PL235359B1 - Sposób modyfikowania powierzchni nanokompozytami, sposób otrzymywania materiału nanokompozytowego, materiał nanokompozytowy otrzymany tym sposobem i jego zastosowanie do wytwarzania powierzchni antyseptycznych oraz do wytwarzania powierzchni przeznaczonych do hodowli komórek ssaczych - Google Patents
Sposób modyfikowania powierzchni nanokompozytami, sposób otrzymywania materiału nanokompozytowego, materiał nanokompozytowy otrzymany tym sposobem i jego zastosowanie do wytwarzania powierzchni antyseptycznych oraz do wytwarzania powierzchni przeznaczonych do hodowli komórek ssaczych Download PDFInfo
- Publication number
- PL235359B1 PL235359B1 PL406393A PL40639313A PL235359B1 PL 235359 B1 PL235359 B1 PL 235359B1 PL 406393 A PL406393 A PL 406393A PL 40639313 A PL40639313 A PL 40639313A PL 235359 B1 PL235359 B1 PL 235359B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- nanoparticles
- cotton
- nanocomposites
- gold
- modified
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 104
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 152
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 72
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 28
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 230000002421 anti-septic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 119
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 72
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 71
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 45
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 40
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 40
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 32
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 31
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 claims description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 29
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 24
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 22
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 20
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 13
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 11
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 10
- -1 oxoborates Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 9
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 8
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 229910000366 copper(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 6
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 5
- 239000000123 paper Substances 0.000 claims description 5
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 5
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 claims description 4
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 claims description 4
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 3
- 125000000954 2-hydroxyethyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])O[H] 0.000 claims description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000006679 Martin dehydration reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920001525 carrageenan Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000679 carrageenan Substances 0.000 claims description 2
- 235000010418 carrageenan Nutrition 0.000 claims description 2
- 229940113118 carrageenan Drugs 0.000 claims description 2
- 150000007529 inorganic bases Chemical class 0.000 claims description 2
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000007530 organic bases Chemical group 0.000 claims description 2
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001814 pectin Substances 0.000 claims description 2
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 claims description 2
- UHVMMEOXYDMDKI-JKYCWFKZSA-L zinc;1-(5-cyanopyridin-2-yl)-3-[(1s,2s)-2-(6-fluoro-2-hydroxy-3-propanoylphenyl)cyclopropyl]urea;diacetate Chemical compound [Zn+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CCC(=O)C1=CC=C(F)C([C@H]2[C@H](C2)NC(=O)NC=2N=CC(=CC=2)C#N)=C1O UHVMMEOXYDMDKI-JKYCWFKZSA-L 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 92
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 20
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 17
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 17
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 16
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 15
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 11
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 11
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 10
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 10
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 9
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 9
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 9
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 8
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 8
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 6
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 6
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 6
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 3
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- BPHPUYQFMNQIOC-NXRLNHOXSA-N isopropyl beta-D-thiogalactopyranoside Chemical compound CC(C)S[C@@H]1O[C@H](CO)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O BPHPUYQFMNQIOC-NXRLNHOXSA-N 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 229910017745 AgNP Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 2
- LFTLOKWAGJYHHR-UHFFFAOYSA-N N-methylmorpholine N-oxide Chemical compound CN1(=O)CCOCC1 LFTLOKWAGJYHHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 2
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 2
- 229960005091 chloramphenicol Drugs 0.000 description 2
- WIIZWVCIJKGZOK-RKDXNWHRSA-N chloramphenicol Chemical compound ClC(Cl)C(=O)N[C@H](CO)[C@H](O)C1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 WIIZWVCIJKGZOK-RKDXNWHRSA-N 0.000 description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 2
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 210000004153 islets of langerhan Anatomy 0.000 description 2
- 229930027917 kanamycin Natural products 0.000 description 2
- 229960000318 kanamycin Drugs 0.000 description 2
- SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N kanamycin Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N 0.000 description 2
- 229930182823 kanamycin A Natural products 0.000 description 2
- 210000005229 liver cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000447 polyanionic polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- 235000013580 sausages Nutrition 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- DJMVHSOAUQHPSN-VXDFXQCISA-N (2r,3r,4r,5r)-4-[(2s,3r,4r,5s,6r)-5-[(2s,3r,4r,5s,6r)-5-[(2s,3r,4r,5s,6r)-5-[(2s,3r,4r,5s,6r)-3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-5-[(2s,3r,4s,5s,6r)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxyoxan-2-yl]oxy-3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxy-3,4 Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O[C@H]([C@H](O)CO)[C@H](O)[C@@H](O)C=O)O[C@H](CO)[C@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O[C@H]4[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O4)O)[C@@H](CO)O3)O)[C@@H](CO)O2)O)[C@@H](CO)O1 DJMVHSOAUQHPSN-VXDFXQCISA-N 0.000 description 1
- OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 100676-05-9 Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC1C(O)C(O)C(O)C(OC2C(OC(O)C(O)C2O)CO)O1 OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GFLJTEHFZZNCTR-UHFFFAOYSA-N 3-prop-2-enoyloxypropyl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCCCOC(=O)C=C GFLJTEHFZZNCTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JAJIPIAHCFBEPI-UHFFFAOYSA-N 9,10-dioxoanthracene-1-sulfonic acid Chemical compound O=C1C2=CC=CC=C2C(=O)C2=C1C=CC=C2S(=O)(=O)O JAJIPIAHCFBEPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000588626 Acinetobacter baumannii Species 0.000 description 1
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 1
- 229910015900 BF3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-CUHNMECISA-N D-Cellobiose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)OC(O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-CUHNMECISA-N 0.000 description 1
- 206010059866 Drug resistance Diseases 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Chemical group OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 108010054278 Lac Repressors Proteins 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 1
- 239000002841 Lewis acid Substances 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N Maltose Natural products O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)OC(O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 241000191963 Staphylococcus epidermidis Species 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 210000000577 adipose tissue Anatomy 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O ammonium group Chemical group [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N beta-maltose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N boron trifluoride Chemical compound FB(F)F WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000004700 cellular uptake Effects 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000004748 cultured cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229940042396 direct acting antivirals thiosemicarbazones Drugs 0.000 description 1
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 1
- YGUFXEJWPRRAEK-UHFFFAOYSA-N dodecyl(triethoxy)silane Chemical compound CCCCCCCCCCCC[Si](OCC)(OCC)OCC YGUFXEJWPRRAEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 208000001848 dysentery Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 206010015037 epilepsy Diseases 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 208000019622 heart disease Diseases 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 235000015243 ice cream Nutrition 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 230000036512 infertility Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001410 inorganic ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 1
- 150000007517 lewis acids Chemical class 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 235000013622 meat product Nutrition 0.000 description 1
- 239000012567 medical material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000002927 oxygen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 1
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000371 poly(diallyldimethylammonium chloride) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 1
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 150000003584 thiosemicarbazones Chemical class 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000820 toxicity test Toxicity 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikowania powierzchni nanokompozytami zawierającymi nanocząstki metaliczne i związki boru. Sposób charakteryzuje się tym, że wybraną substancję stałą, której powierzchnia ma być modyfikowana, umieszcza się w koloidalnym roztworze nanocząstek metalicznych stabilizowanych związkami boru, korzystnie oksoboranami. Następnie prowadzi się polimeryzację/kondensację oksoboranów przez indukcję zmiany wartości pH, dodając kwasu lub zasady, albo soli metali dwuwartościowych lub trójwartościowych, zwłaszcza soli Mg, Ca, Cu, Fe, Cr, Au, Hg lub Pb, w wyniku czego otrzymuje się nanokompozyty z nanocząstek metalicznych i polioksoboranów zaadsorbowane na użytym materiale. Wynalazek obejmuje ponadto materiał nanokompozytowy, wytworzony tym sposobem, który charakteryzuje się tym, że obejmuje nanocząstki metalu zatopione w matrycy polioksoboranowej, przy czym powierzchnia przynajmniej niektórych spośród tych nanocząstek jest wyeksponowana. Wynalazek dotyczy także zastosowania tego materiału do wytwarzania powierzchni antyseptycznych oraz do wytwarzania powierzchni przeznaczonych do hodowli komórek ssaków.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikowania powierzchni nanokompozytami.
Ponadto przedmiotami wynalazku są: sposób otrzymywania materiału nanokompozytowego, materiał nanokompozytowy i jego zastosowanie.
Materiał według wynalazku posiada właściwości bakteriobójcze, a jednocześnie jest całkowicie nieszkodliwy dla komórek ssaczych.
Wraz z błyskawicznie postępującą w ostatnich dekadach miniaturyzacją urządzeń elektronicznych, dynamicznym rozwojem fizykochemii powierzchni oraz intensyfikacją prac nad technologiami wykorzystującymi zjawiska kwantowe, coraz większe znaczenie - zarówno dla nauki, jak i dla przemysłu - zyskują nanocząstki. Są to cząstki, których przynajmniej jeden z wymiarów nie przekracza 100 nm, zbudowane z kilku do nawet kilkunastu tysięcy atomów, często kuliste. Ich właściwości, a więc również potencjalne zastosowania, zasadniczo odbiegają od tych wykazywanych przez te same substancje w formie mniej rozdrobnionej. Nanocząstki z reguły pokrywane są warstwą stabilizującą, której zadaniem jest zapobieganie niekontrolowanej agregacji i tworzeniu struktur o dużej objętości (agregatów), spowodowanej wysoką energią powierzchniową nanocząstek. Najczęściej do stabilizacji wykorzystywane są cząsteczki organiczne np. alkanotiole.
W niniejszym zgłoszeniu wynalazku nanocząstki stabilizowane są jonami nieorganicznymi, które powstały w wyniku reakcji zachodzących podczas syntezy nanocząstek. Powszechnie w literaturze tego typu nanocząstki określane są jako „gołe”, gdyż nie zawierają organicznego liganda stabilizującego. Dobór i modyfikacja ligandów otaczających metaliczny bądź półprzewodnikowy rdzeń nanocząstek otwiera możliwość wpływania na ich właściwości.
