Раскрыты стабилизирующие растворы субмикронных частиц, способы их получения и способы стабилизации субмикронных частиц.

 

(57) Реферат / Формула:
стабилизирующие растворы субмикронных частиц, способы их получения и способы стабилизации субмикронных частиц.

 

---

2420-141064ЕА/012
СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ РАСТВОРЫ ДЛЯ СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦ, СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБЫ СТАБИЛИЗАЦИИ СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦ
Описание
Данное изобретение относится к наносубмикронным частицам и, в частности, изобретение относится к стабилизирующим растворам для субмикронных частиц, способам получения таких стабилизирующих растворов и способам стабилизации субмикронных частиц с образованием стабильных наносубмикронных частиц.
Субмикронные частицы являются частицами с размером менее чем 1 микрон, и к ним относятся наномасштабные частицы. Наночастицы являются частью развивающейся науки, называемой "нанотехнологией". Термин "нанотехнология" происходит от греческой приставки "нано" означающей "одну миллионную часть". В современном научном языке нанометр представляет собой одну миллионную часть метра, примерно равную длине линейной цепочки из десяти атомов водорода расположенных рядом друг с другом. Самый маленький предмет, который без посторонней помощи может различить глаз человека, имеет в поперечнике 10000 нанометров. Для наночастиц типична в основном сферическая форма.
Наука о наночастицах, представляет собой не что иное, как изучение фундаментальных принципов поведения структур, имеющих размер, по меньшей мере, в одном направлении примерно от 1 до 100 нанометров, и нанотехнология занимается использованием этих наноструктур в полезных наномасштабных устройствах.
Наномасштабные частицы вещества обладают свойствами не похожими на свойства своих макроскопических аналогов, и которые часто представляют вызывающие удивление новые свойства. Наномасштаб является уникальным, потому что он соответствует масштабу размеров, где хорошо известные в повседневной жизни свойства веществ, такие как удельная электропроводность, твердость или точка плавления, встречаются с более экзотическими свойствами мира атомов и молекул, такими как двойственность волна-частица или квантовые эффекты. На наномасштабном уровне большинство основных свойств веществ и устройств зависят от их размера, в известном смысле они не
могут быть выявлены на каком-либо другом масштабном уровне. Например, проволока или элемент схемы наномасштабного размера необязательно подчиняется закону Ома. Наномасштабные частицы обладают уникальными физическими свойствами (например, оптическими, диэлектрическими, магнитными, механическими) , транспортными свойствами (тепловыми, атомарно-диффузионными) и технологическими характеристиками (наиболее быстрой кинетикой спекания, сверхпластическим формованием).
Физик Ричард Фейнман (Richard Feynman) впервые описал возможность молекулярной инженерии. В 1959 г. Фейнман прочитал лекцию в Калифорнийском технологическом институте (California Institute of Technology) под названием "There's Plenty of Room at the Bottom", где он отметил, что принципы физики не отрицают возможность управления предметами на моноатомном уровне. Он предложил использовать небольшие устройства для создания одинаковых крошечных устройств и так далее все ниже и ниже, приближаясь непосредственно к атомному уровню. Тем не менее, то, что понимают в настоящее время под нанотехнологией, является детищем бывшего студента Фейнмана К. Эрика Дрекслера (К. Eric Drexler). Дрекслер представил свои ключевые идеи в статье по молекулярной инженерии, опубликованной в 1981, и расширил изложение этих идей в своих книгах "Engines of Creation" and "Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computations в которых описал принципы и механизмы молекулярной нанотехнологии.
В 1981 г. изобретение сканирующего туннельного микроскопа, или STM, осуществленное Джердом Биннигом (Gerd Binnig) и Генрихом Рорером (Heinrich Rohrer) в исследовательских лабораториях Цюриха компании IBM, и пять лет спустя, атомного силового микроскопа (AFM), сделало возможным не только получать фотографии индивидуальных атомов, но и фактически передвигать повсюду одиночный атом. Вскоре после этого, Джон Фостер (John Foster) из лабораторий IBM в г. Альма-дене (Almaden) продемонстрировал возможность написания "1ВМ" с помощью 35 атомов ксенона на поверхности никеля, используя сканирующий туннельный микроскоп, для того чтобы подталкивать атомы на
нужное место.
Нанометр является магической точкой в масштабе размеров. Наноструктуры представляют собой место пересечения наименьших устройств, созданных человеком, и наибольших молекул живых существ. Нанотехнология использует новые физические, химические и биологические свойства систем, которые занимают промежуточную область размеров в диапазоне от изолированных атомов/молекул до массивных веществ, в которых можно управлять переходными свойствами между двумя указанными пределами.
Синтез и характеристики наночастиц получили внимание в последние годы из-за возможности их широкого применения в промышленности и химии. Нанотехнология приобретает большое значение в областях, таких как медико-биологические науки, оптика, электроника, магнетизм, механика, керамика, катализ и наука по использованию энергии. Однако получение таких наноструктурированных веществ связано с несколькими, уникальными по своей сложности, проблемами. Ряд наночастиц был получен с помощью физических, химических и биологических способов.
Два подхода были приняты для изготовления нанообъектов -на основе способов нисходящего конструирования, которые включают способы синтеза, в которых осуществляют разделение или добавление совокупности молекул на поверхность. Второй подход основан на способе восходящего конструирования, при котором осуществляют объединение атомов или молекул в наноструктуры.
Физические способы включают: электронно-лучевую
литографию, способ сканирующего датчика, мягкую литографию, микроконтактную печать, микроформование.
В электронно-лучевой литографии, электронный луч сканирует поверхность полупроводника, содержащего скрытый слой вещества с квантовыми ямами. Резист получается удалением той части, где лучом вычерчен узор.
Мягкая литография является расширением области применения предшествующей техники и в этом способе преодолена невозможность применения электронно-лучевой литографии в крупномасштабном производстве с помощью создания шаблона, или
штампа, который может быть многократно использован для получения наноструктур. В микро контактной печати, на штамп PDMS наносят "чернила" в виде раствора, состоящего из органических молекул, называемых тиолами, и затем его прикладывают прямо на тонкую пленку из золота, нанесенную на кремниевую пластинку. Тиолы образуют монослой по механизму самосборки на поверхности из золота, который воспроизводит штамп узора; детали в узоре могут быть в пределах до 50 нм. При микроформовании, штамп PDMS помещают на твердую поверхность, и жидкий полимер затекает в выемки между поверхностью и штампом. Полимер затвердевает в виде требуемого узора, который может содержать детали с размерами меньшими, чем 10 нм.
Микроскоп со сканирующим зондом дает возможность получать изображение поверхности проводящих веществ с деталями атомного масштаба. Следовательно, отдельные атомы можно размещать в выбранные позиции и можно формировать структуры в виде конкретного узора, прибавляя атом за атомом. Это может быть использовано для того, чтобы делать эскизы на поверхности и если ток, текущий из наконечника STM увеличивают, то микроскоп становится очень слабым источником для электронного луча, который может быть использован для осуществления записи узоров нанометрового масштаба. Наконечник STM может также подталкивать индивидуальные атомы вблизи поверхности таким образом, что происходит создание колец и проводных соединений шириной только в один атом.
В звукохимическом способе, акустический кавитационный процесс используют для генерации переходной локализованной горячей зоны с чрезвычайно высоким температурным градиентом и давлением (Suslick et al. 1996). Такие внезапные изменения по температуре и давлению служат причиной разрушения звукохимического предшественника (например,
металлоорганического раствора) и формирования наночастиц.
Гидродинамическая кавитация заключается в получении наночастиц с помощью образования и высвобождения пузырьков газа в золь-гель растворах (Sunstrom et al. 1996).
Высокоэнергетическое измельчение в шаровой мельнице
представляет собой уже промышленный способ, но его рассматривают недостаточно чистым способом из-за проблем, связанных с загрязнениями в результате процесса размола в шаровой мельнице. Однако возможность использования компонентов из карбида вольфрама и использование инертной атмосферы и/или обработки в условиях высокого вакуума привело к уменьшению загрязнения до приемлемых уровней во многих промышленных применениях. Общие недостатки способа включают малую площадь поверхности, высокую полидисперскость в распределении по размерам и частично аморфное состояние для только что полученных порошков.
Химические способы включают мокрое химическое получение, пассивирование поверхности, синтез типа ядро-оболочка, способ органометаллического предшественника, золь-гель способ, способ Ленгмюра-Блоджета (Langmuir-Blodgett), осаждение в
структурированных средах, в цеолитах, мицеллах и образования обращенных мицелл.
В настоящее время несколько химических стратегий являются полезными при конструировании структур более высокого порядка. Органические молекулы могут быть связаны вместе с помощью молекулярного распознавания. Например, синергические
нековалентные донорно-акцепторные взаимодействия могут приводить к переплетенным кольцам (катенанам). Жидкие кристаллические полимеры, обладающие структурами,
сформировавшимися в результате само-сборки, могут быть образованы из органических молекул, содержащих ведущие функциональные группы, способные к комплементарным взаимодействиям по механизму водородного связывания. Органические молекулы могут быть объединены вокруг ионов металлов, таких как Cu(I), которые обеспечивают стереохимическое стягивание при образовании двойных геликатов (спиралей). В отличие от этого, синтез неорганических кластеров обычно зависит от пассивирования поверхности растущими агрегатами вследствие покрытия участков поверхности стабилизирующими лигандами.
Способ мокрого химического получения включает реакцию
между металлическим ионом и требуемым анионом в контролируемых условиях с получением нанокристаллов требуемого размера.
Биологические способы включают биоминерализацию, использующую бактерии, дрожжи, грибы, растения, и биотемплатирование, использующее ферритин, лимазин синтазу, поверхностный слой вируса, ДНК и т.д.
Несколько попыток было предпринято для получения сульфидов, в основном, сульфида кадмия (CdS), с использованием микроорганизмов. Показано, что наночастицы CdS могут быть синтезированы в дрожжах Candida glabrata и Schizosaccharomyces porabe. Эти наночастицы покрывают короткими пептидами, известными как фитохелатины, которые имеют общую структуру (y-Glu-Cys)n-Gly, где п изменяется от 2 до 6. Наночастицы имели воспроизводимый размер, были более монодисперсными и обладали большей стабильностью, чем искусственно полученные наночастицы. Дальнейшие работы по синтезу наночастиц CdS с использованием микроорганизмов практически немногочисленны и ограничиваются изучением их характеристик и эффективного производства при культивировании партий.
В патентах США № 5876480 и 6054495 описан способ создания неагломерированных металлических наночастиц, включающий стадии
(a) образования дисперсии в водном или полярном растворителе, где дисперсия включает неполимеризированные пузырьки липида, неполимеризированные пузырьки липида, при этом каждый из них содержит, по меньшей мере, один двойной слой липида, двойной слой липида, содержащий отрицательно заряженный липид, который имеет связанную анионную группу, и пузырьки липида, имеющие каталитические ионы металлов первого типа, связанные при этом посредством ионного связывания,
(b) объединения дисперсии со стадии (а) с ванной для металлизации, содержащей свободные ионы металлов второго типа, с образованием смеси, и
(c) выдерживания смеси на стадии (Ь) при температуре, достаточной для уменьшения указанных свободных ионов металлов второго типа и образования неагломерированных металлических наночастиц, имеющих средний диаметр в интервале примерно 1-100
нм.
В патенте США № 6068800 описаны способ и установка для получения наномасштабных частиц взаимодействием лазерного луча с жидким раствором предшественника, используя или твердую подложку, или плазму во время взаимодействия лазерного луча с жидкостью.
В патентах США №5618475 и 5665277 рассмотрено получение дисперсного вещества, имеющего размеры наночастиц, как например, примерно 100 нанометров в диаметре или менее, и, более конкретно, установка и способ получения наночастиц металлов, сплавов, интерметаллических соединений, керамики и других веществ с помощью конденсации смешением с холодным продуктом высокотемпературного пара, полученного посредством испарителя, имеющего технические характеристики, позволяющие достигнуть эффективного отделения условий испарения от условий, в которых находится нисходящий поток, и одновременно испарять вещества с отличающимися давлениями насыщенного пара.
В патенте США № 5736073 описан способ получения нанометровых частиц при помощи направленного осаждения из газовой фазы испаряемого вещества, под действием электронного луча на подложку.
В патенте США № 6706902 непрерывный способ согласно указанному изобретению включает пропитку веществ подложки и, после термической активации, сушку веществ подложки при помощи распыления или посредством технологии псевдоожиженного слоя, приводя тем самым к образованию композиций подложки, содержащих благородные металлы, которые являются активными при катализе реакций окисления.
В патенте США № 65 624 03 широко рассмотрены химические способы формирования коллоидной дисперсии наночастиц, окруженных лигандами, и извлечения наночастиц, окруженных лигандами, которые могут быть в форме сверхрешетки.
В патенте США № 5698483 способ получения порошков наноразмеров включает стадии перемешивания водной однородной фазы, содержащей, по меньшей мере, одну соль катиона металла, с гидрофильной органической полимерный дисперсной фазой,
формирования соли катиона металла/полимерного геля и температурной обработки геля при температуре, достаточной для удаления воды и органических веществ из объема геля, получая в результате в качестве остаточного вещества порошок частиц нанометрового размера.
Основные недостатки рассмотренных выше способов заключаются в том, что они являются дорогостоящими и трудными для технической реализации, и являются слишком медленными способами для осуществления массового производства. Большинство способов являются также не только капиталоемкими, но и малоэффективными по степени использования в них веществ и энергии. В известных способах трудно осуществлять управление для достижения требуемого размера и формы получаемых наномасштабных частиц. Многие из этих способов синтеза также требуют использования вакуумных установок и включают экологические проблемы, связанные с обезвреживанием химических отходов. Почти все способы, используемые в получении частиц субмикронного масштаба, используют, по меньшей мере, один токсичный или нежелательный химический реагент на любой из трех основных стадий синтеза, к которым относятся среда растворения, используемая при синтезе, восстанавливающий агент, используемый при синтезе, и вещество, используемое для стабилизации. В большинстве из рассмотренных способов чрезмерно полагаются на использование органических растворителей. Частицы, полученные с помощью указанных растворителей, ке являются биосовместимыми, и поэтому они не являются подходящими для их использования в биологических областях применения, таких как биодатчики и маркеры. Многие из восстанавливающих агентов, таких как борогидриды, диметилформамиды, гидразины, являются чрезвычайно высокоактивными химическими реагентами и опасными как экологически, так и биологически. В некоторых случаях затруднено отделение и извлечение частиц, например, в случае сурфактантов, которые обнаруживают сродство с углекислым газом. Однако наиболее существенный ряд проблем возникает на стадии стабилизации. Почти все стабилизирующие или покрывающие агенты, используемые в форме полимеров или химических реагентов,
ориентированы на использование опасных и рискованных технологических стадий или на конечные стабилизированные продукты, или на процесс создания стабилизированного вещества, или на процесс стабилизации.
Физические и химические способы при производстве наночастиц включают управление размерами кристаллита посредством ограничения реакционной среды. Однако при этом появляются проблемы, связанные с общей нестабильностью продукта и достижением монодисперсного размера. Дисперсия наночастиц обычно обнаруживается по очень интенсивной окраске вследствие плазмонного резонансного поглощения, которое может быть приписано коллективному колебанию электронов проводимости, вызванному присутствием электромагнитного поля.
Другие области проблем в рассмотренных выше способах связаны с однородностью распределения частиц, морфологией и кристалличностью, агломерацией частиц во время и после синтеза и отделением этих частиц от веществ, участвующих в реакции.
Наночастицы являются чрезвычайно реактивными, поскольку координационная сфера поверхностных атомов в наночастице является ненасыщенной, и это может приводить к агломерации частиц для минимизации полной поверхностной или межфазной энергии системы. Указанную проблему преодолевают с помощью пассивирования открытых поверхностных атомов защитными группами. Покрытые или пассивированные частицы не только препятствуют их агломерации, но также защищают частицы от окружающей их среды и обеспечивают электронную стабилизацию поверхности. В качестве покрывающего агента обычно берут соединение в форме основания по Льюису, ковалентно связанного с поверхностными атомами металлов.
Поэтому были разработаны химические способы для осуществления пассивации или стабилизации указанных наночастиц. Желательно, чтобы наночастицы были защищены от окружающей среды, но по-прежнему сохраняли присущие им свойства. Обнаружено, что размер, морфология, стабильность и свойства (химические и физические) указанных наночастиц имеют сильную зависимость от специфики способа их получения и
экспериментальных условий.
Стабилизация наночастиц на субмикронном уровне требует агента, который может осуществить связь с поверхностью кластера, и, таким образом, предотвратить неуправляемый рост или агломерацию кластера или дискретных частиц в большие частицы. Самый простой способ включает использование растворителя, который действует как стабилизатор небольших кластеров. Неагломерированные наночастицы могут также быть получены с использованием полимерных сурфактантов и стабилизаторов, которые добавляются в реакцию, предназначенную для осаждения массивных вещестЕ. Полимер присоединяется к поверхности растущих кластеров и с помощью или стерического фактора, или электростатического отталкивания предотвращает дальнейший рост нанокластеров. Обычно используемые химические стабилизаторы включают полифосфат натрия и анионные агенты, такие как тиолаты.
Большинство реакций, при которых осуществляется покрытие частиц, включают дополнительные стадии, и покрывающие агенты обычно представляют собой токсичные вещества.
Целью настоящего изобретения является создание стабилизирующего раствора, в котором успешно сохраняются характерные физические и химические свойства отдельных субмикронных и, в частности, наномасштабных частиц.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение недорогого и экологически безвредного способа производства стабилизирующего раствора и обеспечение эффективного и "зеленого" способа стабилизации субмикронных частиц.
Согласно настоящему изобретению предоставлен
стабилизирующий раствор субмикронных частиц, содержащий водный экстракт размягченных биологических клеток, имеющий рН от 5,5 до 7,5, потенциал разомкнутой цепи от +0,02 до +0,2 вольт, температуру от 20°С до 30°С и концентрацию суммарного органического углерода, равную, по меньшей мере, 18000 частей на миллион.
Обычно, биологические клетки являются растительными
клетками ткани растений, выбранной из группы тканей, содержащих живую ткань листьев, плодов, стеблей, корней и цветов и их части.
Альтернативно, биологические клетки являются животными клетками ткани животных, выбранных из группы тканей, состоящих из тканей червей, насекомых, рыб, моллюсков, ракообразных и высших животных.
В качестве еще одной альтернативы, клетки являются клетками микроорганизмов, выбранных из группы микроорганизмов, которые включают бактерии, грибы, дрожжи, вирусы, протозоа и морские водоросли.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения разработан способ получения стабилизирующего раствора субмикронных частиц, включающий стадии
(a) получения свежей биологической ткани;
(b) размягчения биологической ткани в воде с образованием суспензии, содержащей экстракты биологической ткани;
(c) удаления из суспензии суспендированных частиц, больших, чем один микрон, с получением прозрачного концентрированного экстракта;
(d) разбавления концентрированного экстракта в деионизированной воде в отношении от исходного соотношения до разбавления, равного 1:10;
(e) регулирования температуры до 25°С;
(f) доведения рН разбавленного экстракта до 5,5-7,5;
(д) измерения потенциала разомкнутой цепи с получением подтверждения, что указанный потенциал находится в интервале от +0,02 до +0,2 вольт; и
(h) измерения содержания суммарного органического углерода с получением подтверждения, что в растворе указанное содержание составляет, по меньшей мере, 18000 частей на миллион.
Биологическую ткань обычно размягчают с помощью, по меньшей мере, одного способа из группы способов размягчения, которая включает растирание, измельчение, дробление, микроволновую обработку, разрушение (микроорганизмов)
ультразвуком, обработку ультразвуком, бомбардировку,
выдавливание прессованием, размораживание-оттаивание,
радиационное облучение, термическую обработку, осмолиз, ферментативный лизис, химический лизис, вакуумный лизис и лизис в условиях перепада давления.
Удаление суспендированных частиц достигают фильтрованием суспензии через субмикронный фильтрующий элемент.
В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения изобретения водный экстракт обрабатывают неполярным растворителем, таким как н-циклогексан, для обогащения биомолекул в экстракте.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения разработан способ стабилизации субмикронных частиц, включающий стадии
диспергирования субмикронных частиц в стабилизирующем растворе согласно настоящему изобретению с получением продукта реакции, в котором концентрация частиц находится в интервале от 5 до 300 частей на миллион;
и перемешивания продукта в течение времени от 30 минут до трех часов с получением суспензии из стабилизированных твердых субмикронных частиц.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения разработан способ стабилизации субмикронных металлических частиц в ходе их синтеза, включающий стадии
диспергирования соли металла в деионизированной воде с образованием раствора;
добавления образованного раствора к стабилизирующему раствору в соответствии с настоящим изобретением с получением продукта, в котором концентрация металла находится в диапазоне от 5 до 300 частей на миллион и область эффективного разбавления стабилизирующего раствора находится в интервале от 1:1 до 1:10;
добавления реагента-восстановителя к продукту и перемешивания продукта в течение времени от 30 минут до
трех часов с получением суспензии из стабилизированных твердых
субмикронных частиц.
Обычно, субмикронные частицы представляют собой частицы, выбранные из группы частиц из переходных металлов, щелочных металлов, щелочноземельных металлов, редкоземельных металлов, металлоидов, комбинаций металлов, металлических соединений, при этом указанные субмикронные частицы представляют собой наночастицы, и стабилизирующий раствор добавляют в ходе синтеза наночастиц способом из группы способов, включающих химический, физический и биологический способ, или добавляют после синтеза.
В соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения субмикронные частицы состоят из ионов серебра, и стадия диспергирования включает диспергирование соли серебра в деионизированной воде, имеющей проводимость, менее чем 3 микросименса.
В соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения, субмикронные частицы состоят из ионов золота, и стадия диспергирования включает диспергирование соли золота в деионизированной воде.
Обычно, восстанавливающий агент является, по меньшей мере, одним реагентом-восстановителем, выбранным из группы, содержащей стабилизирующий раствор, лимонную кислоту, борогидрид, сульфид натрия, ацетат натрия.
Теоретические соображения, лежащие в основе настоящего изобретения, следующие:
В природе, химический состав клеток, не смотря на все многообразие растительного и животного мира, обладает поразительным подобием. Таким образом, живые растительные клетки в значительной степени подобны химически клеткам животных и клеткам микроорганизмов.
Все клетки содержат биомолекулы, такие как полисахариды, белки, липиды и нуклеиновые кислоты, которые построены из строительных блоков, таких как моносахариды, аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды. Кроме того, (в клетках) также присутствуют многие динамически действующие молекулы, такие как глутатнон, цитохромы, убихинон, NADH, FADH, пировиноградная кислота, лимонная кислота, малеиновые кислоты, глицерин. Указанные биомолекулы имеют различные реактивные группы, такие
как сульфгидрильные, амино, имино, карбоксильные, гидроксильные и подобные.
