CZ2015548A3 - Způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, vodná disperze nanočástic stříbra a její použití - Google Patents

Způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, vodná disperze nanočástic stříbra a její použití Download PDF

Info

Publication number
CZ2015548A3
CZ2015548A3 CZ2015-548A CZ2015548A CZ2015548A3 CZ 2015548 A3 CZ2015548 A3 CZ 2015548A3 CZ 2015548 A CZ2015548 A CZ 2015548A CZ 2015548 A3 CZ2015548 A3 CZ 2015548A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
silver nanoparticles
aqueous dispersion
silver
drying
preparing
Prior art date
Application number
CZ2015-548A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ306353B6 (cs
Inventor
Libor KvĂ­tek
Robert Prucek
Aleš Panáček
Martin Sivera
Dagmar Měřínská
Svobodová Alice Tesaříková
Original Assignee
Univerzita Palackého v Olomouci
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita PalackĂ©ho v Olomouci, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně filed Critical Univerzita PalackĂ©ho v Olomouci
Priority to CZ2015-548A priority Critical patent/CZ2015548A3/cs
Publication of CZ306353B6 publication Critical patent/CZ306353B6/cs
Publication of CZ2015548A3 publication Critical patent/CZ2015548A3/cs

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

Řešení se týká způsobu přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, kdy se v prvním kroku vodný roztok stříbrné soli smíchá s amoniakem, s výhodou v molárním poměru 1:5, a polysacharidem, ve druhém kroku se k reakční směsi přidá redukční činidlo a ve třetím kroku se vzniklá vodná disperze nanočástic stříbra vysuší a ve čtvrtém kroku následuje přečištění s následným dosušením.