Nanocząstki złota są jednymi z najbardziej trwałych nanocząstek metalicznych. Ze względu na swe unikalne właściwości optyczne i elektryczne, ściśle związane z ich wielkością i kształtem, nanocząstki złota znajdują wiele zastosowań m.in. w chemii materiałów, katalizie, medycynie, czy biologii. Koloidalne złoto prawdopodobnie pojawiło się już około piątego lub czwartego wieku p.n.e. w Egipcie i w Chinach. W czasach antycznych było używane w celach dekoracyjnych, a także leczniczych. Używano je do barwienia szkła i ceramiki. Prawdopodobnie najsłynniejszym przykładem jest Kielich Likurgijski (Lycurgus Cup), którego powstanie szacuje się na piąty do czwartego wieku p.n.e. Jest czerwony w świetle przechodzącym i zielony w świetle rozproszonym ze względu na obecność nanocząstek złota. Pierwsza publikacja dotycząca nanocząstek złota powstała w 1618 roku, a jej autorem był Francisci Antonii. Jego książka zawiera informacje na temat syntezy koloidalnego złota oraz jego wykorzystania w medycynie. Wierzono, że koloidalne złoto może być wykorzystane w leczeniu chorób, takich jak dyzenteria (czerwonka), epilepsja, choroby nowotworowe oraz choroby serca i choroby weneryczne. W 1676 roku niemiecki chemik Johann Kunckels opublikował kolejną książkę, w której zawarł stwierdzenie, że „złoto musi występować w tak rozdrobnionej formie, że nie jest widoczne dla oka ludzkiego”. W 1794 roku Fuhlame opublikował w swojej książce metodę barwienia jedwabiu koloidalnym złotem. Barwnik szkła znany jako Purpura Kasjusza jest wynikiem hetero koagulacji nanocząstek złota i tlenku tytanu. W 1857 Faraday opisał tworzenie czerwonego roztworu koloidalnego złota poprzez redukcję AuCl4 w układzie dwufazowym siarki i CS2 (Faraday, M. Experimental Relations of Gold (and other Metals) to Light. Philos. Trans. 1857, 147, 145-181). W dwudziestym wieku opisano już wiele innych metod otrzymywania nanocząstek (Turkevitch, J.; Stevenson, P. C; Hillier, J. Nucleation and Growth Process in the Synthesis of colloidal gold. Discuss. Faraday Soc. 1951,11, 55-75; Frens, G. Controlled Nucleation for the Regulation of the Particle Size in Monodisperse Gold Suspensions. Nature: Phys.Sci. 1973, 241, 20-22.; Hayat, M.A. Colloidal Gold, Principles, Methods and Applications, Academic Press: New York, 1989), a zainteresowanie samymi nanocząstkami ciągle rośnie i jest ono związane z ich unikalnymi właściwościami (kwantowy efekt rozmiarowy) i możliwościami aplikacyjnymi m.in. w metodach analitycznych, w diagnostyce i terapeutyce medycznej, w różnych metodach obrazowania oraz w technice SERS - wykorzystującej wzmocnione powierzchniowo rozpraszanie Ramana (Chemical Reviews, 2004, Vol. 104, No. 1; Journal of Molecular Liquids 155 (2010) 91-95).
Nanocząstki wykorzystywane w metodzie według wynalazku otrzymuje się w wyniku redukcji soli odpowiedniego metalu borowodorkiem. Powstające w wyniku tej reakcji związki boru i tlenu (oksoborany) stabilizują powierzchnię nanocząstek i biorą udział w tworzeniu na nokompozytu.
PL 235 359 Β1
Cząsteczka kwasu borowego ma strukturę planarną (płaską). Dzięki połączeniom poprzez wiązania wodorowe tworzy prawie heksagonalną strukturę podobną do grafenu (odległość między warstwami wynosi 3,18A). Rozpuszczony w wodzie kwas borowy zachowuje się jak kwas Lewisa. W roztworze kwasu borowego możliwe jest współistnienie różnych typów anionów i polianionów składających się z jednostek podstawowych BO3 i BO4. Liczba grup BO3 i BO4 zależy od pH. W roztworach o stężeniu boru poniżej 0,025M istnieje stan równowagowy, który można zapisać wzorem (w.1.). Wynika z niego, że równomolowa ilość B(OH)4 oraz B(OH)3 współistnieje w roztworze o pH = 9,4. W niższym pH przeważają płaskie grupy BO3 w wyższym tetraedryczne grupy BO4.
B(OH)3 +2H2O = B{OH)4· +H3O+ pKa = 9,4 (w.l)
W roztworach o wyższym stężeniu równowaga tworzy się pomiędzy niezjonizowaną formą kwasu B(OH)3, a polinuklearnymi kompleksami Β3θ3(ΟΗ)4-; Β4θ5(ΟΗ)42’; Β3θ3(ΟΗ)52’, Β5Οθ(ΟΗ)4’ i Β(ΟΗ)4’. Dodatek jonów H+ lub OH- może prowadzić do kondensacji i utworzenia polioksoanionów. Proces ten wiąże się z delokalizacją ładunku i ze zmniejszeniem formalnego ładunku, co z kolei wpływa na wzrost właściwości hydrofobowych. Różnica między kondensacją w środowisku kwaśnym, a kondensacją w środowisku zasadowym polega na morfologii powstałych w tym procesie polianionów. W środowisku kwaśnym jest tendencja do tworzenia płaskich sieci, które następnie układają się warstwowo, natomiast w środowisku zasadowym kondensacja prowadzi do powstania amorficznych sieci. Dodatkowo wiadomo, że obecność wolnych dużych dwuwartościowych kationów powoduje stabilizację struktur poliboranowych (Contemporary Boroń Chemistry; Matthew Davidson, Royal Society of Chemistry (Great Britain); Royal Society of Chemistry, 2000-538).
Znany jest również fakt, że jony oksoboranowe mogą tworzyć silne kompleksy z grupami OH, np. w celulozie, czy polialkoholanach („Recent advances in methods ofisolating and purifying hemicelluloses” B Lindberg; Trakemiska avdelningen, Svenska Traforskninginstitutet, Stockholm O, Sverige). Do tej pory nie opisano jednak sposobu modyfikacji materiałów hydrofilowych nanocząstkami złota wykorzystującego tę właściwość oksoboranów.
Celuloza jest naturalnym polisacharydem składającym się z jednostek glukopiranozy połączonych wiązaniem 1,4 glikozydowym. Jest głównym składnikiem ścian komórkowych roślin pełniącym w nich funkcję podporową. W roślinach celuloza występuje w postaci włókien, często inkrustowanych innymi polisacharydami oraz ligniną, tłuszczami, żywicami lub nawet substancjami mineralnymi. Oczyszczone, wybielone i odtłuszczone włoski nasion różnych gatunków bawełny (np. wata kosmetyczna) to prawie czysta celuloza („Naturalne Związki Organiczne” Aleksander Kołodziejczyk, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004, ISBN 83-01-14316-9; „Materiały medyczne”, Anna Cedro-Niwińska, Renata Jachowicz). Włókna celulozy, ze względu na obecność wiązań wodorowych, mają właściwości amfifilowe oraz zdolność do tworzenia złożonych struktur, dzięki czemu są niezwykle trudno rozpuszczalne zarówno w rozpuszczalnikach wodnych jak i organicznych. Ta ostatnia właściwość sprawia, że bardzo trudno jest modyfikować włókna celulozy stosując konwencjonalne podejścia (Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 9866-9B69).
W roku 2007 opisano sposób modyfikacji włókien celulozy pochodzenia roślinnego i bakteryjnego nanocząstkami złota oraz nanocząstkami złota w otoczce z S1O2, wykorzystujący metodę LBL (z ang. Layer by layer), czyli warstwa po warstwie. Do celulozy o powierzchniowym ładunku ujemnym adsorbowano polikation PDDA, do którego następnie adsorbowano ujemnie naładowane nanocząstki otrzymane znaną metodą redukcji z cytrynianem sodu (R.J.B. Pinto et al. /Journal of Colloid and Interface Science 312 (2007) 506-512).
W 2009 roku przedstawiono sposób modyfikacji włókna celulozowego metalicznymi nanocząstkami złota, platyny i palladu z wykorzystaniem oddziaływań elektrostatycznych pomiędzy ujemnie naładowanymi nanocząstkami oraz zmodyfikowanymi kationowo grupami amoniowymi w celulozie. Proces modyfikacji trwa około 24 godzin i wiąże się ze stratą nanocząstek, które nie zaadsorbowały się do włókien i zostały wypłukane w procesie oczyszczania (stosowano nanocząstki złota otrzymane w wyniku redukcji jonów chlorozłotawych cytrynianem). (Metal Nanoparticles on Natural Cellulose Fibers: Electrostatic Assembly and In Situ Synthesis. Hong Dong, Juan P. Hinestroza; Applied Materials&lnterfaces, vol. 1, no. 4, 797-803; 2009).
Znane są też metody wykorzystujące mikro-włókna i oligomery celulozy oraz jej pochodnych do stabilizacji roztworów koloidalnych nanocząstek (A.I. Loskutov, O.Ya. Uryupina, V.V. Vysotskii, V.l. Roldughin, 2009, publishedin Kolloidnyi Zhurnal, 2009, Vol. 71, No. 5, pp. 652-656.; T. Ishida et al./Applied Catalysis A: General 377 (2010) 42-46); S. Boufi et al./ Carbohydrate Polymers 86 (2011) 1586-1594).
PL 235 359 B1
Przykładem mogą być nanocząstki wielkości około 30 nm, które otrzymuje się w obecności metylocelulozy poprzez redukcję jonów chlorozłotawych gazowym wodorem (G.P. Sahoo et al. /Journal of Molecular Liquids 155 (2010) 91-95) lub nanocząstki zsyntezowane in situ w 80% wodnym roztworze N-tlenku N-metylomorfoliny (NMMO) w temperaturze 100°C w obecności TSC-celulozy (cellulose thiosemicarbazones). Autorzy tej pracy postulują możliwe wykorzystanie w proponowanej metodzie wielu innych węglowodanów, takich jak chitozan, celoheksoza, celobioza, maltoza i laktoza (Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 9866-9869).
Znane są metody tworzenia antybakteryjnych materiałów w oparciu o modyfikowaną nanocząstkami celulozę. Najczęściej wykorzystuje się do tego nanocząstki srebra (W.K. Son et al. / Carbohydrate Polymers 65 (2006) 430-434; W.-L. Chou, D.-G. Yu and M.-C. Yang, Polym. Adv. Technol. 2005; 16: 600-607; A. Fernandez et al. / Food Research International 42 (2009) 1105-1112; „Effect of cationization on adsorption of silver nanoparticles on cotton surfaces and its antibacterial activity” Mohammad Shateri Khalil-Abad, Mohammad Esmail Yazdanshenas, Mohammad Reza Nateghi; Cellulose (2009) 16:1147-1157), ale znane są także materiały oparte na nanocząstkach miedzi (Copper-Based Nanostructured Coatings on Natural Cellulose: Nanocomposites Exhibiting Rapid and Efficient Inhibition of Multi-Drug Resistant Wound Pathogen, A. baumannii, and „Mammalian Cell Biocompatibility In Vitro” Adv. Fund. Mater. 2011, 21, 2506-2514/.
Znane są bakteriobójcze właściwości nanocząstek złota i nanokompozytów złota („ Enhancement of antibiotic effect via gold:silver-alloy nanoparticles” Margarida Moreira dos Santos, Margarida Joao Queiroz, Pedro V. Baptista, J Nanopart Res (2012) 14:859; „Toxicity and cellular uptake of gold nanoparticles: what we have learned so far?” Alaaldin M. Alkilany, Catherine J. Murphy, J Nanopart Res (2010) 12:2313-2333).
W 2012 roku została opublikowana praca dotycząca modyfikacji membrany celulozowej nanocząstkami złota. Opisana metoda polega na rozdzieleniu membraną roztworu AuCI4’ i roztworu NaBH4. Gradient dyfuzyjny powoduje, że mniejsze negatywnie naładowane jony borowodorkowe migrują szybciej przez membranę i sukcesywnie redukują jony złota przyłączone do powierzchni membrany z drugiej strony, na zasadzie oddziaływań elektrostatycznych (celuloza ma zdolność wiązania dodatnio naładowanych jonów metali). Metoda ta (inaczej niż w sposobie według wynalazku) polega na syntezie nanocząstek in situ na powierzchni celulozowej membrany (N. Sosibo et al. /Materials Letters 88 (2012) 132-135).
Już w latach czterdziestych XX wieku wykorzystywano związki boru do modyfikacji celulozy. Dokument patentowy US2300213(A) opisuje wykorzystanie fluorku boru do produkcji estrów celulozy (np. octan celulozy). Autorzy wynalazku wskazują odporność na odbarwienia jako istotną korzyść takich modyfikacji. Metoda ta została udoskonalona w późniejszych latach, co opisano w zgłoszeniach US2554439(A) z 1952 roku oraz US3313592(A) z 1967 roku. W roku 1973 w zgłoszeniu U53765836(A) autorzy opisali wykorzystanie boranów oraz kwasu borowego do modyfikacji materiałów zawierających celulozę w celu otrzymania tkanin niegniotących się.
Znane jest również zastosowanie związków boru do tworzenia powłok ognioodpornych. Już w roku 1974 w zgłoszeniu US3790562(A) autorzy opisali wykorzystanie alkoksyboru do modyfikacji celulozy w celu zapewnienia jej odporności na ogień. W 1976 użyto prostszych oraz tańszych boranów do produkcji ognioodpornych wypełniaczy. W zgłoszeniu US6025027(A) autorzy pokazują wykorzystanie boranów do produkcji materiałów izolujących bazujących na celulozie.
Zgłoszenie patentowe
WO2002028796(A2) opisuje proces przygotowania spoiwa z włókien celulozowych wysyconych związkami organicznymi oraz nieorganicznymi. Dodatki nie tworzą nanocząstek.
Znane są również materiały kompozytowe celulozy oraz mikro i nanocząstek metali, tlenków metali, innych półprzewodników oraz ich mieszanin. W 1982 w zgłoszeniu US4326889(A) autorzy zaprezentowali sposób przygotowania kompozytu celulozy oraz mikrocząstek (od 0,8 do 2 ąm) złota jako dentystycznego podkładu do osadzania warstwy porcelany. Zgłoszenia: WO2007023002(A1) oraz US20110262646(A1) dotyczą materiałów kompozytowych, w których nanocząstki są zaadsorbowane niekowalencyjnie na powierzchni celulozy. Zgłoszenia: W O2009080522(A1) oraz WO2010095574(A1) opisują metody syntezy nanocząstek w obecności celulozy.
Zgłoszenie US20080145576(A1) dotyczy sposobu przygotowania opakowań na jedzenie, przede wszystkim osłonek na parówki, kiełbasy oraz inne produkty mięsne. Derywatyzowana celuloza domieszkowana jest nanocząstkami. Autorzy sugerują, że zapewnia to pewną antybakteryjność oraz umożliwia dłuższe przechowywanie produktów spożywczych.
PL 235 359 B1
Wszystkie dotychczas opisane metody łączenia celulozy z nanocząstkami wiążą się z wcześniejszą modyfikacją ligandów na nanocząstce lub modyfikacją chemiczną samej celulozy, a późniejsze łączenie obu komponentów zwykle opiera się na oddziaływaniach elektrostatycznych. W dotychczas opisanych metodach nie ma wzmianki na temat roli oksoboranów w tworzeniu trwałych połączeń pomiędzy nanocząstkami, a także pomiędzy nanocząstkami a innymi materiałami zawierającymi grupy hydrof ilowe tj. -OH i COOH.
Celem niniejszego wynalazku jest zaproponowanie sposobu tworzenia i osadzania nanokompozytów z nanocząstek metalicznych, zwłaszcza złota, srebra, miedzi, niklu, kobaltu lub mieszaniny tych nanocząstek, i oksoboranów na powierzchniach hydrofilowych (szczególnie zawierających grupy -OH i -COOH) i powierzchniach hydrofobowych.
Kolejnym celem wynalazku jest zaproponowanie nowego materiału nanokom pozytowego o właściwościach antyseptycznych. Zaskakujące jest przy tym, że proponowany materiał wykazuje właściwości bakteriobójcze, a jednocześnie jest całkowicie nieszkodliwy dla komórek ssaczych.
Dlatego dalszym celem obecnego wynalazku jest wskazanie zastosowania proponowanego materiału nanokompozytowego do wytwarzania materiałów antyseptycznych, a w szczególności do pokrywania tym materiałem nanokompozytowym powierzchni rozmaitych materiałów, np. polimerowych (szalki Petriego, implanty, rusztowania do wzrostu komórek), szkła (szklane kuwety, włókno szklane), metalu (sprzęt medyczny, implanty), czy bawełny (bandaże, nici).
Zgodnie z obecnym wynalazkiem, sposób modyfikowania powierzchni nanokompozytami, zawierającymi nanocząstki metaliczne i związki boru charakteryzuje się tym, że wybraną substancję stałą o powierzchni hydrofilowej albo hydrofobowej albo amfifilowej albo substancję metaliczną, której powierzchnia ma być modyfikowana, umieszcza się w koloidalnym roztworze nanocząstek metalicznych wybranych spośród nanocząstek złota, nanocząstek srebra albo ich mieszaniny, stabilizowanych związkami boru, takimi jak oksoborany, a następnie prowadzi się polimeryzację/kondensację oksoboranów przez indukcję zmiany wartości pH w zakresie od 0 do 10, dodając kwasu lub zasady, albo przez dodanie soli metali dwuwartościowych lub trójwartościowych, zwłaszcza soli Mg, Ca, Cu, Fe, Cr, Au, Hg lub Pb, przy czym wymieniony sposób prowadzi się w zakresie temperatury od 0°C do 100°C, korzystnie w temperaturze pokojowej, w wyniku czego otrzymuje się nanokompozyty z nanocząstek metalicznych i polioksoboranów zaadsorbowane na użytym materiale.
Korzystnie, jako stałą powierzchnię do modyfikacji stosuje się materiał wybrany z grupy obejmującej spasywowany krzem, kwarc, szkło, metal, stal nierdzewną, watę szklaną, włókno szklane, papier, watę kosmetyczną, tkaninę bawełnianą oraz celulozę.
Korzystnie, stosuje się nanocząstki złota, otrzymane w syntezie polegającej na redukcji jonów chlorozłotawych borowodorkiem sodu, najkorzystniej otrzymane w syntezie Martina.
Alternatywnie, korzystnie, stosuje się nanocząstki srebra, korzystnie otrzymane w wyniku redukcji azotanu srebra borowodorkiem sodu.
Korzystnie, jako kwas stosuje się kwasy organiczne lub nieorganiczne, korzystnie HCl, a jako zasadę stosuje się organiczne i nieorganiczne zasady, korzystnie NaOH.
Korzystnie, jako sól metalu dwuwartościowego stosuje się CuSO4 lub CaCl2, a jako sól metalu trójwartościowego stosuje się FeCh.
Korzystnie, ilość nanocząstek w nanokompozytach osadzanych na modyfikowanej powierzchni kontroluje się poprzez zmianę objętości roztworu koloidalnego nanocząstek dodawanego w trakcie procesu modyfikacji.
Korzystnie, wielkość nanokompozytów osadzonych na modyfikowanej powierzchni kontroluje się w procesie modyfikacji albo poprzez zmianę pH w zakresie od powyżej 0 do 10, korzystnie powyżej 0 do 4, a najkorzystniej poniżej 2, albo poprzez zmianę stężenia roztworu koloidalnego nanocząstek.
Sposób otrzymywania materiału nanokompozytowego, według wynalazku charakteryzuje się tym że obejmuje etapy, w których - przygotowuje się koloidalny roztwór nanocząstek metalicznych wybranych spośród nanocząstek złota, nanocząstek srebra albo ich mieszaniny stabilizowanych związkami boru, takimi jak oksoborany, - a następnie prowadzi się polimeryzację/kondensację oksoboranów przez indukcję zmiany wartości pH w zakresie od 0 do 10, dodając kwasu lub zasady, albo przez dodanie soli metali dwuwartościowych lub trójwartościowych, zwłaszcza soli Mg, Ca, Cu, Fe, Cr, Au, Hg lub Pb, przy czym wymieniony sposób prowadzi się w zakresie temperatury od 0°C do 100°C, korzystnie w temperaturze pokojowej, w wyniku czego otrzymuje się nanokompozyty z nanocząstek metalicznych i polioksoboranów.
PL 235 359 B1
Wynalazek obejmuje również materiał nanokompozytowy otrzymany powyższym sposobem, charakteryzujący się tym, że obejmuje nanocząstki metalu zatopione w matrycy polioksoboranowej, przy czym powierzchnia przynajmniej niektórych spośród tych nanocząstek jest odsłonięta.
Korzystnie, matryca polioksoboranowa jest porowata, a wspomniane nanocząstki metalu obejmują złoto lub srebro.
Korzystnie, nanocząstki metalu są usytuowane na powierzchni matrycy polioksoboranowej.
Korzystnie, materiał dodatkowo obejmuje atomy jednego lub więcej metalu dwu- lub trójwartościowego, a zwłaszcza atomy jednego spośród następujących metali: Mg, Ca, Cu, Fe, Cr, Au, Hg, Pb.
Korzystnie, materiał jest w postaci warstwy osadzonej na podłożu, zwłaszcza na podłożu wybranym z grupy obejmującej: spasywowany krzem, krzemionkę, kwarc, szkło, metal, stal nierdzewną, watę szklaną, włókno szklane, papier, watę kosmetyczną, tkaninę bawełnianą, polimery naturalne, zwłaszcza celulozę, karagen, pektynę i chitozan, polimery syntetyczne, zwłaszcza polistyren, polimetakrylan 2-hydroksy etylu(poli-HEMA).
W takim przypadku, korzystnie, wspomniana warstwa osadzona na podłożu jest nieciągła, czyli zawiera co najmniej jedną szczelinę wiodącą od skraju warstwy aż do odsłoniętego fragmentu podłoża.
Korzystnie, wspomniana warstwa osadzona na podłożu ma grubość co najmniej 3 nm, korzystniej od 3 nm do 100 nm, a najkorzystniej od 3 nm do 5 nm.
Korzystnie, stopień pokrycia podłoża przez wspomnianą warstwę jest mniejszy niż 100%, to znaczy przynajmniej część podłoża jest odkryta.
Wynalazek obejmuje również zastosowanie powyższego materiału nanokompozytowego do wytwarzania powierzchni antyseptycznych oraz do wytwarzania powierzchni przeznaczonych do hodowli komórek ssaczych.
Korzystne przykłady wykonania wynalazku
Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w następujących przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonego rysunku, na którym:
Fig. 1 przedstawia zdjęcia ilustrujące proces osadzania nanokompozytów na ściankach szklanej kuwety (a - roztwór nanocząstek w szklanej kuwecie, b - roztwór nanocząstek w szklanej kuwecie po zakwaszeniu HCI; c - roztwór nanocząstek po całkowitym osadzeniu nanokompozytu na ściankach kuwety, d - roztwór nanocząstek po całkowitym osadzeniu nanokompozytu na ściankach kuwety (kuwetę odwrócono wieczkiem do spodu, aby pokazać, że roztwór po adsorpcji jest bezbarwny i klarowny), e - szklana kuweta z osadzonymi na jej ściankach nanokompozytami po wysuszeniu pod próżnią);
Fig. 2 przedstawia obraz SEM sieci nanocząstek osadzonych na powierzchni krzemu po dodaniu HCI (a - powiększenie 50000 razy, b - powiększenie 5000 razy);
Fig. 3 przedstawia obrazy SEM sieci nanocząstek osadzonych na powierzchni krzemu po dodaniu NaOH (a - powiększenie 50000 razy, b - powiększenie 5000 razy);
Fig. 4 przedstawia obraz SEM sieci nanocząstek osadzonych na powierzchni krzemu po dodaniu CuSO4 (powiększenie 50000 razy);
Fig. 5 przedstawia zdjęcia ilustrujące proces pokrywania bawełny nanokompozytami (a - bawełna w roztworze nanocząstek, b - bawełna w roztworze nanocząstek po zakwaszeniu HCI; c - supernatant, d - sucha bawełna);
Fig. 6 przedstawia obraz SEM bawełny (waty kosmetycznej) zmodyfikowanej nanokompozytem w obecności HCI (powiększenie 5000 razy);
Fig. 7 przedstawia zdjęcie tkaniny bawełnianej (bandaża) po modyfikacji nanokompozytem w obecności HCI;
Fig. 8 przedstawia obraz SEM tkaniny bawełnianej zmodyfikowanej nanokompozytem w obecności HCI;
Fig. 9 przedstawia zdjęcia próbek bawełny po zanurzeniu w ciekłej kulturze bakterii E.Coli. (w świetle widzialnym, w świetle UV i po wyciągnięciu jedynie koloru zielonego ze zdjęć w świetle UV świadczącego o obecności bakterii);
Fig. 10 przedstawia obrazy SEM włókien bawełny (czystej i zmodyfikowanej) inkubowanych w roztworach bakterii E.Coli;
Fig. 11 przedstawia zdjęcie wysuszonej bawełny zmodyfikowanej nanokompozytem złota w obecności NaOH;
Fig. 12 przedstawia obraz SEM bawełny zmodyfikowanej nanokompozytem w obecności NaOH (powiększenie 5000 razy);
PL 235 359 B1
Fig. 13 przedstawia zdjęcie bawełny zmodyfikowanej nanokompozytem w obecności CuSO4 (powiększenie 5000 razy);
Fig. 14 przedstawia Obraz SEM bawełny zmodyfikowanej nanokompozytem w obecności CuSO4 (powiększenie 5000 razy);
Fig.15 przedstawia zdjęcie tkaniny z włókna szklanego zmodyfikowanej nanokompozytem w obecności HCI;
Fig.16 przedstawia obraz SEM tkaniny z włókna szklanego zmodyfikowanej nanokompozytem w obecności HCI;
Fig.17 przedstawia osadzenie się nanokompozytów z nanocząstek złota i oksoboranów na tkaninie potwierdzone metodą mikroskopii elektronowej SEM;
Fig. 18 przedstawia zdjęcie bawełny zmodyfikowanej nanocząstkami srebra: a) bawełna po dodaniu roztworu nanocząstek srebra, b) - bawełna z nanocząstkami srebra po modyfikacji po zakwaszeniu (HCI), c - oczyszczona i wysuszona bawełna po modyfikacji nanocząstkami srebra; Fig. 19 przedstawia osadzenie się nanokompozytów na włóknach bawełny z nanocząstek srebra i oksoboranów potwierdzone metodą mikroskopii elektronowej SEM;
Fig. 20 przedstawia osadzenie nanokompozytów z mieszaniny nanocząstek złota i srebra na bawełnie, potwierdzone metodą mikroskopii elektronowej SEM;
Fig. 21 przedstawia osadzenie nanokompozytów najpierw z nanocząstek złota, a potem z nanocząstek srebra na wacie kosmetycznej, potwierdzone metodą mikroskopii elektronowej SEM;
Fig. 22 przedstawia osadzenie nanokompozytów najpierw z nanocząstek srebra, a potem z nanocząstek złota na wacie kosmetycznej, potwierdzone metodą mikroskopii elektronowej SEM;
Fig. 23 przedstawia: (a) schemat procedury pokrywania powierzchni nanokompozytem, (b) schemat budowy przykładowego nanokompozytu według wynalazku, tj. bloczku zbudowanego z oksoboranów, zawierającego nanocząstki, którymi to bloczkami p okrywana jest powierzchnia; bloczek ma w przybliżeniu kształt prostopadłościanu o długości krawędzi rzędu kilkudziesięciu nanometrów; centralna część bloczka jest cieńsza niż część peryferyjna; w części centralnej znajdują się nanocząstki; (c) zdjęcia mikroskopowe materiału nanokompozytowego według wynalazku;
Fig. 24 przedstawia zdjęcia posiewów bakteryjnych opisanych w przykładzie IX;
Fig. 25 przedstawia wykres ilustrujący przeżywalność bakterii w czasie w kontakcie ze zmodyfikowaną według wynalazku bawełną oraz w kontakcie z próbką kontrolną (bawełną niezmodyfikowaną); eksperyment opisano w przykładzie IX;
Fig. 26 przedstawia zdjęcia mikroskopowe przykładowych hodowli komórkowych prowadzonych w obecności materiału według wynalazku (przykład X): a) komórki nerwowe, b) komórki wysepek trzustkowych, c) komórki wątroby, d) komórki progenitorowe tkanki tłuszczowej;
Fig. 27 przedstawia zdjęcie próbek kulek Stobera (z SiO2) po modyfikacji nanokompozytem złota i oksoboranów w różnym pH (od lewej: pH = 2, pH = 4 i pH = 6), zgodnie z przykładem XI;
Fig. 28 przedstawia obrazy SEM kulek Stobera (z SiO2) po modyfikacji nanokompozytem złota i oksoboranów w różnym pH (od lewej: pH = 2, pH = 4 i pH = 6) i po oczyszczeniu, zaś
Fig. 29 przedstawia zdjęcie szpatułki wykonanej ze stali nierdzewnej po modyfikacji nanokompozytem złota i oksoboranów w środowisku kwaśnym, zgodnie z przykładem XII.
Materiały i sprzęt
Podczas eksperymentów wykorzystywane były rozpuszczalniki organiczne wysokiej czystości dostarczone przez firmę Chempur. Pozostałe niezbędne, dostępne komercyjnie odczynniki dostarczyła firma Sigma-Aldrich. Użyto bawełny w postaci waty kosmetyczno-higienicznej (Toruńskie Zakłady Materiałów Opatrunkowych, Polska).
Nanocząstki złota (AuNP) otrzymano metodą Martina. Do 5 ml wody dodano 50 μl 50 mM roztworu AuCI4-/HCl (roztworu soli kwasu złotawego z równomolowym dodatkiem HCI). Roztwór wodny AuCI4/HCI worteksowano, a po chwili wstrzyknięto do niego 150 μl świeżo przygotowanego 50 mM roztworu NaBH4/NaOH (roztwór borowodorku sodu z równomolowym dodatkiem NaOH). Całość worteksowano jeszcze przez 1 min.
Nanocząstki srebra (AgNP) otrzymano metodą redukcji azotanu srebra borowodorkiem sodu. Sporządzono 1 mM roztwór azotanu srebra. W tym czasie odważono 2,27 mg NaBH4 i rozpuszczono w 30 ml wody w kolbie na 50 ml. Roztwór NaBH4 mieszano na mieszadle magnetycznym w łaźni
PL 235 359 B1 lodowej. 10 ml roztworu AgNOs pobrano strzykawką i wkraplano powoli (1 kropla na 1 sekundę) do roztworu NaBH4. Na koniec wkraplania, powstały roztwór AgNP miał kolor żółty. Nanocząstki srebra używano bezpośrednio po ich syntezie (nie przechowywano dłużej niż 1 godzinę).
Submikrometryczne kulki SiO2 otrzymano metodą Stobera. Do szklanej butelki o pojemności 20 ml dodano 11,35 ml etanolu i 0,65 ml tetraetoksysilanu (TEOS). Zawartość butelki mieszano przy pomocy mieszadła magnetycznego. W tym czasie sporządzono rozcieńczony roztwór amoniaku, przez zmieszanie 2 ml 25% wody amoniakalnej z 1 ml wody destylowanej. Powstały roztwór amoniaku dodano do etanolowego roztworu TEOS. Już po kilkunastu minutach od momentu zmieszania roztworów zauważono świadczące o przebiegu reakcji zmętnienie. Całość mieszano jeszcze przez 24 godziny. Po tym czasie powstałą zawiesinę wymrożono na linii próżniowej w celu odpędzenia etanolu i amoniaku. Powstałe mikrosfery (ziarna, kulki) przechowywano w zawiesinie wodnej o tej samej objętości co roztwór do syntezy.
Do testów wykorzystano bakterie Eschericha Coli BL21, które przetransformowano tak, by uzyskały lekooporność na antybiotyki chloramfenikol oraz kanamycynę. Dodatkowo wprowadzono plazmid pET (transformacja wapniowa) zawierający gen kodujący zielone białko fluorescencyjne (green fluorescence protein GFP). Ekspresja genu regulowana była przez represor lac, dlatego produkcję GFP indukowano przez dodanie izopropylo-beta-D-tiogalaktopiranozydu (IPTG). Przygotowanie pożywek oraz wszystkie operacje wykonywano zachowując sterylność. Wszystkie procedury związane z hodowlą bakterii były zgodne ze standardowymi protokołami powszechnie wykorzystywanymi w mikrobiologii.
Kolonię bakterii E.Coli z pożywki stałej zaszczepiano w 10 ml pożywki LB z dodatkiem chloramfenikolu oraz kanamycyny. Hodowlę umieszczano w inkubatorze (37°C) na 24 h. Po tym czasie rozcieńczano bakterie pożywką LB do 300 ml. Po 8 h dodawano IPTG tak, by jego stężenie w hodowli wynosiło około 1 mM. Hodowlę ponownie umieszczano w inkubatorze na 24 h. Po tym czasie ODeoo hodowli wynosiło około 1,8.
Kolonię bakterii S.Epidermitis zaszczepiano w 10 ml pożywki LB bez dodatku antybiotyków. Hodowlę umieszczano w inkubatorze (37°C) na 24 h.
Eksperyment polegający na pomiarze intensywności fluorescencji białka GFP w świetle UV, świadczącej o obecności bakterii na powierzchni badanego materiału, przeprowadzano w następujący sposób: Pobierano po 10 ml hodowli E.Coli o OD = 1,8 i umieszczano w sterylnych probówkach. Do każdej probówki dodawano takie same masy badanych materiałów i całość umieszczano na 1 h w inkubatorze. Po tym czasie próbki badanych materiałów przenoszono na szalki Petriego i po osuszeniu robiono zdjęcia w świetle UV (254 nm).
Analizę obrazu wykonano z wykorzystaniem programów Gimp 2.6 (licencja GNU) oraz ImageJ 1.46 (licencja public domain). Przyjęto dwa założenia: 1) wyniki znormalizowano tak, że najwyższa wartość zielonej fluorescencji (najwięcej bakterii) została uznana za 100%; 2) na próbce niezanurzonej w hodowli bakterii, nie obserwujemy fluorescencji GFP, czyli 0%. Ponieważ użyta bawełna wykazywała pewną fotoaktywność w promieniach UV konieczne było odjęcie tła od wszystkich zdjęć. Kalibracja odbywała się zgodnie z założeniem 2 - od zdjęć próbek odjęto tło.
Zdjęcia próbek wykonano aparatem Canon 60D z obiektywem Carl Zeiss Jena 50 mm 1.8 Pancolar MC z użyciem odpowiedniego adaptera. Ustawienia czasu naświetlania oraz przesłony oraz warunki świetlne podczas robienia zdjęć w świetle UV były identyczne. Jako źródło światła UV wykorzystano lampę ręczną, emitującą światło o maksimum długości fali emisji przy 254 nm.
Przeżywalność bakterii E.Coli (bakterie gram ujemne) oraz bakterii S. Epidermidis (bakterie gram dodatnie) w obecności zmodyfikowanego materiału w czasie, zbadano metodą zliczania kolonii. Zawiesinę bakterii do tego eksperymentu przygotowywano w następujący sposób:
Zawiesinę bakterii z hodowli rozcieńczono LB do OD = 1. Następnie zawiesinę o OD = 1 rozcieńczono dalej solą fizjologiczną (0,9% roztwór NaCl),by osiągnąć stężenie rzędu 104 cfu/ml. Zawiesiny bakterii o takim stężeniu wyjściowym używano do eksperymentów badających właściwości antybakteryjne nanokompozytów metodą zliczania kolonii.
Zdjęcia powierzchni próbek wykonano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) firmy Zeiss (Ultra plus) w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN. Mikroskop wyposażony jest w przystawkę mikro-analityczną EDS (Quantax 400, Bruker), z ultraszybkim detektorem (300000 zliczeń/sekundę) o rozdzielczości energetycznej 127 eV oraz powierzchni aktywnej 30 mm2. Takie parametry pozwoliły na detekcję boru.
PL 235 359 B1
Nanocząstki metaliczne w opisywanej metodzie otrzymuje się w wyniku redukcji soli metalu borowodorkiem (korzystnie borowodorkiem sodu). Badania IR otrzymanych nanocząstek pozwoliły stwierdzić, że po syntezie powierzchnię nanocząstek pokrywają cząsteczki wody oraz kwasu borowego. Przy czym kwasu borowego jest więcej niż mógłby pokryć całkowitą powierzchnię nanocząstek monowarstwą. W roztworach kwasu borowego o stężeniu wyższym od 0,025 M równowaga tworzy się pomiędzy niezjonizowaną formą kwasu B(OH)3, a polinuklearnymi kompleksami B3O3(QH)i; B4O5(OH)42’; B3O3(OH)52, B5Q6(OH)4· i B(OH)4’. Dodatek jonów H+ lub OH- może prowadzić do dalszej kondensacji i utworzenia polioksoanionów. Tak też jest w przypadku obecnego układu, co potwierdzają badania techniką spektroskopii IR i Ramana.
Kondensację oksoboranów można wywołać nie tylko zmieniając pH, ale także dodając do układu różnych soli metali dwu lub trójwartościowych. Jony metalu pochodzące z tej soli mogą wbudować się w strukturę polioksoboranu w trakcie kondensacji (w tym sensie można mówić o domieszkowaniu powstającego nanokompozytu innymi metalami).
Materiałem budulcowym opisywanego nanokompozytu są nanocząstki metalu (jednego rodzaju lub mieszanina różnych nanocząstek) zatopione w matrycy polioksoboranowej, przy czym powierzchnia tych nanocząstek jest dostępna (np. do zajścia reakcji katalizowanych nanocząstkami złota), a więc matryca ta jest porowata lub nanocząstki są usytuowane na jej powierzchni. Na podstawie badań wykonanych techniką TEM można wnioskować, że w procesie tworzenia nanokompozytu w pierwszej fazie powstają niewielkie obiekty (od kilku do kilkudziesięciu a nawet do 100 nm), które następnie łączą się ze sobą tworząc bardziej złożone struktury (Fig. 23). Wnioski te potwierdzają też badania UV-Vis (agregacji w czasie) oraz badania napięcia powierzchniowego. Dodatkowo stwierdzono, że owe obiekty mają charakter amfifilowy i mogą gromadzić się na granicy faz woda: powietrze (lub rozpuszczalnik organiczny), gdzie tworzą sieci. Amfifilowość tych indywiduów jest związana z delokalizacją ładunku i ze zmniejszeniem formalnego ładunku spolimeryzowanych anionów oksoboranowych (właściwości hydrofobowe) i z obecnością wolnych grup OH- (właściwości hydrofilowe). Ta właściwość sprawia, że mogą one z powodzeniem być osadzone zarówno na powierzchniach hydrofilowych (na przykład poprzez kondensację z wolnymi grupami OH) jak i na powierzchniach hydrofobowych ( na przykład dzięki oddziaływaniom hydrofobowym).
Modyfikacji opisanym sposobem można poddać zarówno powierzchnie hydrofobowe (w szczególności polimery, np. polistyren, szalki polistyrenowe), jak i hydrofilowe (np. szkło, kwarc, spasywowany krzem, krzemionka (szklane naczynia, włókno szklane, płytki krzemowe, inne nano- i mikroobiekty z krzemionki), polimery hydrofilowe i amfifilowe, naturalne i syntetyczne, np. celuloza (wata kosmetyczna, tkanina bawełniana, w tym: bandaż) lub powierzchnie metali (na przykład stali nierdzewnej). Przykładowo poddano modyfikacji następujące obiekty: bandaż bawełniany, szklana kuweta, włókno szklane, polistryrenowa szalka Petriego, szpatułka ze stali nierdzewnej, submikrometryczne obiekty krzemionkowe (kulki Stobera).
P r z y k ł a d I
Modyfikacja materiałów stałych zawierających krzemionkę na powierzchni (szczególnie szkło, krzem).
• Modyfikacja powierzchni szklanych (szklana kuweta)
Do szklanego naczynia dodano 2 ml koloidalnego roztworu nanocząstek złota stabilizowanych ligandami oksoboranowymi. Do środka włożono mieszadełko magnetyczne i całość mieszano w temperaturze pokojowej z prędkością 500 obr./min. Dodano 30,4 pl 0,5M kwasu HCI i obserwowano zmianę koloru z czerwonej na fioletową (pH » 2). Po około 1,5 godziny zaobserwowano, że nanocząstki z roztworu osadziły się na ściankach kuwety (Fig. 1). Nanocząstki były mocno związane z podłożem. Przepłukiwanie rozpuszczalnikami nie powodowało ich zmycia. Można je usunąć jedynie mechanicznie.
• Modyfikacja powierzchni krzemu
Na dno trzech szklanych naczyń położono krzemowe płytki. Do każdego dodano po 2 ml roztworu koloidalnego nanocząstek złota stabilizowanych ligandami oksoboranowymi. Do pierwszego naczynia dodano 30,4 pl 0,5M kwasu HCI, do drugiego taką samą ilość 0,5M NaOH, a do trzeciego tą samą ilość 0,5M roztworu CuSO4. Gdy roztwór całkowicie się odbarwił pobrano go pipetą, a naczynie z płytką pozostawiono do wyschnięcia w temperaturze pokojowej. Suche płytki poddano analizie SEM (Fig. 2-4).
W ten sam sposób zmodyfikowano także powierzchnię krzemu o właściwościach hydrofobowych (krzem zmodyfikowany hydrofobowo w reakcji sylanizacji z dodecylotrietoksysilanem). We wszystkich przypadkach podłoże zostało pokryte materiałem kompozytowym. Morfologia otrzymanych struktur różni się w zależności od wykorzystanej metody.
PL 235 359 B1
P r z y k ł a d II
Otrzymanie zmodyfikowanej bawełny sposobem według wynalazku i jej zastosowanie jako materiału antybakteryjnego - określenie korzystnego pH w procedurze modyfikacji.
1. Modyfikacja bawełn y
Do odważonej ilości waty kosmetycznej (0,036 g) dodawano 4 ml roztworu koloidalnego nanocząstek złota. Próbki umieszczono na wytrząsarce ustawionej na szybkość obrotów 400 obr./min. Do tak przygotowanych próbek dodawano różne ilości 0,5M HCI oraz różne ilości 0,5M NaOH (minimalnie 3 gl, maksymalnie 150 gl). Na podstawie obserwacji szybkości i efektywności adsorpcji nanocząstek do waty określono optymalne wartości pH, w których powinno się prowadzić proces modyfikacji.
Ustalono, że modyfikacja przebiega we wszystkich roztworach do których dodano HCI lub NaOH (Fig. 5). Korzystnie w próbkach zakwaszonych do pH mniejszego niż 4, a najkorzystniej do pH mniejszego lub równego 2 (dodatek 60 gl 0,5M HCI). Wtedy proces odbywa się bez strat nanocząstek.
Objętość nanocząstek, którą dodaje się do waty w procesie modyfikacji może być większa niż ta w przykładzie. Całkowitą adsorpcję nanocząstek z roztworu o pH = 2 do 1 g waty kosmetycznej można osiągnąć dla maksymalnej objętości 167 ml roztworu nanocząstek o stężeniu 3,05-10-7 mol/l.
P r z y k ł a d III
Otrzymanie zmodyfikowanej bawełny sposobem według wynalazku i jej zastosowanie jako materiału antybakteryjnego.
1. Modyfikacja bawełn y
Do odważonej ilości waty kosmetycznej (0,036 g) dodano 4 ml roztworu koloidalnego nanocząstek złota. Całość umieszczono na wytrząsarce ustawionej na szybkość obrotów 400 obr./min. W trakcie wytrząsania dodano 60,8 gl 0,5M roztworu kwasu HCI. Obserwowano zmianę barwy roztworu koloidalnego z czerwonej na fioletową świadczącą o powstaniu nanokompozytów. W ciągu 20 min nastąpiła całkowita adsorpcja powstałych nanokompozytów do bawełny, co można było zaobserwować gołym okiem. Bawełna staje się fioletowa natomiast supernatant całkowicie bezbarwny.
2. Oczyszczanie otrzymanego materiału
Oczyszczanie otrzymanego materiału polegało na wielokrotnym (co najmniej 3-krotnym) odwirowaniu (5 min, 5000 rpm) i zdekantowaniu roztworu znad zmodyfikowanego materiału i wymianie supernatanta na czystą wodę dejonizowaną (10 ml).
Otrzymano zmodyfikowaną bawełnę w kolorze fioletowym (Fig. 6. a - bawełna w roztworze nanocząstek, b - bawełna w roztworze nanocząstek po zakwaszeniu HCI; c - supernatant, d - sucha bawełna). Osadzenie się nanokompozytów z nanocząstek złota i oksoboranów na włóknach bawełny potwierdzono metodą mikroskopii elektronowej SEM (Fig. 7).
Wykorzystując tę samą procedurę zmodyfikowano tkaninę bawełnianą (bandaż) (Fig. 8 i 9).
3. Właściwości antybakteryjne
Analiza intensywności fluorescencji GFP (Fig. 10) udowodniła, że na materiale kompozytowym osadziło się znacznie mniej bakterii niż na niezmodyfikowanej wacie. Udowodniono, że efekt ten nie wynika z zakwaszenia, obecności boranów, ani NaOH. Uzyskane wyniki zestawiono w tabeli.
Uzyskane wyniki zestawiono w tabeli 1 (dane przedstawione w tabeli znormalizowano do próbki waty niezmodyfikowanej - zamiast w roztworze nanocząstek zanurzonej w wodzie, stąd nazwa próbki: woda). Oznaczenia c, c/4 i c/40 odnoszą się do stężenia nanocząstek zastosowanego w procesie modyfikacji, a więc do ilości nanokompozytu zaadsorbowanego do włókien celulozy.
PL 235 359 Β1
Tabela 1
Porównanie intensywności fluorescencji w próbkach zmodyfikowanej waty (AuNP z dodatkiem HCI) po ich zanurzeniu na 1 godzinę w kulturze bakterii E.Coli oraz próbki referencyjne
| nazwa próbki | intensywność fluorescencji [%] |
| woda | 100 |
| kwas borowy i pH2 | 98 |
| pH2c | 0 |
| pH2 c/4 | 0 |
| pH2 c/40 | 46 |
c- stężenie nanocząstek = 3,05*10‘7 mol/l c/4 - roztwór nanocząstek rozcieńczony 4x c/40 - roztwór nanocząstek rozcieńczony 40x
Na Fig. 11 przedstawiono zdjęcia SEM, które dowodzą, że na zmodyfikowanej wacie (Fig. 11 a) jest znacznie mniej bakterii niż na materiale wyjściowym (Fig. 11 b). Bakterie dobrze widoczne są na krawędziach obserwowanych włókien.
Przykład IV
Otrzymanie zmodyfikowanej bawełny sposobem według wynalazku i jej zastosowanie jako materiału antybakteryjnego
1. M od yfi ka cj a bawełn y
Do odważonej ilości waty kosmetycznej (0,036 g) dodano 4 ml roztworu koloidalnego nanocząstek złota. Całość umieszczono na wytrząsarce ustawionej na szybkość obrotów 400 obr./min. W trakcie wytrząsania dodano 60,8 μΙ 0,5M roztworu kwasu NaOH. Obserwowano zmianę barwy roztworu koloidalnego z czerwonej na granatową, świadczącą o powstaniu nanokompozytów (pH10c).W ciągu 20 min nastąpiła całkowita adsorpcja powstałych nanokompozytów do bawełny, co można było zaobserwować gołym okiem. Bawełna staje się granatowa. Tę samą procedurę zastosowano dla próbki „pH10c/4”, przy czym stężenie nanocząstek w próbce 1 było 4 razy większe niż w próbce 2.
2. Oczyszczanie otrzymanego materiału
Oczyszczanie otrzymanego materiału polegało na wielokrotnym (co najmniej 3-krotnym) odwirowaniu (5 min, 5000 rpm), zdekantowaniu roztworu znad zmodyfikowanego materiału i wymianie supernatanta na czystą wodę dejonizowaną (10 ml).
Otrzymano zmodyfikowaną bawełnę w kolorze granatowym (Fig. 12). Osadzenie się nanokompozytów z nanocząstek złota i oksoboranów na włóknach bawełny potwierdzono metodą mikroskopii elektronowej SEM (Fig. 13).
3. Właściwości antybakteryjne
Analiza intensywności fluorescencji GFP udowodniła, że na materiale kompozytowym osadziło się znacznie mniej bakterii niż na niezmodyfikowanej wacie. Udowodniono, że antyseptyczne właściwości otrzymanego materiału ściśle zależą od ilości zaadsorbowanego nanokompozytu.
Uzyskane wyniki zestawiono w tabeli 2 (dane przedstawione w tabeli znormalizowano do próbki waty niezmodyfikowanej - zamiast w roztworze nanocząstek zanurzonej w wodzie, stąd nazwa próbki: woda). Oznaczenia c, c/4 odnoszą się do stężenia nanocząstek zastosowanego w procesie modyfikacji, a więc do ilości nanokompozytu zaadsorbowanego do włókien celulozy.
PL 235 359 Β1
Tabela 2
Porównanie intensywności fluorescencji w próbkach zmodyfikowanej waty (AuNP z dodatkiem NaOH) po ich zanurzeniu na 1 godzinę w kulturze bakterii E.Coli oraz próbki referencyjne
| nazwa próbki | intensywność fluorescencji [%] |
| woda | 100 |
| NaOH i pH 10 | 91 |
| pHIOc | 0 |
| pH10c/4 | 106 |
c-stężenie nanocząstek = 3,05*10 7 mol/l c/4 - roztwór nanocząstek rozcieńczony 4x
Podsumowując wyniki z przykładu II, III i IV stwierdzono, że korzystnym jest przeprowadzanie modyfikacji w środowisku kwaśnym (dokładnie w pH mniejszym niż 2). Najkorzystniej pH = 2. Zarówno wata modyfikowana w środowisku zasadowym, jak i wata modyfikowana w środowisku kwaśnym, wykazują lepsze właściwości antybakteryjne niż wata zanurzona w roztworze samych nanocząstek. W tym ostatnim przypadku, obserwowano spadek fluorescencji jedynie o 44%.
Przykład V
Otrzymanie zmodyfikowanej bawełny sposobem według wynalazku i jej zastosowanie jako materiału antybakteryjnego
1. M od yfi ka cj a bawełn y
Do odważonej ilości waty kosmetycznej (0,036 g) dodano 4 ml roztworu koloidalnego nanocząstek złota. Całość umieszczono na wytrząsarce ustawionej na szybkość obrotów 400 obr./min. W trakcie wytrząsania dodano 60,8 μΙ 0,5M roztworu soli CuSCM. Obserwowano zmianę barwy roztworu koloidalnego z czerwonej na granatową, świadczącą o powstaniu nanokompozytów. W ciągu 20 min nastąpiła całkowita adsorpcja powstałych nanokompozytów do bawełny, co można było zaobserwować gołym okiem. Bawełna staje się granatowa, natomiast supernatant całkowicie bezbarwny.
2. Oczyszczanie otrzymanego materiału
Oczyszczanie otrzymanego materiału polegało na wielokrotnym (co najmniej 3-krotnym) odwirowaniu (5 min, 5000 rpm), zdekantowaniu roztworu znad zmodyfikowanego materiału i wymianie supernatanta na czystą wodę dejonizowaną (10 ml).
Otrzymano zmodyfikowaną bawełnę w kolorze granatowym (Fig. 14). Osadzenie się nanokompozytów z nanocząstek złota i oksoboranów na włóknach bawełny potwierdzono metodą mikroskopii elektronowej SEM (Fig. 15).
W ten sam sposób przygotowano próbki bawełny zmodyfikowanej nanocząstkami złota, stabilizowanych Ugandami oksoboranowymi po dodaniu innych soli: CaCb, FeCh (molowo takiej samej ilości jak CuSCM).
3. Właściwości antybakteryjne
Analiza intensywności fluorescencji GFP udowodniła, że na materiale kompozytowym osadziło się znacznie mniej bakterii niż na niezmodyfikowanej wacie. Udowodniono, że antyseptyczne właściwości otrzymanego materiału zależą od ilości zaadsorbowanego nanokompozytu. Znormalizowane dane przedstawiono w tabeli 3.
PL 235 359 Β1
Tabela 3
Porównanie intensywności fluorescencji w próbkach zmodyfikowanej waty (AuNP z dodatkiem soli CuSCM, CaCL i FeCIs) po ich zanurzeniu na 1 godzinę w kulturze bakterii E.Coli oraz próbki referencyjne
| nazwa próbki | intensywność fluorescencji [%] |
| woda | 100 |
| Fe | ie |
| Fe c | 0 |
| Fe c/4 | 0 |
| Fe c/40 | 0 |
| Cu | 52 |
| Cu c | 0 |
| Cu c/4 | 0 |
| Cu C/40 | 32 |
| Ca | 82 |
| Ca c | 0 |
| Ca c/4 | 0 |
| Ca c/40 | 56 |
| c- stężenie nanocząstek = 3,05*107 mol/l | |
| c/4 - roztwór nanocząstek rozcieńczony 4x | |
| c/40 - roztwór nanocząstek rozcieńczony 40x |
Fe, Cu, Ca - roztwory samych soli FeCh, CuSOą, CaCh
Podobnie jak w przypadku modyfikacji w różnym pH, tym razem również normalizowano wyniki do próbki waty w wodzie. We wszystkich próbkach, w których stężenie nanocząstek było maksymalne, nastąpiła całkowita redukcja fluorescencji - świadcząca o braku bakterii. Wykluczono efekt samych jonów metali, choć w przypadku soli żelaza wpływ samej soli był znaczący (spadek fluorescencji do 16% w odniesieniu do referencji).
W przypadku modyfikacji bawełny z użyciem soli Fe otrzymano najlepsze wyniki - całkowity spadek fluorescencji, nawet gdy stężenie nanocząstek 40x mniejsze niż maksymalne.
Podsumowując przedstawione w ww. przykładach metody modyfikacji bawełny i jej wykorzystanie jako materiału antybakteryjnego, najlepsze wyniki daje modyfikacja z użyciem soli FeCh, następnie z CuSCM, z dodatkiem kwasu HCl (pH2), CaCb, przy czym najmniej korzystne wyniki uzyskano dla roztworu NaOH (pH10).
Przykład VI
Otrzymanie zmodyfikowanej tkaniny z włókna szklanego sposobem według wynalazku.
1. Modyfikacja tkaniny z włókna szklanego
Kawałek tkaniny z włókna szklanego o wymiarach 5,5 x 5,0 cm zwinięto w rulon i umieszczono w szklanej butelce do której dodano 4 ml roztworu koloidalnego nanocząstek złota. Całość umieszczono na wytrząsarce ustawionej na szybkość obrotów 400 obr./min. W trakcie wytrząsania dodano 60,8 μΙ 0,5M roztworu kwasu HCl. Obserwowano zmianę barwy roztworu koloidalnego z czerwonej na fioletową, świadczącą o powstaniu nanokompozytów. W ciągu 20 min nastąpiła całkowita adsorpcja powstałych nanokompozytów do tkaniny, co można było zaobserwować gołym okiem. Tkanina staje się fioletowa, natomiast supernatant całkowicie bezbarwny.
PL 235 359 B1
2. Oczyszczanie otrzymanego materiału
Oczyszczanie otrzymanego materiału polegało na wielokrotnym (co najmniej 3-krotnym) wytrząsaniu zmodyfikowanego materiału z wodą dejonizowaną (porcje po 10 ml) i dekantacji supernatanta. Otrzymano zmodyfikowaną tkaninę z włókna szklanego w kolorze fioletowym (Fig. 16). Osadzenie się nanokompozytów z nanocząstek złota i oksoboranów na tkaninie potwierdzono metodą mikroskopii elektronowej SEM (Fig. 17).
P r z y k ł a d VII
Otrzymanie zmodyfikowanej bawełny sposobem według wynalazku
1. Modyfikacja bawełn y
Do odważonej ilości waty kosmetycznej (0,12 g) dodano 40 ml roztworu koloidalnego nanocząstek srebra. Całość umieszczono na wytrząsarce ustawionej na szybkość obrotów 400 obr./min. W trakcie wytrząsania dodano 600 ąl 0,5M roztworu kwasu HCI. Obserwowano zmianę barwy roztworu koloidalnego z żółtej na żółto-zieloną, świadczącą o powstaniu nanokompozytów. W ciągu 20 min nastąpiła całkowita adsorpcja powstałych nanokompozytów do bawełny, co można było zaobserwować gołym okiem. Bawełna staje się zielono-szara natomiast supernatant całkowicie bezbarwny.
2. Oczyszczanie otrzymanego materiału
Oczyszczanie otrzymanego materiału polegało na wielokrotnym (co najmniej 3 krotnym) odwirowaniu (5 min, 5000 rpm) i zdekantowaniu roztworu znad zmodyfikowanego materiału, i wymianie supernatanta na czystą wodę dejonizowaną (10 ml).
Otrzymano zmodyfikowaną bawełnę w kolorze zielono-szarym (Fig. 18. a - bawełna w roztworze nanocząstek srebra, b - bawełna w roztworze nanocząstek po zakwaszeniu HCl; c - sucha bawełna zmodyfikowana nanocząstkami srebra). Osadzenie się nanokompozytów z nanocząstek srebra i oksoboranów na włóknach bawełny potwierdzono metodą mikroskopii elektronowej SEM (Fig. 19).
P r z y k ł a d VIII
Otrzymanie zmodyfikowanej bawełny sposobem według wynalazku - modyfikacja nanocząstkami złota i srebra.
a) W mieszaninie nanocząstek złota i srebra
Do odważonej ilości waty kosmetycznej (0,036 g) dodano 2 ml roztworu koloidalnego nanocząstek złota i 4 ml roztworu koloidalnego nanocząstek srebra. Całość umieszczono na wytrząsarce ustawionej na szybkość obrotów 400 obr./min. W trakcie wytrząsania dodano 60,8 ąl 0,5M roztworu HCI. Obserwowano zmianę barwy roztworu koloidalnego z czerwono-pomarańczowej na fioletową, świadczącą o powstaniu nanokompozytów. W ciągu 20 min. nastąpiła całkowita adsorpcja powstałych nanokompozytów do bawełny, co można było zaobserwować gołym okiem. Bawełna staje się fioletowa, natomiast supernatant całkowicie bezbarwny. (Fig. 20).
b) Etapowo najpierw nanocząstki złota, potem nanocząstki srebra
Do odważonej ilości waty kosmetycznej (0,036 g) dodano 2 ml roztworu koloidalnego nanocząstek złota. Całość umieszczono na wytrząsarce ustawionej na szybkość obrotów 400 obr./min. W trakcie wytrząsania dodano 30 ąl 0,5M roztworu HCI. Obserwowano zmianę barwy roztworu koloidalnego z czerwonej na fioletową, świadczącą o powstaniu nanokompozytów. W ciągu 20 min nastąpiła całkowita adsorpcja powstałych nanokompozytów do bawełny, co można było zaobserwować gołym okiem. Bawełna staje się fioletowa, natomiast supernatant całkowicie bezbarwny. Po adsorpcji watę przemyto wodą destylowaną i dodano do niej 4 ml roztworu koloidalnego nanocząstek srebra. Umieszczono na wytrząsarce i dodano 60 ąl 0,5M roztworu HCI. W ciągu 20 min nastąpiła całkowita adsorpcja powstałych nanokompozytów do bawełny, co można było zaobserwować gołym okiem. Bawełna staje się szaro-fioletowa natomiast supernatant całkowicie bezbarwny. Powstały w ten sposób nanokompozyt oczyszczano tak samo jak poprzednio (Fig. 21).
c) Etapowo - najpierw nanocząstki srebra, potem nanocząstki złota
Powtórzono czynności opisane w punkcie b) zamieniając kolejność. Najpierw zmodyfikowano bawełnę nanokompozytem z nanocząstek srebra, oczyszczono, a następnie zmodyfikowano nanokompozytem z nanocząstek złota. (Fig. 22).
P r z y k ł a d IX
Otrzymanie zmodyfikowanej bawełny sposobem według wynalazku i jej zastosowanie jako materiału antybakteryjnego względem bakterii gram ujemnych i gram dodatnich.
PL 235 359 B1
Materiały zmodyfikowane opisanym sposobem mają właściwości bakteriobójcze. Badania przeprowadzono na przykładzie celulozy (= bawełny = waty kosmetycznej) zmodyfikowanej nanokompozytem z nanocząstek złota i oksoboranów w środowisku kwaśnym. Przeżywalność bakterii w obecności zmodyfikowanego materiału badano metodą zliczania kolonii.
1. Modyfikacja bawełn y
Do odważonej ilości waty kosmetycznej (0,015 g) dodano 2,5 ml roztworu koloidalnego nanocząstek złota. Całość umieszczono na wytrząsarce ustawionej na szybkość obrotów 400 obr./min. W trakcie wytrząsania dodano 38 μl 0,5M roztworu kwasu HCI. Obserwowano zmianę barwy roztworu koloidalnego z czerwonej na fioletową, świadczącą o powstaniu nanokompozytów. W ciągu 20 min nastąpiła całkowita adsorpcja powstałych nanokompozytów do bawełny, co można było zaobserwować gołym okiem. Bawełna staje się fioletowa natomiast supernatant całkowicie bezbarwny.
2. Oczyszczanie otrzymanego materiału
Oczyszczanie otrzymanego materiału polegało na wielokrotnym (co najmniej 3-krotnym) odwirowaniu (5 min, 5000 rpm) i zdekantowaniu roztworu znad zmodyfikowanego materiału, i wymianie supernatanta na czystą wodę dejonizowaną (10 ml).
3. Właściwości antybakteryjne
Do 0,015g próbek waty zmodyfikowanej i kontroli dodano 1 ml zawiesiny bakterii o stężeniu rzędu 104 cfu/ml. Całość worteksowano (wytrząsano) przez około 30 s i pobierano 1 porcję 50 μl zawiesiny znad badanych materiałów do posiewu na szalki Petriego z agarem. Próbki umieszczono na wytrząsarce w temperaturze pokojowej i pobierano kolejne porcje zawiesiny do posiewu po 1, 3, 6, 12 i 24 godzinach. Każdą porcję zawiesiny po przeniesieniu na szalkę z agarem wygłaskiwano plastikową głaszczką (hokejką). Zaraz po wysianiu, szalki z bakteriami umieszczano w inkubatorze (37 st. C, 5% CO2) na 24 h. Po tym czasie przekładano szalki do lodówki i po zebraniu wszystkich prób robiono zdjęcia (przykładowe zdjęcia próbek posianych po 24 godzinach prowadzenia eksperymentu przedstawiono na fig. 24), na podstawie których obliczano potem ilość kolonii w każdej szalce.
W celu porównania przeżywalności bakterii obliczono o ile % jest ich mniej w badanej próbie w porównaniu z próbą kontrolną (zawiesina bakterii, do której nic nie dodano). Policzono średnią z tych wartości (dla E.Coli średnia z 4 pomiarów, dla S.Epi średnia z 2 pomiarów). Wynik przedstawiono na wykresie (fig. 25).
P r z y k ł a d X
Materiały zmodyfikowane opisanym sposobem są nie toksyczne w stosunku do komórek ssaczych.
Badania toksyczności materiału zmodyfikowanego według opisanej metody pokazały, że mimo iż materiał ten jest antybakteryjny mogą na nim rosnąć komórki ssacze. Hodowlę komórek prowadzono w podłożu płynnym do którego zanurzono zmodyfikowany materiał (watę z osadzonym na niej nanokompozytem AuNP: polioksoboran). W obecności, a także na powierzchni zmodyfikowanego według opisanej metody materiału, który co ważne nie został poddany żadnym wcześniejszym zabiegom dezynfekcyjnym, możliwy był wzrost komórek ludzkich różnego typu nawet 4 tygodnie od chwili posiania. Wyhodowane komórki obserwowano pod mikroskopem fluorescencyjnym. Przykładowe zdjęcia hodowli komórkowych prowadzonych w obecności zmodyfikowanego według opisanego sposobu materiału przedstawiono na zdjęciach (fig. 26; a - komórki nerwowe (LN18), b - komórki wysepek trzustkowych (BTC6), c - komórki wątroby (HepG2), d - komórki progenitorowe tkanki tłuszczowej (SVF).
P r z y k ł a d XI
Otrzymanie zmodyfikowanych submikrometrycznych kulek z krzemionki sposobem według wynalazku (w środowisku kwaśnym).
1. Modyfikacja kulek SiO2 otrzymanych w syntezie Stobera.
Do kulek (ziaren, mikrosfer) SiO2 (otrzymanych metodą Stobera), zawieszonych w 5 ml H2O, dodawano roztwór 1M HCI, by doprowadzić do odpowiedniego pH (pH sprawdzano za pomocą papierka lakmusowego). Otrzymano zawiesiny kulek SiO2 o pH = 2 i pH = 4 i pH = 6. Próbki sonikowano 10 min, po czym fiolki ustawiono na wytrząsarce (400 obr./min) i do każdej dodano 2 ml nanocząstek złota. Po kilkunastu minutach obserwowano wytrącanie się homogenicznego osadu w kolorze czerwono-fioletowym (fig. 27), ale pozostawiono próbki na wytrząsarce przez 24 godziny. Po tym czasie oczyszczono osad. Oczyszczanie otrzymanego materiału polegało na 3-krotnym odwirowaniu (5 min, 5000 rpm) i zdekantowaniu roztworu znad zmodyfikowanego materiału, i wymianie supernatanta na czystą wodę dejonizowaną (10 ml).
Próbki otrzymanych zmodyfikowanych materiałów poddano analizie SEM (fig. 28, a - kulki SiO2 modyfikowane nanocząstkami złota w pH = 2; b - kulki SO2 modyfikowane nanocząstkami złota w pH = 4,
PL 235 359 B1 c - kulki SiO2 modyfikowane nanocząstkami złota w pH = 6). Próbki różnią się wielkością nanokompozytów złota i oksoboranów przyłączonych do powierzchni krzemionki. W pH = 2 średnia wielkość tych obiektów to 30 nm, podczas gdy w pH = 4 ich średnia wielkość = 14 nm, a w pH = 6 przyłączone agregaty mają średnią wielkość = 9 nm.
W pH = 7 nanocząstki Au są stabilne i nie adsorbują do powierzchni krzemionki, w pH powyżej 7 nanocząstki agregują i nie ulegają adsorpcji do krzemionki - powstający produkt jest niehomogeniczny. Poza tym w pH zasadowym krzemionka ulega degradacji.
P r z y k ł a d XII
Otrzymanie zmodyfikowanej metalowej (wykonanej ze stali nierdzewnej) szpatułki sposobem według wynalazku (modyfikacja w środowisku kwaśnym).
Szpatułkę wykonaną ze stali nierdzewnej umieszczono w plastikowej fiolce wirówkowej. Następnie dodano 2,5 ml roztworu nanocząstek złota przygotowanych metodą Martina. Przez dłuższą chwilę (około 30 min) nie obserwowano żadnych zmian. Do układu dodano 37 μl 0,5M kwasu HCI, wtedy po kilku minutach roztwór zmienił barwę na fioletową i zaobserwowano adsorpcję nanokompozytu do powierzchni szpatułki. Osadzenie się nanokompozytu potwierdza zmiana barwy powierzchni metalowej szpatułki (Fig. 29).
