Проекты

Формирование наносистем на основе наночастиц серебра, стабилизированных крахмалом, и их применение

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Биотехнология и биоинженерия»

Направление работы: Биотехнология
Авторы работы: ГБОУ Гимназия № 1516
Предметы: Химия
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину», 11–13 апреля 2019 года

Цель

Получение наносистем на основе наночастиц серебра, стабилизированных крахмалом.

Описание

В последние годы активно набирает популярность отрасль нанохимии. Объекты, изучаемые нанохимией, потенциально применимы как в фундаментальной науке, так и в современных нанотехнологиях. Нанохимия – это наука, которая занимается изучением свойств различных наноструктур, а также разработкой новых способов их получения, изучения и модификации.

Одна из приоритетных задач нанохимии – установление связи между размером наночастицы и её свойствами.

Одним из объектов изучения нанохимии являются наночастицы металлов, в частности − наночастицы серебра (НЧС). Это обусловлено набором их важнейших свойств, таких как мощное антибактериальное действие, возможность использования их в направленной доставке лекарственных препаратов, а также в качестве каталитических и адсорбционных материалов. Наночастицы серебра представляют собой агрегаты, состоящие из нескольких тысяч атомов серебра, объединённых в маленькие кристаллы, имеющие размеры от 2 до 100 нм. Известно, что с уменьшением размера НЧС возрастает их противогрибковая и антибактериальная активность.

В связи с этим получение и исследование свойств НЧС малых размеров является одним из актуальных направлений в области нанохимии. Однако НЧС в чистом виде редко используются на практике ввиду их агрегативной неустойчивости, поэтому необходимо проводить дальнейшую стабилизацию НЧС.

Гипотеза

Антоцианы пищевых и лекарственных растений можно использовать в качестве безопасных индикаторов рН и полезных для здоровья пищевых красителей.

Задачи

1. Провести анализ научной литературы по методам синтеза, стабилизации и свойствам НЧС.

2. Выбрать методики синтеза НЧС и подобрать оптимальный стабилизирующий реагент.

3. Провести синтез НЧС и установить их средний размер.

4. Оценить влияние содержания крахмала на средний размер НЧС.

5. Сделать обзор потенциальных применений НЧС.

В настоящее время для синтеза металлических наночастиц используют различные физические и химические процессы, позволяющие получать наночастицы с заданными свойствами. Однако, несмотря на широкое распространение, это, как правило, дорогостоящие, трудоёмкие способы, сопряжённые с риском и потенциальной опасностью для окружающей среды и живых организмов. Таким образом, существует очевидная потребность в альтернативных экономически эффективных и в то же время экологически чистых методах производства наночастиц.

В рамках настоящего исследования для получения НЧС использовали метод «зелёной химии» (научное направление в химии, к которому можно отнести любое усовершенствование химических процессов, которое положительно влияет на окружающую среду), роль восстановителя и стабилизатора выполнял крахмал.

В ходе исследовательской работы было проведено 3 параллельных эксперимента, в которых варьировали соотношением AgNO3 к крахмалу. После получения наночастиц определяли их средний размер. Для расчёта среднего размера НЧС использовали электронную микрофотографию.

В ходе проведённых параллельных экспериментов и расчётов средних размеров НЧС было установлено, что с увеличением концентрации лиганда уменьшается размер НЧС, форма НЧС – сферическая.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Просвечивающий электронный микроскоп

• Изобутиловый спирт

• Нитрат серебра

• Крахмал

• Фарфоровые чашки

• Ступка с пестиком

• Печь лабораторная

Результаты

1. Проведён обзор современных литературных источников по методам синтеза, стабилизации и свойствам НЧС.

2. Современной методикой синтеза НЧС является метод «зелёной химии», а оптимальным стабилизирующим реагентом – крахмал.

3. В трёх разных экспериментах, отличающихся по соотношению НЧС и стабилизатора, сделаны электронные микрофотографии методом ПЭМ, и получены разные средние размеры НЧС − (3,98 ± 0,75) нм; (3,09 ± 0,97) нм и (2,41 ± 0,97) нм.

4. С увеличением концентрации крахмала происходит уменьшение размера НЧС, что увеличивает их противогрибковую и антибактериальную активность.

5. Произведён обзор потенциальных применений НЧС сферической формы диаметром от 1–5 нм.

Сотрудничество с вузом при создании работы

ФГО ВПО Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова