aqueous medium: effect of the synthesis and storage conditions. // Coll.Surf. A. 2010. V.364. P.19.

63. Guo L., Nie J., Du B. et al. Thermoresponsive polymer-stabilized silver nanoparticles. //J.Coll.Interf.Sci. 2008.V.319. P. 175.

64. Angelescu D. G., Vasilescu M., Somoghi R. et al. Kinetics and optical properties of the silver nanoparticles in aqueous L64 block copolymer solutions. // Coll. Surf. A. 2010. V.366. P.155.

65. Jin L., Yang S.-P., Tian Q.-W. et al. Preparation and characterization of copper metal nanoparticles using dendrimers as protectively colloids.// Mater. Chem. Phys. 2008. V.112. P.977.

66. Vigneshwaran N., Nachane R.P., Balasubramanya R.H. et al. A novel one-pot 'green' synthesis of stable silver nanoparticles using soluble starch. // Carbohydrate Res. 2006. V.341. P.2012.

67. Manoth M., Manzoor K., Patra M.K. et al. Dendrigraft polymer-based synthesis of silver nanoparticles showing bright blue fluorescence. // Mater. Res. Bull. 2009. V.44. P.714.

68. Khan Z., AL-Thabaiti S. A., Obaid A. Y. et al. Preparation and characterization of silver nanoparticles by chemical reduction method.// Coll. Surf. B. 2010 (in press).

69. Ahmad N., Malik M.A., Al-Nowaiser F.M. et al. A kinetic study of silver nanoparticles formation from paracetamol and silver(I) in aqueous and micellar media. // Colloids and surfaces. B: Biointerfaces. 2010. 78 (1). P.109-114.

70. Sau Т.К., Murphy C.J. Room temperature, high-yield synthesis of multiple shapes of gold nanoparticles in aqueous solution. //J.Am.Chem.Soc. 2004. 126(28) 8648-9.

71. Biswal J., Ramnani S.P., Shirolikar S. et al. Synthesis of rectangular plate like gold nanoparticles by in situ generation of seeds by combining both radiation and chemical methods. //Rad. Phys. Chem. 2011. V.80. P.44.

72. Abdulla-Al-Mamun Md., Kusumoto Y., Muruganandham M. Simple new synthesis of copper nanoparticles in water/acetonitrile mixed solvent and their characterization.// Materials Letters. 2009. V.63. P.2007.

73. Дыкман JI.А., Ляхов А.А., Богатырев B.A. и др. Синтез коллоидного золота с применением высокомолекулярных восстановителей. //Коллоидный журн. 1998. Т.60. С.757.

74. Moon S.Y., Kusunose Т., Sekino T. CTAB-Assisted Synthesis of Size- and Shape-Controlled Gold Nanoparticles in SDS Aqueous Solution. //Mater. Lett. 2009. V.63, P.2038.

75. Prasad B.L.V., Arumugan S.K., Bala T. et al. Solvent-adaptable silver nanoparticles. // Langmuir. 2005. V.21. P.822-6.

76. Seo D., Yoon W., Park S. et al. The preparation of hydrophobic silver nanoparticles via solvent exchange method.// Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2008.V.313-314.P.158-161.

77. Bhui D. K., Bar H., Sarkar P. et al. Synthesis and UV-vis spectroscopic study of silver nanoparticles in aqueous SDS solution. //Journal of Molecular Lipids. 2009. V.145. P.33.

78. Voets I. К., A de Keizer., Frederik P. M. et al. Environment-sensitive stabilisation of silver nanoparticles in aqueous solutions. // J.Coll.Interf.Sci. 2009.V.339. №2. P. 317324.

79. Guajardo-Pacheco Ma J., Morales-Sánchez J.E., González-Hernández J. et al. Synthesis of copper nanoparticles using soybeans as a chelant agent.// Materials Letters. 2010.V.64.№12. P. 1361-1364.

80. Jin L., Yang S.-P., Tian Q.-W. et al. Preparation and characterization of copper metal nanoparticles using dendrimers as protectively colloids. // Mater. Lett. 2008.V.112.№3. P. 977-983.

81. Maye M.M., Han L., Kariuki N.N. et al. Gold and alloy nanoparticles in solution and thin film assembly: spectrophotometric determination of molar adsorptivity. // Analytica Chimica Acta. 2003. V.496. P.17-27.

82. Misra Т.К., Chen T.-S., Liu C.-Y. Phase transfer of gold nanoparticles from aqueous to organic solution containing resorcinarene.// J. Coll. Interf. Sci. 2006.V.297. P. 584588.

83. Xu Z.-C., Shen C.-M., Yang T.-Z. et al. From aqueous to organic: A step-by-step strategy for shape evolution of gold nanoparticles. // Chemical Physics Letters. 2005.V.415.№4-6. P. 342-345.

84. Zhang S., Leem G., Srisombat L.O. et al. Rationally designed ligands that inhibit the aggregation of large gold nanoparticles in solution. // J.Am.Chem.Soc. 2008. 130(1). 113-20. Epub Dec. 2007.

85. Sudip N., Subhra J., Pradhan M. et al. Ligand-stabilized metal nanoparticles in organic solvent.//Journal of Colloid and Interface Science. 2010.V. 341.№2. P. 333-352.

86. Кобаяси H. Введение в нанотехнологию. M.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2003.

87. Андриевский Р. А., Рагуля А. В, Наноструктурные материалы. М.: Академия. 2005.

88. Korgel В.А., Fullam S., Connolly S. et al. Assembly and self-organization of silver nanocrystal superlattices: ordered "soft spheres". //J. Phys. Chem. 1998. V.102. P.8379.

89. Brust M., Walker M., Bethell D. et al. // J.Chem.Soc.Chem.Commun. 1994. V.7. P.801.

90. Brust M., Bethell D., Schiffrin D.I. //Adv.Mater. 1995. V.7. P.795.

91. Leff D.V., Ohara P.C., Heath J.R. et al. Thermodynamic control of gold nanocrystal size: experiment and theory. //J.Phys.Chem. 1995. V.99. P.7036.

92. Vorobyova S.A., Sobal N.S., Lesnikovich A.I. Collidal gold, prepared by interphase reduction. //Colloids and Surfaces A. 2001. V. 176. P.273.