Когда живые клетки размягчают в воде, биомолекулы высвобождаются в воду. Эти биомолекулы коллективно содержат все реактивные группы, в которых элементы находятся в определенной пропорции друг к другу. Обнаружено, что эти биомолекулы имеют удивительную коллективную способность не только к восстановлению ионов металлов, таких как золото и серебро, но также эти биомолекулы воздействуют стерически на металлические наночастицы, стабилизируя их или в процессе их синтеза, или после окончания процесса синтеза. Связывающее взаимодействие между биомолекулами является относительно слабым по сравнению с взаимодействием между этими частицами и типичными химическими покрывающими агентами, такими как тиолы.
Металлические нанокластеры являются оптически прозрачными и действуют как диполи. Зона проводимости и валентная зона в металлических нанокластерах расположены рядом друг с другом, и движение электронов происходит достаточно свободно. Возможные применения таких систем главным образом связаны с необычной зависимостью оптических и электронных свойств от размера частицы. Частицы из серебра, имеющие размер 5-50 нм, показывают наличие резкой полосы поглощения в области 410-420 нм. Тогда как такое же явление для наночастиц из золота наблюдают при 520-550 нм.
Размер металлических частиц, полученных способом, описанным в соответствии с настоящим изобретением, зависит от концентрации ионов металлов и концентрации биомолекул.
Синтез частиц требует протекания двухстадийного процесса, т.е. зародышеобразования и происходящего затем
последовательного роста частиц. В соответствии с настоящим изобретением, в котором стабилизирующий раствор добавляют во время синтеза на первой стадии, часть ионов металлов в растворе адсорбируется на свободных нуклеофильных группах (-SH, О, NH2) , присутствующих на поверхности биомолекул в стабилизирующем растворе, и они превращаются в восстановленные атомы. Восстановленные атомы металлов, полученные таким образом,
действуют как центры зародышеобразования и облегчают в дальнейшем восстановление ионов металлов, присутствующих в основном объеме раствора. Атомная коалесценция приводит к образованию металлических кластеров и ею можно управлять с помощью природных лигандов и сурфактантов, формирующих часть биомолекулярной массы. Таким образом, биомолекулы действуют как восстанавливающие, так и как стабилизирующие агенты. Обнаружено, что требуется пороговое значение концентрации биомолекулярной массы, для того чтобы ее использовать в виде затравки процесса субмикронного формирования и стабилизации. Это положение выражают в терминах суммарного содержания органического углерода в биомолекулярной массе.
Также на основе экспериментальных данных обнаружено, что восстановительный потенциал играет важную и критическую роль в формировании и стабилизации наночастиц, в частности, наночастиц золота и серебра. Электродвижущая сила, найденная при использовании 1М концентрации восстанавливающего агента и его оксидированной формы при 25°С и рН 7,0, называется его стандартным потенциалом восстановления. Он является мерой, соответствующей тенденции восстанавливающего агента к потере электронов.
Потенциал восстановления измеряют в положительных или отрицательных вольтах по шкале, в которой положительный знак обозначает более низкий потенциал восстановления, чем отрицательный знак. Поэтому вещество со стандартным потенциалом восстановления +0,1 вольта имеет более высокий потенциал восстановления, чем вещество со стандартным потенциалом восстановления +0,2 вольта, и поэтому вещество со стандартным потенциалом восстановления +0,1 вольта будет восстанавливать вещество, имеющее потенциал восстановления +0,2 вольта. Стандартный потенциал восстановления некоторых биомолекул, таких как NADH, убихинон и цитохрсм, bk составляет 0,32 вольта, -0,05 вольта и +0,03 вольта. С другой стороны, стандартный потенциал восстановления для преобразования ионов, таких как золото и серебро, с появлением их в виде твердого тела
составляет +1,5 вольта и +0,8 вольта, соответственно. Таким образом, полученные данные в соответствии с настоящим изобретением свидетельствуют о том, что много биомолекул, которые имеют эффективный стандартный потенциал восстановления больший, чем эффективный стандартный потенциал восстановления, требуемый для перевода ионов золота и серебра с образованием частиц твердого тела, могут эффективно восстанавливать эти ионы в растворе. Не представляется возможным измерить стандартный восстановительный потенциал растворов, созданных в настоящем изобретении, поскольку неизвестны молярные концентрации индивидуальных компонентов биомолекулярной массы. Однако динамически потенциал разомкнутой цепи раствора может быть легко определен. При определенных молярных концентрациях потенциал разомкнутой цепи имеет прямую связь со стандартным потенциалом восстановления. Потенциал разомкнутой цепи указывает на начальное эмпирическое окислительно-восстановительное состояние раствора.
Для способа согласно настоящему изобретению является крайне необходимым, чтобы стабилизирующий раствор имел потенциал разомкнутой цепи в интервале от +0,02 до 0,2 вольта, при этом также к важным параметрам относятся значения рН, равные 5,5-7,5, и температура в интервале от 20 до 30°С. Общее содержание органического углерода в стабилизирующем растворе должно также составлять, по меньшей мере, 18 000 частей на миллион. Чистота воды, имеющей проводимость менее чем 3 микросименса, имеет также существенное значение для оптимизации процесса формирования частиц. Концентрация ионов металлов в реакционном растворе должна находиться в интервале от 5 до 300 частей на миллион; содержание ионов металлов в маточном растворе составляет 150-60000 частей на миллион.
При проведении экспериментального исследования обнаружено, что биомолекулы, обычно находящиеся в клетках растений, клетках животных и микроорганизмов, в целом растении, животном или микроорганизме, имеют восстановительный потенциал, и их способность к восстановлению очень медленно уменьшается, когда
их выдерживают на воздухе в условиях окружающей среды, и она быстро снижается в результате денатурирующей обработки. Способность к восстановлению, поэтому, обратнопропорционально связана со свежестью ткани. Также обнаружено, что способность к восстановлению изменяется от ткани к ткани и обратнопропорциональна продолжительности ее выдерживания на воздухе и, в конечном счете, она стремиться к нулю.
Теперь изобретение будет описано со ссылкой на сопровождающие примеры, которые никаким образом не ограничивают существо и объем настоящего изобретения.
Пример 1
Накопление воды осуществляли с использованием Labconco, USA водной про системы с предварительно установленным фильтром, углеродным фильтром и мембраной для обратного осмоса. Полученная вода имела проводимость 2,7 микросименсов согласно измерению, проведенному с помощью диалогового цифрового измерительного прибора, встроенного в измерительное устройство.
50 цельных цветов Hibiscusrosasinensis Linn (с влажной массой 4 8,37 г) размягчали со 150 мл деионизированной воды в смесителе (500 оборотов в минуту) в течение 10 минут с получением гомогенной вязкой суспензии. Полученную вязкую суспензию фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением 165 мл прозрачного вязкого раствора. 10 мл аликвоты полученного раствора разбавляли до 100 мл, используя воду.
7 мл аликвоты удаляли и проверяли потенциал разомкнутой цепи при 25°С на электрохимическом анализаторе (СН Instruments 600В, USA), используя трехэлектродную установку. Ag/AgCl (водный) использовали в качестве электрода сравнения, стеклоуглерод - в качестве рабочего электрода (диаметром 3 мм) и провод из Pt (длиной 4 см) - в качестве противоэлектрода. Найденная величина составляла +0,15 вольт. Аналогично, проверяли рН свободнотекущего раствора, используя для этого цифровой рН-метр (control Dynamics, India), и найденное значение составляло 5,6.
Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ЮС, и найденное значение составляло 22,180 частей на миллион.
Синтез наночастиц серебра осуществляли способом восстановления боргидридом, как описано Jin. R, Cao. Y.W., Kelly K.L., Schatz G.C., Zheng, J.G. and Chad A. Mirkin. (2001) в "Photo induced conversion cf silver Nan spheres to nanoprisms"). Science: 294; 1901-1903. Кратко, 10 мл водного экстракта цветка подвергали взаимодействию с 100 мкл маточного раствора нитрата серебра (100 млМ), затем добавляли 100 мкл борогидрида натрия (500 млМ), что в результате приводило к образованию коллоидной суспензии.
