Меди в виде наночастиц является на основе частиц меди от 1 до 100 нм в размере. [1] Как и многие другие формы наночастиц , наночастицы меди могут быть образованы естественными процессами или химическим синтезом. [2] Эти наночастицы представляют особый интерес из-за их исторического применения в качестве красителей и биомедицинских, а также противомикробных средств . [3]
Историческое использование
Одним из первых применений наночастиц меди было окрашивание стекла и керамики в IX веке в Месопотамии . [1] Это было сделано путем создания глазури с солями меди и серебра и нанесения ее на глиняную посуду. Когда керамика обжигалась при высоких температурах в восстановительных условиях, ионы металлов мигрировали во внешнюю часть глазури и восстанавливались до металлов. [1] Конечным результатом стал двойной слой металлических наночастиц с небольшим количеством глазури между ними. Когда готовая керамика подвергалась воздействию света, свет проникал и отражался от первого слоя. Свет, проникающий в первый слой, будет отражаться от второго слоя наночастиц и вызывать эффекты интерференции со светом, отражающимся от первого слоя, создавая эффект блеска, который возникает как в результате конструктивной, так и деструктивной интерференции. [2]
Синтез
Описаны различные методы химического синтеза наночастиц меди. Более старый метод включает восстановление гидразинкарбоксилата меди в водном растворе при кипячении с обратным холодильником или нагреванием с помощью ультразвука в инертной атмосфере аргона. [4] Это приводит к комбинации кластеров оксида меди и наночастиц чистой меди, в зависимости от используемого метода. Более современный синтез использует хлорид меди в реакции при комнатной температуре с цитратом натрия или миристиновой кислотой в водном растворе, содержащем формальдегид сульфоксилат натрия, для получения чистого порошка наночастиц меди. [5] В то время как эти синтезы генерируют довольно устойчивые наночастицы меди, также сообщалось о возможности управления размерами и формой наночастиц меди. Восстановление ацетилацетоната меди (II) в органическом растворителе олеиламином и олеиновой кислотой вызывает образование наночастиц в форме стержня и куба, в то время как вариации температуры реакции влияют на размер синтезированных частиц. [6]
Другой метод синтеза включает использование соли гидразинкарбоксилата меди (II) с ультразвуком или нагреванием в воде для генерации радикальной реакции, как показано на рисунке справа. Наночастицы меди также можно синтезировать с использованием зеленой химии, чтобы уменьшить воздействие реакции на окружающую среду. Хлорид меди можно восстановить, используя только L-аскорбиновую кислоту в нагретом водном растворе для получения стабильных наночастиц меди. [7]
Характеристики
Наночастицы меди обладают уникальными характеристиками, включая каталитическую и противогрибковую / антибактериальную активность, которые не наблюдаются у коммерческой меди. Прежде всего, наночастицы меди демонстрируют очень сильную каталитическую активность, свойство, которое можно объяснить их большой площадью каталитической поверхности. Благодаря небольшому размеру и большой пористости наночастицы могут обеспечивать более высокий выход реакции и более короткое время реакции при использовании в качестве реагентов в органическом и металлоорганическом синтезе. [8] Фактически, наночастицы меди, которые используются в реакции конденсации иодбензола, достигли конверсии около 88% в бифенил, в то время как коммерческая медь показала конверсию только 43%. [8]
Наночастицы меди, которые очень малы и имеют высокое отношение поверхности к объему, также могут служить противогрибковыми / антибактериальными средствами. [9] Антимикробная активность вызвана их тесным взаимодействием с микробными мембранами и их ионами металлов, высвобождаемыми в растворах. [9] Поскольку наночастицы медленно окисляются в растворах, из них высвобождаются ионы двухвалентной меди, и они могут создавать токсичные гидроксильные свободные радикалы, когда липидная мембрана находится поблизости. Затем свободные радикалы расщепляют липиды в клеточных мембранах путем окисления, чтобы разрушить мембраны. В результате внутриклеточные вещества просачиваются из клеток через разрушенные мембраны; клетки больше не могут поддерживать фундаментальные биохимические процессы. [10] В конце концов, все эти изменения внутри клетки, вызванные свободными радикалами, приводят к гибели клетки. [10]
Приложения
Наночастицы меди с высокой каталитической активностью могут применяться в биосенсорах и электрохимических сенсорах. Окислительно-восстановительные реакции, используемые в этих датчиках, обычно необратимы, а также требуют высокого перенапряжения (большего количества энергии) для запуска. Фактически, наночастицы обладают способностью делать обратимые окислительно-восстановительные реакции и снижать перенапряжения при нанесении на датчики. [11]
Один из примеров - датчик глюкозы. При использовании наночастиц меди датчику не требуется никаких ферментов, и поэтому нет необходимости иметь дело с деградацией и денатурацией ферментов. [13] Как показано на рисунке 3, в зависимости от уровня глюкозы наночастицы в датчике дифрагируют падающий свет под другим углом. Следовательно, полученный дифрагированный свет дает другой цвет в зависимости от уровня глюкозы. [12] Фактически, наночастицы позволяют сенсору быть более стабильным при высоких температурах и изменяющемся pH и более устойчивым к токсичным химическим веществам. Более того, с помощью наночастиц можно обнаружить нативные аминокислоты. [13] Угольный электрод с покрытием из наночастиц меди и трафаретной печатью функционирует как стабильная и эффективная сенсорная система для обнаружения всех 20 аминокислот. [14]
Рекомендации
- ^ a b c Хан, Ф.А. Основы биотехнологии ; CRC Press; Бока-Ратон, 2011 г.