Description

Předkládaný vynález se týká způsobu přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, vodné disperze nanočástic stříbra a jejího použití.
Dosavadní stav techniky
Výzkum v oblasti syntézy a studia vlastností nanomateriálů poutá v posledních letech velkou pozornost a mezi velmi intenzívně studované nanomateriály patří mimo jiné nanočástice stříbra, které lze diky svým unikátním fyzikálním, chemickým a biologickým vlastnostem využít v řadě průmyslových odvětví, případně v komerčních produktech z oblasti kosmetiky či medicíny. Jednou z nej významnějších vlastností nanočástic stříbra je jejich antimikrobiální aktivita. Nanočástice stříbra inhibují růst bakterií a kvasinek včetně vysoce resistentních bakterií již od velmi nízkých koncentrací, řádově již od koncentrací stříbra v jednotkách mg.dm'3 (Panáček A. et al., J Phys. Chem. B, 110, 16248-16253, 2006). Další jejich výhodou je fakt, že zatím nebyl pozorován a publikován vznik rezistence bakterií vůči nanočásticím stříbra. Proto se nanočástice stříbra používají při antimikrobiální úpravě obvazových materiálů (např. od firmy Acticoat® firmy Smith & Nephew plc), cévních náhrad (InterGard Silver® firmy MAQUET Holding B.V. & Co), katetrů, protéz apod. Nanočástice stříbra jsou rovněž využívány pro antimikrobiální úpravu běžných textilií, jež jsou využívány např. pro výrobu funkčního prádla, triček, ponožek či spodního prádla s antimikrobiálním efektem (např. výrobky Nanosilver® firmy NanoTrade s.r.o.). Dále lze nanočástice stříbra nalézt v řadě kosmetických přípravků (deodoranty, krémy) a ve filtračních patronách pro domácí vodní filtry (firem Aquapure® firmy Aqua Pure Plus, Kinetico® firmy Axel Johnson Inc. a QSI-Nano® firmy QuantumSphere, lne.). Jako další příklad praktického uplatnění nanočástic stříbra, využívající jejich unikátních optických vlastností, lze použít povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii (Prucek et al., CrystEngComm, 13, 2242-2248, 2011). Přítomnost nanočástic umožňuje zvýšit citlivost této techniky o několik řádů až na úroveň femtomolámích koncentrací (Rane V. et al., J. Raman Spectr., 43, 971-976, 2012). Dalším možným využitím je konstrukce citlivých chemických senzorů a biosenzorů, konkrétně senzorů na detekci streptavidinu nebo senzorů pro stanovení markérů Alzheimerovy choroby opět na základě využití unikátních optických vlastností
- 2 nanočástic stříbra. Nanočástice stříbra jsou díky velkému povrchu a vysoké povrchové energii ideální i pro katalytické využití mimo jiné v environmentálních technologiích. Můžeme je využít např. při odstraňování NOx a degradaci sloučenin na bázi fenolu a chlorderivátů za využití redukčně oxidačních technologií.
Všechny aplikační oblasti využívající nanočástice stříbra vyžadují vysoké nároky na kvalitu vstupního materiálu jako je zachování velikosti a stability nanočástic stříbra, ať už se jedná o kapalnou či práškovou disperzi. Vedle kvality samotného produktu je rovněž z pohledu manipulace a nároků na zpracování a přepravu také důležité množství (obsah) stříbra v disperzi v poměru k celkovému objemu (množství) disperze. Z tohoto pohledu jsou nejvýhodnější vysoce koncentrované disperze, jako jsou gely, pasty či prášky, které je možné připravit s daleko vyšším obsahem nanočástic stříbra než kapalné disperze při zachování velikosti a stability nanočástic stříbra. Vysoce koncentrované kapalné disperze nanočástic stříbra s vysokou agregační a sedimentační stálostí lze připravit od koncentrace stříbra 1 g.dm'3 (Wu R.-T. et al., Mater. Res. Bull., 43, 2008) do cca 30j.dm-3 (Sondi I. et al., J. Colloid Interface Sci., 260, 2003), což představuje 0,1 až 3 hm.%^stříbra v disperzi. V případě práškové disperze je možné připravit disperzi s obsahem stříbra až 96 % (patent US 7,776,442 B2).
Nevýhodou stavu techniky je složitá instrumentace, např. použití přehřáté plazmy (Lee S. H. et al., Mater. Sci. Eng. C, 27, 2007), polydisperzita a agregační nestabilita částic stříbra při vysokých koncentracích nanočástic v disperzi. Mezi další nevýhody stavu techniky patří použití toxických rozpouštědel, zvýšené teploty a speciálního zařízení (US 7,776,442 B2 a US 8,287,771 B2\
