XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Бактерицидные свойства наносеребра

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Горовая Д.Д. 1

---

1Детский Технопарк Кванториум

Антоненко Ю.А. 1

---

1Детский Технопарк Кванториум

Работа в формате PDF

403 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Цельюработыявляетсяполучение коллоидныхрастворовнаночастиц серебра, а также исследование их бактерицидных свойств.

Вкачествеосновныхзадачработывыделеныследующиенаправления:

Получение и стабилизация коллоидных растворов наночастиц серебра.

Определениеразмеровчастицполученныхколлоидныхрастворов наносеребра.

Исследованиебактерицидныхсвойствнаночастицсеребра.

Для получения наночастиц серебра использовался цитратный метод Туркевича, при котором восстановителем и стабилизатором служил цитрат- анион, в результате чего происходит образование кластеров металлического серебра.Кластерывзаимодействуютсцитрат-анионом,послечегопроисходит их агрегация в более крупные частицы. Наночастицы серебра возникающие вследствие протекания химического процесса имеют сферическую форму и устойчивы к агрегации.

Размеры частиц полученных растворов наносеребра определяли при помощи спектрофотометрического метода.

Поглощение света, испускаемого спектрофотометром, веществом рассчитывается по закону Ламберта-Бера:

гдеJ₀иJ-интенсивностисветадоипослепрохождениячерезслой толщины d (см) раствора вещества с концентрацией С (моль/л);

J₀/J-погашениеилиэкстинкция;

ε-молярнымкоэффициентомэкстинкции.

Оценивалиразмерчастицприпомощиформулы

гдеR-радиус наночастицы;

ε_м-диэлектрическаяпроницаемостьсреды; ε-диэлектрическаяпроницаемостьчастиц; λ-длина волны падающего света;

C_ext-коэффициентэкстинкции.

Теоретическаячасть

Классификациядезинфицирующихсредств

Дезинфицирующие средства подразделяются на: галоидосодержащие, кислородосодержащие, альдегидсодержащие, поверхностно-активные вещества, гуанидинсодержащие, спиртосодержащие, фенолсодержащие.

Галоидосодержащие дезинфицирующие средства имеют в своем составе такие активно-действующие вещества как бром, йод, хлор. Эти средства широко применяются для антибактериальной защиты, однако раздражают слизистую оболочку глаз и дыхательные пути, а так же имеют стойкий запах.

Вкислородосодержащих дезинфицирующих средствахосновными действующими веществами выступают кислород, озон, дезоксон, пероксид водорода, пербораты и т.д. Эта группа дезинфицирующих средств имеет широкийдиапазонантибактериальногодействия,беззапаха,однаковызывает корозию.

Альдегидсодержащие дезинфицирующие средстваимеютв своем составе такие вещества, как: глиоксаль, глутаровый альдегид альдегид янтарной кислоты, формальдегид, ортофтолевый альдегид. Обладают широким диапазоном антибактериального действия, днако раздражают дыхательные пути.

Кповерхностно-активнымкомпонентамдезинфицирующих средств относятся амины, амфолитные ПАВ, четвертично-аммониевые соединения. Имеют узкий спектр антибактериального действия, не подвергают коррозии металлы, оказывают моющее действие и не имеют запаха.

Гуанидинсодержащие дезинфицирующие средства содержат в своем составе: хлоргексидина биглюконат, полигексаметиленгуанидин фосфата и др.Этидезинфицирующиесредстваспособствуютобразованиюна

обработанных поверхностях пленок, имеющих длительное остаточное антибактериального действие. Обладают узкий спектром применения.

Спиртосодержащие дезинфицирующие средства характеризуются содержание в своем составе различных спиртов: пропанол, этанол и др.

Кфенолсодержащимдезинфицирующимсредствамотносятся композиции на основе 2-бифенола. Не эффективны против спиртовых форм бактерий и вирусов [1].

Механизм действия дезинфицирующих средств на основе различных химических компонентов. Достоинства и недостатки

Существуютнескольковзаимодействиямеждудезинфицирующимвеществом ибактериальнойклеткой,атакжесокружающейеесредой:органическимии неорганическими веществами;

Диффузиясредствачерезоболочкувнутрьклетки;

Реакциядезинфицирующегосредствасосновнымичастямиклетки. 1.Галогеносодержащие вещества

1) Хлор содержащие препараты: хлорная известь, гипохлор, гипохлорит натрия, гипохлорит калия, хлорамин, электроактивированные растворы натрия хлорида. Они подавляют важнейшие ферментные реакции в бактериальнойклетке,атакжевызываютденатурациюбелковинуклеиновых кислот.

