Příprava biokompatibilních nanodisperzí stříbra redukcí jeho roztoků

Univerzita Karlova v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra farmaceutické technologie

Příprava biokompatibilních nanodisperzí stříbra redukcí jeho roztoků Preparation of biocompatible silver nanodispersions via reduction of its solutions

Rigorózní práce

V Hradci Králové 2008

Jana Ulahelová

Prohlašuji, že jsem prezentované výsledky získala samostatně pod vedením školitele. Veškerá literatura a další zdroje, z nichž jsem při zpracování čerpala, jsou citovány a uvedeny v kapitole 7. „Literatura“.

………………………. školitel: Doc. RNDr. Milan Dittrich, CSc.

2

Abstrakt Práce byla zaměřena na řadu faktorů ovlivňujících velikost nanočástic stříbra, připravených Tollensovou metodou, použitelných jako protimikrobní látka. Metoda je založena na redukci solí nebo komplexů stříbra redukčními činidly. Monosacharidy, oligosacharidy nebo polysacharidy jsou pokládány za nejvhodnější sloučeniny pro daný účel vzhledem k minimální toxicitě a vysoké biokompatibilitě. V práci došlo k poznatku o tom, že proces nukleace a růstu nanočástic není ovlivněn různými hydrodynamickými podmínkami při přípravě, jako je míchání laboratorní míchačkou, případně působení mikrovlnného záření, nebo relativně statickými podmínkami bez externího zdroje míchání. Zvýšení teploty při vzniku nanočástic na 85 °C neovlivnilo velikost připravených nanočástic. Polymery a oligomery, jako jsou polyvinylalkoholy, škroby a polydextrózy byly prokázány jako velmi vhodné redukční látky. Připravené vzorky obsahovaly velmi jemné nanočástice. Charakteristiky velikostí zastoupené intenzitním a objemovým průměrem byly v řádu jednotek nanometrů, indexy polydisperzity byly velmi nízké.

3

Summary The aim of the thesis was focused into the range of factors influencing the size of silver nanoparticles usable as antimicrobials prepared by Tollens method. This method is based on reduction reaction of silver salts or silver complexes with reduction

agents. Mono-, oligo-, and polysacharides are

regarded as the most useful compounds for this purpose with regard to their minimal toxicity and high biocompatibility. It was concluded that various hydrodynamic conditions realized via usual stirring by laboratory stirrer, or microwaves source action, or in relatively static conditions, don´t influence the condensation process in the different extent. Temperature rising to 85 °C didn´t influence the size of nanoparticles also. Polymers and oligomers, as polyvinylalcohol, starches, and

polydextroses has been found as the very

appropriate reduction agents. The prepared samples consisted of very fine nanoparticles, the size characteristics represented by intensity and volume diameters were in the order of units of nanometers, the polydispersity indexes were of very low values.

4

Obsah Seznam zkratek.................................................................................... 8 Úvod...................................................................................................... 9 1. Teoretická část ............................................................................. 10 1.1. Koloidní stříbro - vlastnosti ................................................... 10 1.1.1. Produkty s koloidním stříbrem ................................................ 11 1.1.2. Koncentrace produktů s obsahem nanočástic stříbra............. 11 1.1.3. Velikost částic koloidního stříbra ............................................ 12 1.2. Koloidní stříbro - mechanismus účinku................................ 12 1.3. Historie stříbra a jeho využití ................................................. 13 1.4. Využití stříbra v současnosti ................................................. 16 1.4.1. Využití v medicíně .................................................................. 16 1.4.2. Využití v potravinářství ........................................................... 17 1.4.3. Využití v průmyslu .................................................................. 18 1.4.4. Využití v plastech a textilu ...................................................... 18 1.4.5. Využití v chemických analýzách a v ostatních odvětvích ....... 19 1.4.5.1. Ramanova spektroskopie........................................ 19 1.4.5.2. Katalytické činidlo.................................................... 19 1.5. Způsoby přípravy nanočástic stříbra .................................... 20 1.5.1. 1.5.2. 1.5.3. 1.5.4.

Rozbíjení laserem .................................................................. 20 Chemická redukce.................................................................. 21 Fotochemická redukce a radiolýza ......................................... 21 Příprava organických disperzí stříbra (organosoly) ................ 22

1.6. Vliv jednotlivých složek a kroků v přípravě na vlastnosti výsledného koloidního stříbra ....................................................... 22 1.6.1. 1.6.2. 1.6.3. 1.6.4.

Použití fotografických vyvíjecích systémů .............................. 22 Vliv koncentrace a výběru ostatních činitelů na velikost částic23 Litesse® jako vhodné redukční činidlo ................................... 24 Polyvinylalkoholy jako redukční činidla................................... 27

1.7. Dostupné přípravky s obsahem koloidního stříbra ............. 27 1.8. Velikosti nanočástic – princip měření ................................... 29

5

1.8.1. Dynamický rozptyl světla (DLS).............................................. 29 1.8.1.1. Korelační funkce ..................................................... 30 1.8.1.2. Číselná, objemová a intenzitní distribuce................ 30 1.8.1.3. Měření velikosti částic ............................................. 31 2. Cíl rigorózní práce........................................................................ 32 3. Experimentální část ..................................................................... 33 3.1. Použité přístroje...................................................................... 33 3.2. Použité chemikálie.................................................................. 33 3.3. Seznam pomůcek.................................................................... 34 3.4. Obecný postup přípravy koloidních částic stříbra............... 35 3.5. Příprava koloidního stříbra při působení mikrovln .............. 36 3.6. Zásobní roztoky pro přípravu koloidního stříbra ................. 36 3.7. Úprava kádinek pro přípravu disperzí ................................... 37 3.8. Měření velikostí částic ............................................................ 38 3.9. Změny v obecné přípravě koloidních částic stříbra............. 38 3.9.1. Maltóza a glukóza jako redukční činidla ................................. 38 3.9.2. Litesse® Ultra jako redukční činidlo ....................................... 39 3.9.3. Reprodukce postupu přípravy disperze s Litesse® Ultra (VZ 10), vliv kvality složek, disperze VZ 14 – VZ 19 ..................... 40 3.9.4. Redukce komplexu stříbra maltózou, Litesse® Ultra a Litesse® Two ........................................................................................ 41 3.9.5. Polymery jako redukční činidla ............................................... 42 3.9.6. Redukce roztoky různých PVA a Litesse® Ultra o celkové koncentraci redukčního činidla 2,3 % (kromě VZ 36) ............. 43 3.9.7. Škroby jako redukční činidla................................................... 44 3.9.8. Redukce roztoky různých PVA a Litesse® Ultra o celkové koncentraci redukčního činidla 1,8 % ..................................... 45 3.9.9. Litesse® Ultra jako redukční činidlo bez MM.......................... 46 3.9.10. Redukce komplexu stříbra jednotlivými frakcemi polydextrózy Litesse® Ultra.................................................... 46 3.9.11. Měření pH, absorbance, stability a popis vzhledu vybraných disperzí................................................................................... 48 6

3.9.12.

Všeobecné poznámky k experimentální části .................... 48

4. Tabulky a grafy ............................................................................. 49 4.1. Celkový přehled připravených disperzí stříbra - změny proti základní disperzi Q.......................................................................... 49 4.2. Charakteristiky velikostí částic stříbra v disperzích............ 52 5. Diskuze.......................................................................................... 81 5.1. K cílům rigorózní práce .......................................................... 81 5.2. Vliv mikrovlnného záření na velikost nanočástic stříbra..... 82 5.3. Vliv polyvinylalkoholu připraveného parciální hydrolýzou . 83 5.4. Monomerní a oligomerní cukry jako redukční činidla.......... 83 5.5. Polydextróza Litesse®............................................................ 85 5.5.1. Typ oligomerního polysacharidu............................................. 85 5.5.2. Vliv mikrovlnného záření ........................................................ 86 5.5.3. Vliv míchání............................................................................ 87 5.6. Směs polydextrózy Litesse® a polyvinylalkoholu ............... 87 5.7. Škroby...................................................................................... 88 6. Závěry............................................................................................ 91 7. Literatura....................................................................................... 92

7

Seznam zkratek DLS .................................................................. dynamický rozptyl světla INT ................................................................... intenzita MM................................................................... magnetická míchačka MV.................................................................... mikrovlnění, mikrovlnná trouba P1, P2, P3 ......................................................... píky v grafu PI ...................................................................... polydisperzní index PVA .................................................................. polyvinylalkohol Q ....................................................................... disperze stříbra připravená dle postupu, který vypracoval Dr. L. Kvítek a kolektiv z UP Olomouc SERS ................................................................ povrchově zesílený Ramanův rozptyl TEM.................................................................. transmisní elektronová mikroskopie UV .................................................................... ultrafialové záření VIS.................................................................... viditelné záření VOL.................................................................. objem VZ..................................................................... vzorek

8

Úvod Ani v dnešní době neustává hledání nových preparátů a léků pro boj s nemocemi a to nejen novými, ale i s těmi, které byly již dávno považovány za překonané. Rezistence virů, bakterií i plísní představuje stále větší problém. Běžná antibiotika jsou stále nadužívána a předepisována neracionálně, což vede k tomu, že se s rezistencí patogenů na tyto léky setkáváme čím dál častěji. Kromě syntetických léků však existují i přírodní antimikrobní látky, příkladem je stříbro v různých formách, známé již v dávných dobách. Na toto stříbro, označované jako přírodní antibiotikum není uváděna rezistence. Jeví se tudíž jako výhodný preparát pro boj s mikroby.14,17 Kromě širokého uplatnění stříbra v medicíně, jej nalezneme hojně i v oblasti chemie. Důležitá je hlavně chemie koloidní a s ní spojená příprava a studium nanočástic. Další využití závisí na velikosti a je velmi široké od biologie, přes medicínu až po stavební díly nanotechnologie a nanosenzory v elektronice.10,28 Proč právě stříbro je nejužívanějším z kovů? Záleží to hlavně na jeho vlastnostech a snadné přípravě. Význam vzrostl hlavně při využití v Ramanově spektroskopii, která využívá povrchově zesílený Ramanův rozptyl (SERS). Zde stříbro způsobuje mnohonásobné zvýšení citlivosti měření, umožňuje detekovat dokonce jedinou molekulu adsorbovanou na povrchu stříbrné částice. Nanočástice koloidního stříbra patří pro své specifické vlastnosti a široké využití mezi jedny z nejstudovanějších.5,9,13

9

1.

Teoretická část 1.1.

Koloidní stříbro - vlastnosti

Koloidní stříbro se skládá z drobných částeček kovového stříbra, které se mohou shlukovat, a z atomů stříbra. Tyto shluky mají velikost od 1 do 100 nanometrů.14 Stříbro v podobě koloidu je antiseptické, antimykotické, antibakteriální a antivirové. Koloidní stříbro je suspenze kovového stříbra (Ag0) v destilované vodě. Agregaci nanočástic se zabraňuje zvýšenou hydratací stříbra během výroby.14,37 Koloidní stříbro může být získáno jak rozptylem stříbrných částí, tak redukcí roztoků stříbrných solí. V obou případech získáme částice kovového stříbra. Pokud tyto částice převedeme do roztoku, získáme koloidní roztok zvaný disperzní. To je rozdíl oproti pravým roztokům, které získáme rozpuštěním stříbrných solí. Pravý roztok obsahuje stříbrné ionty. Oba mají antimikrobní aktivitu, ale jen roztok iontového stříbra může vyvolat argyrii. Důvodem je vstup iontů stříbra do krevního řečiště, zde se mohou slunečním zářením redukovat na čisté stříbro Ag0, které způsobí tmavě modré zabarvení pleti - argyrii. Naproti tomu čisté stříbro se v koloidní formě nevstřebává, prochází trávicím traktem a zcela se vylučuje.14 Nanočástice stříbra i jiných kovů mají zajímavé optické vlastnosti. Jejich soly (disperze pevných částic v kapalině) jsou intezivně barevné díky existujícímu jevu nazývanému povrchový plazmon. Jev lze vysvětlit interakcí vodivostních elektronů kovu (které mají v nanočástici jen určité povolené hladiny energie, která je srovnatelná s energií fotonu) s dopadajícím elektromagnetickým zářením. Pokud dopadne světlo na takovou soustavu, dojde k silné absorpci světelné energie v okamžiku, kdy je kmitočet záření v rezonanci s pohyby vodivostních elektronů. Tento jev se projeví jako známé

10

intenzivní zabarvení koloidu, například oranžově-žluté zbarvení koloidu stříbra.6

1.1.1.

Produkty s koloidním stříbrem

• průměrná velikost částic je 0,8 nm • vysoce stabilní při skladování • sterilní a bez pyrogenů • jednoduché disperze koloidního stříbra obsahují nejčistší stříbro a ultračistou vodu • nejčastější koncentrace je 23 ppm, což je vhodné pro podání v medicíně • povrch částic (termodynamicky aktivní místo) se blíží 6 km2 na cm3 materiálu stříbra • difúzní koeficient iontů se blíží 10-5 cm2/s • vhodné koncentrace a vlastnosti částic prodlužují terapeutický index stříbra v lidském těle 37

1.1.2.

Koncentrace produktů s obsahem nanočástic stříbra

Nejčastější je 23 ppm, což znamená, že v jednom litru roztoku 23 ppm koloidního stříbra je 23 mg stříbra. Existuje sdělení o intravenózní aplikaci koloidního stříbra i v koncentraci 1 500 ppm.52 Řada odborníků tvrdí, že hodnoty 20, 30 či 40 ppm mají logické oprávnění a že jen stříbro v této koncentraci přináší očekávaný efekt. Odvolávají se na skutečnost, že je stříbro krví roznášeno nerovnoměrně, v důsledku čehož jsou tkáně blízké lokalitě resorpce a hlavních krevních cest stříbrem zásobeny hojně, ale k perifériím oběhu se nedostane nic. Má-li stříbro relativně vysokou koncentraci, expanduje v krevním oběhu a dostane se tak i do vzdálených tkání.21

11

Jejich oponenti mají také silné argumenty. Je-li koncentrace relativně vysoká (20 a více ppm), hrozí, že částice "vypadnou" ze suspenze a vytvoří sedlinu. Jelikož toho o resorpci stříbra obecně i v individuálních případech nevíme příliš mnoho, musíme počítat s tím, že může dojít, u příliš koncentrovaného koloidu, k dílčímu rozpadu suspenze během resorpce a k příjmu oxidovaného stříbra, které nemá žádnou biologickou hodnotu, ale naopak může být pro metabolismus určitou zátěží.21

1.1.3.

Velikost částic koloidního stříbra

Průměr jednotlivých atomů stříbra je 0,3 nm. Průměr stříbrného iontu se blíží 0,23 nm. Shluk částic stříbra, který má 1 nm je složen z 31 atomů stříbra. Výrobní postupy dovolují částicím stříbrných iontů zůstat v průměru 0,8 nm. Přesto některé formy obsahují částice menší než je průměr, ty jsou stabilní po mnoho let při pokojové teplotě a v originálních zapečetěných lahvích. Aktivním mikrobicidním činidlem stříbra je stříbrný ion. To je důležité pro formy stříbra složené z agregátů. Čisté stříbro, formované do částic koloidního stříbra, má vždy zeta potenciál. Pokud se koloidní stříbro připraví kvalitně, pak mají částice vysoké hodnoty zeta potenciálu a udrží se extrémně malé. 7,37,45,54

1.2.

Koloidní stříbro - mechanismus účinku

Částice stříbra mohou, díky své stabilitě a velikosti, prostoupit buněčnou membránou buňky lidského těla a stejně tak i u patogenů. Zde může částice stříbra prostoupit tak hluboko, až patogena zahubí.7,37,45,54 Koloidní stříbro má velmi vysokou schopnost zabíjet široké spektrum bakterií (G+ i G-), hub a kvasinek. Díky své velikosti částic, několik desítek nanometrů, má schopnost proniknout póry v membráně mikroorganismu a zde se navázat na životně důležitý dýchací enzym, který inhibuje, což způsobí smrt

12

mikroba během několika minut. Proti tomuto mechanismu si bakterie nemohou vytvořit rezistenci. Má také další výhody oproti ATB, není škodlivé pro ostatní enzymy, absolutně bezpečné a netoxické pro lidské tělo, protože je jím zcela vylučováno.14,21,65 Nyní však také víme, že koloidní stříbro zabíjí i "přátelské“ bakterie, které jsou s člověkem v symbióze a díky nim fungují některé životně důležité pochody. Obývají například celý zažívací trakt, kde pomáhají vstřebávat živiny. Následek působení stříbra na přirozené mikroorganismy není pro zdraví nebezpečný, ale nelze jej ani ignorovat. Při dlouhodobějším užívání se doporučuje přirozenou mikroflóru chránit a doplňovat, například užíváním komerčních přípravků s enzymy a laktobacily, nebo pomocí zakysaných mléčných výrobků.21 V současnosti se objevily zprávy, že některé bakterie mohou obejít letální efekt stříbrných iontů, což potvrdilo několik studií.11,30,33,38 Jak se později ukázalo, zjevná rezistence mikrobů byla dokázána mylně. Důvodem rezistence byla přítomnost chelatačních látek, např. aminokyselin, dále přítomnost neupravené vody, světla, teploty a dalších částic během pokusů.44

1.3.

Historie stříbra a jeho využití

Znalost a využití stříbra sahá až do starověkých civilizací. Už tenkrát bylo stříbro pro své vlastnosti používáno Řeky a Římany na výrobu kuchyňských náčiní a k zastavení růstu mikroorganismů v potravinách.14 Z tohoto kovu se vyráběly též příbory, nádobí i šperky, které měly chránit před chorobami a předcházet jejich šíření a vzniku epidemií.17 Římané používali k léčbě pleťových vředů, složitých zlomenin a na hnisající rány dusičnan stříbrný.12 Postup přípravy stříbra i zlata, z roztoků jejich solí, byl používán už středověkými výrobci barevných okenních vitráží, se kterými se můžeme setkat v historických objektech.4 13

Již ve spisech Paracelsa, lékaře a alchymisty, najdeme články o hojivých vlastnostech stříbra. Na konci 19. stol. Karl Wilhelm von Nägeli, botanik a objevitel chromozomů, našel antimikrobní efekt stříbra, který je založen na přítomnosti stříbrného iontu. Ve stejné době německý gynekolog, porodník a lékař, Dr. Carl Crede, propagoval používání roztoku dusičnanu stříbrného v očních kapkách pro novorozence a tím prakticky vymýtil výskyt slepoty u novorozenců, která byla způsobena kapavkou. Na přelomu 20. stol. Dr. William Halstead obhajoval použití stříbra v obvazech a krytích ran. Největší využití těchto krytí nastalo po 2. světové válce. Dalším významným bodem v historii byl konec 60. let 20. stol., kdy Dr. Charles L. Fox. Jr., bakteriolog, sloučil dvě antibakterialně známé látky dusičnan stříbrný a sulfadiazin a použil je na spáleniny. Takto vznikla stříbrná sůl sulfadiazinu používaná na ošetření a prevenci infekcí u popálenin (ve velkém využito během války ve Vietnamu).12 Významný objev byl učiněn na začátku 20. stol. a to, že elektricky produkované stříbrné ionty zvyšují přirozenou krvetvorbu a způsobují nárůst bílých krvinek, které se podílí na zvýšení imunitního systému, čistí krev od patogenů a toxinů. Robert O. Becker, M.D., dvakrát nominovaný na Nobelovu cenu, zjistil, že elektricky vyrobené stříbrné ionty jsou schopny urychlit dobu hojení až o 50%. Také jsou mnohem efektivnější v zabránění růstu bakterií, než stříbrné soli (dusičnan stříbrný a oxid stříbrný).12 Stříbro má široké spektrum antimikrobní účinnosti, o čem svědčilo i jeho široké použití v medicíně před objevem antibiotik na počátku 20. stol. Stříbrem se léčily mnohé vážné choroby, včetně kapavky, angíny, kašle a tyfu.12 Jak se ale prokázalo, nejsilnější vlastnosti má stříbro jako antibiotikum ve formě koloidu, kde jsou částice a atomy kovového stříbra suspendovány v čisté vodě.17 Koloidní stříbro znamená v oboru nanotechnologie mnoho, protože jde o schopnost uplatnit určité vlastnosti hmoty, která je rozptýlena do částeček velikostí jednotek až desítek nanometrů. Prakticky první nanotechnologií

14

nového věku byla tvorba fotografií, založená na citlivosti halogenidů stříbra na světlo.6 První produkt koloidního stříbra byl objeven na konci 19. století. Pro svou velmi malou velikost částic kovového stříbra mělo vysokou antimikrobní účinnost.14 Toto stříbro zničí více než 650 druhů plísní, virů a bakterií.17 Od těch dob bylo koloidní stříbro používáno i v medicíně. Později jeho užívání a vývoj velmi zpomalil objev sulfonamidů a dalších syntetických antibiotik. Důvodem, proč se o koloidním stříbře mluví poslední dobou častěji, je vznikající rezistence mikroorganismů na syntetická antibiotika a snížení jejich efektivity. Koloidní stříbro je přírodní antibiotikum, má efekt proti širokému spektru bakterií, je účinné a nedochází u něj k vytvoření rezistence. Kromě medicíny našlo koloidní stříbro uplatnění i v textilním průmyslu a v potravinářství.14 Nadužívání stříbra však vede k toxickým projevům, hlavně u dusičnanu stříbrného. Stříbro je schopno se ukládat do podkoží, projevem je argyrie, nebo do oční tkáně, nazýváno argyróza. S argyrií se můžeme setkat již ve středověku hlavně u vládnoucích vrstev, kde byly používány stříbrné předměty k přípravě a konzumaci jídla. Odtud pochází označení “modrá krev“, protože stříbro uložené v kůži způsobí šedavé zbarvení pleti. Tento stav je ireverzibilní, vysvětlen jako ukládání stříbra a indukce tvorby eumelaninu za pomocí slunečního záření. Oční argyróza je spojená se špinavě šedým až hnědým zabarvením očí stříbrem z kapek nebo kosmetiky. Je opět ireverzibilní. Toxicita proto ovlivnila používání přípravků se stříbrem a také jejich koncentraci, která musela být nízká.2,4 Jak již bylo uvedeno, s příchodem antibiotik bylo koloidní stříbro odsunuto z hlavního používání, ale stále se používá v některých mastech pro topickou aplikaci a v očních kapkách pro novorozence.53 Do budoucna se však počítá s tím, že se stříbro opět uplatní z důvodu nevznikající rezistence.1

15

1.4.

Využití stříbra v současnosti 1.4.1.

Využití v medicíně

Koloidní stříbro je používáno v různých indikacích – perorální, oční, nosní či topické. Jde nejčastěji o potravinové doplňky. Řada těchto produktů je nabízena přes internet. Kde se též uvádí použití při nachlazení, chřipce, rýmě, kašli, krčních zánětech, zánětech dutin, průdušek a plic, dále při chrapotu a dýchacích problémech způsobených hleny v průduškách. Koloidní stříbro je rovněž doporučováno při angíně a TBC, u kvasinkových a mykotických infekcí, jako poševní mykóza, plíseň na nehtech, kůži, chodidlech, rukách nebo v dutině ústní.4,17,21 Koloidní stříbro se dá používat také preventivně, pro zvýšení odolnosti organismu vůči infekcím, též při únavovém syndromu a k úpravě trávení.17 Pokud jde o vnější použití, koloidní stříbro pomáhá hojit infikované rány na těle, popáleniny, omrzliny, a to tím, že ničí bakterie a pomáhá rychlé regeneraci poškozené kůže.4,17,21 V těchto případech lze použít čisté koloidní stříbro nebo stříbro uchycené na vláknech. První zprávy o tomto krytí se stříbrem pochází z roku 1908. V současné době už existují krytí na daleko vyšší úrovni, jsou na principu bariéry, tvořené vrstvami, mají protimikrobní funkci stříbra a také urychlují hojení. Pro léčbu chronických ran se používají hlavně nasákavé porézní materiály, tvořené polymery obsahující stříbro. Účinnější jsou vlákna polyamidová. Na ošetření popálenin se osvědčila forma gelu, tvořeného hyaluronátem sodným se stříbrnou solí sulfadiazinu. Klasickým přípravkem je také cremor nonionicus – tvořený stříbrnou solí sulfadiazinu, která má strukturu tekutých krystalů smektického typu.4 Příkladem další aplikace jsou cévky (katetry). Jejich používání je spojeno se zvýšeným výskytem nemocí, často i smrtelných. Stříbro je v tomto případě významnou alternativou v boji s rezistentními mikroorganismy.65

16

Mezi nejčastější vnější aplikace se řadí: •

výplachy – ústní dutina, pochva, konečník

•

kapání do nosních dírek – jako prevence a léčba zánětů dutin

•

výtěry – nosu i uší, dále potírání akné, vyrážek, ekzémů aj.

•

dezinfekce – např. několik kapek do nápoje, do konzerv a zavařenin

•

dezinfekce sprejem – pracovní plochy, popáleniny, otevřené rány, ponožky, plísně

•

použití i u domácích zvířat, k dezinfekci jídla, pelechu, klece apod.

•

u rostlin chrání před chorobami a parazity, u řezaných květin prodlouží jejich svěžest 21

Vzhledem k vzrůstající spotřebě současných nestandardních preparátů s obsahem koloidního stříbra, se FDA rozhodlo k regulačnímu opatření a od roku 1999 jsou léčivé přípravky s koloidním stříbrem přeřazeny z kategorie OTC produktů do non-GRAS, což znamená, že nejsou pokládány za bezpečné a účinné.4

1.4.2.

Využití v potravinářství

Například k mikrobiálnímu čištění vody. Oproti chlóru má mnohé výhody: je netoxický, má okamžitý účinek, delší dobu působení, protože se neodpařuje, širší spektrum účinku a je ho potřeba menší množství.56 Použití spočívá buď v přidání koloidního stříbra přímo do znečištěné vody (pro lidskou konzumaci, či dezinfekci) nebo ve filtraci vody přes filtry impregnované stříbrem (pro lidskou konzumaci). Tato druhá metoda je velmi ekonomická a výhodná.56

17

1.4.3.

Využití v průmyslu

Nejčastější oblastí aplikace jsou plavecké bazény a chladící věže (cooling towers). Plavecké bazény – eliminace mikroorganismů může být přes vodní filtry, složené z jílu, písku a štěrku, napuštěné stříbrem. Nebo přímé přidání koloidního stříbra do vody. Chladící věže – jsou častým zdrojem Legionelly. Jsou dezinfikovány přidáním anorganického pevného nosiče stříbra nebo přímo přidáním pár kapek koloidního stříbra.56

1.4.4.

Využití v plastech a textilu

Koloidní stříbro i nanočástice stříbra mohou být zapracovány do různých substrátů a sloučenin a ty mohou být obsaženy v běžně užívaných předmětech, jako jsou výrobky z plastů, textil, kosmetika, obrazy a další, ve kterých zajišťují antibakteriální vlastnosti. Některé z těchto produktů, obsahující stříbro, už jsou běžně na trhu. Nejčastěji jde o textil a plasty.65 Antimikrobní agens se vpravuje do polymeru a ostatních sloučenin buď suchým smícháním ve formě prášku nebo mokrým mícháním ve formě roztoku, suspenze nebo disperze. Taktéž mohou být antimikrobní činidla přidávána přímo na výrobních zařízeních (na vytlačovacích či hnětacích strojích).

Polymery

mohou

obsahovat

antimikrobní

látku

v několika

koncentracích, a to buď samotnou, nebo v kombinaci s jinou pro zvýšení účinku.65 Vlákna napuštěná stříbrem eliminují nebo snižují zápach enzymaticky rozloženého potu.4

18

1.4.5. Využití v chemických analýzách a v ostatních odvětvích 1.4.5.1.

Ramanova spektroskopie

Nanočástice stříbra našly uplatnění i v další oblasti. Na počátku 70. let 20. století bylo zjištěno, že nanočástice stříbra zesilují signál v soustavě studované Ramanovou spektroskopií, tzv. povrchově zesílený Ramanův rozptyl (SERS). Jedná se o citlivou spektroskopickou metodu, umožňující studovat jedinou molekulu adsorbovanou na nanočástici stříbra.6 Zesílení Ramanova signálu molekulou adsorbovanou na koloidní částici je dáno dvěma principy: elektromagnetickým nebo chemickým. Mechanismus elektromagnetického principu, který tvoří hlavní část povrchového zesílení, je spojen

s existencí

povrchového

plazmonu

(kmitání

elektronů).61,70

Mechanismus chemického principu, ten tvoří dodatečné zesílení, je založen na nábojovém přenosu mezi adsorbovanou molekulou a povrchem kovu, to je pozorováno v klasické Ramanově spektroskopii jako tzv. rezonanční zesílení. Spojením obou mechanismů získáme, jak uvádí mnoho autorů, povrchově zesílenou Ramanovu spektroskopii (SERRS).3,16,66 Dále se můžeme setkat s novou metodou nazvanou TERS (Tip Enhanced Raman Spectroscopy), která umožňuje

odděleně

studovat

elektromagnetický

a

chemický

princip

povrchového zesílení.42

1.4.5.2.

Katalytické činidlo

Nanočástice kovu ke katalýze předurčuje obrovský povrch spojený s vysokou povrchovou energií. Nanočástice stříbra jsou vhodné pro oxidaci organických sloučenin, jako je ethylen 60 a také pro redukci nitrosloučenin.69 Katalytická aktivita závisí na jejich velikosti a tím i na redoxním potenciálu.67,72

19

1.5.

Způsoby přípravy nanočástic stříbra

Pro přípravu koloidního stříbra jsou používány dvě hlavní metody: buď kondenzační, kdy se v homogenním systému z jednotlivých atomů nebo molekul tvoří nanočástice či submikročástice, nebo metodou rozptylu, kdy jsou dispergovány velké částice. Disperzní metody jsou méně časté.59 Nejčastější metodou přípravy stříbrných nanočástic je redukce roztoků solí. Jako redukční činidla, z anorganických sloučenin, mohou

stříbrných

sloužit borohydrát sodný, hydrazin, peroxid vodíku, vodík a z organických sloučenin: citrát sodný, kyselina askorbová, formaldehyd, redukční cukry. Důležité je, aby stabilita a povrchová modifikace byla shodná s požadavky na aplikaci stříbrných částic.59 Jen okrajově je možno zmínit, že mnohé internetové stránky nabízí přístroje k domácí přípravě koloidního stříbra. Vše je založeno na metodě elektrolýzy roztoků solí nízkým napětím. K přípravě tak stačí několik baterií připojených

k stříbrným

elektrodám,

umístěných

ve

sklenici

vody.

Z připojených elektrod se do vody uvolňují nepatrné částečky stříbra. U domácí přípravy však může dojít k několika chybám a výsledkem tak může být podřadný produkt.21 Výsledný produkt je nutno vždy uchovávat v tmavých lahvích, chráněných před světlem. Důvodem je vliv slunečního UV záření, které je schopno snižovat kvalitu koloidního stříbra tím, že se částice shlukují.21

1.5.1.

Rozbíjení laserem

Jde o experimentálně snadnou a univerzální disperzní metodu, nehrozí znečištění chemickými činidly.34 Naopak částice jsou extrémně čisté a mohou být použity pro základní studie za využití SERS.31 Velikost částic je řádově v desítkách nanometrů a je závislá hlavně na vlnové délce, intenzitě laseru a na době ozáření.55

20

1.5.2.

Chemická redukce

Patří mezi kondenzační metody. Jádra nanočástic stříbra jsou formovány (při dostatečné síle redukčního činidla) během chemické redukce rozpustných sloučenin stříbra. Tato jádra pak mohou, po dosažení kritické velikosti, růst a vytvořit stabilní částice stříbra. Na výsledných vlastnostech částic závisí hlavně počáteční stav reakce, kdy je tvořena většina jader. Polydisperzita částic je ovlivněna na druhé straně vedlejšími reakcemi, při kterých se mohou tvořit vedle existujících rostoucích jader jádra nová a tím dochází ke zvýšení polydisperzity. Snížení polydisperzity může být způsobeno rekrystalizací pod vlivem tzv. Ostwaldova zrání.29 Z redukčních činidel nás však nejvíce zajímají monosacharidy. Známá Tollensova reakce u sacharidů může být upravena a využita k přípravě nanočástic stříbra.39 Redukční činidla je možno i kombinovat. Například tak, že si vytvoříme zárodky malých nanočástic (10 – 20 nm), za použití borohydrátu. Ty pak slouží jako jádra pro další redukci stříbrných iontů, za použití slabších redukčních činidel. Získáme tak větší částice (stovky nm).48 Mnoho aplikací však kromě velikosti požaduje specifickou morfologii.50

1.5.3.

Fotochemická redukce a radiolýza

Je další z kondenzačních metod. Za redukční prostředky slouží radikály, které vzniknou z vhodných

prekurzorů. Pokud směs obsahuje ještě

stabilizátory, např. polymery nebo tenzidy, získáme velmi malé částice s úzkou velikostní distribucí.57 U řízené syntézy stojí za zmínku, že světlo navozuje přeměnu stříbrných nanočástic jak velikostně, tak morfologicky.63 Roztoky stříbrných solí mohou být ozářeny silným radiačním zářením, vytvořené elektrony a atomy vodíku jsou schopny redukce. Současně vzniklé hydroxylové radikály zpomalují redukční proces, výsledkem je disperze

21

extrémně malých nanočástic.71 Lze použít i ultrazvuk, má schopnost rozštěpit vodu na redukční vodík a hydroxylové radikály. Výsledné částice jsou velmi malé s úzkou distribucí.58

1.5.4.

Příprava organických disperzí stříbra (organosoly)

Je poslední kondenzační metodou. Přípravu můžeme rozdělit na dvě skupiny: fáze přenosu hydrosoly do organického rozpouštědla a přímá příprava disperze v organické fázi. Pro fázi přenosu je nezbytné užití tenzidu.62 Dále je důležité využití stabilizátorů, jinak se nanočástice rychle shlukují.68

1.6.

Vliv jednotlivých složek a kroků v přípravě na vlastnosti výsledného koloidního stříbra 1.6.1.

Použití fotografických vyvíjecích systémů

Byly připraveny disperze koloidního stříbra, s definovanou velikostí částic, způsobem chemické redukce komplexu [Ag(SO3)2]3-, za použití organických redoxních systémů využívaných ve fotografii. Velikost částic byla závislá na koncentraci siřičitanu v reakci a typu redukční sloučeniny. Touto metodou vzniknou částice o velikosti 150 – 700 nm.64 Experimenty se siřičitanem stříbrným ukázaly, že jeho redukcí vhodnými činidly jsou částice koloidního stříbra převážně kulovitého tvaru. Pokud byl jejich rozměr větší, byly hexagonální. Zjistilo se i to, že pokud byla koncentrace siřičitanu v disperzi pod 0,05 mol.dm-3, povrch částic byl nepravidelný. Tyto částice byly nestabilní a koagulovaly během několika desítek minut. Bylo zjištěno, že čím je koncentrace siřičitanu nižší, tím jsou částice menší.18

22

1.6.2. Vliv koncentrace a výběru ostatních činitelů na velikost částic Byly zkoumány částice, vzniklé jednostupňovou redukcí

[Ag(NH3)2]+

různými redukčními sacharidy. Částice měly určité rozpětí velikosti a jejich charakter

byl

sledován

transmisní

elektronovou

mikroskopií

(TEM),

dynamickým rozptylem světla (DLS), UV a VIS spektroskopií. Na velikost výsledných částic měl hlavní vliv výběr redukčního činidla a koncentrace amoniaku ve směsi. Syntetizované částice nacházejí uplatnění v povrchově zesílené Ramanově spektroskopii (SERS).40 Protože je velikost částic stříbra důležitá, je hlavní výzkum zaměřen na přípravu co nejmenších částic, řádově několik nanometrů až stovky nanometrů, dle požadavků aplikace. Dosud převládají metody chemické redukce roztoků stříbrných solí. Prvotně převládala dvojstupňová redukce. Což znamenalo, že v prvním kroku se použilo silné redukční činidlo, které utvořilo primární redukcí stříbrné soli velice malé částice, které byly ve druhém kroku, za použití slabšího redukčního činidla zvětšeny.19,49 Pokud si redukční činidla vyměnila pořadí, vznikaly částice se širokou distribucí velikostí.46 Nedávno byly popsány metody jednostupňové přípravy částic stříbra. Příkladem je redukce stříbrného komplexu s amoniakem za pomocí glukózy. Výsledkem je tzv. stříbrné zrcátko, reakce je známá jako Tollensova. Velikost částic ve stříbrném filmu je mezi 60 – 180 nm 51, u disperze stříbra v rozmezí 20 – 50 nm 8, závisí to hlavně na koncentracích jednotlivých komponent v reakčním systému. Kromě koncentrace amoniaku můžeme měnit redukční činidlo, výběr je z celé řady sacharidů.40 Principem výše uvedené jednostupňové přípravy koloidních částic stříbra je chemická redukce dusičnanu stříbrného v přítomnosti amoniaku, kde vznikl komplex [Ag(NH3)2]+, který se redukoval příslušným sacharidem. Použity byly čtyři různé sacharidy: xylóza, glukóza, fruktóza a maltóza. Reakční pH se upravovalo pomocí roztoku hydroxidu sodného a to tak, aby reakce trvala 3-10 minut, při laboratorní teplotě, byla chráněna před světlem a míchána

23

magnetickým míchadlem. Po každém pokusu byly použité nádoby vymyty ředěnou kyselinou dusičnou (1:1). Velikost částic byla měřena metodou DLS na zeta-nanosizeru.40 Výsledky byly měřeny pro jednotlivá redukční činidla a při různých koncentracích amoniaku ve směsi od 0,005 do 0,02 mol.dm-3. Závislost na koncentraci amoniaku byla ověřena pokusy. Se snižující se koncentrací amoniaku jsou částice menší. Nejmenší částice byly získány redukcí maltózou a při koncentraci amoniaku 0,005 mol.dm-3. Měly kulovitý tvar, který byl zjišťován pomocí TEM mikrosnímků.40 Je dobře známo, že aldózy jsou mnohem silnějšími redukčními činidly než ketózy. Což je taky patrné ze srovnání výsledků glukózy a fruktózy. Proto mají velký význam disacharidy, hlavně ty, které jsou složené ze dvou aldóz, jako je maltóza. Ty způsobují významnou redukci. V průběhu reakce se totiž maltóza štěpí na dvě glukózy a tím dojde ke zvýšení koncentrace redukčního činidla prakticky na dvojnásobek. Tím se dá vysvětlit, proč získáme velmi malé částice okolo 45 nm.40 Důležitým poznatkem je stabilita koloidů, která souvisí s velikostí. Čím je velikost částic menší (pod 100 nanometrů), tím jsou disperze stabilnější, některé i několik měsíců. Zatímco ty s velkými částicemi jsou značně nestabilní, podléhají sedimentaci během několika hodin.40

1.6.3.

Litesse® jako vhodné redukční činidlo

Litesse® je obchodní název pro polydextrózu vyráběnou firmou Danisco.20 Polydextróza je popisována jako náhodně vázaný (zesítěný) kondenzační kopolymer D-glukózy a sorbitolu, obsahující stopy kyseliny citrónové. Komerční polydextróza také obsahuje malé množství volné glukózy, sorbitolu, citrónové kyseliny a 1,6-anhydro-D-glukózy (levoglukosanu). Průměrný stupeň polymerizace je 12, průměrná molekulární hmotnost je přibližně 2000.22,23,24

24

Polydextróza obsahuje všechny typy glykosidických vazeb (obr. 1), ale převažují nejvíce 1,6. 20,22, 23,24,25

Obr. 1: Vzorec Litesse®

Polydextróza je rozpustná ve vodě, má energetickou hodnotu 1 kcal/g, což je velice málo ve srovnání s energetickou hodnotou cukru (4 kcal/g) a tuku (9 kcal/g).20,32 Z toho vyplývá i její použití. Převážně ji nalezneme jako náhradu cukru ve spojení se sladidly jako je sukralóza nebo spartam. Je to efektivní nízkokalorické aditivum v jogurtech, zmrzlinách, sladkostech, dezertech, výživových doplňcích. Polydextróza je nestravitelná, jen minimálně je hydrolyzována enzymy. V tenkém střevě se nevstřebává, v tlustém střevě je částečně fermentována. Z těla se celkově vylučuje. Jak ukázalo několik studií, má fyziologický efekt stejný jako dietní vláknina. Částečná fermentace v tlustém střevě vede ke zvýšenému objemu stolice, jejímu změknutí a k urychlení pasáže tráveniny střevy. Příznivě je ovlivněna mikroflóra, snižuje se poměr hnilobné mikroflóry a zvyšuje produkce krátkých mastných kyselin jako prevence vzniku karcinomu.22,23,24 Polydextróza může být použita v různých aplikacích ke zlepšení nutričního profilu různých produktů, zahrnuje hlavně redukci energetického přísunu, nezvyšuje příliš glykemický index (protože není trávena a absorbována) nejčastěji jde o hodnoty 4 – 7, pro srovnání glukóza má má hodnotu glykemického indexu 100. Působí

25

probioticky a nezpůsobuje zubní kaz.20,32 Proto je vhodná pro konzumenty hledající kontrolu nad svým příjmem cukrů, včetně diabetiků. Dále též pro lidi, kteří se snaží zhubnout má významný sytící efekt. Litesse® tedy nabízí široké spektrum fyziologických a funkčních výhod.25 Danisco vyrábí polydextrózu Litesse® patentově chráněným postupem, který efektivně odstraňuje nečistoty. Existuje několik druhů Litesse®, které byly vyvinuty s ohledem na požadavky nutné k aplikaci. Jejich vlastnosti jsou měněny od jemného neutrálního prášku po bezbarvou lehce sladkou tekutinu.26 Danisco vyrábí tři hlavní typy: Litesse®, Litesse® Two a Litesse® Ultra.

Jednotlivé druhy polydextrózy Litesse® se liší:

1.

Litesse® – je chuťově neutrální, krémovité barvy, pH 3 – 4,5, roztoky jsou celkem stabilní, podléhá procesu hnědnutí, využívá se nejméně

2.

Litesse® Two – má lehce sladkou chuť, krémovitou barvu, rozpětí pH 3,5 – 5, vynikající stabilitu v roztocích, podléhá hnědnutí, využití je značné

3.

Litesse® Ultra – je současně posledním typem, má velice čistou, lehce nasládlou chuť, bílou barvu, pH 4,5 – 6,5, vynikající stabilitu v roztocích, nehnědne a je bohatě využívána 26

Podrobnější informace o produktech nejsou dostupné. Polydextróza Litesse® byla schválena US Food and Drug Administration (FDA) k používání skoro ve všech jídlech a nápojích. Litesse® už se vyskytuje na trhu 25 let.27

26

1.6.4.

Polyvinylalkoholy jako redukční činidla

Polyvinylalkoholy mají také redukční vlastnosti a navíc i vlastnosti stabilizační. Předpokladem druhé vlastnosti je přítomnost nehydrolyzovaných a hydrolyzovaných částí v řetězci PVA. Polymer PVA vzniká z polyvinylacetátu za pomocí hydrolytických enzymů, které odštěpí acetát za vzniku polární hydroxylové skupiny. Hydrolýza neprobíhá vždy ze 100 %, obvykle je řízena na 89 %, proto jsou některé části hydrofilní a jiné hydrofobní, takový polymer je pak povrchově aktivní. Může se navázat na částici stříbra a tím ji stabilizovat na určitou velikost. Popis jednotlivých druhů PVA, které jsem používala v experimentu, je v kapitole 3.2. „Použité chemikálie“.

1.7.

Dostupné přípravky s obsahem koloidního stříbra

Koloidní stříbro, které se dnes používá, najdeme v přípravcích s různými názvy jako Collargol, Proteinate, Vitellinate, Targesin a Targesin s boraxem nebo též anorganické substance stříbra jako Fosfargol a Zeargol.65 •

Ag 100 koloidní stříbro – s tímto preparátem se můžeme setkat v České republice, jde o povolený doplněk stravy k perorální i topické aplikaci.4 Na trh jej dodává firma Pharma Aktiv. Přípravek má koncentraci částic koloidního stříbra 10 mg.l-1 (10 ppm) a velikost částic v řádu několika nanometrů.17

•

Argentyn 23 – výrobce uvádí velikost částic 0,8 nm, což znamená obrovský povrch částic, vysokou absorpci a exkreci, koncentrace je uváděna 23 ppm, což je optimální k dennímu užívání. K výrobě se užívá ultračistá voda a sklo, které eliminuje kontaminaci

27

mikroorganismy. Výrobce uvádí silný oligodynamický efekt stříbrných

iontů,

který

se

podílí

na

posílení

imunity.

Oligodynamický efekt spočívá v zabránění uvolňování radikálů superoxidu a ve zdravé regulaci toxinů.41 •

Collargol, Argentum Colloidale – vyrábí Laboratorios Argenol, je silně antiseptický, má podobu lesklých zelených vloček nebo prášku, je uchováván v dobře uzavřených lahvích, chráněn před světlem, obsahuje 70-80 % stříbra. V surovém stavu je toxický, dráždí oči, dýchací systém a kůži. Při zasažení očí, či potřísnění je nutná první pomoc.47

•

Collargol a Protargol – s těmito dvěma preparáty byla učiněna studie, týkající se aktivity a struktury. Oba obsahují systémy částic stříbra a jejich shluků. Výzkum ukázal, že antivirová aktivita přepočítaná na jeden gram stříbra je u Collargolu vyšší než u Protargolu. Oba preparáty se také liší velikostí částic a shluků. U Protargollu převažují malé shluky atomů stříbra o velikosti přibližně 1 nm, nejčastěji v kovovém, nebo oxidovaném stavu. Zatímco u Collargolu je velikost převažujících částic vyšší a převažuje kovové stříbro.43

28

1.8.

Velikosti nanočástic – princip měření 1.8.1.

Dynamický rozptyl světla (DLS)

Zetasizer provádí měření velikosti částic i jejich zetapotenciálu pomocí dynamického rozptylu světla (DLS = dynamic light scattering). Ten proměřuje Brownův pohyb, jehož rychlost souvisí s velikostí částic. Laserový paprsek prochází částicemi, které rozptylují záření všemi směry a detektor analyzuje dopadající záření, v tomto případě pod úhlem 173°. Výsledkem je soustava černobílých skvrn. Bílé skvrny jsou záznamem pro dopadající rozptýlené záření ve stejné fázi. Černé skvrny jsou způsobeny vzájemným vyrušením fází. Detektor je schopen zaznamenávat rychlost pohybu skvrn v čase a přes korelační funkci a Stokes – Einsteinovu rovnici (obr. 2) přepočítat rychlost pohybu částice na jejich velikost. Pro připomenutí Brownův pohyb je pohyb způsobený náhodnými srážkami s molekulami kapaliny. Hlavním rysem je, že malé částice se pohybují rychleji a velké pomalu. Částice jsou v konstantním pohybu, tudíž skvrna vypadá jako by se pohybovala. Zetasizer nano systém měří poměr kolísání intenzity skvrny a počítá velikost částic podle Stokes – Einsteinovy rovnice, která vyjadřuje vztah mezi velikostí částic a rychlostí Brownova pohybu. K porovnání kolísání intenzity světelného signálu za časové období slouží kolerátor, který je součástí přístroje.15,35,36

Obr. 2: Stokes – Einsteinova rovnice

r = kT ⁄ 6 π η D η…viskozita k…Boltzmanova konstanta T…teplota D…difúzní koeficient

29

1.8.1.1.

Korelační funkce

Měříme-li velké částice, které se pohybují pomalu, bude i intenzita porovnávací skvrny kolísat pomalu. U malých částic zase rychle. Korelační funkce pro velké a malé částice je různá, rychlost poklesu je závislá na velikosti částic, pokles je strmější pro malé částice. Korelační funkci měří přístroj a používá se jí pro výpočet distribuce velikosti částic. Zetasizer převádí strmost poklesu korelační funkce na distribuci velikostních skupin částic, tzn. velikostní distribuci. Graf se poté nazývá distribuce podle intenzity. Na ose x je distribuce skupin částic o stejné velikosti. Na ose y je relativní intenzita rozpýleného světla. Distribuce intenzity je základní distribuční velikost vytvořená DLS, dá se převést na objemovou distribuci a dále na číselnou distribuci, ta v sobě násobí chyby distribuce intenzity. 15,35,36

1.8.1.2.

Číselná, objemová a intenzitní distribuce

Rozdíl se dá vysvětlit na vzorku obsahujícím pouze dvě velikosti částic se stejným poměrným zastoupením obou velikostí. V grafu číselné distribuce budou oba píky stejně velké. V grafu objemové distribuce bude jeden pík (velké částice) větší než druhý (menší částice), protože objem větších částic je samozřejmě větší. V grafu distribuce podle intenzity paprsku laseru opět převažuje pík větších částic, a to proto, že velké částice rozptylují mnohonásobně více světla než malé (obr. 3). 15,35,36 Obr. 3: Graf číselné, objemové a intenzitní distribuce

1

5

10 50 100 Diameter (nm)

Intensity

1000

1

5 10 50 100 Diameter (nm)

Relative % in class

1

Volume Relative % in class

Relative % in class

Number

1000000

1

5 10 50 100 Diameter (nm)

30

1.8.1.3.

Měření velikosti částic

Zetasizer je složen z několika hlavních komponent (obr. 4): laser, jako světelný zdroj k ozařování vzorku částic uvnitř kyvety. Většina světelného paprsku prochází rovně vzorkem, část je rozptylována částicemi ve vzorku. Dále je detektor, na měření intenzity rozptýleného světla. Při detekci nadměrného světla se detektor přetíží a proto je zde použit zeslabovač, který redukuje intenzitu světla laseru a tím redukuje sílu rozptýleného záření. Signál z detektoru

přechází

na

digitální

signál

v korelátoru,

ten

srovnává

rozptylovanou intenzitu v následujících časových intervalech k odvozování poměru kolísající intenzity. Veškeré informace zpracovává počítač, který data analyzuje a vypočítává velikost částic. 15,35,36 Obr. 4: Schéma zetasizeru Malvern zetasizer ZS L a s e r

Zeslabovač Detektor 173°

Korelátor

PC

Detektor 90°

Kyveta se vzorkem

31

2.

Cíl rigorózní práce Téma práce bylo vytvořeno a zadáno po vyhodnocení diplomové práce

obhájené v roce 2008. Cíl práce je možno rozčlenit do těchto bodů:

A. Ověřit vhodnost maltózy a polydextrózy jako redukčních činidel pro přípravu koloidního stříbra. B. Vyzkoušet vliv zvýšené teploty na kvalitu vzorků. C. Využít různé zdroje míchání při přípravě. D. Využít roztoky polydextróz v různých koncentracích na přípravu nanočástic. E. Prozkoumat změny velikostních parametrů při uchovávání vzorků. F. Hledat další sloučeniny vhodné jako biokompatibilní redukční činidla, především ve skupině polyvinylalkoholů a škrobů.

32

3.

Experimentální část 3.1.

Použité přístroje

Analytické váhy Kern ABS, max. 220g, d=0,1mg Váhy Kern 440-33N, max. 200g, d=0,01g Váhy Kern 440-35N, max. 400g, d=0,01g Malvern zetasizer ZS, Malvern Instruments, UK Magnetická míchačka s ohřevem KA-WERKE, RT-5 power Magnetická míchačka Heidolph MR 3001 100-1250 ot./min Horkovzdušná sušárna Memmert Spektrofotometr Helios Gama, UNICAM Mikrovlnná trouba, výkon 700W

3.2.

Použité chemikálie

Dusičnan stříbrný, Safina, ČR, Lachner, ČR Amoniak p.a., Fluka Hydroxid sodný p.a., Fluka Maltóza p.a., Fluka Čištěná voda, připravená reverzní osmózou, FaF UK Dimetikon, Dow Corning Hexan, Penta, ČR Kyselina dusičná, Penta, ČR Glukóza, Chemopharma Wien Litesse® Ultra, Danisco Litesse® Two, Danisco PVA-I, 80 % hydrolýzy, Mr 9 000 – 10 000 g.mol-1, Aldrich PVA-II, 87 – 89 % hydrolýzy, Mr 13 000 – 23 000 g.mol-1, Aldrich PVA-III (Mowiol®), 86,7 - 88,7 % hydrolýzy, Mr 130 000 g.mol-1, Brenntag 33

PVA-IV (Polyvinylalkohol 15 000), 86 – 89 % hydrolýzy, Mr 15 000 g.mol-1, Fluka PVA-V (Polyvinylalkohol Sigma), 89 % hydrolýzy, Mr 30 000 -

70 000

g.mol-1, Sigma Ethanol 96 %, Penta Chrudim Amylum maydis, Sigma Amylum amaranthi, Sigma Amylum oryzae, Sigma

3.3.

Seznam pomůcek

kádinky magnetická míchadla plastové pipetky lžičky polystyrenové kyvety křemenné kyvety skleněné lahvičky z tmavého skla s víčkem bralenky s víčkem hliníková folie pH papírky

34

3.4.

Obecný postup přípravy koloidních částic stříbra

Postup byl převzat od RNDr. Libora Kvítka, CSc. a kol. z Katedry fyzikální chemie, Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. Příprava spočívá v redukci komplexu [Ag(NH3)2]+ maltózou v alkalickém prostředí.

Seznam reakčních látek a jejich koncentrace v systému:

dusičnan stříbrný (AgNO3): 10-3 mol.l -1 amoniak (NH3): 5.10-3 mol.l -1 hydroxid sodný (NaOH): 10-2 mol.l-1 maltóza: 10-2 mol.l-1

Postup pro přípravu 25 ml koloidního stříbra: K 5 ml 5.10-3 mol.l -1 zásobního roztoku dusičnanu stříbrného (každý den připravován čerstvý, během dne uchováván v temnu) se přidá 1,25 ml 0,1 mol.l-1 zásobního roztoku amoniaku. Vzniklý komplex se naředí 12,75 ml vody a poté se k němu přidá 1 ml 0,24 mol.l-1 zásobního roztoku hydroxidu sodného. Následuje nástřik 5 ml 5.10-2 mol.l-1 zásobního roztoku redukční látky (zde je to maltóza, popř. jiné redukce schopné látky). Celý systém je nutno intenzivně míchat (pomocí magnetického míchadla) po celou dobu redukce. Nástřik redukční látky je potřeba provést v co nejkratším čase. Použitá reakční nádoba musí být dokonale čistá k zamezení vzniku částic heterogenní nukleací. Při opakované přípravě koloidu stříbra vymýváme reakční nádobu i s míchadlem zředěnou kyselinou dusičnou (1:1) přibližně 5 minut. Disperzi připravenou tímto způsobem jsem si pracovně označila Q a případnou obměnu v postupu jsem uvedla slovně (více kap. 4, tabulky a grafy).

35

Celkově pak označuji tyto obměněné disperze v textu jednotnou zkratkou VZ s číslováním 1 až 51.

3.5.

Příprava koloidního stříbra při působení mikrovln

Byla použita mikrovlnná trouba s příkonem 700 W. Vzorky jsem ozařovala pulzně po dobu maximálně 2 minut. Pulzně znamená ozáření po dobu 2 sec, následováno pauzou v délce 5 sec, spojenou s promícháním vzorku. Fáze ozáření a pauzy se střídaly. Uvedený postup zahrnuje nejen vliv intenzivního pohybu jednotlivých molekul a iontů ve vzorku, ale také vliv zvyšování teploty systému až na hodnotu 65 °C.

3.6.

Zásobní roztoky pro přípravu koloidního stříbra

Roztoky pro VZ 1 – VZ 19: Roztok dusičnanu stříbrného jsem připravovala v daný den vždy čerstvý (viz níže). Ostatní zásobní roztoky (jako amoniak, hydroxid sodný a maltóza) byly uchovávány ve tmě a v dobře uzavřených lahvích, připraveny byly již dříve v potřebných koncentracích.

Roztoky pro VZ 20 – VZ 51: Pro ostatní disperze mi zásobní roztoky nevystačily. Připravila jsem si je tedy čerstvé. Základním roztokem byl dusičnan stříbrný (AgNO3), který byl používán v koncentraci 5.10-3 mol.l-1. Dusičnan jsem si připravovala každý den čerstvý, vždy na 6 disperzí, což znamená 30 ml, ve kterých bylo rozpuštěno 0,026 g AgNO3 (Mr = 169,87 g.mol-1). Ostatní vzorky potřebné k přípravě jsem si připravila do zásoby, uchovávala jsem je v lahvích obalených hliníkovou folií a v uzavřené skříni. Roztok amoniaku (NH3) měl koncentraci

36

0,1 mol.l-1, připravila jsem si 250 ml tohoto zásobního roztoku rozpuštěním 1,703 g NH3 v koncentraci 14,67 mol.l-1. Dalším roztokem byl hydroxid sodný (NaOH), který jsem používala v koncentraci 0,24 mol.l-1. Připravila jsem celkem 250 ml, rozpuštěním 2,4 g NaOH (Mr = 40,0 g. mol-1). K redukci jsem používala maltózu o koncentraci 5.10-2 mol.l-1, kterou jsem připravila čerstvou jen pro několik vzorků. Rozpuštěním 0,45 g maltózy (Mr = 360,32 g.mol-1) v 25 ml čištěné vody. Dále jsem k redukci používala roztoky Litesse® Ultra a Litesse® Two. Roztoky sacharidů jsou při uchovávání nestálé, množí se v nich bakterie, proto jsem při jejich přípravě použila konzervační látku azid sodný, v koncentraci 0,01% a tím jsem mohla roztoky těchto sacharidů připravit do zásoby. Obě Litesse® byly připraveny v koncentraci jako maltóza (5.10-2 mol.l-1) rozpuštěním 1,8 g ve 100 ml čištěné vody. K přípravě zásobních roztoků jsem použila vztahy pro výpočet koncentrace, molární hmotnosti a směšovací rovnici.

3.7.

Úprava kádinek pro přípravu disperzí

Vybrala jsem několik vhodných kádinek, ve kterých probíhala celá příprava i vlastní redukce komplexu stříbra na konečnou disperzi koloidního stříbra. Vnitřní povrch kádinek jsem upravila na hydrofobní za pomocí dimetikonu a hexanu. Kádinky jsem směsí z obou látek vypláchla, nechala odpařit těkavý hexan a poté je sušila v horkovzdušné sušárně při 190 °C 30 – 40 min. Tím se vytvořila vazba mezi dimetikonem a silikátovými skupinami skleněného povrchu, který se stal hydrofobním. Po vysušení jsem lehce opláchla nenavázané množství dimetikonu a tím byly kádinky připraveny k použití. Vazba dimetikonu na sklo je velice pevná, jednomolekulární a vydrží až 20 mytí. Důvodem hydrofobizace bylo zamezení redukce stříbra na skle, jeho shlukování a tím i tvorby známého „stříbrného zrcátka“.

37

3.8.

Měření velikostí částic

Připravený vzorek koloidního stříbra jsem vložila do speciální kyvety, určené pro měření v zetasizeru a změřila velikost částic. Jak už bylo uvedeno (kap. 1.8.), základní distribuční velikost vytvořená pomocí DLS je distribuce intenzitní, která může být převedena na objemovou a ta zase dále na číselnou. Číselná distribuce v sobě násobí chyby z distribuce objemové. Grafy mají na ose x zobrazenou distribuci třídy velikostí a na ose y relativní intenzitu rozptýleného světla.15

3.9.

Změny v obecné přípravě koloidních částic stříbra

V obecném postupu přípravy je jako redukční činidlo používána maltóza, ta se osvědčila a proto první pokusy byly s její obměnou, následující byly směřovány k nalezení dalšího kvalitního redukčního činidla z řad sacharidů či k vlastnímu ovlivnění průběhu redukce.

3.9.1.

Maltóza a glukóza jako redukční činidla

U disperze VZ 1 bylo v zájmu vyzkoušet, do jaké míry závisí velikost částic na koncentraci maltózy. Byla použita ve čtyřnásobné koncentraci. Po proběhnutí celé reakce na MM za 25 minut, jsem proměřila velikost částic (VZ 1, tab. 1). Ve výsledku se objevily až příliš velké částice. Cílem tedy bylo hledání jiného redukčního činidla z řad sacharidů. Vyzkoušela jsem glukózu, která je stavební jednotkou maltózy. Musela jsem vypočítat, jaká má být její koncentrace, aby byla adekvátní k maltóze. Protože je glukóza jen polovinou maltózy, byla vyzkoušena její molárně dvojnásobná koncentrace. Disperze VZ 2 byla připravována na MM 25 minut a jako redukční činidlo bylo použito 5 ml glukózy o dvojnásobné koncentraci (VZ 2, tab. 1, obr. 13).

38

Další disperze VZ 3, s glukózou o dvojnásobné koncentraci, byla připravována v MV troubě za pulzního ozařování po dobu 2 minut (viz kap. 3.5.) a pak na MM 25 minut (VZ 3, tab. 1, obr. 14). Viz též kapitola 3.9.2. (VZ 4 – VZ 6).

3.9.2.

Litesse® Ultra jako redukční činidlo

Litesse® Ultra (kap. 1.6.3.) je oligosacharid, její redukční schopnost by proto měla být stejná jako u maltózy. Množství je hmotnostně stejné s maltózou. Proto jsem si z údajů o maltóze vypočítala potřebné množství Litesse® Ultra a připravila její zásobní roztok, rozpuštěním 0,45 g ve 25 ml čištěné vody. Tím jsem získala zásobní roztok na přípravu pěti disperzí. První zkoušenou disperzi VZ 7 s obsahem Litesse® Ultra jsem připravovala podle obecného postupu, 2 minuty pod vlivem pulzního MV a zbytek reakce na MM 25 minut (VZ 7, tab. 2, obr. 15 a 16). Tuto disperzi jsem uchovávala za nepřístupu světla a po 8 dnech oddělila její horní a dolní část a obě proměřila (VZ 8, VZ 9, tab. 2, obr. 17 a 18). Chtěla jsem vyzkoušet jak rychle disperze sedimentuje. Dolní část disperze VZ 9, jsem nechala před změřením promíchat v ultrazvukové lázni. Druhá disperze VZ 10 byla připravena dle obecného návodu, jen jako redukční činidlo bylo použito 5 ml Litesse® Ultra. Reakce probíhala na MM velmi pomalu, proto byla soustava ponechána na MM do konstantní barvy asi 50 minut (VZ 10, tab. 2, obr. 19). Částice byly malé a s nízkým PI. Litesse® Ultra se ukázala jako výborné redukční činidlo. Dále jsem se snažila upravit její koncentraci v disperzi a sledovat, jak se v této závislosti mění velikost nanočástic stříbra. Připravila jsem tedy na MM další dvě disperze. VZ 11 s poloviční koncentrací Litesse® Ultra (tzn. 0,225 g ve 25 ml zásobního roztoku), reakce se vyvíjela ještě pomaleji než u VZ 10. Měříme až po 50 minutách (VZ 11, tab. 2, obr. 20). Disperze VZ 12 měla koncentraci Litesse® Ultra dvojnásobnou (tzn. 0,9 g ve 25 ml zásobního roztoku), reakce probíhala rychleji než u předchozích dvou vzorků (VZ 12, tab. 2). 39

Dále byly skombinovány dvě redukční činidla Litesse® Ultra a glukóza obě stejným dílem tj. 2,5 ml a v koncentraci odpovídající maltóze v obecném postupu. Oba sacharidy byly přidány s odstupem. U první disperze VZ 4 jsem si připravila její část dle obecného postupu a jako redukční činidlo dala 2,5 ml Litesse® Ultra o stejné koncentraci jako maltóza. Disperzi jsem nechala za stálého míchání na MM, když začala žloutnout, přibližně po 8 minutách („viditelný začátek reakce“), přidala jsem druhé redukční činidlo 2,5 ml glukózy, opět v koncentraci jako maltóza. Disperzi jsem nechala dále míchat a mohla pozorovat, že se reakce po přidání druhého sacharidu zrychlila (intenzivnější zabarvování vzorku). Disperzi měříme po 25 minutách (VZ 4, tab. 1). U druhé disperze VZ 5 jsem postupovala stejně, jen druhé redukční činidlo přidala až po viditelném začátku reakce asi s 15 minutovým odstupem od Litesse® Ultra. Reakce se opět zrychlila a systém byl stabilní po 25 minutách (VZ 5, tab. 1). Obě disperze, VZ 4 i VZ 5, se sekvenčně přidávanými redukčními činidly jsem uchovala v temnu, po týdnu spojila a proměřila průměrnou velikost částic (VZ 6, tab. 1). Také jsem chtěla vyzkoušet, jaký vliv má mechanismus míchání na velikost částic. Disperzi VZ 13 jsem připravila dle obecného předpisu, jako redukční činidlo použila Litesse® Ultra, promíchala a nechala v klidu stát za nepřístupu světla. Disperzi jsem změřila po 50 minutách (VZ 13, tab. 2).

3.9.3. Reprodukce postupu přípravy disperze s Litesse® Ultra (VZ 10), vliv kvality složek, disperze VZ 14 – VZ 19 Disperze připravené s Litesse® Ultra měly velmi malé částice, bylo třeba tyto výsledky zreprodukovat. Jak se ukázalo, velikost částic stříbra může záviset na mnoha okolnostech.

40

První reprodukovaná disperze VZ 14, s Litesse® Ultra o stejné koncentraci jako maltóza, byla neúspěšná. Na přípravu byl použit čerstvý dusičnan, ale týden skladovaná Litesse® Ultra bez konzervační přísady (azid sodný 0,01%). Některé částice byly ve stovkách nm, což by odpovídalo tomu, že se v zásobním roztoku Litesse® Ultra namnožily bakterie (VZ 14, tab. 3). Druhý pokus VZ 15 byl proveden s čerstvou Litesse® Ultra, ale bylo podezření na stopově redukovaný dusičnan sodný. Reakce probíhala oproti VZ 10 nezvykle rychle, jen 30 minut (VZ 15, tab. 3). Další dva reprodukované postupy již byly připraveny s čerstvou Litesse® Ultra i dusičnanem sodným 50 minut na MM (VZ 16, VZ 17, tab. 3). Tyto disperze jsem uchovala a po týdnu spojila dohromady a proměřila celkovou velikost částic v této směsi (VZ 18, tab. 3). S odstupem času jsem znovu vyzkoušela reprodukovaně připravit disperzi s Litesse® Ultra (VZ 19). Použila jsem staré zásobní roztoky amoniaku a hydroxidu sodného, čištěnou vodu ze zdroje v laboratoři a čerstvě připravenou Litesse® Ultra i dusičnan do čistých láhví z umývárny (VZ 19, tab. 3). Ukázalo se, že velikost částic je opravdu závislá na přítomnosti sebemenší nečistoty.

3.9.4. Redukce komplexu stříbra maltózou, Litesse® Ultra a Litesse® Two Připravila jsem vzorky šesti disperzí (VZ 20 – VZ 25). Postupovala jsem dle obecného návodu, jen jsem měnila redukční činidlo a způsob reakce. První tři vzorky (VZ 20 – VZ 22) jsem nechala reagovat pouze za míchání na MM. První vzorek (VZ 20, tab. 4) po dobu 25 minut za použití maltózy. Druhá disperze (VZ 21, tab. 4, obr. 21) vznikla redukcí komplexu polydextrózou Litesse® Ultra, také na MM 40 minut. Třetí vzorek (VZ 22, tab. 4, obr. 22 a 23) byl opět připravovan na MM po dobu 40 minut. K redukci jsem použila Litesse® Two.

41

Další tři vzorky (VZ 23 – VZ 25) byly všechny připraveny za pomocí MV trouby, ve které jsem je nechal pulzně ozařovat po dobu 2 minut. Po zbarvení, jsem nechala disperze vychladnout a míchat na MM ještě 25 minut. Disperze se od sebe lišily jen typem redukujícího sacharidu. U disperze VZ 23 (tab. 4, obr. 24) jsem použila maltózu, u VZ 24 (tab. 4, obr. 25) Litesse® Ultra a u posledního VZ 25 (tab. 4, obr. 26 a 27) Litesse® Two. Během redukce jsem pozorovala, že VZ 21 s Litesse® Ultra se na MM barvil nejpomaleji, rychleji se vyvíjela redukce s Litesse® Two a nejdříve se dal měřit vzorek disperze VZ 20. Disperze za použití MV reagovaly přibližně stejnou rychlostí.

3.9.5.

Polymery jako redukční činidla

Připravila jsem celkem sedm vzorků, vždy dle obecného návodu. U všech jsem k redukci použila místo sacharidu polymerní polyvinylalkohol (PVA) vždy s jinou molární hmotností a stupněm hydrolýzy. Více informací je v části „Použité chemikálie“ (kap. 3.2.). Roztoky polyvinylalkoholů jsem používala v koncentraci 1,8 %, stejně jako maltózu nebo oba druhy Litesse®, dle návodu vždy 5 ml. První byl vzorek VZ 26 (tab. 5, obr. 28). K redukci jsem použila roztok PVA-I a celá reakce probíhala na MM po dobu 40 minut. Ani po této době nevykazoval vzorek známky typického zbarvení koloidního stříbra. Proto jsem vyzkoušela vliv pulzního MV záření. Po 2 minutách vznikla lehce nažloutlá disperze, bez dalšího barevného vyvíjení, proto jsem vzorek proměřila. Průběh druhé disperze VZ 27 (tab. 5) s PVA-II, jako redukční činidlo, byl stejný jako u VZ 26. Na MM bez redukce i po 40 minutách, po použití MV záření (2 minuty) nastalo zbarvení, charakteristické pro vznik koloidního stříbra. U dalšího vzorku VZ 28 (tab. 5) byl k redukci použit PVA-III (obchodní název Mowiol® 18 – 88 ). Disperze vznikla opět až pomocí MV záření. 42

Pro ověření reprodukovatelnosti VZ 26 a VZ 27 jsem je připravila znovu, tentokrát přímo v MV troubě (VZ 29 a VZ 30). U vzorku VZ 29 (tab. 5, obr. 29) je redukčním činidlem PVA-I a u VZ 30 (tab. 5, obr. 30 a 31) PVA-II. Také jsem vyzkoušela redukční schopnosti PVA-IV ve vzorku VZ 31 (tab. 5) připraveného pouze vlivem MV záření. Posledním z této skupiny byl VZ 32 (tab. 5), disperze vznikla opět pouze v MV troubě za redukce PVA-V. Bylo pozorováno, že při použití různých PVA vznikají disperze pouze za použití MV ozáření, samotné míchání je neúčinné.

3.9.6. Redukce roztoky různých PVA a Litesse® Ultra o celkové koncentraci redukčního činidla 2,3 % (kromě VZ 36) Opět byl zachován obecný postup, jen k redukci jsem si vytvořila směsi různých PVA, které byly použity už v kap. 3.9.5. a Litesse® Ultra.

Postup přípravy redukčního činidla:

Ze zásobního roztoku Litesse® Ultra (1,8 %) jsem odebrala 10 ml v něm pak rozpustila vždy 0,05 g příslušného PVA. Z této směsi jsem pro redukci použila podle návodu 5 ml. Celková koncentrace redukčních látek byla 2,3 % (Litesse® Ultra 1,8 % a PVA 0,5 %).

Celkem jsem připravila 4 disperze. U prvních tří byla k redukci použita vždy směs, připravená podle výše uvedeného postupu. U poslední VZ 36 byl k redukci použit pouze roztok PVA v koncentraci 0,5 %, bez Litesse® Ultra. Vzorek první VZ 33 (tab. 6) byl připraven redukcí PVA-I a Litesse® Ultra. Redukce probíhala na MM po dobu 30 minut. Po konstantním zbarvení jsem měřila. Druhá disperze VZ 35 (tab. 6) byla redukována PVA-II a Litesse® Ultra, opět na MM 30 minut. Obě reakce probíhaly bez problémů, žádné zpoždění v době reakce ani nezvyklé zabarvení. Pokud byla přítomna Litesse® 43

Ultra v redukční směsi, nebylo třeba použít MV troubu, jako u vzorků, kde byly čistě polymery (kap. 3.9.5.). Třetí vzorek VZ 34 (tab. 6) měl složení redukční směsi jako VZ 33 (PVA-I a Litesse® Ultra), disperze vznikla za použití MV záření (2 minuty, pulzně), bez následného míchání na MM. Posledním vzorkem v této fázi práce byl VZ 36 (tab. 6), kde redukční činidlo tvořil pouze PVA-I (viz výše). Z poznatků v kapitole 3.9.5. jsem nechala vzorek redukovat přímo vlivem MV záření, bez MM.

3.9.7.

Škroby jako redukční činidla

Dodržela jsem obecný postup přípravy disperze koloidního stříbra. K redukci jsem použila suspenze různých typů škrobu, vždy ve stejné koncentraci a množství jako byla použita maltóza, to znamená 5 ml 1,8 % (VZ 37 – VZ 40). U posledního vzorku VZ 41 jsem použila taky 5 ml škrobu, ale v koncentraci 0,5 %. Škroby nejsou za studena rozpustné ve vodě, tudíž tvoří suspenze. Pro vlastní redukci jsem zvolila vliv MV záření. Po přidání suspenze škrobu ke komplexu jsem směs promíchala tyčinkou a vložila do MV trouby. Během pulzního ozařování se vzorek současně zahříval, škrob v něm se částečně rozpustil a teprve ve formě roztoku amylózy byl schopen redukce. Po vychladnutí jsem měřila velikost nanočástic koloidního stříbra.

použité škroby:

VZ 37 – 1,8 % kukuřičný škrob (obr. 32) VZ 38 – 1,8 % amarantový škrob (obr. 33) VZ 39 – 1,8 % rýžový škrob (obr. 34) VZ 40 – opakování VZ 39 (obr. 37) VZ 41 – 0,5 % rýžový škrob (obr. 38 a 39)

Výsledky této kapitoly jsou v tab. 7. a výše uvedených obrázcích. 44

3.9.8. Redukce roztoky různých PVA a Litesse® Ultra o celkové koncentraci redukčního činidla 1,8 % Jediná změna v obecném postupu spočívá ve změně redukčního činidla. V tomto případě jde o směsi různých PVA, již použitých v kapitole 3.9.5., s Litesse® Ultra. Oproti kapitole 3.9.6 je celková koncentrace této redukční směsi 1,8 %.

Příprava redukční směsi:

Připravila jsem si zásobní roztok Litesse® Ultra o koncentraci 1,3 %. Z něj jsem odebrala vždy 10 g a v nich rozpustila 0,05 g příslušného PVA. Z této směsi jsem na redukci odebrala podle návodu 5 ml. Celková koncentrace redukční směsi byla 1,8 % (1,3 % Litesse® Ultra a 0,5 % PVA), což odpovídalo původní maltóze.

Připravila jsem 4 vzorky. Pro vznik první disperze VZ 42 (tab. 8) jsem použila redukční směs PVA-I a Litesse® Ultra. Po přidání redukčního činidla ke komplexu jsem směs zamíchala a dál nechala vyvíjet staticky. Disperzi jsem měřila po 40 minutách stání. K redukci druhého vzorku VZ 43 (tab. 8) jsem použila směs PVA-II a Litesse® Ultra. Disperze vznikala stejně jako předchozí vzorek, bez MM po dobu 40 minut. Poslední dvě disperze (VZ 44 a VZ 45, tab. 8) vznikly také bez míchání, před redukcí jsem vlastní redukční směs zahřála na 85 °C a takto horkou jsem ji přidala k připravenému komplexu, zamíchala a nechala vyvíjet 40 minut staticky. V případě disperze VZ 44 byla redukční směs tvořena PVA-I a Litesse® Ultra, u VZ 45 PVA-II a Litesse® Ultra.

45

3.9.9.

Litesse® Ultra jako redukční činidlo bez MM

Příprava disperzí probíhala dle obecného postupu, změna byla opět v redukčním činidle. U první disperze VZ 46 (tab. 9, obr. 35) bylo redukční činidlo tvořeno roztokem 1,8 % Litesse® Ultra. Po přidání 5 ml tohoto roztoku jsem vzorek zamíchala a dál nechala vyvíjet bez MM po dobu 30 minut. U dalšího vzorku VZ 47 (tab. 9, obr. 36) jsem použila stejné redukční činidlo. Před přidáním jsem jej zahřála na 85 °C, přidala ke komplexu, zamíchala a nechala 30 minut staticky redukovat. Třetí disperze VZ 48 (tab. 9) byla opakováním VZ 46, protože u prvního pokusu jsem měla podezření na nečistoty, které se projevily naměřením dvou hodnot velikostí částic v disperzi.

3.9.10. Redukce komplexu stříbra jednotlivými frakcemi polydextrózy Litesse® Ultra Příprava frakcí polydextrózy Litesse® Ultra:

Nejprve jsem si připravila 300 g 20 % vodného roztoku Litesse® Ultra, do kterého jsem postupně přidávala 96 % ethanol, kterým se Litesse® Ultra z vodného roztoku precipitovala. Pro zisk 1. frakce jsem k 300 g 20 % vodného roztoku Litesse® Ultra přidala 858 g ethanolu 96 %. Celkový obsah ethanolu v 1. frakci byl 71,13 %. Roztok jsem nechala několik hodin míchat, během míchání se u dna postupně srážela Litesse® Ultra, po sedimentaci jsem oddělila horní část a spodní dala vysušit (frakce č. 1). K odebrané horní části jsem přidala 185 g ethanolu 96 %, celkový obsah ethanolu ve 2. frakci byl 74,56 %. Opět jsem nechala míchat za vysrážení Litesse® Ultra. Po sedimentaci byla oddělena horní část a spodní usušena za zisku frakce č. 2.

46

Stejný byl postup pro zisk frakce č. 3, k horní části z 2. frakce jsem přidala 350 g 96 % ethanolu, celkový obsah ethanolu ve 3. frakci byl 78,99 %. Poslední, 4. frakce byla získána jako předcházející, k horní části 3. frakce bylo přidáno 400 g ethanolu 96 %, jeho celkový obsah byl ve 4. frakci 82,24 %.

Složení roztoků ethanolu při srážení polydextrózy Litesse® Ultra:

základem bylo 300 g 20 % vodný roztok Litesse® Ultra 1. frakce – koncentrace ethanolu 71,13 % 2. frakce – koncentrace ethanolu 74,56 % 3. frakce – koncentrace ethanolu 78,99 % 4. frakce – koncentrace ethanolu 82,24 %

K výpočtům jsem použila směšovací rovnici. Frakce č. 1 má nejvyšší molární hmotnost, protože obsahuje nejmenší množství ethanolu. Sušení všech frakcí probíhalo v horkovzdušné sušárně při 70 °C.

Příprava nanočástic stříbra redukcí frakcemi Litesse® Ultra:

Ze čtyř získaných frakcí jsem vybrala tři (frakci č. 1, frakci č. 3 a frakci č. 4). Ze získaných krystalků jednotlivých frakcí jsem připravila příslušné vodné roztoky o koncentraci 1,8 %. Tyto roztoky jednotlivých frakcí jsem pak v množství 5 ml použila k redukci komplexu a k zisku koloidního stříbra. Získala jsem vzorky VZ 49 – 51, tyto disperze jsem připravovala na MM, reakce byly velmi pomalé, disperze jsem měřila až po 1,5 hodině. Výsledky všech disperzí jsou v tab. 10. Redukční roztoky jednotlivých frakcí byly čiré, pouze roztok frakce č. 4 byl lehce zakalen do bílé barvy a po vlastní redukci byly v disperzi VZ 51 patrné černé částice.

47

3.9.11. Měření pH, absorbance, stability a popis vzhledu vybraných disperzí Podle výsledků měření velikosti částic jsem vybrala několik disperzí. U nich jsem proměřila pH (tab. 11). Z výsledků lze vyčíst, že se pH snižuje s obsahem PVA ve vzorku. U stejných vzorků jsem měřila jejich absorbanci (tab. 12 – 19, obr. 5 - 12). Výskyt přibližného maxima absorbance je v tabulkách zvýrazněn. Vzorky byly silně barevné, před měřením jsem je však neředila, aby nebyly výsledky zatíženy chybou

a zůstaly autentické.

Absorbanci

jsem

měřila

na

spektrofotometru v UV (200 – 400 nm) a VIS (400 – 760 nm) oblasti. Zdrojem záření pro UV oblast je deuteriová lampa, pro oblast viditelného světla je zdrojem žárovka s wolframovým vláknem. Také jsem u těchto několika disperzí proměřila velikost částic, abych zjistila jak jsou stabilní. Disperze byly měřeny v různých intervalech od doby přípravy, výsledky jsou v tabulkách a grafech u příslušných disperzí, tak aby se daly porovnat s velikostí částic v den přípravy. Většinu připravených disperzí jsem po několika dnech kontrolovala, zaznamenala jejich zabarvení a přítomnost sedimentu či zákalu (tab. 20).

3.9.12.

Všeobecné poznámky k experimentální části

Většinu připravených disperzí, jsem uchovávala v tmavých lahvičkách, dobře uzavřených, zabalených v hliníkové folii (pro minimální přístup světla) a v uzavřené skříni, pro možnost pozdějšího proměření a kontrolu vzhledu (kap. 3.9.11.)

48

4.

Tabulky a grafy 4.1.

Celkový přehled připravených disperzí stříbra změny proti základní disperzi Q

zkratka

složení disperze

VZ 1

4x vyšší koncentrace maltózy, na MM

VZ 2

glukóza jako redukční činidlo, na MM

VZ 3

glukóza jako redukční činidlo, v MV a pak na MM

VZ 4

redukce 2,5 ml Litesse® Ultra, po 8 min. (začátek reakce) přidáno 2,5 ml glukózy

VZ 5

redukce 2,5 ml Litesse® Ultra, po 15 min. (přibližně 1/3 reakce) přidáno 2,5 ml glukózy

VZ 6

redukce 2,5 ml Litesse® Ultra a 2,5 ml glukózy - směs VZ 4 a VZ 5

VZ 7

Litesse® Ultra v MV a pak na MM

VZ 8

Litesse® Ultra v MV a pak na MM (VZ 7) - horní část

VZ 9

Litesse® Ultra v MV a pak na MM (VZ 7) - dolní část po ultrazvuku

VZ 10

Litesse® Ultra na MM

VZ 11

Litesse® Ultra v poloviční koncentraci na MM

VZ 12

Litesse® Ultra v dvojnásobné koncentraci na MM

VZ 13

Litesse® Ultra bez MM

VZ 14

Litesse® Ultra na MM - reprodukce 1

VZ 15


VZ 16


VZ 17


VZ 18

Litesse® Ultra na MM - směs reprodukcí 3+4

VZ 19


VZ 20

maltóza na MM

49

VZ 21


VZ 22

Litesse® Two na MM

VZ 23

maltózou v MV a na MM

VZ 24

Litesse® Ultra v MV a na MM

VZ 25

Litesse® Two v MV a na MM

VZ 26

PVA-I na MM a v MV

VZ 27

PVA-II na MM a v MV

VZ 28

PVA-III na MM a v MV

VZ 29

opakování VZ 26 (PVA-I) jen v MV

VZ 30

opakování VZ 27 (PVA-II) jen v MV

VZ 31

PVA-IV jen v MV

VZ 32

PVA-V jen v MV

VZ 33

PVA-I a Litesse® Ultra na MM

VZ 34

PVA-I a Litesse® Ultra jen v MV

VZ 35

PVA-II a Litesse® Ultra na MM

VZ 36

jen PVA-I bez Litesse® Ultra v MV (koncentrace red. činidla 0,5 %)

VZ 37

kukuřičný škrob

VZ 38

amarantový škrob

VZ 39

rýžový škrob

VZ 40

opakování VZ 39 (rýžový škrob)

VZ 41

rýžový škrob v koncentraci 0,5 %

VZ 42

PVA-I a Litesse® Ultra bez MM

VZ 43

PVA-II a Litesse® Ultra bez MM

VZ 44

PVA-I a Litesse® Ultra (red. činidlo zahřáté na 85 °C) bez MM

50

VZ 45

PVA-II a Litesse® Ultra (red. činidlo zahřáté na 85 °C) bez MM

VZ 46


VZ 47

Litesse® Ultra (red. činidlo zahřáté na 85 °C) bez MM

VZ 48

opakování VZ 46 (Litesse® Ultra bez MM)

VZ 49

frakce Litesse® Ultra č.1

VZ 50


VZ 51


51

4.2.

Charakteristiky velikostí částic stříbra v disperzích

Tab. 1: Nanočástice připravené redukcí komplexu stříbra pomocí sacharidů maltózy, glukózy a Litesse® Ultra (kap. 3.9.1. a kap. 3.9.2.) zkratka

složení disperze

VZ 1

4x vyšší koncentrace maltózy, na MM

měřeno v den přípravy v den přípravy

VZ 2

glukóza jako redukční činidlo, na MM

VZ 3

glukóza jako redukční činidlo, v MV a pak na MM

v den přípravy

VZ 4

redukce 2,5 ml Litesse® Ultra, po 8 min. (začátek reakce) přidáno 2,5 ml glukózy

v den přípravy

VZ 5 VZ 6

redukce 2,5 ml Litesse® Ultra, po 15 min. (přibližně 1/3 reakce) přidáno 2,5 ml glukózy redukce 2,5 ml Litesse® Ultra a 2,5 ml glukózy - směs VZ 4 a VZ 5

po 15 dnech

v den přípravy po 7 dnech

modus INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT

P1 (nm) 62,22 32,32 67,15 39,85 482,50 685,00 103,70 11,73 46,71 35,20 42,80

P2 (nm) 1414,00 1707,00 ----98,13 64,95 12,91 ---------

P3 (nm) --------16,59 13,76 -----------

P1 (%) 91 96 100 100 61 9 82 100 100 100 100

P2 (%) 8 3 ----34 7 17 ---------

P3 (%) --------4 83 -----------

PI 0,352 0,352 0,233 0,233 0,758 0,758 0,544 0,544 0,138 0,138 0,115

VOL

33,35

---

---

100

---

---

0,115

INT VOL

58,91 30,84

1493,00 1780,00

-----

95 98

4 1

-----

0,268 0,268

52

Tab. 2: Litesse® Ultra jako redukční činidlo (kap. 3.9.2.) zkratka

složení disperze

VZ 7

Litesse® Ultra v MV a pak na MM

VZ 8 VZ 9

Litesse® Ultra v MV a pak na MM (VZ 7) - horní část Litesse® Ultra v MV a pak na MM (VZ 7) - dolní část po ultrazvuku