93. Maye M.M., Han L., Kariuki N.N. et al. Gold and alloy nanoparticles in solution and thin film assembly: spectrophotometric determination of molar adsorptivity. //Analytica Chimica Acta. 2003. V.496. P. 17-27.

94. Chen S., Murray R.W. Electrochemical quantized capacitance charging of surface ensembles of gold nanoparticles. // J.Phys.Chem.B. 1999. V.103. P.9996-10000.

95. Dadgostar N., Ferdous S., Henneke D. Colloidal synthesis of copper nanoparticles in a two-phase liquid-liquid system. // Materials Letters. 2010.V.64. №1. P. 45-48.

96. Vorobyova S. A., Lesnikovich A. I., Muchinskii V. V. Interphase synthesis and some characteristics of stable colloidal solution of CuO in octane.// Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1999.V. 150.№l-3. P. 297-300.

97. Chen Y., Wang X. Novel phase-transfer preparation of monodisperse silver and gold nanoparticles at room temperature. //Materials Letters. 2008.V. 62.№100. P. 22152218.

98. Vorobyova S. A., Lesnikovich A. I., Sobal N. S. Preparation of silver nanoparticles by interphase reduction.// Colloids and Surfaces A. 1999. V.152. P.375.

99. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. Пер. с англ. М.: Мир. 1986.

100. Wen Jin, Li Jie, Liu Shijun et al. Preparation of copper nanoparticles in a-water/oleic acid mixed solvent via two-step reduction method// Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.2010. Article in Press. Accepted Manuscript.

101. Song X., Sun S., Zhang W. et al. A method for the synthesis of spherical copper nanoparticles in the organic phase.// J.Coll. Interf.SAci. V.273. P.463.

102. Общая органическая химия. Пер. с англ. М. 1982. т.З.

103. Исламутдинова А.А., Мунасыпов A.M. Синтез азот-фосфорсодержащего соединения с дезинфицирующими свойствами.// В мире научных открытий. 2010. №4. С.21.

104. Wang X., Chen Y. A new two-phase system for the preparation of nearly monodisperse silver nanoparticles.// Mater. Lett. 2008.V.62. №28. P.4366-4368.

105. Huang Z.-Y., Mills G., Hajek B. Spontaneous formation of silver nanoparticles in basic-2-propanol. //J.Phys.Chem. 1993. V.97. P.11542.

106. Balan L., Malval J.-P., Schneider R. et al. Silver nanoparticles: New synthesis, characterization and photophysical properties.// Mater. Chem.Phys, 2007.V. 104.№2-3. P. 417-421.

107. Kim D., Jeong S., Moon J. Synthesis of silver nanoparticles using the polyol process and the influence of precursor injection.// Nanotechnology. 2006. 17 4019 doi: 10.1088/0957-4484/17/16/004.

108. Kyun P.B., Jeong S., Kim D. Synthesis and size control of monodisperse copper nanoparticles by polyol method.// Journal of Colloid and Interface Science. 2007.V.311.№2. P. 417-424.

109. Hao Li, Shijun Liao. Organic colloid method to prepare ultrafme cobalt nanoparticles with the size of 2 nm.// Solid State Communications. 2008.V. 145.№3. P.118-121.

110. Tzitzios V., Niarchos D., Gjoka M. et al. Synthesis of CoPt nanoparticles by a modified polyol method: characterization and magnetic properties. // Nanotechnology. 2005. V.16.P. 287.

111. Kim J. W., Lim В., Jang H.-S. et al. Size-controlled synthesis of Pt nanoparticles and their electrochemical activities toward oxygen reduction. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2011. V.36. P.706.

112. Оленин А.Ю., Крутяков Ю.А., Лисичкин Г.В. О механизмах формирования анизотропных наноструктур серебра в условиях полиольного синтеза. //Российские -нанотехнологии. 2010. Т.5. №5-6. С.128-131.

113. Wang Н., Qiao X., Chen J. et al. Mechanisms of PVP in the preparation of silver nanoparticles. // Mater. Chem. Phys. 2005. V.94. P.449.

114. Березин И.В. Действие ферментов в обращенных мицеллах. М.: Наука. 1985.

115. Итоги науки и техники. Сер. Биофизика мембран. Т.З. Взаимодействие и слияние мембран. М.: ВИНИТИ. 1984.

116. Levashov A.V., Klyachko N.L. Enzymes in Reverse Micelles (Microemulsions): Theory and Practice. In: Interfacial Catalysis. (Ed. by A.G.Volkov). Marcel Dekker. N.Y.:-Basel. 2003.P.355.

117. Klyachko N.L., Levashov A.V. Bioorganic synthesis in reverse micelles and related systems.// Curr. Opinion in Coll. Interf. Sci. 2003. V.8. P.179.

118. Захарова Л.Я., Ибрагимова A.P., Валеева Ф.Г. и др. Влияние природы ПАВ и дисперсионной среды на каталитический эффект обращенных мицеллярных систем. //Ж. Физ. химии. 2007. №1. С.29-33.

119. Zakharova L.Ya., Valeeva F.G., Zakharov A.V et al. Micellization and catalytic activity of the cetyltrimethylammonium bromide Brij 97 - water mixed micellar system. // J.Colloid Interface Sci. 2003.V.263.№ 2. P. 597-605.

120. Zuev Y.F, Mirgorodskaya A.B., Idiatullin B.Z. Structural properties of microheterogeneous surfactant-based catalytic system. Multicomponent self-diffusion NMR approach. // Applied magnetic resonance. 2004. V.27. P. 489-500.

121. Захарченко Н.Л., Стушшшна E.A., Зуев Ю.Ф. и др. Исследование щелочного и ферментативного гидролиза n-нитрофенилацетата в перколирующей эмульсии вода-масло на основе АОТ.// Вестник МГУ сер. 2 Химия. 2001. Т.41. С.386.

122. Structure and Reactivity in Reverse Micelles. (Pileni M.-P., ed.). Amsterdam-N.Y.Toronto. Elsevier. 1989.

123. Robinson B.H., Khan-Lodhi A.N., Towey T. Microparticle synthesis and characterization in reverse micelles. In: Structure and Reactivity in Reverse Micelles. (Pileni M.-P., ed.). //Amsterdam-N.Y.-Toronto. Elsevier. 1989. P. 199.