Йод содержащие препараты: йод кристаллический, йодофоры. Ониреагирует с жирными кислотами, аминокислотами, разрушая клеточные их структуры ( также мембрану). Взаимодействие йода с ароматическими радикалами ДНК- оснований приводит к распаду двойной спирали ДНК на отдельные волокна. Преимущества:

Обладают широким спектром антимикробного действия: бактерицидные, туберкулоцидные, вирулецидные, спороцидные свойства; многоцелевое назначение; хорошая растворимость в воде быстрое действие; относительно низкая стоимость

Недостатки:

Очень токсичны: резкий запах, раздражающее действие на слизистые оболочки органов дыхания и глаз. Вызывают обесцвечивающее действие на ткани, образуют экологически опасные соединения.

Перекиси: пероксид водорода, надмуравьиная, надуксусная кислоты, перборат натрия. Они проявляют высокую окислительную активность. При активации происходит формирование свободных гидроксильных радикалов, которые уничтожают: мембраны, липиды, ДНК и другие основные компоненты клеток. Атомарный кислород, образующийся при разложении Н₂0₂ окисляет сульфгидрильные и гидроксильные группы белков и липидов, вызывает гибель бактерий.

Преимущества:

Экологическаябезопасность Недостатки:

Низкая устойчивость, ограничивает срок годности препаратов; высокая раздражающее действие концентрированных растворов на слизистые оболочки дыхательной системы.

Поверхностно-активные вещества: алкилдиметилбензиламмоний хлорид, дидецилдиметиламмоний хлорид, А,А^-дидецил-А-метилполи(оксиэтилил)- аммоний пропионат. Разрушают клеточные мембраны, происходит денатурация белков и инактивируют ферменты бактериальной клетки.

Преимущества:

Малотоксичны:отсутствуетрезкийзапах;высокоекачествомоющихсвойств Недостатки:

Узкий спектр действия; отсутствие спороцидные эффекта при обычных температурах окружающей среды; Не иффективен для РНК-содержащих гидрофильных вирусов, которые не имеют липидной оболочки например: вирусы полиомиелита; выработка устойчивости у микроорганизмов при длительном применении.

Катионные ПАВ (полигуанидины (ПАГи): хлоргексидина биглюконат, полимерныегуанидины—полигексаметиленгуанидингидрохлоридифосфат, алкилпропилендиамингуанидин ацетат)очень активны.Блокируют дыхание, питание, транспорт метаболитов через клеточную стенку; вызывают необратимые структурные повреждения цитоплазматической мембраны, нуклеотида, цитоплазмы и связываются с кислотными фосфолипидами, белками цитоплазматической мембраны, что приводит к ее разрыву; блокировка гликолитических ферментов дыхательной системы вызывает потерю патогенных свойств и гибель бактериальной клетки.

Преимущества:

Малотоксичны Недостатки

Слабое действие на микобактерии туберкулеза, вирусы, грибы; не действуют на споры

Спиртосодержащие препараты: этиловый, пропиловый (пропанол-1), изопропиловый(пропанол-2),бензиловый,бутиловыйспирты.Онивызывают денатурацию бактериальных белков.

Преимущества:

Широкий спектр бактериального действия; экологическая безопасность; отсутствиеостаточногохимическогоэффекта(неоставляетпятен),отсутствие осадка после испарения

Недостатки:

Легко воспламеняемы; разбухание и повышение твердости пластика, резины, и их порча при длительном контакте; быстрое испарение.

Фенолы: карболовая кислота, резорцин, гидрохинон, оксифенил- фенол (о- фенилфенол), бифинилол. Они вызывают денатурацию белков и нарушение структуры клеточной стенки бактериальной клетки.

Преимущества:

Сильноефунгицидное,вирулецидное,бактерицидноедействие Недостатки:

Отсутствиетвоздействиенаспоры;плохорастворимывводе. [2].

Бактерицидныесвойствананосеребра.Механизмдействия

Наночастицы серебра это один из перспективных дезсреств, они позволяют боротьсянетолькоборотьсясзаболеваниямитакимикак:СПИД,легионеллёз, птичий грипп, но сальмонеллёз, кишечные и стафилококковые инфекции. Приспособление микроорганизмов к действию любого антибиотика , обычно

, происходит за 7-10 лет, но обнаружено ни одного случая, когда микроорганизмыприспособилиськдействиюнаночастицсеребра,таккакони атакуют микроорганизмы сразу по нескольким направлениям. Наночастицы не убивает бактерии, а способствует медленному отмиранию бактерий, и снижая их возможность к репродукции, создаёт среду, которая делает невозможным выживание и размножение болезнетворных микроорганизмов. При этом, выполняя свои функции, серебро не истощается.