Образец коллоидной суспензии сканировали в интервале от 200 до 800 нм, используя спектрофотометр с диодной матрицей (Ocean Optics, USA) . Был обнаружен пик при 410 нм. Этот пик является характерным плазмонным пиком для наночастиц серебра [см. фиг.1 в прилагаемых рисунках], обычно имеющих средний диаметр 5-120 нм.
Другую аликвоту коллоидной суспензии исследовали с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ) при 200 кВ, используя электронной микроскоп Philips, оборудованный электронной пушкой с полевой эмиссией, а именно, СМ200 FEG. Образец для исследования ТЕМ приготовили посредством нанесения пипеткой 2 мкл коллоидного раствора на углеродное покрытие медной сетки и таким образом получали изображение. Средний размер, наблюдаемый на изображении, составлял 10-20 нм [см. фиг.2 в прилагаемых рисунках].
Исследование образца с помощью атомно-силовой микроскопии (AFM) проводили, используя головку Nanonics MultiView 1000 AFM со сканером Е (Nanonics Imaging Ltd., Jerusalem, Israel). Образец сканировали бесконтактным способом датчиком с радиусом 20 нм и резонансной частотой 8 0 кГц. Изображение AFM регистрировали, обрабатывали и анализировали с помощью программного обеспечения QUARTZ, Version 1.00 (Cavendish Instruments Ltd., UK). Пробу для исследования в виде 5 мкл образца помещали на стеклянную пластинку 1 см (толщиной 0,5
мм) и сушили в ламинарном воздушном потоке перед получением изображения. Однородные частицы диаметром 50-100 нм и высотой 125 нм фиксировали, как показано на фиг.За в прилагаемых рисунках, которая представляет собой трехмерное изображение AFM для части образца, и на фиг.ЗЬ, которая демонстрирует двумерное изображение, характеризующее данные, относящиеся к размеру конкретной частицы.
10 мл коллоидной суспензии выдерживали при комнатной температуре 27°С в течение 90 дней. По окончании 90 дней проводили повторную микроскопию ТЕМ и AFM. Обнаружено, что плазмонный пик, размер частиц и форма остаются по существу неизменными. Таким образом, полученные данные доказывают отсутствие агломерации для полученных наночастиц.
Другие 2 мл раствора выдерживали при 60°С на водной бане в течение 30 минут и существенного изменения в плазмонном пике, размере частицы и форме не выявлено, что указывает на стабильность суспензии наночастицы.
Аналогично, другие 2 мл суспензии наночастиц замораживали при -7 0°С и затем оттаивали при комнатной температуре. После размораживания образца проводили спектральное сканирование и повторную микроскопию ТЕМ и AFM. Обнаружено, что плазмонный пик, размер частиц и форма остаются по существу неизменными. Таким образом, полученные данные доказывают отсутствие агломерации для полученных наночастиц.
Кроме того, другие 2 мл замороженного раствора сушили в вакууме с использованием лиофилизатора (Vertis Freezemobile 5EL, USA) . Высушенный порошок ресуспендировали в 2 мл деионизированной воде и проводили спектральное сканирование и повторную микроскопию ТЕМ и AFM. Обнаружено, что плазмонный пик, размер частиц и форма остаются по существу неизменными. Таким образом, полученные данные доказывают отсутствие агломерации для полученных наночастиц.
Другие 2 мл раствора центрифугировали при 30000 G в течение 30 минут, используя ультрацентрифугу (Optima Мах centrifuge, Beckman Coulter, USA). Полученный осадок после
центрифугирования ресуспендировали в 2 мл деионизированной воде и проводили спектральное сканирование и повторную микроскопию ТЕМ и AFM. Обнаружено, что плазмонный пик, размер частиц и форма остаются по существу неизменными. Таким образом, полученные данные доказывают отсутствие агломерации для полученных наночастиц.
Аналогично, 5 мл суспензии наночастиц буферировали буфером соли лимонной кислоты при рН (3, 4 и 5) и буфером соли фосфорной кислоты при рН (8, 9, 10), выдерживали в течение 30 минут и по окончании 30 минут проводили спектральное сканирование и повторную микроскопию ТЕМ и AFM. Обнаружено, что плазмонный пик, размер частиц и форма остаются по существу неизменными. Таким образом, полученные данные доказывают отсутствие агломерации для полученных наночастиц.
К 5 мл суспензии наночастиц добавляли хлорид натрия до достижения конечной концентрации от 10 мМ до 50 мМ, через 30 минут после окончания добавления проводили спектральное сканирование и повторную микроскопию ТЕМ и AFM. Обнаружено, что плазмонный пик, размер частиц и форма остаются по существу неизменными. Таким образом, полученные данные доказывают отсутствие агломерации для полученных наночастиц.
Проведенные выше испытания показывают, что в присутствии экстракта цветка наночастицы серебра устойчивы в обычных и умеренно жестких внешних условиях.
Пример 2
В эксперименте использовали воду, имеющую проводимость 2,7 микросименсов, и эксперимент проводили при 27°С.
Листья Asparagus racemosus (с влажной массой 47,00 граммов) размягчали в 150 мл воды, как описано в примере 1, и фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением прозрачного 155 мл раствора. Из полученного исходного раствора 10 мл аликвоты разбавляли деионизированной водой до 100 мл и тщательно перемешивали при встряхивании. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,09 вольт и 6,0,
соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 234 80 частей на миллион.
Синтез субмикронных частиц золота осуществляли способом восстановления соли лимонной кислоты, как описано J Turkevitch, Р.С Stevenson and J Hillier, (1951) Nucleation and Growth Process in the Synthesis of Colloidal Gold). Discuss. Faraday Soc. 11, 55-75. Кратко, 10 мл экстракта листьев подвергали взаимодействию с 200 мкл раствора тринатриевой соли лимонной кислоты (1%) с последующим добавлением 25 мкл хлорауриловой кислоты (chloroauric acid) (25 млМ). Образцы извлекали и проводили исследование различных характеристик, как описано в примере 1. Был обнаружен характеристический плазмонный пик наночастиц золота при 54 0 нм, указывающий на средний диаметр (частиц) в диапазоне 20-150 нм [см. фиг.4 в прилагаемых рисунках]. Исследование ТЕМ и AFM (см. фиг. 5 и б в прилагаемых рисунках) подтвердили наличие частиц субмикронного масштаба, и их средний диаметр определен, как равный 30 нм. Стабильность наночастиц проверяли, как описано в примере 1, и было обнаружено, что наночастицы золота устойчивы в обычных и умеренно жестких внешних условиях.
Пример 3
В эксперименте использовали воду, имеющую проводимость 2,7 микросименсов.
Плодоносящее тело гриба Itajahia sp. (влажной массой равной 45 граммов) размягчали в 150 мл воды, как описано в примере 1, и фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением 165 мл прозрачного раствора. Из полученного исходного раствора 10 мл аликвоты разбавляли деионизированной водой до 100 мл и тщательно перемешивали при встряхивании. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,11 вольт и 6,0, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 2 68 00 частей на миллион.