124. Capek I. Preparation of metal nanoparticles in water-in-oil (w/o) microemulsions.// Adv. Coll. Interf. Sci. 2004.V. 110. №1-2. P. 49-74.

125. Pileni M.-P. Nanosized particles in colloidal assemblies.// Langmuir. 1997.1. V.13.P.3266.

126. Wilcoxon J.P., Williamson R.L., Baughman R. Optical properties of gold colloids formed in reverse micelles. //J.Chem.Phys.1993. V.98. P.9933-50.

127. Uskokovic V., Drofenik M. Reverse micelles: Inert nano-reactors or physico-chemically active guides of the capped reactions. //Adv. Coll. Interf. Sci. 2007. V.133. P.23.

128. Surfactants. (Th.F. Tadros, Ed.). Academic Press.London-New York-Tokyo. 1984.

129. Кузьмин М.Г., Зайцев H.K. Кинетика фотохимических реакций разделения зарядов в мицеллярных растворах. //Итоги науки и техники сер. М.: Химия. 1987.

130. Maitra A. Determination of size parameters of water-aerosol ОТ -oil reverse micelles from their nuclear magnetic resonance data. // J.Phys.Chem. 1984. V.88. P.5122.

131. Левашов A.B., Пантин В.И., Мартинек К. Кислотно-основной индикатор 2,4-динитрофенол в обращенных мицеллах поверхностно-активного вещества (АОТ) в октане. //Коллоидный журн. 1979. Т.41.С.453.

132. Day R.A., Robinson В.Н., Clarke J.H.R. et al. Characterization of water-containing reversed micelles by viscosity and dynamic light scattering methods. //J.Chem.Soc.Far.Trans. I. 1979. V.75. P. 132.

133. Zulauf M., Eicke H.-F. Inverted micelles and microemulsions in the ternary system H20/aerosol-OT/isooctane as studied by photon correlation spectroscopy. // J.Phys.Chem. 1979. V.83. P.480.

134. El Seoud O.A., Chinelatto A.M., Shimizu M.R. Acid-base indicator equilibria in the presence of aerosol-OT aggregates in heptane. Ion exchange in reverse micelles. //J.Coll.Interf.Sci. 1982. V.88. P.420.

135. Kotlarchyk M., Huang J.S., Chen S.H.//J.Phys.Chem. 1985. V.89. P.4382.

136. Grand D. Electron transfer in reverse micellar solutions: influence of the intcrfacial bound water. // J.Phys.Chem. 1998. V.102. P.4322.

137. Hirai M., Kawai-Hirai, Sanada M. et al. Characterization of AOT microemulsion structure depending on apolar solvents. //J.Phys.Chem. 1999. V.103. P.9658.

138. Цыганков B.C. Диффузия растворителя в системах обращенных мицелл.// Журн. Физической Химии. 2001. Т.75. С. 1522.

139. Garza С., Garbajal-Tinoco M.D., Castillo R.// J.Coll.Interf.Sci. 2004. V.280. P.276.

140. Булавченко А.И. Структура обратных мицелл и жидких мембран при концентрировании анионных комплексов металлов. // Автореф. дисс. На соиск. Уч. степ, доктора хим. наук. Новосибирск. 2004.

141. Абрамзон А. А., Гаев Г.М. Поверхностно-активные вещества. Справочник. Л.: Химия. 1979.

142. Lisiecki I., Pileni М.-Р. Copper metallic particles synthesized "in situ" in reverse micelles: influence of various parameters on the size of the particles. //J.Phys.Chem. 1995. V.99.P.5077.

143. Petit C., Lixon P., Pileni M.-P. In situ synthesis of silver nanoparticles in AOT reverse micelles. //J. Phys. Chem. 1993. V.97. P.12974.

144. Arcoleo V., Liveri V.T. AFM investigation of gold nanoparticles synthesized in water/AOT/n-heptane microemulsions.// Chem. Phys. Lett. 1996. V.258. P.223-227.

145. Zhang W., Qiao X., Chen J. et al. Preparation of silver nanoparticles in water-in-oil AOT reverse micelles.// J.Coll.Interf.Sci. 2006. V.302. P.370-373.

146. Карпов C.B., Басько А.Л., Попов A.K. и др. Оптические спектры коллоидов серебра с позиций физики фракталов.// Коллоидный журн. 2000. Т.62. С.773.

147. Sinzig J., Radike U., Quinten M. et al.// Z.Phys.D. 1993. V.26. P.242.

148. Ouinten M.// Z. Phys.D. 1996. V. 101. P.211.

149. Heard S.M., Griezer F., Barrachlough C.G. et al. //J.Coll.Interf.Sci. 1983. V.93.P.545.

150. Карпов C.B. , Попов A.K., Слабко B.B. и др. // Коллоидный Журн. 1995. Т.57. С.199.

151. Henglein A., Giersig М. Formation of colloidal silver nanoparticles: capping action of citrate. //J.Phys.Chem. 1999. V.103. P.95533.

152. Tan T.T.Y., Liu S., Zhang Y. et al. Microemulsion Preparative Methods (Overview). // Comprehensive nanoscience and technology. 2010. V.5. P.399.

153. Wilkander K., Petit C, Holmberg K. et al. Size control and growth process of alkylamine-stabilized platinum nanocrystals: a comparison between the phase transfer and reverse micelles methods. //Langmuir. 2006. 22(10). 4863-8.

154. Sharma R.K., Sharma P., Maitra A. Size-dependent catalytic behavior of platinum nanoparticles on the hexacyanoferrate(III)/thiosulfate redox reaction.// Journal of colloid and interface science. 2003.265 (1). P.134-140.

155. Legrand J., Petit C., Bazin D. et al. Collective effect on magnetic properties of 2D superlattices of nanosized cobalt particles.// Applied Surface Science. 2000.V. 164.№l-4. P.186-192.

156. Jahangeer A., Shudhanshu Sh., Kandalam V. et al. Microemulsion-mediated synthesis of cobalt (pure fee and hexagonal phases) and cobalt-nickel alloy nanoparticles.//J. Coll Interf.Sci. 2009.V. 336.№2. P. 814-819.

