Среди металлических наночастиц наносеребро является одним из самых востребованных благодаря своим биологическим свойствам. Многочисленные исследования продемонстрировали сильное ингибирующее действие в отношении микроорганизмов, а также противовоспалительные и ранозаживляющие свойства наночастиц серебра.

Для получения наночастиц серебра широко используются физические и химические методы [1-2]. Эти традиционные методы синтеза наночастиц требуют значительного количества энергии и использования токсичных веществ. По этой причине во всем мире существует возрастающая потребность в получении наночастиц с помощью чистых, нетоксичных методов, которые основаны на принципах «зеленой химии». Так, например, зеленый синтез наночастиц серебра с использованием экстрактов растений является дешевым, быстрым и экологически чистым [3].

Настоящее исследование посвящено синтезу наночастиц серебра с использованием водного экстракта и гидролизата инулина из корней одуванчика лекарственного. Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale) – это широко распространенное многолетнее травянистое растение, которое произрастает на всей территории России за исключением Крайнего Севера. Многие части одуванчика лекарственного применяют в народной медицине. Корни богаты полисахаридом инулином: его содержание доходит до 40 %; обнаружены терпеновые и фенольные соединения [4].

Целью данной работы является исследование способности водного экстракта и гидролизата инулина из корней одуванчика лекарственного восстанавливать ионы серебра с образованием наночастиц серебра.

Экспериментальная часть. Приготовление экстрактов корней одуванчика. Водные экстракты из корня одуванчика получали из свежих корней по следующей методике. Навеску растительного материала массой 30±0,01 г взвешивали на аналитических весах. Затем навеску вносили в коническую колбу с дистиллированной водой (V(H₂O) = 100 мл), нагревали до кипения и кипятили в течение 10 минут. Полученный экстракт охлаждали до комнатной температуры, тщательно фильтровали через фильтровальную бумагу. Экстракты хранили при температуре 4±2 ^оС в течение 5 дней.

Приготовление гидролизата инулина из корней одуванчика. Известно, что корни одуванчика лекарственного в своем составе содержат значительное количество полисахарида инулина – полимера моносахарида фруктозы. Инулин не обладает восстанавливающими свойствами. С целью разложения полисахарида до фруктозы, которая обладает восстанавливающими свойствами, был проведен гидролиз инулина, входящего в состав одуванчика лекарственного. В данном исследовании применяли кислотный способ гидролиза лимонной кислотой.

Кислотный гидролиз проводили по известной методике [5]. Корни одуванчика измельчали до однородной массы с максимальным размером частиц 5 мм. Массу загружали в колбу с мешалкой и заливали дистиллированной водой в соотношении 1:7 с учетом влажности материала. К смеси добавляли порциями раствор кислоты до pH 3,0 и нагревают при 80°C в течение 4,5 ч при постоянном перемешивании. Смесь охлаждали и нейтрализовали раствором гидрокарбоната натрия (NaHCO₃) до pH 4,5. Таким образом, процесс является безотходным с получением продукта, содержащего весь комплекс биологически активных веществ исходного сырья.

Получение наночастиц серебра. Получение наночастиц серебра проводили путем восстановления водного раствора нитрата серебра (AgNO₃). В качестве восстановителей использовали раствор фруктозы с С = 0,001 моль/л (модельный опыт), водный экстракт корней одуванчика, а также полученный гидролизат. Все растворы готовили на дистиллированной воде. Для синтеза использовали реактивы квалификации «х.ч.».

Золь наночастиц серебра готовили смешением раствора нитрата серебра (С(AgNO₃) = 0,001 моль/л) с восстановителем в соотношении объемов 1:1. Обработку смеси проводили раствором гидроксида аммония для доведения pH раствора до 8,5. Затем золь нагревали при температуре 80 ^oC в течение 3 мин. Необходимая величина рН контролировалась при помощи прибора рН-150МИ.

Оптические спектры поглощения золей серебра регистрировались при комнатной температуре в области 300 – 700 нм на спектрофотометре Hitachi U-2001 (Япония) в кварцевой кювете, длина оптического слоя – 1 см. Седиментационную устойчивость золей оценивали визуально.

Результаты и их обсуждение. В ходе эксперимента были получены необходимые для восстановления наночастиц серебра растворы. Экстракт корней одуванчика и его гидролизат имеют окраску от желтого до коричневого (Рис. 1).

В результате смешения раствора нитрата серебра с растворами восстановителей в заданных условиях образовывался золь с определенной окраской. При смешении с раствором фруктозы – золь желтого цвета; при смешении с водным экстрактом корня одуванчика – темно-серый золь. При смешении с гидролизатом – коричневый золь (Рис.1). Полученные золи стабильны в течение, по меньшей мере, месяца, о чем свидетельствует отсутствие изменений в их спектрах поглощения.

1 – Раствор фруктозы (С = 0,001 моль/л); 2 – Экстракт корней одуванчика лекарственного; 3 – Продукт гидролиза инулина из корней одуванчика лекарственного лимонной кислотой; 4 – Золь, полученный в результате смешения нитрата серебра с раствором (1); 5 – Золь, полученный в результате смешения нитрата серебра с раствором (2); 6 – Золь, полученный в результате смешения раствора нитрата серебра с раствором (3).