Podstata vynálezu
Předkládaný vynález řeší problémy stavu techniky poskytnutím způsobu přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, která se vyznačuje nízkou polydisperzitou a velikostí nanočástic stříbra v rozmezí od 8 nm do 20 nm. Předkládaný vynález nevyužívá toxická rozpouštědla a zvýšené teploty a speciální zařízení ve srovnání s jinými postupy známými ze stavu techniky. Dále vynález poskytuje vodnou disperzi nanočástic stříbra, vyznačující se agregační stabilitou připravených nanočástic i při koncentracích nanočástic v disperzi až 80 hm. %f tedy až 800 g stnbra v jednom kg disperze. Způsob přípravy podle předkládaného vynálezu je velmi jednoduchý, reprodukovatelný a výsledná disperze je zpětně dispergovatelná do vodného i ne vodného prostředí. Reakční směs neobsahuje toxická rozpouštědla a doba potřebná pro přípravu vodné disperze nanočástic je v řádu minut při laboratorní teplotě. Pro tvorbu gelu, pasty či prášku není třeba žádná složitá instrumentace v porovnání s fyzikálními metodami přípravy, např. použití přehřáté plazmy (Lee S. H. et al., Mater. Sci. Eng. C, 27, 2007). Výhodou použití gelu, pasty či prášku s obsahem nanočástic stříbra je možnost snadné dispergace v syntetických polymerech jako polyethylen, polyamid či polyester, čehož lze využít pro přípravu syntetických vláken a plastů vykazující antimikrobiální vlastnosti.
Předmětem předkládaného vynálezu je způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, kdy se v prvním kroku vodný roztok stříbrné soli smíchá s amoniakem, s výhodou v molámím poměru 1:5, a polysacharidem, ve druhém kroku se k reakční směsi přidá redukční činidlo vybrané z hydroxylaminu a jeho solí a formaldehydu, a ve třetím kroku se vzniklá vodná disperze nanočástic stříbra vysuší a ve čtvrtém kroku následuje přečištění s následným dosušením. Výchozí stříbrná sůl je ve vodě rozpustná stříbrná sůl, s výhodou dusičnan stříbrný nebo chloristan stříbrný, nej výhodněji dusičnan stříbrný. Výchozí koncentrace stříbrných iontů v roztoku pro přípravu vodné disperze je s výhodou v rozmezí od 10’3 mol.dm'3 do 10'1 mol.dm'3.
Αλ?
Výsledná koncentrace nanočástic stříbra ve výsledné vodné disperzi je tedy v rozsahu 0,1 - 10 g.dm . Koncentrace polysacharidu se pohybuje v rozmezí od 0,01 hm.%zdo 5 hm.%^a je vhodné ji optimalizovat v závislosti na koncentraci stříbra ve vodné disperzi nanočástic stříbra. Koncentraci redukčního činidla je třeba volit tak, aby byl molámí poměr stříbrná sůl/redukční činidlo roven 2 až 4:1 (s ohledem na počet elektronů, poskytovaných redukčním činidlem do reakce). Reakce běží za běžné laboratorní teploty, reakční systém není třeba nijak temperovat.
Vysušená vrstva se následně přečistí vyluhováním elektrolytů zbývajících v disperzi po přípravě demineralizovanou vodou (optimálně 10 ml vody na 1 g vysušené disperze po dobu minimálně 30 mm) a následně se opět dosuší, s výhodou na obsah vody do cca 4 hm.%. Pokud je sušení (n n.oljfs· ukončeno při zbytkovém obsahu vody cca 10 až 25 hm.%f má konečný produkt formu tuhé pasty. Při obsahu vody od cca 25 % do 75 hm.% (v závislosti na použitém polymeru) má produkt formu gelu.
Ve výhodném provedení vynálezu je polymemí stabilizátor vybraný ze skupiny zahrnující dextran, škrob, hydroxymethylcelulózu a chitosan.
- 4 - <
«!<<<*·* '
V jiném provedení probíhá krok sušení vodné disperze nanočástic stříbra stacionárně nebo dynamicky, popřípadě při tlaku rovném nebo nižším než atmosferickém, při teplotách do 80 °C. Při teplotě 80 °C ve stacionárním režimu a atmosférickém tlaku je vodná disperze po cca 24 hodinách vysušena na pevnou fázi s obsahem vody cca 10 hm.% (doba sušení platí pro případ, kdy je disperze sušena v nádobě takové plochy, aby tloušťka vrstvy kapaliny byla max. 1 cm).
V jednom provedení probíhá krok přečištění s následným dosušením sušení vodné disperze nanocástic stříbra extrakci vodou a následným stacionárním nebo dynamickým sušením při tlaku rovném nebo nižším než atmosferickém a při teplotách do 80 °C, s výhodou je tento krok opakován.
Předmětem předkládaného vynálezu je rovněž vodná disperze nanočástic stříbra připravená způsobem podle předkládaného vynálezu, která obsahuje do 80 hmotn/% nanočástic stříbra, s výhodou o velikosti v rozmezí od 8 nm do 30 nm, polysacharid, s výhodou vybraný ze skupiny zahrnující dextran, škrob, hydroxymethylcelulózu a chitosan, a vodu.
Ve výhodném provedení má vodná disperze nanočástic stříbra podle předkládaného vynálezu formu gelu, pasty nebo prášku.
Předmětem předkládaného vynálezu je rovněž použití vodné disperze nanočástic stříbra jako antimikrobiální aditivum do syntetických polymerů.
Předmětem předkládaného vynálezu je rovněž použití vodné disperze nanočástic stříbra pro antimikrobiální úpravu textilií.
Předmětem předkládaného vynálezu je rovněž použití vodné disperze nanočástic stříbra pro přípravu léčiva a/nebo zdravotních materiálů s antimikrobiálními vlastnostmi.
Předmětem předkládaného vynálezu je rovněž použití vodné disperze nanočástic stříbra pro přípravu kosmetických přípravků.
Předkládaný vynález poskytuje způsob přípravy gelu, pasty či práškového materiálu . r , . y h λΙ*, .
obsahujícího nanocástice stříbra v koncentraci az 80 hm.%. Kterýkoliv typ disperze (gel, pasta či prášek) lze zpětně dispergovat ve vodném či nevodném prostředí za vzniku koncentrované a stabilní kapalné disperze. Tyto disperze lze s výhodou použít pro antimikrobiální modifikaci polymemích materiálů jako je polyethylen, polypropylen, polyethylentereftalát apod. Uvedené disperze lze rovněž využít v lékařství pro přípravu zdravotnických prostředků a materiálů vykazující antimikrobiální vlastnosti nebo pro přípravu antimikrobiálních mastí a gelů, či v textilním průmyslu pro antimikrobiální úpravu textilií.
Příklady provedenívvnálezu
Výchozími surovinami pro přípravu nanočástic stříbra byl dusičnan stříbrný o čistotě o a od firmy Fagron, amoniak (25 W.%<ýodný roztok) od firmy Lach-Ner, želatina p.a. od firmy Penta a tetrahydridoboritan sodný p.a. od firmy Sigma-Aldrich.
Velikost vzniklých nanočástic stříbra byla stanovena metodou transmisní elektronové mikroskopie (TEM) na přístroji JEM 2010 (Jeol) za využití urychlovacího napětí 150 kV. Připravené disperze byly také charakterizovány pomocí UV/VIS absorpční spektrometrie za využití spektrofotometru Specord S600 (Analytic Jena AG). Pro měření absorpčních spekter musely být vzorky nanočástic vhodně naředěny destilovanou vodou.
Příklad 1
Příprava prášku s vysokým obsahem nanočástic stříbra z vodné disperze stabilizované želatinou o koncentraci nanočástic 10 g.dm3 s použitím přečišťovacího kroku.
Do kádinky o objemu 400 ml bylo naváženo 3,15 g AgNO3. Poté bylo přidáno 50 ml destilované vody a sůl byla za míchání na elmg. míchačce rozpuštěna. Následně bylo do tohoto roztoku přidáno cca 6 ml roztoku amoniaku o koncentraci 25 hm.%* Tento přídavek způsobil krátkodobý hnědý zákal míchaného roztoku. Dále byl do reakční směsi přidán roztok polymemího stabilizátoru (0,5 g želatiny rozpuštěné v 94 ml destilované vody). Nakonec bylo do této reakční směsi za stálého míchání velmi rychle přidáno 50 ml roztoku NaBH4 (navážka 1,80 g). Hodnotu pH není třeba upravovat. Reakce je ukončena po cca 30 minutách (zpomalení reakce díky přítomnosti želatiny). Velikost nanočástic stříbra připravených výše uvedeným postupem se pohybuje v intervalu 8 až 20 nm. Vzniklá disperze byla vysušena v laboratorní sušárně přibližně 30 hodin při teplotě 80 °C na obsah vody cca 15 hm.%. Vzniklá pevná fáze (tuhý gel) byla následně extrahována destilovanou vodou (100 ml) po dobu 60 min s cílem odstranění zbylých elektrolytů po přípravě nanočástic stříbra. Pro maximální výsledek je tento extrakční krok nutné provést celkem 3x. Mezi jednotlivými extrakčními kroky je třeba vysušit nabobtnalý gel opět na hodnotu obsahu vody cca 15-20 hm.%, aby bylo zahraněno ztrátám stříbra díky rozpouštění
-6--
nabobtnalého gelu.JPoposledním extrakčním kroku byl nabobtnalý gel vysušen na nízký obsah vody (cca 4 hm.0^ a následně rozemlet v kulovém mlýnu na práškovou formu. Konečný obsah stříbra v práškové disperzi činil cca 80 hm.% přiobsahu vody cca 4 hm.%.U