157. Longo A., Giordano F., Giannici F. et al.// Journal of Applied Physics. 2009. doi: 10.1063/1.3133131.

158. Lin X.-M., Samia A. C.S. Synthesis, assembly and physical properties of magnetic nanoparticles.// Journal of Magnetism and magnetic materials. 2006.1. V.305. №1. P. 100-109.

159. Torchio R., Meneghini C., Mobilio S. Microstructure and magnetic properties of colloidal cobalt nano-clusters.// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2010.V.322. №21. P. 3565-3571.

160. Chen-Li Chiang. Controlled Growth of Gold Nanoparticles in AOT/C12E4/Isooctane Mixed Reverse Micelles. //Journal of Colloid and Interface Science. 200l.V. 239. №2. P. 334-341.

161. Herrera A.P, Resto O., Briano J.G. et al. Synthesis and agglomeration of gold nanoparticles in reverse micelles.// Nanotechnology. 2005.doi: 10.1088/09574484/16/7/040.

162. Lin J., Zhou W., O'Connor C.J. Formation of ordered arrays of gold nanoparticles from CTAB reverse micelles.// Mater. Lett. 2001. V.49. P. 282.

163. Chiang C.-L., Hsu M.-B., Lai L.-B. Control of nucleation and growth of gold nanoparticles in AOT/Span80/isooctane mixed reverse micelles.// J. Solid State Chemistry. 2004. V.177. P.3891.

164. Spirin M.G., Brichkin S.B., Rasumov V.F. Studies on absorption spectra of uniform gold nanoparticles prepared in Triton X-100 reverse micelles.// J. Photochem. Photobiol. 2008. V.196. P.174.

165. Zhang W., Qiao X., Chen J. Synthesis and characterization of silver nanoparticles in AOT microemulsion system. // Chemical Physics. 2006. V.330. P.495-500.

166. Xie Y., Ye R., Liu H. Synthesis of silver nanoparticles in reverse micelles stabilized by natural biosurfactant.// Colloids and Surfaces A. 2006. V.279.№ 1-3. P. 175-178.

167. Xu J., Han X., Liuand H. et al. Synthesis and optical properties of silver nanoparticles stabilized by gemini surfactant. //Coll. Surf. A. 2006. V.273. P.179.

168. Athawale A.A., Katre P.P., Kumar M. et al. Synthesis of CTAB-IPA reduced copper nanoparticles.// Mater. Chem.Phys. 2005.V. 91.№ 2-3. P.507.

169. Bucak S., Pugh-Jones A., Lewis C. et al. Metal nanoparticle formation in oil media using di(2-ethylhexyl) phosphoric acid (HDEHP).// J.Coll. Interf. Sci. 2008.V. 320.№ 1. P. 163.

170. Martinez A., Prieto G. Breaking the dispersion-reducibility dependence in oxide-supported cobalt nanoparticles.// J. Catal. 2007.V.245.№ 2. P.470-476.

171. Martinez A., Prieto G. The key role of support surface tuning during the preparation of catalysts from reverse micellar-synthesized metal nanoparticles.// Catalysis Commun. 2007.V. 8. № 10. P. 1479-1486.

172. Ершов Б.Г. Кинетика, механизм и интермедиаты некоторых радиационно-химических реакций в водных растворах.// Успехи химии. 2004. Т.73. №1 С.107-120.

173. Henglein A., Meisel D. Radiolytic control of the size of colloidal gold nanoparticles. //Langmuir. 1998. V.14. P.7392.

174. Ершов Б.Г. Ионы металлов в необычных и неустойчивых состояниях окисления в водных растворах: получение и свойства. // Успехи химии. 1997. Т.66. С.103-116.

175. Ершов Б.Г. Коллоидная медь в водном растворе: радиационно-химическое восстановление, механизм образования и свойства. //Известия Академии Наук. Сер. Химическая. 1994. №1. С.25.

176. Remita S., Mostafavi М., Delcourt М.О. Bimetallic Ag-Pt and Au-Pt aggregates synthesized by radiolysis. // Radiat. Phys. Chem. 1996. V.47. P.275.

177. Treuger M., de Cointet C., Remita H. et al. Dose rate effects on radiolytic synthesis of gold-silver bimetallic clusters in solution. //J. Phys. Chem. 1998. V.102. P.4310.

178. Henglein A., Meisel D. Spectrophotometric observations of the adsorption of organosulfur compounds on colloidal silver nanoparticles. //J.Phys.Chem. B. 1998. V.102. P.8364.

179. Kiryukhin M.V., Sergeev B.M., Prusov A.N. et al. Photochemical reduction of silver cations in a polyelectrolyte matrix. //Polymer Science B. 2000.V.42. №5-6. P. 158.

180. Бричкин С.Б., Разумов В.Ф., Спирин М.Г. Образование кластеров серебра при фотоинициированном химическом восстановлении нанокристаллов AgBr в обратных мицеллах. //Коллоидный журн. 2000. Т.62. С. 12.

181. Harada М., Saijo К., Sakamoto N. Small-angle X-ray scattering study of metal nanoparticles prepared by photoreduction in aqueous solutions of sodium dodecyl sulfate. // Coll Surf.A. 2009. V.345. P.41

182. Wang Li, Wei Gang, Guo Cunlan et al. Photochemical synthesis and self-assembly of gold nanoparticles.//Coll. Surf. A. 2008.V.312.№2-3. P.148-153.

183. Смирнова JI.A., Грачева T.A., Мочалова A.E. и др. Особенности формирования наночастиц золота в растворах хитозана, допированных НАиСЦ. //Российские нанотехнологии. 2010. Т.5. С.79.

184. Yoksan R., Chirachanchai S. Silver nanoparticles dispersing in chitosan solution: Preparation by y-ray irradiation and their antimicrobial activities. // Materials Chemistry and Physics. 2009. V.l 15. P.296-302

185. Sakamoto M., Fujistuka M., Tetsuro M. Light as a construction tool of metal nanoparticles: Synthesis and mechanism.// J.Photochem. Photobiol. C: Photochemistry Reviews. 2009.V.10. № 1. P. 33-56.

186. Бугаенко Л.Т., Кузьмин М.Г., Полак Л.С. Химия высоких энергий. М.: Химия. 1988.