Активностьколлоидногонаносеребрапроявляетсявотношении:

Бактерий: уничтожает, в силу своего специфического механизма действия, около 650 видов бактерий. Обычные антибиотики обладают действием не более чем против 6-10 видов.

Вирусов:уничтожаетвирусыгриппа,адено-иэнтеровирусы,ВИЧ.

Грибков: уничтожает и подавляет рост дрожжеподобных и плесневелых грибков.

Водорослей: подавляет развитие водорослей в водоемах и на влажных поверхностях.

Механизм действия наночастиц серебра на бактерии, грибы, водоросли включает в себя:

Связывание с клеточной стенкой микроорганизма, повреждая клеточную мембрану, что приводит к гибели микроорганизма;

Взаимодействие с дыхательными ферментами микроорганизма, что приводит к утрате их биологической активностиферментов и , впоследствии, гибели микроорганизма;

Взаимодействие с ДНК микроорганизма, что приводит к нарушению механизма деления клетки и репликации ДНК.

Одновременно серебро не убивает живую клетку, что особенно важно при серьезных хронических инфекциях (хламидиоз, внутриклеточные инфекции, уроплазмоз и др.).

Механизм действия наночастиц серебра на вирусы включает в себя: 1.Блокированиенаночастицейсеребрапроцессаприкреплениявирусакклетке и проникновения в нее;

2.блокированиеДНКвируса,чтоприводиткневозможностирепликациивируса.

[3].

Способыполучениянаночастицсеребра

Методыполучениянаночастицсеребра,атакжедругихметаллических наночастицподразделяютсяразделитьнадвегруппыпоспособуихсинтеза:

1. диспергационные методы, основанные на диспергировании металлов, 2. конденсационные методы, в которых образование наночастиц металла происходит при помощи восстановления ионов солей.

Первый метод основан на способе разрушения током высокого напряжения металлического серебра. Между двумя серебряными электродами, в результате пропускания через жидкость электрического тока, возникает дуга, из которой образуются частицы диспергированного серебра. Использование постоянного тока способствует образованию неоднородных золей по величине. Введение щелочей при применении переменного тока высокой частоты позволяет улучшить качество гидрозоля серебра.

Второй метод основывается на получении наночастиц серебра из растворимых солей в присутствии химических восстановителе. Так же могут быть применены методы облучения ультрафиолетом, лазерным излучением, ультразвуком, а также комбинации этих воздействий [4, 5].

К дополнительным способам получения наносеребра можно отнести двухфазный или микроэмульсионный метод, основанный напереводе из воднойфазыворганическуюреагентов,содержащиеионысеребра,послечего к полученному органическому раствору добавляют поверхностно активные вещества совместно с восстановителем [6].

Литературный анализ, выполненный на тему коллоидного серебра, синтезированного путём химического восстановления, показал, что большинство таких золей обладают невысокой стабильностью, а так же широкимразбросомпоразмерамчастиц[7].Физическиеметоды,основанные на использовании лазерного фотолиза, ультразвука, ИКизлучения, ультрафиолета, электрохимических воздействий, а также ионизирующих излучений на практике применяются гораздо реже, чем химические [8, 9]. К достоинствам этих методов можно отнести отсутствие в золях остатков химических реагентов [10].

Новым направлением синтеза коллоидного серебра является нанобиотехнологические методы, основанные на использовании клеток растений, микроорганизмов и даже человека [11].

Практическаячасть

Для получения наночастиц серебра использовался цитратный метод Туркевича.Брали25мл1×10^-3моль/лприготовленногонадистиллированной водеAgNO₃инагреваливхимическомстаканеобъемомв200млнамагнитной мешалкедокипения.Далееготовили100мл1×10^-3моль/лраствораNa₃C₆H₅O₇ в другом стакане и, при непрерывном размешивании, по каплям добавляли в кипящий раствор AgNO₃. Наблюдали изменение цвета раствора от бесцветного к желтому, что свидетельствовало о восстановлении ионов серебра, после чего охлаждали раствор до комнатной температуры.

Размеры частиц полученного коллоидного раствора определяли спектрофотометрическим методом. Для этого использовали, предварительно вымытые водой и спиртом, две кварцевые кюветы с толщиной оптического слоя 1 см. Однукювету наполнянли на ¾ её высоты до уровня боковой риски дистиллированной водой с концентрацией раствора Na₃C₆H₅O₇ аналогичной содержанию необходимому для восстановления частиц серебра, которая выполняла роль буферного раствора.

Во вторую кювету вносили полученный раствор наночастиц серебра. Убедившись, что в обеих кюветах отсутствуют пузырьки воздуха, и, тщательно протерев боковые грани и донышко кювет фильтровальной бумагой, помещали кюветы в кюветодержатель спектрофотометра.

