Методи отримання наночасток срібла

Антимікробний ефект срібла може бути збільшений шляхом застосування його у вигляді наносрібла. Нанотехнологія являє собою нову галузь науки з великими можливостями застосування у різних галузях промисловості, а саме — електроніці, наномедицині, косметиці, продуктах харчування тощо.

Методи отримання наноструктур можна умовно розділити на три категорії - фізичні, хімічні та біологічні. Процеси отримання наноматеріалів включають етап синтезу та, за необхідності, етап стабілізації. Застосування різних стабілізаторів дозволяє завершити етап синтезу наноструктур й отримати НЧ, придатні до подальшого використання в нанотехнологіях [31, 32].

Структура наночасток одних і тих же розмірів, одержаних різними методами, може відрізнятися. У випадку отримання наночасток методом диспергування в структурі частинок зберігається структура вихідного зразка. НЧ, отримані шляхом агрегації атомів, можуть мати інше просторове розташування атомів. Наприклад, при розмірі 2−4 нм спостерігається зменшення параметра решітки.

Основні фізичні методи отримання наночасток:

• 1. Електронно-променена технологія: плазмове, анодне, магнетронне і т. д., в залежності від способу створення газового середовища, осадження на підкладку або винесення із зони реакції, наприклад, газовим потоком.
• 2. Методи лазерного випаровування.
• 3. Контрольована кристалізація.
• 4. Ерозійно-вибухове диспергування і подрібнення.
• 5. Пластична деформація.

Електронно-променева технологія отримання наночастинок металів у водорозчинній матриці базується на одночасному випаровуванні електронним променем у вакуумі металу та матеріалу матриці з наступною їх конденсацією на підкладці. Технологія дозволяє отримувати наночастинки розміром від 15 до 100 нм. Формування наночастинок на поверхні підкладки є нерівнономірним процесом та залежить від ряду факторів, наприклад: температури охолоджувальної підкладки, ступеня розведення інертним газом, швидкості досягнення поверхні підкладки, швидкість конденсації і т. д. Метод електронно-променевої технології дозволяє комбінувати вид наночасток та підложки і, тим самим, здійснювати ряд нових і незвичайних хімічних синтезів [33].

Для синтезу наноструктурованих матеріалів методом хімічної соконденсации розроблено ряд спеціальних кріореакторов. На кріореакторах, створених в РФ, США і Японії, отримують наноматеріали, які використовуються в якості каталізаторів, феромагнетиків, плівкових матеріалів, антикорозійних покриттів. Наприклад, на одній з установок два метали випаровують у вакуумі і конденсують на підкладку, яка охолоджується рідким азотом. Конденсат, що утворився, спресовують при високому тиску і перетворюють у біметалічний нанокомпозит. В установці плазмового осадження в зону плазми разом з інертним газом — носієм вводяться з'єднання металів. В зоні плазми утворюються наночастинки, які при виході із зони плазми контактують з органічним мономером і утворюють стабілізовані полімером наночастинки оксидів, нітритів, карбідів металів [34].

Методами іонно-променевої імплантації отримують впорядковані наноструктури з квантових точок, званих гетероструктурами. Подібні гетероструктури можуть бути використані в якості сенсорів, логічних пристроїв, лазерних джерел нового покоління. В установках іонно-променевої імплантації систему з квантових точок покривають шаром інертного матеріалу, а потім знову наносять основний активний матеріал другого шару. В цьому другому шарі відбувається самозбірка квантових точок, пов’язаних із становищем у першому шарі активного матеріалу. Багаторазове напилення призводить до отримання необхідної гетероструктури.

При газофазному отриманні наноматеріалів частинки металів з тигля — випарника направляються на фільтр, з якого вони видаляються потоком газу. В результаті компактування — укрупнення наночастинок можливо серійне отримання нанопоруватих матеріалів. У разі використання методу лазерного випаровування для нанесення покриття на різні частинки, використовуються різноманітні лазери, що працюють в імпульсному або безперервному режимах [35].

Хімічні методи. До основних хімічних методів отримання наноматеріалів відносяться наступні:

• — хімічна конденсація парів;
• — одержання золів шляхом рідкофазного відновлення (у тому числі електрохімічне осадження і синтез в нанореакторах);
• — радіоліз;
• — матричний синтез.

Хімічний синтез стабільних металевих наночасток срібла відрізняється великим різноманіттям. Заслуговує на увагу метод біохімічного та радіаційно-хімічного відновлення в розчині іонів металів (термічного або радіаційного відновлення металовмісних сполук, температури або синтезу у зворотньо-міцелярних розчинах). Міцела — це кристалик дисперсної фази з оточуючим його подвійним електричним шаром. Тверда фаза, яка міститься всередині міцели, називається агрегатом, агрегат з потенціалвизначаючими іонами — ядром міцели. Ядро разом з адсорбційним шаром утворює частинку або гранулу, яка оточена дифузним шаром. Утворення наночасток здійснюється в полярному ядрі міцели, більш організованому середовищі, яке сприяє формуванню наноструктурних агрегатів. Але, оболонка міцели утворює певні обмеження для росту цих агрегатів, що сприяє отриманню часток малих розмірів. В якості відновника, як правило, використовують цитрат натрію, борогідрид натрію, гідразин, додецилсульфат натрію, поліоксиетилен, сорбітан моноолеат, полівініловий спирт, полівінілпіролідон, органічні відновники (альдегіди чи вуглеводні) тощо. В радіаційно-хімічному методі синтезу в ролі відновника виступає сольватований електрон або ж інші відновлювальні радикал. Біохімічний метод має переваги в тому, що в якості відновника використовуються природні біологічно активні сполуки — рослинні пігменти з групи флавоноїдів, що спрощує синтез стабільних на повітрі часток, розширює асортимент металів, з яких утворюються НЧ. [36−38].

Біосинтез (зелений синтез) наносрібла привернув широку увагу в зв’язку із зростаючою потребою в екологічно чистих методах синтезу, в яких використовують мікроорганізми (МО) та їх біоструктури: пептиди, вуглеводи, різні види бактерій, грибів, дріжджів, водоростей і рослин. Так, за використання бактерій (Bacillus licheniformis, Staphylococcus aureus, Pseudomonas stutzeri) і грибів (Fusarium semitactum, Fusarium oxysporum, Aspergillus р., Aspergillus flavus) були синтезовані НЧ срібла, золота, платини, паладію [39 — 42].

Основною перевагою біогенного синтезу порівняно з іншими методами є можливість уникнути під час безпосереднього проведення зеленого синтезу роботи з органічними розчинниками і токсичними реагентами. Також, синтезовані за допомогою біосинтезу, НЧ більш стабільні, ніж, наприклад, синтезовані хімічним способом, і вони можуть залишатися стабільними протягом тривалого періоду часу. Крім того, використовуючи природній цикл розмноження клітин біологічний синтез робить можливим пролонговане отримання наночасток нетоксичної концентрації нітрату срібла, оскільки мікробні клітини можуть продовжувати розмножуватись, однак, недоліком біосинтезу є те, що процес очищення може призвести до появи резистентних бактерій і бактеріального забруднення, що має бути причиною прояву обережності за медичного застосування [43, 44].