Содержание
Список сокращений
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Применение бионаночастиц серебра
1.2 Основные методы получения бионаночастиц серебра
1.2.1 Получение бионаночастиц серебра методом химического восстановления в растворах
1.2.2 «Зеленый» синтез: получение бионаночастиц с использованием растений
1.3 Физико-химические свойства бионаночастиц сереба
1.3.1 Зависимость форм и размеров бионаночастиц серебра
1.3.2 Методы измерения размеров наночастиц
1.4 Химический состав и свойства чистотела большого
Глава 2. Эксперементальная часть
2.1 Материалы и методы исследований
2.1.1 Растительный материал и приготовление вытяжек из лекарственного сырья
2.1.2 «Зеленый» синтез бионаночастиц серебра, модифицированных соком Chelidonium majus
2.1.3 Оценка фунгицидных свойств бионаночастиц серебра
2.1.4 Статистическая обработка результатов
2.2 Результаты исследований и их обсуждений
2.2.1 Фунгицидные эффекты Chelidonium majus по отношению к патогенному грибу Fusarium оxysporum
2.2.2 Фунгицидные эффекты бионаночастиц серебра, модифицированных соком Chelidonium majus по отношению к патогенному грибу Fusarium оxysporum
Выводы
Список использованных источников
Список сокращений
БНЧ - бионаночастица
ПАВ - поверхностно активные вещества
Ag2+ - ионы серебра
СЧ - сок чистотела
К - контроль
О - опыт
Введение
В последнее время интерес в развитии новых стратегий для формирования бионаночастиц серебра проистекает от их потенциального применения в различных областях физики, химии, биологии, медицины и материаловедения [Murraya et al., 2008]. Также большой интерес представляет «зеленый» синтез бионаночастиц (БНЧ), в частности на основе ионов серебра в сочетании с экстрактами лекарственных растений, которые оказывают усиленную антимикробную активность [Камалиева с соавт., 2014].
В настоящее время большое распространение получают материалы с бионаночастиц (БНЧ) серебра. Такой интерес обусловлен тем, что включение в состав материала бионаночастиц Ag придает ему фунгицидные и антимикробные свойства [Ravindra et al., 2010]. Известно, что коллоидые растворы серебра эффективны против более 650 видов микроорганизмов, в то время как антибиотики обычно активны против 5-10 видов. Необходимо отметить также, что привыкание БНЧ серебра не вырабатывается, как это наблюдается при использование обычных антибиотиков. Это объясняется тем, что одноклеточные организмы не могут мутировать в формы устойчивые к действию БНЧ серебра.
Применение препаратов и материалов на основе БНЧ серебра в медицине возможно, если при их производстве не использовались токсичные для человека восстановители (растворы аммиака, щелочные и т.п.). Таким образом, особые требованиями к наноматериалом, которые используются для биомедицинских применений стимулирует интерес к получению БНЧ серебра методом «зеленой химии». С другой стороны, такие методы обычно сочетают в себе невысокую стоимость исходных материалов, биосовместимость, наличие природного реагента восстановителя, поверхностно активных веществ (ПАВ), которые играют роль стабилизаторов комплексообразователей - все это способствует получению «в одном флаконе» стабильных гидрозолей БНЧ серебра.
Последние исследования в данной области посвящены получению коллоидных растворов серебра с использованием экстрактов растений [Begum et al., 2009]. Можно предположить, что уникальное соотношение между восстановителями и ПАВ для различных экстрактов растений приводит к тому, что форма и размеры БНЧ серебра в коллоидных растворах отличаются в зависимости от используемого экстракта. Есть данные собраны из различных источников, которые отражают зависимость формы и размеры БНЧ серебра от используемого экстракта растений. Однако оказалось, что при использовании экстрактов в процессе синтеза коллоидных растворов серебра, высоко вероятность получить сферические БНЧ, размер которых в среднем порядка 30 нм. Известно, что с уменьшением размера БНЧ серебра возрастает их противогрибковая антибактериальная активность [Крутяков с соавт., 2008]: при одинаковом содержании металла в гидролизе БНЧ Ag со среднем диаметром 9.8 нм проявляли в 10 раз большую активность, чем частицы со средним размером 62 нм. Таким образом используя экстракты растений в процессе приготовлений коллоидных растворов серебра можно получить БНЧ серебра, способные подавлять рост бактерий и грибковых культур.