Claims (10)

1. Způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, vyznačený tím, že^vprvním kroku vodný roztok stříbrné soli smíchá s amoniakem a polysacharidem, ve druhém kroku se k reakční směsi přidá redukční činidlo vybrané z hydroxylaminu a jeho solí a formaldehydu, ve třetím kroku se vzniklá vodná disperze nanočástic stříbra vysuší a ve čtvrtém kroku následuje přečištění s následným dosušením.
2. Způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra podle nároku 1, vyznačený tím, že polysacharid je vybraný ze skupiny zahrnující dextran, škrob, hydroxymethylcelulózu a chitosan.
3. Způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačený tím, ze sušení vodné disperze nanočástic stříbra probíhá stacionárně nebo dynamicky, popřípadě při tlaku rovném nebo nižším než atmosferickém, při teplotách do 80 °C.
4. Způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačený tím, že krok přečištění s následným dosušením sušení vodné disperze nanočástic stříbra probíhá extrakcí vodou a následným stacionárním nebo dynamickým sušením při tlaku rovném nebo nižším než atmosferickém a při teplotách do 80 °C, s výhodou je tento krok opakován.
5. Vodná disperze nanočástic stříbra připravená způsobem podle nároku 1 až 4, vyznačená tím, ze obsahuje do 8OÍhmotn\%jnanočástic stříbra, polysacharid, s výhodou vybraný ze skupiny zahrnující dextran, škrob, hydroxymethylcelulózu a chitosan, a vodu.
6. Vodná disperze nanočástic stříbra podle nároku 5, vyznačená tím, že má formu gelu, pasty nebo prášku.
7. Použití vodné disperze nanočástic stříbra podle nároků 5 nebo 6 jako antimikrobiální aditivum do syntetických polymerů.
8. Použití vodné disperze nanočástic stříbra podle nároků 5 nebo 6 pro antimikrobiální úpravu textilií.
9. Použití vodné disperze nanočástic stříbra podle nároků 5 nebo 6 pro přípravu léčiva a/nebo zdravotních materiálů s antimikrobiálními vlastnostmi.
10. Použití vodné disperze nanočástic stříbra podle nároků 5 nebo 6 pro přípravu kosmetických přípravků.
CZ2015-548A 2015-08-10 2015-08-10 Způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, vodná disperze nanočástic stříbra a její použití CZ2015548A3 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2015-548A CZ2015548A3 (cs) 2015-08-10 2015-08-10 Způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, vodná disperze nanočástic stříbra a její použití

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2015-548A CZ2015548A3 (cs) 2015-08-10 2015-08-10 Způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, vodná disperze nanočástic stříbra a její použití

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ306353B6 CZ306353B6 (cs) 2016-12-14
CZ2015548A3 true CZ2015548A3 (cs) 2016-12-14

Family

ID=57538869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2015-548A CZ2015548A3 (cs) 2015-08-10 2015-08-10 Způsob přípravy vodné disperze nanočástic stříbra, vodná disperze nanočástic stříbra a její použití

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2015548A3 (cs)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ2017806A3 (cs) * 2017-12-14 2019-08-21 Univerzita PalackĂ©ho v Olomouci Způsob přípravy koncentrované, agregačně stabilní disperze nanočástic stříbra, disperze a její použití