187. Лебедев А.Д., Левчук Ю.Н., Ломакин А.В. и др. Лазерная корреляционная спектроскопия в биологии. Киев: Наукова думка. 1987.

188. Kora A. J., Manjusha R., Arunachalam J. Superior bactericidal activity of SDS capped silver nanoparticles: Synthesis and characterization. // Mater. Sci. Engin. 2009.V.29.№7. P. 2104-2109.

189. Li L., Cao X., Yu F. et al. G1 dendrimers-mediated evolution of silver nanostructures from nanoparticles to solid spheres. //J.Coll.Interf.Sci. 2003. V.261. P.366.

190. Xu G., Qiao X., Qiu X. et al. Preparation and characterization of stable monodisperse silver nanoparticles via photoreduction. //Colloids and Surfaces A. 2008. V.320, №1-3. P.222-226.

191. Логинов A.B., Михайлова Л.В., Горбунова B.B. и др. // Жури, прикл. Химии. 1990. Т.63. С.1070.

192. Логинов А.В., Алексеева Л.В., Горбунова В.В. и др. // Журн. прикл. Химии. 1994. Т.67. С.803.

193. Arul Dhas N., Cohen H., Gedanken A.//J.Phys.Chem. В. 1997. V.101. P.6834.

194. Kimura К.// J.Phys.Chem. 1994. V.98. P. 11997.

195. Satoh N. Hasegawa H„ Tsuiji K. et al. // J.Phys.Chem. 1994. V.98. P.2143.

196. Takeuchi Y., Ida Т., Kimura KM J.Phys.Chem. 1997. V.101. P.1322.

197. Карпов C.B., Слабко B.B, Чиганова Г.А. О причинах фотостимулированной агрегации золей металлов. //Коллоидный журн. 2002. Т.64. С.474

198. Кирюхин М.В., Сергеев Б.М., Сергеев В.Г. // Физикохимия ультрадисперсных систем: Сб. науч.тр. V Всерос. Конф. Екатеринбург. 2001. С. 133.

199. Henglein АЛ J.Phys.Chem. 1993. V.97. Р.5457.

200. Ershov B.G., Janata Е., Henglein АЛ J.Phys.Chem. 1993. V.97. P.339

201. Ершов Б.Г., Сухов П.Л., Троицкий Д.А. Влияние ионов водорода на процесс радиационно-химического образования золей серебра в водных растворах его солей. //Известия АН СССР, сер. Химическая. 1980. №8. С.1930-1931.

202. Henglein A., Lillie J. Storage of electrons in Aqueous solutionA the rates of chemical charging and discharging the colloidal silver microelectrode.// J. Am.Chem.Soc. 1981. V.103. P.1059.

203. Троицкий Д.А., Сухов Н.Л., Ершов Б.Г. и др.// Химия высоких энергий. 1994. Т.29. МС.218.

204. Michaelis М., Henglein A.// J.Phys.Chem. 1992. V.96. Р.4719.

205. Бойцова Т.Б., Горбунова В.В., Логинов А.В. //Журн. общ. химии. 1997. Т.67. С.1741.

206. Treuger М., de Cointet С., Remita Н. et al. Dose rate effects on radiolytic synthesis of gold-silver bimetallic clusters in solution. //J. Phys. Chem. 1998. V.102. P.4310.

207. Naghavi K., Saion E., Rezaee K.et al. Influence of dose on particle size of colloidal silver nanoparticles synthesized by gamma radiation. //Radiation Phys.Chem. 2010.V.79. P. 1203.

208. Yoksan R., Chirachanchai S. Silver nanoparticles dispersing in chitosan solution: Preparation by y-ray irradiation and their antimicrobial activities.// Materials Chemistry and Physics. 2009. V.l 15. №1 P.296-302 .

209. Ершов Б.Г .//Изв. РАН сер.Хим. 1994. С.25.

210. Henglein A., Holzwarth A., Janata Т. // Ber. Phys. Chem. 1993. V.97. Р.1429.

211. Henglein A., Mulvaney P., Linnert Т. et al. // J.Phys.Chem. 1992. V.96.P.2411.

212. Remita S., Mostafavi M., Delcourt M.O.// Bimetallic Ag-Pt and Au-Pt aggregates synthesized by radiolysis. Radiat. Phys. Chem. 1996. V.47. P.275.

213. Biswal J., Ramnani S.P., Shirolikar S. et al. Synthesis of rectangular plate like gold nanoparticles by in situ generation of seeds by combining both radiation and chemical methods.// Radiation Phys. Chem. 2011. V.80. P. 44-49.

214. Докучаев А.Г., Мясоедова Т.Г., Ревина А.А.//Изучение влияния различных факторов на образование агрегатов серебра в обратных мицеллах под действием у -излучения.//Химия высоких энергий. 1997. Т. 31. С.353.

215. Егорова Е.М., Ревина А.А. Оптические свойства и размеры наночастиц серебра в мицеллярных растворах. // Коллоидный журн. 2002. Т.64. С.334.

216. Ревина А.А., Кезиков А.П., Алексеев А.В. и др. Радиационно-химический синтез стабильных наночастиц металлов. //Нанотехника. 2005. №4. С. 105.

217. Mandal М., Kundu S., Ghosh S.K. et al. Micelle-mediated UV-photoactivation route for the evolution of Pdcore-Ausheii and Pdcore-AgSheii bimetallics from photogenerated Pd nanoparticles. //J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry. 2004. V.167. P. 17-22.

218. Pileni M.-P. Hydrated electrons in reverse micelles. In: Structure and Reactivity in Reverse Micelles. (Pileni MAP., ed.). Amsterdam-N.Y.-Toronto. Elsevier. 1989. P. 176.

219. Pileni M.-P., Hickel В., Ferradini C. et al. //Chem.Phys.Lett.1982. V.92.P.308.

220. Полукаров Ю.М. Электрокристаллизация металлов. В кн: Физическая химия. Современные проблемы. Под ред Я.М.Колотыркина. М.: Наука. 1985. С.37.

221. Song Y., Ma Y., Wang Y. et al. Electrochemical deposition of gold-platinum alloy nanoparticles on an indium tin oxide electrode and their electrocatalytic applications. //Electrochimica Acta. 2010.V. 55. № 17. P. 4909-4914.

222. Reetz M.T., Heibig W., Quaiser S.A. et al. //Science. 1995. V.267. P.367.

223. Fendler J.H., Meldrum F.C.// Adv. Mater. 1995. V.7. P.607.

224. Zhao X.K., Fendler J.H.// J.Phys.Chem. 1990. V.94. P.3384.

225. Zhou M., Chen S., Ren H. et al. Electrochemical formation of platinum nanoparticles by a novel rotating cathode method.// Physica E: Low-dimensional systems and nanostructures. 2005.V.27. № 3. P. 341-350.

226. Hu M.Z., Easterly C.E. A novel thermal electrochemical synthesis method for production of stable colloids of "naked" metal (Ag) nanocrystals.// Mater. Sei. Eng. C. Development of Nanostructures for Medicine Special Issue. 2009.V. 29. №3. P. 726-736.

227. Shankar S.S., Ahmad A., Sastry M.// Biotechnol. Prog. 2003. V.19. P.1627

228. Shankar S.S., Ahmad A., Pastricha R., et al. Bioreduction of chloroaurate ions by geranium leaves and its endophytic fungus yields gold nanoparticles of different shapes //J. Mater. Chem. 2003. V.13. P.1822.

229. Badri N.K., Natarajan S. Biological synthesis of metal nanoparticles by microbes. //Adv. Coll. Interf. Sei. 2010. V.156. P. 1-13.

230. Naheed A., Sharma S., Alam Md. K. Rapid synthesis of silver nanoparticles using dried medicinal plant of basil. //Coll. Surf. B. 2010.V.81.№ 1. P. 81.

231. Krishnaraj C., Jagan E.G., Rajasekar S. et al. Synthesis of silver nanoparticles using Acalypha indica leaf extracts and its antibacterial activity against water borne pathogens.// Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2010.V. 76. №1. P. 50-56.

232. Raghunandan D., Bedre M. D., Basavaraja S. et al. Rapid biosynthesis of irregular shaped gold nanoparticles from macerated aqueous extracellular dried clove buds (Syzygium aromaticum) solution.// Coll. Surf. B. 2010. V.79. P. 235.

233. Kasthuri J., Veerapandian S., Radjendiran N. Biological synthesis of silver and gold nanoparticles using apiin as reducing agent.// Colloids and Surfaces B. 2009. V.68. P.55.

234. Khalil M.M.H., Етап H. et al. Biosynthesis of Au nanoparticles using olive leaf extract. //Arabian Journal of Chemistry. 2010.Article in Press. Corrected Proof.

235. Castro L., Blazquez M. L., Gonzalez F. et al. Extracellular biosynthesis of gold nanoparticles using sugar beet pulp. // Chem. Engineering Journ. 2010. V.164 P. 92-97.

236. Prathna C., Chandrasekaran N., Raichur Ashok M. et al. Biomimetic synthesis of silver nanoparticles by Citrus limon (lemon) aqueous extract and theoretical prediction of particle size. //Coll. Surf. B. 2011.V. 82. № 1. P. 152.

237. Кульский JI.A. Серебряная вода. Изд. 9-е. Киев: Наукова думка. 1987.

238. Ульберг З.Р., Марочко Л.Г., Савкйн А.Г. и др. Химические взаимодействия в процессах сорбции металлов клетками микроорганизмов. // Коллоидный журн. 1998. Т.60. С.836 842.

239. Shahverdi A.R., Minaeian S.,. Shahverdi H. R et al. Rapid synthesis of silver nanoparticles using culture supernatants of Enterobacteria: A novel biological approach. //Process Biochem. 2007. V.42. P, 919-923.

240. Nanda A., Saravanan M. Biosynthesis of silver nanoparticles from Staphylococcus aureus and its antimicrobial activity against MRSA and MRSE.// Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2009.V.5. №4. P. 452-456.

241. Husseiny M.A., Badr El-Aziz Y., Mahmoud M.A. Biosynthesis of gold nanoparticles using Pseudomonas aeruginosa. //Spectrochim. Acta A67.2007. P. 1003.

242. Vigneshwaran N., Ashtaputre N.M., Yaradarajan P.V. et al/ Biological synthesis of silver nanoparticles using the fungus Aspergillus flavus. //Materials Letters. 2007.V.61.№ 6. P. 1413-1418.

243. Егорова Т.А., Клунова C.M., Живухина E.A. Основы биотехнологии. М.: Издательский центр «Академия». 2003.

244. Daizy Ph. Mangifera Indica leaf-assisted biosynthesis of well-dispersed silver nanoparticles. //Spectrochimica Acta A. 2011. V.78. Article in Press, Corrected Proof -Note to users.

245. Dwivedi Amarendra Dhar, Gopal K. Biosynthesis of silver and gold nanoparticles using Chenopodium album leaf extract.// Coll. Surf. A. 2010.V. 369.№l-3. P. 27-33.

246. Dubey Shashi P., Lahtinen M., Sillanpaa M. Green synthesis and characterizations of silver and gold nanoparticles using leaf extract of Rosa rugosa.// Coll. Surf. A. 2010.V.364. № 1-3. P. 34-41.

247. Wang Y., He X., Wang K., et al. Barbated Skullcup herb extract-mediated biosynthesis of gold nanoparticles and its primary application in electrochemistry.// Colloids and Surfaces B: Biointerfaces . 2009.V. 73.№ 1. P. 75-79.

248. Bar H., Bhui D. Kr., Sahoo G. P. et al. Green synthesis of silver nanoparticles using seed extract of Jatropha curcas. // Coll. Surf.A. 2009. V.348. P. 212-216.

249. Shaligram Nikhil S., Bule Mahesh, Bhambure Rahul et al. Biosynthesis of silver nanoparticles using aqueous extract from the compactin producing fungal strain.// Proc. Biochem. 2009. V.44. P. 939-943.

250. Basavaraja S., Balaji S.D., Lagashetty A. Extracellular biosynthesis of silver nanoparticles using the fungus Fusarium semitectum.// Mater. Research Bull. 2008. V.43. P.1164-1170.

251. Agnihotri Mithila, Joshi Swanand, Kumar Ameeta Ravi et al. Biosynthesis of gold nanoparticles by the tropical marine yeast Yarrowia lipolytica NCIM 3589.// Materials Letters. 2009. V.63. P.1231-1234.

252. Inbakandan D., Venkatesan R., Ajmal Khan S. Biosynthesis of gold nanoparticles utilizing marine sponge Acanthella elongata (Dendy, 1905).// Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2010.V.81. № 2. P.634-639.

253. Chen W., Wu W., Chen H., Shen Z. Preparation and characterization of noble metal nanocolloids by silk fibroin in situ reduction. //Science in China B. 2003. V.46. P.330.

254. Кретович B.JI. Основы биохимии растений. М.: «Высшая школа». 1971.

255. Запрометов М.Н. Основы биохимии фенольных соединений. М. 1974.

256. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях. М. 1993.

257. Родионов И.И., Морозова Э.Я. В сб.: Биологически активные вещества в жизни растений и животных. Минск. 1973. С.40.

258. Костюк В.А., Потапович А.И., Терещенко С.М. и др. //Биохимия. 1988. Т.53. С.1365.

259. De Whalley C.V., Rankin S.M., Hoult J.R.S. et al.// Biochemical Pharmacology. 1990.V.39. P.1743.

260. Morel I., Lescoat G., Cogrel P. et al.// Biochemical Pharmacology. 1993. V.45. P.13.

261. Terao J., Piskula M., Yao Q.// Arch. Biochem. Biophys. 1994. V.308. P.278.

262. Middleton E., Jr., Kandaswami C., Theoharides T.C. The Effects of Plant Flavonoids on Mammalian Cells: Implications for Inflammation, Heart Disease, and Cancer.//Pharmacological Reviews. 2000. V. 52. P.673.

263. Mira L., Fernandez M.T., Santos M. et al.//Free Rad. Res. 2002. V.36. P.l 199.

264. De Souza R.F., De Giovani W.F. // Redox Rep. 2004. V.9(2). P.97.

265. Olejniczak S., Potrzebowski M.J.//Org.Biomol.Chem. 2004. Y.2. P.2315.

266. Flavonoids: chemistry, biochemistry and applications. (O.M.Andersen, ed.) C.I-I.I.P.S. 2005.

267. El Hajji H., Nkhili E., Tomao V. et al.// Free Rad.Res. 2006. V.49. P.303.

268. Zhou A., Sadik OA.// J.Agricult.Food Chem. 2008. V.56.P. 12081.

269. Liu W., Guo R.//J. Coll.Interf.Sci. 2006. V.302. P.635.

270. Brown J.E., Khoor H., Hider R.C. et al.// Biochem.J. 1998. V.330. P.l 173.

271. Langevin D.//Structure of reversed micelles. In: 3., p. 13.

272. Cabos C., Delford P.//J.Phys.Lett. 1980. V.41. P.455.

273. Egorova E.M., Revina A.A. Synthesis of metallic nanoparticles in reverse micelles in the presence of quercetin. //Colloids and Surfaces ser.A. 2000. V.168. №1. P.87-96.

274. Егорова E.M., Ревина A.A. О механизме взаимодействия кверцетина с ионами серебра в обратных мицеллах. // Журнал Физической Химии. 2003. Т.77. №9. С.1683-1692.

275. Zsila F., Bikadi Z., Symonyi МЛ Biochem. Pharmacol. 2003. V.65. P.447.

276. Yanase A., Komiyana H.//Surface Science. 1991. V.248. P.l 1-19.

277. Sosebee Т., Giersig M., Holzwarth A. et al.//Ber.Bunsenges. Phys.Chem. 1995. V.99. P.40-49.

278. Amekura H., Umeda N., Kono K. et al. //Nanotechnology 2007. V.18. P.395707 (6pp).

279. Xiang X., Zu X.T., Zhu S., et al.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2006. V.250. №1-2. P. 192.

280. Sakaguchi Т., Nakajima A. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 1987. V.40. P. 133141.

281. Ershov D.G., Sukhov N.L., Janata E. // J.Phys.Chem. В/ 2000. V.104. P.6138.

282. Zhang J., Lan C.Q. Nickel and cobalt nanoparticles produced by laser ablation of solids in organic solution.//Materials Letters. 2008.V. 62. №10-11. P. 1521-1524.

283. Chen Yong, Liew Kong Yong, Li Jinlin. Size controlled synthesis of Co nanoparticles by combination of organic solvent and surfactant.//Appl. Surf. Sci. 2009. V. 255. № 7. P. 4039-4044.

284. Гороновский И.Т. Назаренко Ю.П., Некрич Е.Ф. Краткий справочник химика. Киев: Наукова Думка. 1987. С.366.

285. Казакова О.А., Гунько В.М., Липковская Н.А. и др.//Коллоидный журн. 2002. Т.64. С.461-467.

286. Зенкевич И.Г., Ещенко А.Ю., Макарова С.В. и др. // Растительные ресурсы. 2007. Т.43. С.111-123.

287. Батлер Дж.Н. Ионные равновесия. Пер. С англ. М.: Химия. 1973.

288. Вопросы физической химии растворов электролитов. (Под ред. Г.И.Микулина). Ленинград: Химия. 1968.

289. Сосенкова Л.С., Егорова Е.М. Наночастицы серебра малого размера для исследований биологических эффектов.// Журнал физической химии. 2011. Т.85. №2. С.1-10.

290. Khmelnitsky Yu.L., Kabanov A.V., Klyachko N.L. et al. // Structure and Reactivity in Reverse Micelles //. Ed. by Pileni M.-P. N. Y.: Elsevier. 1989. P. 230.

291. Hirai M., Kawai-Hirai R., Yabuki S. et al. // J. Phys. Chem. 1995. V. 99.P. 6652.

292. Гордеев A.B., Карташев Н.И., Ершов Б.Г. // Химия высоких энергий. 2002. Т.36. №2. С.102.

293. Смирнов В.В., Воробьева Т.Н., Таевская Т.В. и др. Химическое осаждение металлов в водных растворах. Минск: Изд-во «Университетское». 1987.

294. Мельникова Н.Б., Иоффе И.Д., Царева Л.А.// Химия природных соединений. 2002. №1. С.26.

295. Копач М., Копач С., Скуба Э. // Журнал общей химии. 2004. Т.74. №6. С.1035.