Claims (19)
1. Sposób modyfikowania powierzchni nanokompozytami, zawierającymi nanocząstki metaliczne i związki boru, znamienny tym, że wybraną substancję stałą o powierzchni hydrofilowej albo hydrofobowej albo amfifilowej albo substancję metaliczną, której powierzchnia ma być modyfikowana, umieszcza się w koloidalnym roztworze nanocząstek metalicznych wybranych spośród nanocząstek złota, nanocząstek srebra albo ich mieszaniny, stabilizowanych związkami boru, takimi jak oksoborany, a następnie prowadzi się polimeryzację/kondensację oksoboranów przez indukcję zmiany wartości pH w zakresie od 0 do 10, dodając kwasu lub zasady, albo przez dodanie soli metali dwuwartościowych lub trójwartościowych, zwłaszcza soli Mg, Ca, Cu, Fe, Cr, Au, Hg lub Pb, przy czym wymieniony sposób prowadzi się w zakresie temperatury od 0°C do 100°C, korzystnie w temperaturze pokojowej, w wyniku czego otrzymuje się nanokompozyty z nanocząstek metalicznych i polioksoboranów zaadsorbowane na użytym materiale.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako stałą powierzchnię do modyfikacji stosuje się materiał wybrany z grupy obejmującej spasywowany krzem, kwarc, szkło, metal, stal nierdzewną, watę szklaną, włókno szklane, papier, watę kosmetyczną, tkaninę bawełnianą oraz celulozę.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się nanocząstki złota, otrzymane w syntezie polegającej na redukcji jonów chlorozłotawych borowodorkiem sodu, najkorzystniej otrzymane w syntezie Martina.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że stosuje się nanocząstki srebra, korzystnie otrzymane w wyniku redukcji azotanu srebra borowodorkiem sodu.
5. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że jako kwas stosuje się kwasy organiczne lub nieorganiczne, korzystnie HCl, a jako zasadę stosuje się organiczne i nieorganiczne zasady, korzystnie NaOH.
6. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że jako sól metalu dwuwartościowego stosuje się CuSO4 lub CaCl2, a jako sól metalu trójwartościowego stosuje się FeCh.
7. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że ilość nanocząstek w nanokompozytach osadzanych na modyfikowanej powierzchni kontroluje się poprzez zmianę objętości roztworu koloidalnego nanocząstek dodawanego w trakcie procesu modyfikacji.
8. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że wielkość nanokompozytów osadzonych na modyfikowanej powierzchni kontroluje się w procesie modyfikacji albo poprzez zmianę pH w zakresie od powyżej 0 do 10, korzystnie powyżej 0 do 4, a najkorzystniej poniżej 2, albo poprzez zmianę stężenia roztworu koloidalnego nanocząstek.
9. Sposób otrzymywania materiału nanokompozytowego, znamienny tym, że obejmuje etapy, w których:
PL 235 359 B1
- przygotowuje się koloidalny roztwór nanocząstek metalicznych wybranych spośród nanocząstek złota, nanocząstek srebra albo ich mieszaniny, stabilizowanych związkami boru, takimi jak oksoborany,
- a następnie prowadzi się polimeryzację/kondensację oksoboranów przez indukcję zmiany wartości pH w zakresie od 0 do 10, dodając kwasu lub zasady, albo przez dodanie soli metali dwuwartościowych lub trójwartościowych, zwłaszcza soli Mg, Ca, Cu, Fe, Cr, Au, Hg lub Pb, przy czym wymieniony sposób prowadzi się w zakresie temperatury od 0°C do 100°C, korzystnie w temperaturze pokojowej, w wyniku czego otrzymuje się nanokompozyty z nanocząstek metalicznych i polioksoboranów.
10. Materiał nanokompozytowy otrzymany sposobem określonym w zastrz. 9, znamienny tym, że obejmuje nanocząstki metalu zatopione w matrycy polioksoboranowej, przy czym powierzchnia przynajmniej niektórych spośród tych nanocząstek jest odsłonięta.
11. Materiał według zastrz. 10, znamienny tym, że matryca polioksoboranowa jest porowata.
12. Materiał według zastrz. 10, znamienny tym, że nanocząstki metalu są usytuowane na powierzchni matrycy polioksoboranowej.
13. Materiał według zastrz. 10, 11 albo 12, znamienny tym, że wspomniane nanocząstki metalu obejmują złoto lub srebro.
14. Materiał według dowolnego z zastrzeżeń od 10 do 13, znamienny tym, że jest w postaci warstwy osadzonej na podłożu, zwłaszcza na podłożu wybranym z grupy obejmującej: spasywowany krzem, krzemionkę, kwarc, szkło, metal, stal nierdzewną, watę szklaną, włókno szklane, papier, watę kosmetyczną, tkaninę bawełnianą, polimery naturalne, zwłaszcza celulozę, karagen, pektynę i chitozan, polimery syntetyczne, zwłaszcza polistyren, polimetakrylan 2-hydroksy etylu.
15. Materiał według zastrz. 14, znamienny tym, że wspomniana warstwa osadzona na podłożu jest nieciągła, czyli zawiera co najmniej jedną szczelinę wiodącą od skraju warstwy aż do odsłoniętego fragmentu podłoża.
16. Materiał według zastrz. 14 albo 15, znamienny tym, że wspomniana warstwa osadzona na podłożu ma grubość co najmniej 3 nm, korzystniej od 3 nm do 100 nm, a najkorzystniej od 3 nm do 5 nm.
17. Materiał według zastrz. 14, 15 albo 16, znamienny tym, że stopień pokrycia podłoża przez wspomnianą warstwę jest mniejszy niż 100%, to znaczy przynajmniej część podłoża jest odkryta.
18. Zastosowanie materiału nanokompozytowego zdefiniowanego w dowolnym z zastrzeżeń od 10 do 17, do wytwarzania powierzchni antyseptycznych.
19. Zastosowanie materiału nanokompozytowego zdefiniowanego w dowolnym z zastrzeżeń od 10 do 17, do wytwarzania powierzchni przeznaczonych do hodowli komórek ssaczych.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL406393A PL235359B1 (pl) | 2013-12-05 | 2013-12-05 | Sposób modyfikowania powierzchni nanokompozytami, sposób otrzymywania materiału nanokompozytowego, materiał nanokompozytowy otrzymany tym sposobem i jego zastosowanie do wytwarzania powierzchni antyseptycznych oraz do wytwarzania powierzchni przeznaczonych do hodowli komórek ssaczych |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL406393A PL235359B1 (pl) | 2013-12-05 | 2013-12-05 | Sposób modyfikowania powierzchni nanokompozytami, sposób otrzymywania materiału nanokompozytowego, materiał nanokompozytowy otrzymany tym sposobem i jego zastosowanie do wytwarzania powierzchni antyseptycznych oraz do wytwarzania powierzchni przeznaczonych do hodowli komórek ssaczych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL406393A1 PL406393A1 (pl) | 2015-06-08 |
| PL235359B1 true PL235359B1 (pl) | 2020-06-29 |
Family
ID=53269180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL406393A PL235359B1 (pl) | 2013-12-05 | 2013-12-05 | Sposób modyfikowania powierzchni nanokompozytami, sposób otrzymywania materiału nanokompozytowego, materiał nanokompozytowy otrzymany tym sposobem i jego zastosowanie do wytwarzania powierzchni antyseptycznych oraz do wytwarzania powierzchni przeznaczonych do hodowli komórek ssaczych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL235359B1 (pl) |
-
2013
- 2013-12-05 PL PL406393A patent/PL235359B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL406393A1 (pl) | 2015-06-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cai et al. | Insight into biological effects of zinc oxide nanoflowers on bacteria: why morphology matters | |
| Gao et al. | Bacterial infection microenvironment‐responsive porous microspheres by microfluidics for promoting anti‐infective therapy | |
| Liu et al. | A flexible fibrous membrane based on copper (ii) metal–organic framework/poly (lactic acid) composites with superior antibacterial performance | |
| Xiang et al. | Mussel-inspired immobilization of zwitterionic silver nanoparticles toward antibacterial cotton gauze for promoting wound healing | |
| Mohammed et al. | Assessment of antimicrobial activity of chitosan/silver nanoparticles hydrogel and cryogel microspheres | |
| Niyonshuti et al. | Polydopamine surface coating synergizes the antimicrobial activity of silver nanoparticles | |
| Perelshtein et al. | CuO–cotton nanocomposite: Formation, morphology, and antibacterial activity | |
| Ghosh et al. | ZnO/Ag nanohybrid: synthesis, characterization, synergistic antibacterial activity and its mechanism | |
| Zhou et al. | Intriguing anti-superbug Cu2O@ ZrP hybrid nanosheet with enhanced antibacterial performance and weak cytotoxicity | |
| Montazer et al. | Synthesizing and stabilizing silver nanoparticles on polyamide fabric using silver-ammonia/PVP/UVC | |
| Liu et al. | Prevention of bacterial colonization based on self-assembled metal–phenolic nanocoating from rare-earth ions and catechin | |
| Zheng et al. | Preparation of bioactive hydroxyapatite@ halloysite and its effect on MC3T3-E1 osteogenic differentiation of chitosan film | |
| Jiang et al. | Long-term, synergistic and high-efficient antibacterial polyacrylonitrile nanofibrous membrane prepared by “one-pot” electrospinning process | |
| Bakur et al. | Comparative study of antidiabetic, bactericidal, and antitumor activities of MEL@ AgNPs, MEL@ ZnONPs, and Ag–ZnO/MEL/GA nanocomposites prepared by using MEL and gum arabic | |
| Chun et al. | Two zinc-aminoclays’ in-vitro cytotoxicity assessment in HeLa cells and in-vivo embryotoxicity assay in zebrafish | |
| Hou et al. | Silver-hydroxyapatite nanocomposites prepared by three sequential reaction steps in one pot and their bioactivities in vitro | |
| Li et al. | Green fabrication, characterization and antimicrobial activities of AgO/Ag/carboxymethyl chitosan-graphene oxide films | |
| PL221411B1 (pl) | Hybrydowy materiał zawierający nanocząstki srebra, sposób wytwarzania materiału hybrydowego oraz jego zastosowanie | |
| Song et al. | Antibacterial mechanism of water-soluble CeO2 nanoflowers and its product design in antibacterial application | |
| Nie et al. | Preparation and characterization of sodium alginate/phosphate-stabilized amorphous calcium carbonate nanocarriers and their application in the release of curcumin | |
| Xu et al. | A green electrolysis of silver-decorated MoS 2 nanocomposite with an enhanced antibacterial effect and low cytotoxicity | |
| Ding et al. | Facile preparation of raspberry-like PS/ZnO composite particles and their antibacterial properties | |
| CN104863007B (zh) | 一种甲壳素晶棒基纳米银复合抗菌纸及其制备方法与应用 | |
| Zhang et al. | Synthesis of Multifunctional Plasmonic Nanodarts through One‐End Deposition on Gold Nanobipyramids for Tumor Organoid Ablation and Antimicrobial Applications | |
| Zhou et al. | A new antibacterial Ca/P/Al containing coating |