Способ получения наноразмерных частиц серебра в водной среде

Изобретение относится к области получения наноразмерных частиц серебра, распределенных в водной среде и стабилизированных соединениями (стабилизаторами).

Наноразмерные частицы серебра представляют собой агломераты атомарного серебра размерами 1-20 нм, поверхность которых окружена слоем молекул стабилизаторов, что позволяет достигать времен «жизни» системы вода/стабилизаторы/наноразмерные частицы серебра не менее 12 месяцев.

Наноразмерные частицы серебра, благодаря ярко выраженным биоцидным и канцероцидным свойствам, являются перспективным материалом и находят применение в медицине, ветеринарии и производстве косметических средств.

Получение наноразмерных частиц серебра в жидких средах состоит из 2-х основных операций:

1. Приготовление жидкой среды путем растворения стабилизаторов в органическом или неорганическом растворителе.

2. Выделение в полученную среду серебра в атомарной и/или ионной форме путем химических или электрохимических реакций с образованием наноразмерных частиц серебра.

Известно несколько способов получения наноразмерных частиц серебра в жидких средах, среди которых наиболее традиционным является химическое восстановление растворимых соединений серебра различными восстановителями.

Так, например, известен способ получения наночастиц серебра в водной среде, описанный Rodrigues-Sanchez L. et al. 2000. (источник Rodrigues-Sanchez L., Blanko M.L., Lopez-Quintela M.A. Electro-chemical Synthesis of Silver Nanoparticles. J. Phys. Chem. B. 2000. Vol. 104. P 9683-9688).

Он состоит из следующих стадий:

1. Растворение стабилизатора (тетрабутиламмония бромида) в органическом растворителе (ацетонитриле).

2. Электрохимическое растворение анода (пластина серебра) в полученной на первой стадии органической среде.

При этом в качестве катода при пропускании постоянного электрического тока через раствор используют платину или алюминий. В описанном способе большая часть (55-80%) электрохимически растворенного серебра оседает на катодах в виде пленок (т.е. коэффициент выхода наночастиц серебра в раствор составляет не выше 45%). Также существенным недостатком способа является использование в качестве растворителя токсичного ацетонитрила, что исключает возможность применения финишной среды, содержащей наночастицы серебра, для медицины, ветеринарии и производства косметических препаратов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения наночастиц серебра, включающий растворение стабилизаторов в растворителе, помещение в полученный раствор анода, выполненного в виде серебряной пластины, и катода, электрохимическое растворение анода при пропускании через раствор стабилизированного постоянного тока, в качестве растворителя применяют дистиллированную воду, в качестве катода используют пластину из нержавеющей стали, а процесс растворения стабилизаторов проходит в две стадии: сначала в дистиллированной воде при нагревании до 45-55°C и перемешивании растворяют стабилизатор, выбранный из полигликолей, поливинилпирролидона, желатина или полиакрилата натрия или калия, а затем после охлаждения в полученный раствор добавляют при перемешивании стабилизатор, выбранный из цитратов аммония, калия или натрия (метод Крейцберга-Голикова RU 2390344 С2, МПК А61К 33/38, опубл. 05.2010).

Недостатком указанного способа получения наночастиц серебра в водной среде является его сложность осуществления, необходимость соблюдать технику безопасности при работе с агрессивными химическими агентами.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение и удешевление получения наноразмерных частиц серебра в водной среде с одновременным обеспечением нечувствительности к свету, кинетической устойчивости, термодинамической устойчивости, наличия у каждой частицы заряда, препятствующего слипанию частиц малой константой нестойкости, мицеллярной формы - при уменьшении размеров до 10-20 нм, количество частиц увеличивается на порядки. При этом поверхность частиц возрастает. Чем больше число частиц и их суммарная поверхность, тем эффективнее действие, отсутствие острой токсичности, высокой бактерицидной и противоопухолевой активности по сравнению с другими способами получения наночастиц серебра в водных растворах, прозрачности, бесцветности, отсутствие вкуса и запаха. Полученная настоящим способом водно-мицеллярная система наноразмерных частиц серебра высокогомогенна в плане преобладания частиц наименьших размеров (10-20 нм). Это является фактором увеличения «терапевтического окна» (соотношение средней терапевтической и максимально допустимой дозы в единице объема жидкости) по сравнению с известными аналогами.

Поставленный технический результат достигается тем, что получение наноразмерных частиц серебра в водном растворе включает помещение в дистиллированную воду, находящуюся в емкости, двух электродов, один из которых выполнен из серебра, пропускание между электродами переменного электрического тока, в качестве второго электрода используют серебряную пластину, электроды между собой разделяют микропористой мембраной, при этом процесс электролитического разложения проводят в присутствии катализатора, роль которого выполняет смесь перекиси водорода Н₂О₂ (1 молярная доля) и аммиачного раствора NH₄ (3 молярных доли), при соотношении катализатора (предварительно подготовленная смесь перекиси и аммиачного раствора в молярном соотн. 1:3) к общему объему дистиллированной воды 1:100.

Предлагаемый способ реализуется устройством, показанным на чертеже. Устройство, реализующее предлагаемый способ получения наноразмерных частиц серебра в водном растворе, состоит рабочей емкости 1, разделенной на 2 камеры: камеру 2 и камеру 3, разделенных между собой микропористой мембраной 4, соотношение камеры 2 к камере 3 составляет 10:1 по объему. Устройство снабжено общей крышкой 5, на которой расположены (жестко фиксированы либо раздвигаются по специальному пазу с метками-фиксаторами - фиксаторы и метки на чертеже не показаны) два электрода 6 и 7, выполненные из серебра. Масса электродов по отношению к объему рабочей емкости 1 составляет 1:50 (на 1000 мл общего объема, общий вес электродов 20 г), соотношение электродов между собой 1:4, электрод с большим весом 7 монтируется на крышке над камерой 2, электрод с меньшим весом 6 над камерой 3. К электроду 7 присоединяется диод 8, например, Д 240, на оба электрода подается переменный ток напряжением 220 В. Позицией 9 обозначен рабочий раствор.

В обе камеры 2 и 3 наливается дистиллированная вода (Д/вода), в камеру 2 добавляется катализатор (смесь аммиачного раствора NH₃ и перекиси водорода Н₂О₂), молярное соотношение катализатора к общему объему Д/воды составляет 1:100. Расстояние между пластинами устанавливается посредством их раздвижения по пазу скольжения и фиксации на метках-фиксаторах (паз и метки-фиксаторы на чертеже не показаны) в процессе работы по показаниям силы тока: при температуре рабочего раствора в камере 230°C сила тока должна составлять 2 А, при повышении силы тока расстояние между электродами увеличивается пользователем.

Простота и дешевизна, низкая энерго- и ресурсоемкость получения наноразмерных частиц серебра в водной среде с одновременным обеспечением нечувствительности к свету, кинетической устойчивости, термодинамической устойчивости, наличия у каждой частицы заряда, препятствующего слипанию частиц малой константой нестойкости, мицеллярной формы - при уменьшении размеров, количество частиц увеличивается на порядки. При этом поверхность частиц возрастает. Чем больше число частиц и их суммарная поверхность, тем эффективнее действие. Тем выраженней отсутствие острой токсичности, высокая бактерицидная и противораковая активность по сравнению с другими способами получения наноразмерных частиц серебра. Получаемый водный серебросодержащий состав прозрачен, бесцветен, лишен вкуса и запаха. Все это является достоинством и преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.