296. Егорова Е.М., Ревина А.А., Румянцев Б.В. и др. Стабильные наночастицы серебра в водных дисперсиях, полученных из мицеллярных растворов. // Журнал прикладной химии. 2002. Т.75. №10. С. 1620.

297. Zhou A., Kikandi S., Sadik O.A.//Electrochemistry Communications. 2007. V.9. P.2246-2255.

298. Егорова E.M. // Биохимический синтез наночастиц золота и цинка в обратных мицеллах. Журнал физической химии. 2010. Т.84. №4. С.713-720.

299. Теселкин Ю.О., Бабенкова И.В., Руленко И.А. и др.// Биоантиоксидант. Материалы международного симпозиума. Тюмень: Изд-во Тюменского гос. Ун-та. 1997. С.22-24.

300. Ревина А.А., Егорова Е.М., Каратаева А.Д. Взаимодействие природного пигмента кверцетина с наночастицами серебра в обратных мицеллах.// Журнал физической химии. 1999. Т.73. № 10. С. 1897-1904.

301. Общая органическая химия. Пер. с англ. Т.2. М.: 1982.

302. Barner В. A. "Catechol" in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis (Ed: L. Paquette). J. Wiley & Sons. New York. 2004.

303. Рошаль А.Д., Сахно T.B.// Вестник Харьковского Ун-та. Сер. Химия. 2001. №32. С.123-129.

304. Сухов Н.Л., Акиншин М.А., Ершов Б.Г. // Химия Высоких энергий. 1986. Т.20. С.392.

305. Патент РФ № 13949, МКИ 7В 01 D 69/10. Фильтровальный материал для очистки жидких и газообразных веществ.

306. Патент РФ № 2202400. Способ получения модифицированного наночастицами серебра углеродного материала с биоцидными свойствами.

307. Егорова Е.М., Ревина А.А., Кондратьева B.C. Способ получения наноструктурных металлических частиц. Патент РФ № 2147487. Приоритет от 01.07.1999.

308. Jensen T.R., Duval M.L., Kelly K.L. et al. Nanosphere Litography: effect of the externa; dielectric medium on the surface Plasmon resonance spectrum of a periodic array of silver nanoparticles// J.Phys.Chem. B. 1999. V.103. P.9846.

309. Егорова Е.М., Ревина А.А., Румянцев Б.В. // Сборник научных трудов VI Всероссийской (международной) конференции «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем». М.: 2003. С.149-152.

310. Егорова Е.М.// Труды Международной Научно-практической конференции «Нанотехнологии-производству 2005». Фрязино. 2005. Москва. 2006. С.26-32.

311. Широкова JI.H., Александрова В.А., Егорова Е.М., Вихорева Г.А. Макромолекулярные системы и бактерицидные пленки на основе производного хитина и наночастиц серебра.// Прикладная биохимия и микробиология. 2009. Т.45. № 3. С.422-426.

312. Kudryavtzev В.В., Figovsky О., Egorova Е.М. et al. The use of nanotechnology in production of bioactive paints and coatings. // The Journal "Scientific Israel -Technological Advantages". 2003. № 5. P.209-212.

313. Кудрявцев Б.Б., Гурова Н.Б., Ревина A.A., Егорова Е.М., Седищев И.П. Лакокрасочный материал с биоцидными свойствами. Патент РФ № 2195473.

314. Сосенкова Л.С., Егорова Е.М. Модифицирование лакокрасочных материалов наночастицами меди для защиты днищ судов от биообрастания. //Тезисы докладов XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Волгоград. 2011.

315. Park S.-J., Jang Y.-S.// J. Coll. Interf. Sci. 2003. V.261. P.238-243.

316. Матвеева Н.Б., Егорова E.M., Бейлина С.И. и др. Хемотаксис как способ тестирования биологических эффектов наноразмерных частиц серебра.// Биофизика. 2006. Т.51. №5. С.859-865.

317. Matveeva N.B, Egorova Е.М., Beylina S.I. Chemotactic Assay for the Biological Effects of Silver Nanoparticles.//In: Biological Motility: Achievements and Perspectives. (Eds. Z.A.Podlubnaya & S.L.Malyshev). Pushchino. 2008. V.2. P.240-242.

318. Орджоникидзе К.Г., Рамайя Л.К., Егорова Е.М. и др. Генотоксические свойства наночастиц серебра при воздействии на млекопитающих in vivo. //Acta Naturae. 2009. №3. С. 109-112.

319. Rostovshchikova T.N., Revina A.A., Egorova E.M. et al// Abstract Book of the 10th Intern. Symposium of Relations between Homogeneous and Heterogeneous Catalysis. Lyon, France. 2001. P. 145.

320. Леонтьева А.И. Петрик В.И., Егорова Е.М. и др.// В сб.: Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Т. 12. СПб.: Изд-во Политехнического Ун-та. С.235-237.

321. Schultz S., Smith D.R., Mock J.J. et al.// PNAS USA. 2000. V.97. P.996-1001.

322. Кудрявцев Б.Б., Васильева Л.М., Моисеев B.C. и др. Протекторная грунтовка. Патент РФ №2246513.

323. Байбуртский Ф.С., Брусенцов H.A.// Химико-фармацевтический журн. 1999. Т.ЗЗ. С.3-7.

324. Брусенцов H.A., Байбуртский Ф.С., Тарасов В.В. и др.// Химико-фармацевтический журн. 2002. Т.36. С.32-40.

325. Ревина A.A., Егорова Е.М., Кудрявцев Б.Б. Возможности применения нанотехнологий в производстве лакокрасочных материалов и покрытий.// Химическая промышленность. 2001. №4. С.28-32.

326. Кудрявцев Б.Б., Недачин А.Е., Данилов А.Н., Оводенко Н.И., Ревина A.A., Егорова Е.М.// Новое поколение биологически активных алкидных и водоэмульсионных красок. Лакокрасочные материалы и их применение. 2001. №23. С.3-7.

327. Дыкман Л.А., Староверов С.А., Богатырев В.А. и др.// В 9., С.58.; Богатырев В.А., Дыкман Л.А., Староверов С.А. и др.// Там же. С.68.

328. Hainfeld J.F., Slatkin D.N., Smilowitz Н.М.// Phys. Med. Biol. 2004.-У.-49Г P.309-315.