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE266429T1 (de) * 1998-08-14 2004-05-15 Coloplast As Stabilisierte zusammensetzungen mit antibakterieller wirksamkeit
US20030185889A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-02 Jixiong Yan Colloidal nanosilver solution and method for making the same
WO2006001033A2 (en) * 2004-05-12 2006-01-05 Kishore Madhukar Paknikar Stabilizing solutions for submicronic particles
US20080064767A1 (en) * 2006-09-11 2008-03-13 National Tsing Hua University High-concentration nanoscale silver colloidal solution and preparing process thereof
CN102965934B (zh) * 2012-12-07 2014-10-08 苏州大学 一种抗菌纤维素纤维或制品及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CZ306353B6 (cs) 2016-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Butun et al. One-step fabrication of biocompatible carboxymethyl cellulose polymeric particles for drug delivery systems
Dananjaya et al. Comparative study on antifungal activities of chitosan nanoparticles and chitosan silver nano composites against Fusarium oxysporum species complex
Noruzi Electrospun nanofibres in agriculture and the food industry: a review
Hebbalalu et al. Greener techniques for the synthesis of silver nanoparticles using plant extracts, enzymes, bacteria, biodegradable polymers, and microwaves
Liu et al. Functionalized halloysite nanotube by chitosan grafting for drug delivery of curcumin to achieve enhanced anticancer efficacy
Khan et al. An Astragalus membranaceus based eco-friendly biomimetic synthesis approach of ZnO nanoflowers with an excellent antibacterial, antioxidant and electrochemical sensing effect
Kumar et al. Carboxymethyl gum kondagogu–chitosan polyelectrolyte complex nanoparticles: Preparation and characterization
Yu et al. Antimicrobial effect and toxicity of cellulose nanofibril/silver nanoparticle nanocomposites prepared by an ultraviolet irradiation method
Iravani Plant gums for sustainable and eco-friendly synthesis of nanoparticles: recent advances
Galdopórpora et al. Dual-effect core–shell polyphenol coated silver nanoparticles for tissue engineering
CN106880593A (zh) 一种同时负载纳米银和姜黄素的纳米抗菌剂及其制备方法与应用
Elshoky et al. Ascorbic acid prevents cellular uptake and improves biocompatibility of chitosan nanoparticles
Meena et al. The green approach of ZnO NPs and its Antioxidant, hemolytic, and photocatalytic activity and functionalized r-GO-ZnO for energy storage application
Lv et al. Preparation of dialdehyde chitosan and its application in green synthesis of silver nanoparticles
Urakaev et al. Sulfur nanoparticles stabilized in the presence of water-soluble polymers
Khan et al. Biogenic silver nanoparticles: Green synthesis, encapsulation, thermal stability and antimicrobial activities
Ma et al. A multistimuli-responsive supramolecular vesicle constructed by cyclodextrins and tyrosine
Chitra et al. pH-sensitive biopolymeric hydrogel-based on indole-3-acetic acid for wound healing and anti-cancer applications
Zhang et al. Preparation, characterization, and in vitro release of carboxymethyl starch/β-cyclodextrin microgel–ascorbic acid inclusion complexes
Khadem et al. Red cabbage anthocyanin-functionalized tannic acid-silver nanoparticles with pH sensitivity and antibacterial properties
EP2905259B1 (en) Porous noble metal oxide nanoparticles, method for preparing the same and their use
Mocanu et al. Selective effect of procaine, tetracaine and dibucaine on gold nanoparticles
Ilbasmis-Tamer et al. Fabrication and characterization of starch-copper nanoparticles/rutin nanofiber hybrid scaffold
Velgosová et al. Synergic effect of sodium alginate and Citrus lemon extract on the in-situ synthesis of AgNPs in a polymeric matrix
Pandey et al. Polyelectrolyte–Carbon Dot Complex Coacervation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20200810