Синтез наночастиц FeS осуществляли с помощью твердофазного
синтеза, используя сульфид натрия в качестве восстанавливающего агента, как описано W-X Zhang, С.В wang and H.I Lien, (1998). Treatment of chlorinated organic contaminants with nanoscale bimetallic particles. Catalysis Today. 47; 387-395. Кратко, в 10 мл экстракта добавляли FeSCu (0,25М), затем добавляли сульфид натрия (0,25М) и энергично перемешивали в атмосфере азота. К полученной смеси добавляли Na2S (1М, 5 мл) по каплям с получением черной коллоидной суспензии FeS. Коллоидную суспензию центрифуриговали при 8000 G в течение 30 минут при 25°С и частицы отделяли после декантации надосадочной жидкости. Частицы промывали несколько раз очищенной N2 деионизированной водой для удаления непрореагированных компонентов. После сушки в вакууме частицы хранили при комнатной температуре в чистых пузырьках. Образцы извлекали и проводили исследование различных характеристик, как описано в примере 1. Исследование ТЕМ и AFM подтвердило наличие частиц субмикронного масштаба, и их средний диаметр определен, как равный 250 нм. Стабильность наночастиц проверяли, как описано в примере 1, и было обнаружено, что частицы устойчивы в обычных и умеренно жестких внешних условиях. Частицы FeS сохранили свой черный цвет при окружающей температуре, что указывает на стабильность частиц. Пример 4
В эксперименте использовали воду, имеющую проводимость 2,7 микросименсов.
В еще одном примере цветы Nyctanthes arbor-tristis (обычное название harsingar; с влажной массой 53,00 грамма) размягчали в 150 мл деионизированной воды, как описано в примере 1. Суспензию фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением 17 0 мл прозрачного раствора. Из полученного исходного раствора 10 мл аликвоты разбавляли деионизированной водой до 100 мл и тщательно перемешивали при встряхивании. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,120 вольт и 5,8, соответственно Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman
ТОС, и найденное значение составляло 20190 частей на миллион.
Синтез наночастиц меди в растворе осуществляли способом фотовосстановления, как описано S Kapoor and Т Mukherjee, (2003) Photochemical formation of copper nanoparticales in poly (N-vinylpyrrolidone). Chemical Physics Letters 370; 83-87. Кратко, 10 мл экстракта цветка подвергали взаимодействию с 1х10~4М CuS04 в определенных условиях, как описано выше. Полученная в результате коллоидная суспензия показала характеристическую плазмонную полосу меди при 565 нм, указывающую на средний диаметр (частиц) в диапазоне 10-50 нм. Коллоидная суспензия становилась стабильной в течение 21 дня при комнатной температуре.
Пример 5
В эксперименте использовали воду, имеющую проводимость 2,7 микросименсов.
Целые листья Aloe-vera (с влажной массой 55,37 грамма) промывали, очищали и размягчали в 150 мл деионизированной воды в смесителе (500 оборотов в минуту) в течение 10 минут с получением гомогенной вязкой суспензии. Полученную вязкую суспензию фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением прозрачного 165 мл вязкого раствора. Из полученного исходного раствора 10 мл аликвоты разбавляли до 100 мл с помощью воды и тщательно перемешивали при встряхивании с получением свободнотекущего раствора. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,08 вольт и 6,8, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 2 9300 частей на миллион.
Синтез наночастиц висмута осуществили с использованием микроэмульсионного способа, как описано J. Fang, K.L Stokes, J Awienmann, W.L Zhou, (2000), Nanocrystalline bismuth synthesized via an in situ polymerization-microemulsion process, Materials Letters 42:113-120. Кратко, 10 мл раствора экстракта Aloe-vera подвергали взаимодействию с 0,03М раствора
нитрата висмута и затем добавляли 0,15М борогидрида натрия, остальную часть условий проведения реакции сохраняли. Полученная в результате коллоидная суспензия показала характеристическую плазмонную полосу для висмута при 268 нм, указывающую на средний диаметр (частиц) в диапазоне 10-100 нм. Коллоидная суспензия становилась стабильной в течение 21 дня при комнатной температуре. Пример 6
В эксперименте использовали воду, имеющую проводимость 2,7 микросименсов.
Зрелые плоды Azadirachta indica (с влажной массой 53,00 грамма) размягчали в 150 мл деионизированной воды, как описано в примере 1, и удаляли семена. Вязкую суспензию фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением 170 мл прозрачного раствора. Из полученного исходного раствора 10 мл аликвоты разбавляли деионизированной водой до 100 мл и тщательно перемешивали при встряхивании. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,110 вольт и 6,2, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 25400 частей на миллион.
Синтез наночастиц CdS осуществляли твердофазным синтезом, как описано W Wang, Z Liu, С Zheng, С Xu Y Liu, G Wang, (2003), Synthesis of CdS nanoparticales by a novel and simple one-step, solid-state reaction in the presence of a nonionic surfactant, Materials Letters 57; 2755-2760. Конкретно, 5,8 грамм хлорида кадмия и 6,144 грамм сульфида натрия растирали в присутствии 10 мл плодового экстракта. Полученную в результате суспензию центрифуриговали при 8000 G в течение 30 минут при 25°С и частицы отделяли после декантации надосадочной жидкости. Частицы промывали несколько раз деионизированной водой для удаления непрореагированных компонентов и остаток растворяли в воде. Полученная в результате коллоидная суспензия показала характеристический плазмонную пслосу для CdS при 4 68 нм,
указывающую на средний диаметр (частиц) в диапазоне 5-10 нм, как показано на изображении ТЕК [см. фиг. 7 сопровождающих рисунков]. Коллоидная суспензия становилась стабильной в течение 60 дней при комнатной температуре. Пример 7
В эксперименте использовали воду, имеющую проводимость 2,7 микросименсов.
Листья Eucalyptus camaldulensis (с влажной массой 54 грамма) размягчали в 150 мл деионизированной воды, как описано в примере 1. Суспензию фильтрозали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением 157 мл прозрачного раствора. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,07 вольт и 6,2, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 23180 частей на миллион.
Синтез нанокристаллического Се02 осуществляли с помощью микроволнового облучения, как описано Х.Н Liao, J Zhu, J.J Zhu, J.Z Xu, and H.Y Chen, (2001) Preparation of monodispersed nanocristalline Ce02 powders by microwave irradiation., Chem. Commun., 937-938. Конкретно, 1 мас.% PEG, 0,01 моль л"1 (NH4)2-Ce(N03)6, 1 мас.% ацетата натрия и 1% экстракта подвергали воздействию микроволнового облучения на 30% уровне мощности (использовали микроволновое манипулирование в течение 30-секундных циклов, действие облучения происходило в течение 9 сек и затем выключали на 21 сек при суммарной мощности 650 Вт в течение 10 минут) и затем охлаждали до комнатной температуры. Полуученый осадок центрифуриговали, промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе. Полуученый в результате желтый продукт отбирали для проведения исследования его свойств. Частицы с размером в диапазоне 10-20 нм наблюдали с помощью ТЕМ и повторную проверку стабильности проводили спустя 90 дней.
Пример 8
В эксперименте использовали воду, имеющую проводимость 2,7 микросименсов.
Корни Withaniasomnifera (обычное название Ashwagandha; с
влажной массой 50 грамм) размягчали в 150 мл деионизированной воды, как описано в примере 1. Суспензию фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в ьакууме с получением 157 мл прозрачного раствора. Из полученного исходного раствора 10 мл аликвоты разбавляли деионизированной водой до 10 0 мл и тщательно перемешивали при встряхивании. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,07 вт и 6,2, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 24300 частей на миллион.
Синтез наночастиц PbS осуществляли с помощью восстановления серы в условиях нагревания, как описано Jin Joo, Hyon Bin Na, Taekyung Yu, Jung Ho Yu, Young Woon Kim, Fanxin Wu, Jin Z. Zhang, and Taeghwan Hyeon, (2003), Generalized and Facile Synthesis of Semiconducting metal Sulfide Nanocrystals, J AM CHEM. SOC. 2003, 125, 11100-11105. Конкретно, 10 мл экстракта подвергали взаимодействию с РЬС1г (0,28 граммов) в присутствии серы (27 мг). Найденный размер частиц находится в диапазоне 5-10 нм, как показано на фиг.8 сопровождающих рисунков. Обнаружено, что спустя 90 дней изображение ТЕМ оставалось без изменений.
Пример 9
В эксперименте использовали воду, имеющую проводимость 2,7 микросименсов.
Листья Eucalyptus camaldulensis (с влажной массой 54 грамм) размягчали в 150 мл деионизированной воды, как описано в примере 1. Суспензию фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением 157 мл прозрачного раствора. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,07 вт и 6,2, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 22150 частей на миллион.
Синтез наночастиц ZnS осуществляли с помощью восстановления серы в условиях нагревания, как описано Jin Joo,
Hyon Bin Na, Taekyung Yu, Jung Ho Yu, Young Woon Kim, Fanxin Wu, Jin Z. Zhang, and Taeghwan Hyeon, (2003), Generalized and Facile Synthesis of Semiconducting metal Sulfide HaHocrystals. J AM CHEM. SOC. 2003, 125, 11100-11105. Конкретно, 10 мл экстракта подвергали взаимодействию с ZnCl2 (2 млМ) в присутствии серы (6 млМ). Найденный размер частиц находится в диапазоне 10-30 нм. Для частиц установлена флуоресценция, вызванная действием ультрафиолетового облучения, которая оставалась неизменной спустя 30 дней. Пример 10
В эксперименте использовали воду, имеющую проводимость 2,7 микросименсов.
Пять цельных листьев Aloe-vera (с влажной массой 55,37 грамма) промывали, очищали и размягчали в 150 мл деионизированной воды в смесителе (500 оборотов в минуту) в течение 10 минут с получением гомогенной вязкой суспензии. Вязкую суспензию фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением 165 мл прозрачного вязкого раствора. Из полученного исходного раствора 10 мл аликвоты разбавляли деионизированной водой до 100 мл и тщательно перемешивали при встряхивании с получением свободнотекущего раствора. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,07 вольт и 6,8, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 24200 частей на миллион.
Синтез наночастиц MnS осуществляли с помощью восстановления серы в условиях нагревания, как описано Jin Joo, Hyon Bin Na, Taekyung Yu, Jung Ho Yu, Young Woon Kim, Fanxin Wu, Jin Z. Zhang, and Taeghwan Hyeon, (2003). Generalized and Facile Synthesis of Semiconducting metal Sulfide Nanocrystals. J AM CHEM. SOC. 2003, 125, 11100-11105.
Конкретно, 10 мл экстракта подвергали взаимодействию с МпС12 (2 мМ) в присутствии серы (2 млМ) . Найденный размер частиц находится в диапазоне 20-80 нм.
Пример 11
4 9 граммов листьев Argyeria speciosa (в количестве 7 штук) размягчали в дистиллированной воде в смесителе; конечный объем доводили до 150 мл. Полученный экстракт фильтровали через муслиновую ситовую ткань и перед его использованием в дальнейшем центрифугировали при 5000 оборотах в минуту в течение 5 минут для удаления суспендированного вещества. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,05 вт и 6,8, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 30200 частей на миллион.
Наночастицы золота и серебра, синтезированные цитратным способом и способом восстановления борогидратом,
соответственно, суспендировали в 10 мл экстракта листьев. Полученный в результате раствор тщательно перемешивали в течение одного часа. Образцы извлекали и проводили исследование различных характеристик, как описано в примере 1. Характеристический плазмонный пик для золота при 540 нм свидетельствовал о среднем диаметре частиц в диапазоне 20-150 нм. Для серебра подобные пики наблюдали при 410 нм, и изображение ТЕМ показало присутствие наночастиц размером в диапазоне 50-120 нм. Спустя 90 дней стабильность частиц оставалась неизменной.
Пример 12
Горькую тыкву (20 грамм) размягчали в воде, перемешивали в смесителе и разбавляли со 150 мл дистиллированной воды. Экстракт получали с помощью отжима пульпы из муслиновой ситовой ткани. Перед проведением эксперимента, экстракт фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 и хранили при 4°С. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,07 вольт и 6,9, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 24200 частей на миллион.
Синтез наночастиц золота и серебра осуществляли
добавлением незначительного количества нитрата серебра и хлорида золота [концентрация 50000 частей на миллион и 25000 частей на миллион, соответственно] к 10 мл экстракта горькой тыквы разбавленной в 5 раз. Полученный в результате раствор тщательно перемешивали в течение трех часов. Цвет раствора изменялся от бесцветного до красно-темножелтого в случае серебра и от золотисто-желтого до розового в случае золота после выдерживания раствора в течение 3 часов. Характеристический плазмонный пик для золота при 550 нм свидетельствовал о среднем диаметре частиц в диапазоне 20-150 нм. Для серебра подобные пики наблюдали при 42 0 нм, и изображение ТЕМ показало присутствие наночастиц размером в диапазоне 50-120 нм. Спустя 90 дней стабильность частиц оставалась неизменной. Пример 13
50 граммов живых земных червей [Lumbricus terristris] растирали с помощью пестика ступки в 150 мл деионизированной воды, до тех пор, пока не образовывалась гомогенная вязкая суспензия. Вязкий раствор фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением прозрачного раствора. Полученный раствор десятикратно разбавляли и потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, при этом определили его значение, равное +0,18 вольт и 7, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 32200 частей на миллион.
Синтез наночастиц золота и серебра осуществляли добавлением незначительного количества нитрата серебра и хлорида золота [концентрация 50000 частей на миллион и 25000 частей на миллион, соответственно] к 10 мл водного экстракта. Полученный в результате раствор тщательно перемешивали в течение одного часа. Образцы извлекали и проводили исследование различных характеристик, как описано в примере 1. Обнаружен характеристический плазмонный пик наночастиц серебра при 410 нм и для наночастиц золота - при 530 нм. Изображение ТЕМ наночастиц серебра также подтверждает формирование частиц в
диапазоне 10-50 нм для серебра и 30-80 для золота. Пример 14
50 граммов свежей рыбы [рыбы семейства строматеевых -Pampus argentus] растирали в тканевом гомогенизаторе и смешивали со 150 мл деионизированой воды, до тех пор пока не получали гомогенную вязкую суспензию. Вязкий раствор фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением прозрачного раствора. Полученный раствор десятикратно разбавляли и потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, при этом определили его значение, равное +0,09В и 7,2, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 34200 частей на миллион.
Синтез наночастиц золота и серебра осуществляли добавлением незначительного количества нитрата серебра и хлорида золота [концентрация 50000 частей на миллион и 25000 частей на миллион, соответственно] к 10 мл водного экстракта. Полученный в результате раствор тщательно перемешивали в течение одного часа. Образцы извлекали и проводили исследование различных характеристик, как описано в примере 1.
Обнаружен характеристический плазмонный пик наночастиц серебра при 410 нм и для наночастиц золота - при 530 нм. Изображение ТЕМ наночастиц серебра также подтверждает формирование частиц в диапазоне 10-50 нм для серебра и 30-80 для золота.
Пример 15
50 граммов только что собранной культуры Escherichia coli в форме остатка после центрифугирования диспергировали обработкой ультразвуком в деионизированной воде в течение 15 минут, полученную в результате суспензию центрифугировали при 8 000 оборотах в минуту, прозрачный надосадочный раствор десятикратно разбавляли и потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, при этом определили его значение, равное +0,1В и 6,7, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя
анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 24 000 частей на миллион.
Синтез наночастиц золота и серебра осуществляли добавлением незначительного количества нитрата серебра и хлорида золота [концентрация 50000 частей на миллион и 25000 частей на миллион, соответственно] к 10 мл водного экстракта. Полученный в результате раствор* тщательно перемешивали в течение одного часа. Образцы извлекали и проводили исследование различных характеристик, как описано в примере 1. Обнаружен характеристический плазмонный пик наночастиц серебра при 420 нм и для наночастиц золота при 550 нм. Изображение ТЕМ наночастиц серебра также подтверждает формирование частиц в диапазоне 1050 нм для серебра и 30-80 для золота.