- ^ a b Heiligtag, Florian J .; Нидербергер, Маркус (2013). «Увлекательный мир исследований наночастиц» . Материалы сегодня . 16 (7–8): 262–271. DOI : 10.1016 / j.mattod.2013.07.004 . ISSN 1369-7021 .
- ^ Эрмини, Мария Лаура; Волиани, Валерио (2021-04-01). «Антимикробные наноагенты: медный век» . САУ Нано . DOI : 10.1021 / acsnano.0c10756 . ISSN 1936-0851 .
- ^ Dhas, NA; Радж, CP; Геданкен, А. (1998). «Синтез, характеристика и свойства металлических наночастиц меди». Chem. Матер . 10 (5): 1446–1452. DOI : 10.1021 / cm9708269 .
- ^ Ханна, ПК; Gaikwad, S .; Адхьяпак, П.В. Singh, N .; Маримуту Р. (2007). «Синтез и характеристика наночастиц меди». Матер. Lett . 61 (25): 4711–4714. DOI : 10.1016 / j.matlet.2007.03.014 .
- ^ Mott, D .; Galkowski, J .; Wang, L .; Luo, J .; Чжун, К. (2007). «Синтез контролируемых по размеру и формованных наночастиц меди». Ленгмюра . 23 (10): 5740–5745. DOI : 10.1021 / la0635092 . PMID 17407333 .
- ^ Умер, А .; Naveed, S .; Ramzan, N .; Rafique, MS; Имран, М. (2014). «Зеленый метод синтеза наночастиц меди с использованием L-аскорбиновой кислоты» . Материя . 19 (3): 197–203. DOI : 10.1590 / S1517-70762014000300002 .
- ^ а б Dhas, NA; Радж, CP; Геданкен, А. (1998). «Синтез, характеристика и свойства металлических наночастиц меди». Chem. Матер . 10 (5): 1446–1452. DOI : 10.1021 / cm9708269 .
- ^ а б Ramyadevi, J .; Jeyasubramanian, K .; Marikani, A .; Rajakumar, G .; Рахуман, AA (2012). «Синтез и антимикробная активность наночастиц меди». Матер. Lett . 71 : 114–116. DOI : 10.1016 / j.matlet.2011.12.055 .
- ^ а б Wei, Y .; Chen, S .; Ковальчик, Б .; Huda, S .; Серый, ТП; Гжибовски, Б.А. (2010). «Синтез стабильных низкодисперсных наночастиц и наностержней меди и их противогрибковые и каталитические свойства». J. Phys. Chem. C . 114 (37): 15612–15616. DOI : 10.1021 / jp1055683 .
- ^ Луо, X .; Моррин, А .; Киллард, Эй Джей; Смит, MR (2006). «Применение наночастиц в электрохимических сенсорах и биосенсорах» . Электроанализ . 18 (4): 319–326. DOI : 10.1002 / elan.200503415 .
- ^ а б Йетисен, АК; Montelongo, Y .; Vasconcellos, FDC; Martinez-Hurtado, J .; Neupane, S .; Butt, H .; Касим, ММ; Blyth, J .; Burling, K .; Кармоди, JB; Evans, M .; Уилкинсон, Т. Д.; Кубота, LT; Монтейро, MJ; Лоу, CR (2014). «Многоразовый, надежный и точный лазерный фотонный нанодатчик» . Нано-буквы . 14 (6): 3587–3593. Bibcode : 2014NanoL..14.3587Y . DOI : 10.1021 / nl5012504 . PMID 24844116 .
- ^ а б Ibupoto, Z .; Кхун, К .; Beni, V .; Лю, X .; Вилландер, М. (2013). «Синтез новых нанолистов CuO и их неферментативных приложений для измерения глюкозы» . Датчики . 13 (6): 7926–7938. DOI : 10.3390 / s130607926 . PMC 3715261 . PMID 23787727 .
- ^ Zen, J.-M .; Hsu, C.-T .; Кумар, А.С.; Люу, Х.-Дж .; Линь, К.-Ю. (2004). «Аминокислотный анализ с использованием одноразовых электродов, покрытых наночастицами меди». Аналитик . 129 (9): 841. Bibcode : 2004Ana ... 129..841Z . DOI : 10.1039 / b401573h . PMID 15343400 .