Строго соблюдая инструкцию работы на спектрофотометре, снимали спектр исследуемого раствора.

Размерчастицполученногоколлоидногорастворасеребрарасчитывали при помощи формулы

ε_м-диэлектрическаяпроницаемостьсреды; ε-диэлектрическаяпроницаемостьчастиц; λ-длина волны падающего света;

C_ext-коэффициентэкстинкции.

В оптическом спектре коллоидного серебра наблюдается четко выраженная полоса поглощения наночастиц при длине волны 410 нм, что указывает на образование частиц сферической формы, со средним размером 25 нм (рисунок 1).

Рисунок1–Графикзависимостиоптическойплотностиколлоидногораствора наночастиц серебра от длины волны пропускаемого спектра

В результате проведения исследований бактерицидных свойств наносеребра обнаружено, что частицы наносеребра влияют на скорость роста

микроорганизмов в питательных средах, а также препятствуют их развитию. В ходе исследования было установлено, что при увеличенииконценстрации частиц наносеребра в растворе увеличиваются его бактерицидные свойства. Питательныесредыспроцентнымсодержаниечастицнаносеребра10,15,20% показали хорошие результаты, в сравнении с контрольным вариантом, который полностью был усеян микроорганизмами - коками и другими представителями(Фото1)

Фото 1 -Контрольный вариант микропрепарата под микроскопом с микроорганизмами

Их процентное содержание на поверхности контрольного образца составило почти 100% (фото 2), а на вариантах с большим содержание наносеребра этот показатель значительно упал: не более 5% от площади поверхности чашек Петрий.(Фото 3)

Фото2–Контрольныйвариант

Фото 3 - Варианты с большим содержание наносеребра к. 10, 15, 20%, имеют микроорганизмов не более 5% от площади поверхности чашек Петри.

Заключение

В ходе работы проведен литературный анализ, устанавливающий , что нанасеребро является очень эффективным дизенфицирующим средством, которыйнеубиваетбактерии,аповреждаетосносвныекомпанентыклетки,и припятствует редупликации ДНК.

Получены качественные коллоидные растворы наночастиц серебра со средним размером частиц размером 25 нм.

Было установлено, что бактерицидные свойства серебра влияют на скорость роста и распространение микроорганизмов в среде.

В результате исследования бактерицидных свойств серебра установлено,чтонезначительныеразличиявисследуемыхпробахмогутбыть связаны с высоким содержанием раствора наносеребра в питательной среде.

В ходе дальнейших исследований планируется изменить количество вводимого раствора в сторону увеличения различий между исследуемыми питательными средами для получения более наглядного и достоверного результата.

Списокиспользованныхисточниковлитературы

ХаркевичД.А.Фармакология:Учебник.9-еизд.,перераб.,доп.ииспр. М.: ГЭОТАРМедиа, 2006. 736 с.

Механизм действия дезинфицирующих средств на основе различных химических компонентов [Электронный ресурс] https://studref.com/362046/agropromyshlennost/mehanizm_deystviya_himicheski h_dezinfitsiruyuschih_sredstv_bakterialnuyu_kletku

Биоцидныесвойствонаночастицсеребра[Электронныйресурс] https://referat.co/ref/740174/read?p=11

КузьминаЛ.Н.Получениенаночастицсеребраметодомхимического восстановления // Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. 2007. Т. XХХ, № 8. С. 7–12.

Крутиков Ю.А., Кудринский А.А., Олейник А.Ю., Лисичкин Г.В. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 3. С. 242–269.

Wanzhong Z. Synthesis of silver nanoparticles– Effects of concerned parameters in water/oil microemulsion // State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology. 2007. Р. 17–21.

Mulvaney P., Linnert Th., Henglein A. Surface Chemistry of Coiioidai Silver in Aqueous Solution: Observations on Chemisorption and Reactivity // The Journal of Physical Chemistry. 1991. V. 95. № 20. Р. 36–36.

Mekaru H. Formation of metal nanostructures by high-temperature imprinting // Microsystem Technologies. 2014. P. 1103–1109.

Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. Большоевмалом. М.: Nanotechnology News Network, 2005. 444 с.

ЗубковЮ.Н.и[др.]Введениевнанотехнологии.Модульфизика:уч. пособ. для учащихся 10-11 классов средних общеобразовательных учреждений. СПб: Образовательный центр «Участие», 2012. 160 с.

Воейкова Т. [др.] Биосинтез наночастиц сульфида серебра микроскопическими грибами // Актуальная биотехнология. 2015. № 3(14). С. 51–51.