Пример 16
В эксперименте использовали воду, имеющую проводимость 2,7 микросименсов. Пять цельных листьев Aloe-vera (с влажной массой 55,37 грамма) промывали, очищали и размягчали в 150 мл деионизированной воды в смесителе (500 оборотов в минуту) в течение 10 минут с получением гомогенной вязкой суспензии. Вязкую суспензию фильтровали через бумажный фильтр Whatman № 1 в вакууме с получением 165 мл прозрачного вязкого раствора. К полученному раствору добавляли 50 мл н-циклогексана и продукт реакции тщательно перемешивали при встряхивании в делительной воронке. Экстракт циклогексана отделяли и содержание повторно экстрагировали в 150 мл деионизированной воды. Из полученного исходного раствора 10 мл аликвоты разбавляли деионизированной водой до 200 мл и тщательно перемешивали при встряхивании с получением свободнотекущего раствора. Потенциал разомкнутой цепи и рН измеряли, как описано в примере 1, и определили его значение, равное +0,11 вольт и 6,8, соответственно. Концентрацию суммарного органического углерода измеряли, используя анализатор Beckman ТОС, и найденное значение составляло 19200 частей на миллион.
Синтез наночастиц золота и серебра осуществляли добавлением незначительного количества нитрата серебра и хлорида золота [концентрация 50000 частей на миллион и 25000
частей на миллион, соответственно] к 10 мл водного экстракта. Полученный в результате раствор тщательно перемешивали в течение одного часа. Образцы извлекали и проводили исследование различных характеристик, как описано в примере 1. Обнаружен характеристический плазмонный пик наночастиц серебра при 420 нм и для наночастиц золота при 550 нм. Изображение ТЕМ наночастиц серебра также подтверждает формирование частиц в диапазоне 2 04 0 нм для серебра и 30-8 0 для золота.
Все приведенные выше примеры осуществляли при температуре примерно равной 25°С.
Рассмотренные примеры показывают, что водные экстракты размягченных клеток биологической ткани являются превосходными агентами для стабилизации субмикронных частиц. Кроме того, они являются экологически благоприятными восстановительными агентами при синтезе субмикронных частиц золота и серебра.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Стабилизирующие растворы субмикронных частиц, включающие водный экстракт размягченных биологических клеток, имеющий рН в диапазоне от 5,5 до 7,5, потенциал разомкнутой цепи в диапазоне от +0,02 до +0,2 вольт, температуру в диапазоне от 20°С до 30°С и концентрацию суммарного органического углерода, равную, по меньшей мере, 18000 частей на миллион.
2. Стабилизирующий раствор субмикронных частиц по п.1, в котором биологические клетки являются растительными клетками.
3. Стабилизирующий раствор субмикронных частиц по п.1, в котором биологические клетки являются клетками, по меньшей мере, одной растительной ткани, выбранной из группы тканей, включающих живую ткань листьев, плодов, стеблей, корней и цветов и их части.
4. Стабилизирующий раствор субмикронных частиц по п.1, в котором биологические клетки являются животными клетками.
5. Стабилизирующий раствор субмикронных частиц по п.1, в котором биологические клетки являются клетками, по меньшей мере, одной ткани животного, выбранной из группы тканей, состоящих из тканей червей, насекомых, рыб, моллюсков, ракообразных и более высших животных.
6. Стабилизирующий раствор субмикронных частиц по п.1, в котором клетки являются клетками микроорганизмов.
7. Стабилизирующий раствор субмикронных частиц по п.1, в котором клетки выбраны из группы микроорганизмов, которые включают бактерии, грибы, дрожжи, вирусы, протозоа и морские водоросли.
8. Способ получения стабилизирующего раствора для субмикронных частиц по п.1, включающий стадии
(a) получения свежей биологической ткани;
(b) размягчения биологической ткани в воде с образованием суспензии, содержащей экстракты биологической ткани;
(c) удаления из суспензии суспендированных частиц, больших, чем один микрон, с получением прозрачного
концентрированного экстракта;
(d) разбавления концентрированного экстракта в деионизированной воде в отношении от исходного соотношения до разбавления, равного 1:10;
(e) регулирования температуры до 25°С;
(f) доведения рН разбавленного экстракта до 5,5-7,5;
(д) измерения потенциала разомкнутой цепи с получением подтверждения, что указанный потенциал находится в интервале от +0,02 до +0,2 В; и
(h) измерения содержания суммарного органического углерода с получением подтверждения, что в растворе указанное содержание составляет, по меньшей мере, 18000 частей на миллион.
9. Способ получения стабилизирующего раствора для субмикронных частиц по п.8, в котором биологическую ткань размягчают с помощью, по меньшей мере, одного способа из группы способов размягчения, которая включает растирание, измельчение, дробление, микроволновую обработку, разрушение (микроорганизмов) ультразвуком, обработку ультразвуком, бомбардировку, выдавливание прессованием, размораживание-оттаивание, радиационное облучение, термическую обработку, осмолиз, ферментативный лизис, химический лизис, вакуумный лизис и лизис в условиях перепада давления.
10. Способ получения стабилизирующего раствора для субмикронных частиц, в котором удаление суспендированных частиц достигают фильтрованием суспензии через субмикронный фильтрующий элемент.
11. Способ стабилизации субмикронных частиц, включающий стадии
(a) дисперигрования субмикронных частиц в деионизированной воде с образованием дисперсии, в которой концентрация частиц находится в диапазоне от 150 до 60000 частей на миллион;
(b) добавления дисперсии к стабилизирующему раствору с получением продукта реакции, в котором концентрация частиц изменяется от 5 до 300 частей на миллион;
(c) перемешивания продукта реакции в течение времени от 30
минут до трех часов с получением суспензии из стабилизированных твердых субмикронных частиц.
12. Способ стабилизации субмикронных металлических частиц, в течение их синтеза, включающий стадии
диспергирования соли металла в деионизированной воде с образованием раствора;
добавления образованного раствора к стабилизирующему раствору в соответствии с п.1, с получением продукта реакции, в котором концентрация металла находится в диапазоне от 5 до 300 частей на миллион и область эффективного разбавления стабилизирующего раствора находится в интервале от 1:1 до 1:10;
добавления восстанавливающего агента к продукту реакции и
перемешивание продукта реакции в течение времени от 30 минут до трех часов с получением суспензии из стабилизированных твердых субмикронных частиц.
13. Способ по п.11, в котором субмикронные частицы представляют собой частицы, выбранные из группы частиц переходных металлов, щелочных металлов, щелочноземельных металлов, редкоземельных металлов, металлоидов, комбинаций металлов, металлических соединений.
14. Способ по п.11, в котором субмикронные частицы представляют собой наночастицы, и стабилизирующий раствор добавляют во время синтеза наночастиц способом из группы способов, включающей химический способ, физический способ и биологический способ.
15. Способ по п.11, в котором субмикронные частицы состоят из ионов серебра, и стадия диспергирования включает диспергирование соли серебра в деионизированной воде, имеющей проводимость, менее чем 3 микросименса.
16. Способ по п.11, в котором субмикронные частицы состоят из ионов золота, и стадия диспергирования включает диспергирование соли золота в деионизированной воде.
17. Способ по пп.11 или 12,. в котором водный экстракт обрабатывают не полярным растворителем, таким как н-циклогексан.
18. Способ по п.12, в котором восстанавливающий агент
является, по меньшей мере, одним восстанавливающим агентом, выбранным из группы, содержащей стабилизирующий раствор, лимонную кислоту, борогидрид, сульфида натрия, ацетат натрия.
По доверенности
1/5
141064
300
400 600 600 Длина волны (нм)
ФИГ.1
700
800
ФИГ.2
2/5
ФИГ.ЗВ
3/5
Длина волны (нм)
ФИГ.4
ФИГ.5
ФИГ.6В
5/5
ФИГ.8