Рисунок 1. Растворы восстановителей и полученные золи

На Рис. 2 представлены спектры поглощения наночастиц серебра в интервале длин волн 300-700 нм. Спектры поглощения всех золей имеют интенсивные пики в области 440 нм. Известно, что  при 440 нм поглощают крупные сферические частицы диаметром d = 20-30 нм.

Наименьшая интенсивность пика отмечается на спектре №1, которая соответствует золю, полученному восстановление раствором фруктозы. Пик на спектре №2 отличается более высокой интенсивностью. Таким образом, экстракт корней одуванчика отличается большей восстанавливающей способностью по сравнению с раствором фруктозы. Вероятно, что в ходе экстрагирования веществ из корней одуванчика, в раствор помимо фруктозы переходят и другие редуцирующие вещества (например, глюкоза), а также комплекс фенольных соединений, которые также способствуют восстановлению ионов серебра.

1 – Спектр поглощения золя, полученного восстановлением раствора нитрата серебра раствором фруктозы; 2 – Спектр поглощения золя, полученного восстановлением нитрата серебра экстрактом корней одуванчика; 3 – Спектр поглощения золя, полученного восстановлением нитрата серебра продуктом гидролиза инулина из корней одуванчика лимонной кислотой

Рисунок 2. Электронные спектры поглощения полученных гидрозолей

Наибольшая интенсивность пика отмечается у спектра, соответствующего золю, полученному восстановлением нитрата серебра  гидролизатом. Исходя из этого, можно сделать вывод, что из всех примененных для синтеза золей восстановителей, гидролизат содержит наибольшее количество веществ, способных восстанавливать серебро.

Выводы. Исследована способность водного экстракта и гидролизата  инулина из корней одуванчика лекарственного восстанавливать серебро с образованием наночастиц серебра. Установлено, что данные растворы обладают восстанавливающими свойствами по отношению к ионам серебра и могут быть использованы для синтеза наночастиц серебра. Отмечено, что способность гидролизата инулина из корней одуванчика к образованию наночастиц серебра заметно выше, чем у его водного экстракта и раствора фруктозы.

Результаты научных исследований и использования наночастиц металлов в значительной мере зависят от возможностей методов синтеза. В настоящее время одним из основных методов получения наночастиц серебра является метод химического восстановления.

В настоящей работе проведено исследование влияния типа восстановителя на конечные характеристики получаемых дисперсионных систем. В качестве контроля за формированием частиц использовался метод спектрофотометрии. Размер и форму частиц серебра определяли с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Синтез наночастиц серебра проводили согласно методикам.

Первая методика получения гидрозолей серебра основана на восстановлении нитрата серебра концевыми группами поливинилпирролидона (ПВП). В 8 мл дистиллированной воды растворяли 0,341 г ПВП, нагревали до 60^оС и при интенсивном перемешивании доставляли 3 мл раствора нитрата серебра. Затем полученную систему помещали в термошкаф и выдерживали при температуре 60^оС в течение 21 часа. С помощью данной методики получены частицы треугольной формы, размер которых увеличивался с течением времени.

По второй методике частицы получали химическим восстановлением нитрата серебра глюкозой. К 50 мл нитрата серебра добавляли 50 мл раствора глюкозы (рН=8,34), затем выдерживали раствор в микроволновой печи в течение 5 мин и мощности 640-800 Вт. По данным просвечивающей электронной микроскопии, большинство наночастиц имеет сферическую форму и размеры 10-20 нм, а некоторое число – до 100 нм.

По третьей методике нитрат серебра восстанавливали таннином. К 100 мл дистиллированной воды последовательно добавляли 1,5 мл раствора таннина, 7,5 мл буферного раствора тетрабората натрия и гидроксида натрия (рН=9,8). Затем при интенсивном перемешивании 0,4 мл раствора нитрата серебра. Синтез проводился при комнатной температуре. Исследование полученных систем методом электронной микроскопии показало, что частицы серебра имеют сферическую форму. Средний размер полученных частиц составляет 25 нм.

Оптические спектры полученных растворов серебра регистрировали на спектрофотометре СФ-56 в кварцевых кюветах с длиной оптического пути 10 мм в диапазоне 190-1100 нм, в кювете сравнения находилась дистиллированная вода.

В оптическом спектре гидрозоля серебра, полученного химическим восстановлением нитрата серебра глюкозой λ_max ≈ 420 нм, восстановлением нитрата серебра концевыми группами поливинилпирролидона при λ ≈ 420 нм. При восстановлении нитрата серебра таннином λ_max ≈ 410 нм, что по литературным данным соответствует поглощению частиц серебра размером в 10-15 нанометров. Распределение частиц по размерам более однородно, чем при использовании других восстановителей.

Таким образом, в данной работе рассмотрены и апробированы различные методики получения наночастиц серебра восстановлением из растворов. Проведено исследование влияния типа восстановителя на конечные характеристики получаемых дисперсионных систем. Показано влияние условий синтеза на оптические свойства полученных систем.