Цель настоящей работы - выявление биологической активности бионаночастиц (БНЧ) серебра при инфицировании проростков пшеницы
специфическим патогеном Fusarium oxysporum.
В связи с этим решали следующие задачи:
- освоить методы «зеленого» синтеза бионаночастиц путем сочетания ионов серебра и экстракта чистотела большого Chelidonium majus L., а также культивирования Fusarium oxysporum для апробации тест-системы;
- оценить влияние БНЧ серебра на ростовые процессы проростков пшеницы на фоне их заражения специфическим патогеном.
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Применение бионаночастицы серебра
Бионаночастицы не разрушаются под действием длительного облучения. Их свойства нашли широкое применение в сфере изучения различных биологических процессов и природы явлений. Поэтому, бионаночастицы могут быть использованы для постоянного контроля динамики процессов в клетках живых организмов от недели до месяца. Одним из наиболее важных направлений, в области применения биомаркеров, является их использование для поиска средств диагностики рака. Когда бионаночастицы серебра объединяются с раковыми антителами, раковые клетки становятся «мечеными» и каждая клетка может быть обнаружена с помощью обычного микроскопа, благодаря «усилению» их свойств [Lok et al., 2007].
В связи со способностью особым образом модифицированных бионаночастиц серебра длительное время сохранять биоцидные свойства, рационально использовать наносеребро не в качестве дезинфицирующих средств частого применения, а добавлять в краски, лаки и другие материалы, что позволяет экономить деньги, время и трудозатраты [Комаров, 2007].
Применение бинаночастиц серебра в медицине
Одной из важнейших задач современной медицины является профилактика и коррекция последствий загрязнения окружающей среды для человека. Эта проблема, помимо возрастания естественного фона радиации, находится в тесной связи с постоянным поступлением в окружающую среду отходов промышленных производств и применяемых в сельском хозяйстве химикатов. Указанная задача относится к числу важных также в связи с расширением арсенала химических соединений в промышленности, быту, медицине и научных исследованиях [Ефимов, 2001].
1.2 Основные методы получения бионаночастиц серебра
1.2.1 Получение бионаночастиц серебра методом химического восстановления в растворах
Наночастицы серебра в водных растворах получают путем восстановления ионов серебра с помощью глюкозы, аскорбиновой кислоты, гидразина, боргидрида натрия и других восстановителей. Реакцию восстановления проводят в различных условиях. Восстановление глюкозой проводят при нагревании до 600С. Для увеличения скорости протекания реакции используют гидроксид натрия. Полученные частицы исследуют различными способами: методом рентгеновской дифракции, методом трансмиссионной электронной микроскопии, а также проводились исследования на спектрофотометре. Исследования показали, что в ходе восстановления в водных растворах были получены частицы размером 10 - 20нм, л = 1.5418 A°
К способам управления размерами наночастиц, применяемым в научной практике, относятся: использование полимерных матриц, позволяющих управлять размерами нанокластеров, полимерной защиты; физические методы управления размерами (обработка ультразвуком, облучение рентгеновским излучением и использование токов высокой чистоты). Изменение размера нанокластеров металлов добиваются также варьированием природы восстановителя [Кузьмина с соавт., 2007]. Так, использование боргидрида натрия при восстановлении позволяет в большинстве случаев получить наночастицы серебра с узким распределением по размерам в пределах 2-8 нм. Восстановление более мягким восстановителем, таким как гидразин, приводит к образованию более крупных наночастиц металлов с размерами 15-30 нм. При варьировании условий восстановления возможно получение практически монодисперсных наночастиц. Строение и размер продукта в большой степени зависит от условий реакции таких как температура и концентрация нитрата серебра. Например, когда температура понижается до 120 или увеличивается до 190, в полученном продукте доминируют наночастицы с нерегулярной структурой (формой). Начальная концентрация нитрата серебра должна быть не больше 0.1М, в противном случае будет выпадать в виде осадка металлическое серебро. Наночастицы серебра с различными размерами могут быть получены в результате увеличения времени проведения реакции.
Также известны способы получения наночастиц серебра в неводных средах. Наночастицы серебра с фиксированным размером были синтезированы с помощью модифицированного высокомолекулярного процесса, который предполагает восстановление нитрата серебра с этиленгликолем в присутствии стабилизаторов, таких как поливинилпирролидон [Сергеев с соавт., 1999].
1.2.2 «Зеленый» синтез: получение бионаночастиц с использованием растений
Растения способны восстанавливать ионы металлов как на своей поверхности, так и в различных органах и тканях, удаленных от места проникновения ионов. В связи с этим растения используются для извлечения ценных металлов. Подобный процесс в настоящее время называется фитодобычей. Накопленные металлы можно извлекать из убранных растений с использованием агломерационного и плавильного методов.
Исследование процесса биоакумуляции металлов в растениях показало, что металлы, как правило, накапливаются в виде наночастиц. Например, растения Brassica juncea (листовая горчица) и Meticago sativa (люцерна посевная) накапливали наночастицы серебра размером 50 нм в количестве до 13.6% от собственного веса при выращивании на нитрате серебра в качестве субстрата [Harris et al., 2008]. Икосаэдры золота размером 4 нм выявлялись в M. Sativa [Gardea - Torresdey etal., 2002], полусферические формы частиц меди размером 2 нм - в Iris pseudocorus (ирис всевдоаировый) [Manceau etal., 2008], выращенных на субстратах, содержащих соли соответствующих металлов [Harris etal., 2008].
1.3 Физико-химические свойства бионаночастиц сереба
В последние годы интерес к бионаночастицам и материалам на их основе растёт лавинообразно в основном из-за их необычных физических характеристик, отличных от свойств соответствующих компактных материалов. Бионаночастицы серебра, как элемента, являются новым классом материала с существенными, по сравнению с макрочастицами, различиями в физико-химических характеристиках, оптических, электромагнитных и каталитических свойствах. В наноразмерном диапазоне практически любой материал проявляет уникальные свойства. Физические свойства наночастиц серебра отличаются от свойств макромолекулярного серебра (например, уменьшение размеров частицы приводит к уменьшению ее температуры плавления [Ling et al., 2009].
Коллоидное наносеребро - продукт, состоящий из наночастиц серебра, взвешенных в воде, содержащей стабилизатор коллоидной системы (Рисунок 1) [Limbach et al., 2007].
Рисунок 1. Электронная микрофотография коллоидных наночастиц серебра (по Limbach et al., 2007).
Свойства коллоидного раствора, в том числе и наночастиц серебра, определяются возможностью коагуляции и перекресталлизации, т. е. агрегативной устойчивостью, а также седиментационной устойчивостью и возможностью их окисления кислородом воздуха [Зимон с соавт., 2006].
Метод визуального наблюдения за системой может дать предварительные и общие закономерности относительной устойчивости исследуемой дисперсии. Может быть зафиксировано изменения окраски системы и/или образования осадка в ней. Для наночастиц серебра цвет систем от красного (желто-коричневого) меняется до серого и даже черного. Визуальный метод наблюдения может сыграть определяющую роль при исследовании седиментационной устойчивости [Сумм с соавт., 2000].
БНЧ серебра имеют преимущественно сферическую форму и распределены по размерам в диапазоне 2 ч 20 нм. Гидрозоли серебра, полученные восстановлением ионов металла экстрактами растений, практически не влияют на рост дрожжевых грибков. Коллоидные растворы серебра подавляют рост грибковых культур Penicillium sp. Противогрибковая активность коллоидных растворов возрастает с увеличением концентрации серебра в гидрозоле и близка к линейной. Максимальная способность подавлять рост Penicillium sp. наблюдается у коллоидных растворов серебра, которые были получены с использованием экстракта из листьев крапивы. Коллоидные растворы серебра полностью подавляют рост бактерий E.coli и Staphylococcus sp. [ Mohammad et al., 2012].