VZ 10


VZ 11

Litesse® Ultra v poloviční koncentraci na MM

VZ 12

Litesse® Ultra v dvojnásobné koncentraci na MM

VZ 13


měřeno v den přípravy po 14 dnech po 8 dnech po 8 dnech v den přípravy po 8 dnech po 14 dnech v den přípravy po 14 dnech v den přípravy po 14 dnech v den přípravy

modus INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL

P1 (nm) 35,01 20,19 74,83 4,64 40,68 1,45 46,58 15,05 29,76 23,23 29,92 22,70 41,65 24,95 32,57 25,55 33,40 24,46 35,59 27,39 38,18 27,96 37,21 27,90

P2 (nm) 4,31 3,66 ----4,60 3,62 ------------905,50 1172,00 ---------------------

P3 (nm) ----------18,54 -------------------------------------

P1 (%) 93 5 99 100 96 64 100 100 100 100 100 100 87 98 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

P2 (%) 6 94 ----3 30 ------------12 1 ---------------------

P3 (%) ----------4 -------------------------------------

PI 0,360 0,360 0,433 0,433 0,259 0,259 0,440 0,440 0,107 0,107 0,121 0,121 0,327 0,327 0,109 0,109 0,156 0,156 0,136 0,136 0,145 0,145 0,130 0,130

53

Tab. 3: Reprodukce úspěšného vzorku VZ 10, vliv jednotlivých složek při přípravě na velikost částic, příprava pouze na MM (kap. 3.9.3.) zkratka

složení disperze

měřeno v den přípravy

VZ 14


VZ 15


v den přípravy

VZ 16


v den přípravy

VZ 17


v den přípravy

VZ 18

Litesse® Ultra na MM – směs reprodukcí 3+4

po 7 dnech

VZ 19


v den přípravy

modus INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL

P1 (nm) 49,84 33,09 53,10 32,34 40,67 30,35 43,72 35,03 65,98 32,59 33,66 27,42

P2 (nm) 441,70 577,90 ---------------------

P1 (%) 67 95 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

P2 (%) 32 4 ---------------------

PI 0,433 0,433 0,246 0,246 0,155 0,155 0,128 0,128 0,260 0,260 0,090 0,090

54

Tab. 4: Redukce komplexu stříbra maltózou, Litesse® Ultra a Litesse® Two za použití MM a MV (kap. 3.9.4.) zkratka

složení disperze

VZ 20

maltóza na MM

VZ 21


měřeno v den přípravy v den přípravy v den přípravy

VZ 22

Litesse® Two na MM

VZ 23

maltóza v MV a na MM

v den přípravy

VZ 24

Litesse® Ultra v MV a na MM

v den přípravy

VZ 25

Litesse® Two v MV a na MM

po 9 dnech


modus INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL

P1 (nm) 9,99 6,63 5,79 4,86 3,47 2,77 4,68 3,06 11,17 1,76 5,80 2,71 3,77 2,90 4,60 2,90

P2 (nm) ------------24,15 --1,61 --2143,00 --47,74 --23,16 ---

P1 (%) 100 100 100 100 100 100 59 100 91 100 97 99 82 99 61 100

P2 (%) ------------40 --8 --2 --17 --38 ---

PI 0,174 0,174 0,092 0,092 0,223 0,223 0,417 0,417 0,466 0,466 0,338 0,338 0,357 0,357 0,432 0,432

55

Tab. 5: Redukce různými druhy PVA (s různou molární hmotností a stupněm hydrolýzy) v koncentraci 1,8% (kap. 3.9.5.) zkratka

složení disperze


VZ 26

PVA-I na MM a v MV

VZ 27

PVA-II na MM a v MV

v den přípravy

VZ 28

PVA-III na MM a v MV

v den přípravy

VZ 29

opakování VZ 26 (PVA-I) jen v MV

v den přípravy v den přípravy

VZ 30

opakování VZ 27 (PVA-II) jen v MV

VZ 31

PVA-IV jen v MV

v den přípravy

VZ 32

PVA-V jen v MV

v den přípravy

po 7 dnech

modus INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL

P1 (nm) 36,23 22,90 14,00 8,30 14,45 8,88 18,12 10,47 13,78 7,70 33,32 18,77 13,11 8,10 13,27 7,20

P2 (nm) ----2,00 1,90 ----3,20 2,80 1,44 1,30 5,34 4,60 ----1,80 1,50

P1 (%) 100 100 87 6 100 100 96 30 93 4 95 17 100 100 89 4

P2 (%) ----12 93 ----3 69 6 95 4 82 ----10 95

PI 0,235 0,235 0,307 0,307 0,255 0,255 0,207 0,207 0,324 0,324 0,264 0,264 0,279 0,279 0,324 0,324

56

Tab. 6: Redukční směs složená z různých druhů polymerů PVA (0,5%) a Litesse® Ultra (1,8%), celková koncentrace redukčního činidla 2,3% (kromě VZ 36), (kap. 3.9.6.) zkratka

složení disperze

VZ 33

PVA-I a Litesse® Ultra na MM

měřeno v den přípravy po 8 dnech

VZ 34

PVA-I a Litesse® Ultra jen v MV

v den přípravy

VZ 35

PVA-II a Litesse® Ultra na MM

v den přípravy

VZ 36

jen PVA-I bez Litesse® Ultra v MV (koncentrace red. činidla 0,5 %)


modus INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL

P1 (nm) 6,17 5,14 9,30 6,00 10,05 5,70 6,90 5,90 15,70 10,80 18,08 13,08

P2 (nm) -------------------------

P1 (%) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

P2 (%) -------------------------

PI 0,107 0,107 0,173 0,173 0,291 0,291 0,097 0,097 0,156 0,156 0,136 0,136

57

Tab. 7: Škroby jako redukční činidla v koncentraci 1,8% (kromě VZ 41), průběh redukce pouze v MV (kap. 3.9.7.) zkratka

složení disperze

VZ 37

kukuřičný škrob

VZ 38

amarantový škrob

v den přípravy

VZ 39

rýžový škrob

v den přípravy

VZ 40

opakování VZ 39 (rýžový škrob)

v den přípravy

VZ 41

rýžový škrob v koncentraci 0,5%



modus INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT

P1 (nm) 1592,00 3,50 212,00 7,00 1414,00 9,66 14,70 7,40 10,90 7,50 17,64

P2 (nm) 21,07 15,00 7,20 --102,00 --344,50 --343,40 --1838,00

P3 (nm) 84,12 ------11,22 --2222,00 --85,00 --101,00

P1 (%) 37 96 92 99 48 99 39 99 65 99 75

P2 (%) 35 3 7 --30 --37 --22 --16

P3 (%) 17 ------21 --23 --12 --4

PI 0,680 0,680 0,544 0,544 1,000 1,000 0,819 0,819 0,402 0,402 0,346

VOL

1,89

7,87

---

85

14

---

0,346

58

Tab. 8: Redukce komplexu stříbra roztoky různých druhů polymerů PVA (0,5%) a Litesse® Ultra (1,3%), celková koncentrace redukčního činidla byla 1,8%, průběh reakcí staticky (kap. 3.9.8.) zkratka

složení disperze


VZ 42

PVA-I a Litesse® Ultra bez MM

VZ 43

PVA-II a Litesse® Ultra bez MM

v den přípravy

VZ 44

PVA-I a Litesse® Ultra (red. činidlo zahřáté na 85 °C) bez MM

v den přípravy

VZ 45

PVA-II a Litesse® Ultra (red. činidlo zahřáté na 85 °C) bez MM

v den přípravy

po 6 dnech

modus INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL

P1 (nm) 6,00 5,00 6,04 5,10 6,00 5,00 5,90 4,90 5,70 4,80

P2 (nm) ---------------------

P1 (%) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

P2 (%) ---------------------

PI 0,084 0,084 0,073 0,073 0,081 0,081 0,088 0,088 0,078 0,078

59

Tab. 9: Redukce pouze pomocí Litesse® Ultra v koncentraci 1,8%, průběh reakcí staticky (kap. 3.9.9.) zkratka

složení disperze

VZ 46


VZ 47

Litesse® Ultra (red. činidlo zahřáté na 85 °C) bez MM

VZ 48

opakování VZ 46 (Litesse® Ultra bez MM)

měřeno v den přípravy v den přípravy v den přípravy po 6 dnech

modus INT VOL INT VOL INT VOL INT VOL

P1 (nm) 45,00 6,41 5,40 4,60 5,60 4,60 5,76 4,77

P2 (nm) 8,00 ---------------

P1 (%) 65 100 100 100 100 100 100 100

P2 (%) 34 ---------------

PI 0,491 0,491 0,082 0,082 0,074 0,074 0,091 0,091

60

Tab. 10: Použití jednotlivých vybraných frakcí Litesse® Ultra v koncentraci 1,8% k redukci komplexu stříbra s amoniakem, průběh všech reakcí na magnetické míchačce (kap. 3.9.10.) zkratka

složení disperze


VZ 49


VZ 50


v den přípravy

VZ 51


v den přípravy

modus INT VOL INT VOL INT VOL

P1 (nm) 6,65 5,10 6,44 4,98 5,24 4,40

P2 (nm) --------165,70 ---

P1 (%) 100 100 100 100 90 99

P2 (%) --------9 ---

PI 0,150 0,150 0,149 0,149 0,333 0,333

Tab. 11: pH vybraných vzorků (kap. 3.9.11.) zkratka

VZ 22

VZ 25

VZ 30

VZ 33

VZ 36

VZ 41

VZ 42

VZ 48

pH

9,30

8,80

5,80

6,60

5,20

11,50

9,40

11,30

61

Tab. 12: Absorbance VZ 22 (kap. 3.9.11.) λ [nm] A

350 360 365 370 373 375 380 385 390 400 410 420 430 440 450 475 500 3,204 3,486 3,497 3,495 2,512 2,557 2,625 2,702 2,743 2,785 2,763 2,780 2,738 2,802 2,783 1,526 0,795

Obr. 5: Absorbance VZ 22 4,000 3,500 3,000

A

2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 300

350

400

450

500

550

λ [nm]


350 355 360 362 365 367 370 375 380 390 400 410 420 430 450 500 2,824 3,194 3,372 3,423 3,460 3,442 3,437 2,525 2,609 2,717 2,767 2,753 2,782 2,666 2,393 0,821


A

2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 300

350

400

450

500

550

λ [nm]

62


350 360 365 367 370 372 375 380 390 400 410 430 450 500 2,798 3,352 3,394 3,446 3,425 2,488 2,539 2,619 2,733 2,778 2,758 2,733 2,817 0,786


A

2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 300

350

400

450

500

550

λ [nm]


350 355 360 365 370 380 390 400 410 420 430 435 440 450 500 550 0,327 0,331 0,447 0,377 0,379 0,450 0,497 0,546 0,613 0,655 0,665 0,656 0,644 0,600 0,445 0,402

Obr. 8: Absorbance VZ 30 0,700 0,600 0,500 A

0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 300

350

400

450

500

550

600

λ [nm]

63


350 360 365 368 370 372 375 380 390 400 410 420 450 460 470 500 2,630 3,291 3,382 3,427 3,428 2,480 2,537 2,629 2,726 2,782 2,766 2,799 2,815 2,715 1,995 0,762


A

2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 300

350

400

450

500

550

λ [nm]


350 360 363 365 367 370 375 380 390 400 410 420 450 470 500 2,645 3,309 3,344 3,408 3,386 3,346 2,519 2,616 2,714 2,766 2,756 2,783 2,764 1,733 0,682


A

2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 300

350

400

450

500

550

λ [nm]

64


350 360 365 368 370 372 375 380 390 400 410 420 435 450 460 475 500 525 550 2,041 2,685 2,997 3,075 3,117 2,501 2,554 2,645 2,760 2,805 2,785 2,786 2,922 2,992 2,983 2,616 1,125 0,654 0,430

Obr. 11: Absorbance VZ 41 3,500 3,000 2,500 A

2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 300

350

400

450

500

550

600

λ [nm]


350 360 363 365 367 370 375 380 390 400 410 420 430 440 450 460 475 500 550 2,408 3,191 3,323 3,345 3,385 3,381 2,462 2,616 2,722 2,778 2,761 2,803 2,840 2,916 2,961 2,941 2,061 1,029 0,407


A

2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 300

350

400

450

500

550

600

λ [nm]

65

Tab. 20: Barva a sediment některých vzorků, počet křížků znázorňuje podíl sedimentu (kap. 3.9.11.) zkratka

zabarvení

sediment

zkratka

zabarvení

Sediment

VZ 20

šedo-žluto-zelené

++

VZ 35

žluto-oranžové

---

VZ 21

žluto-oranžové

---

VZ 36

zeleno-žluto-oranžové

---

VZ 22

žluto-oranžové

---

VZ 37


++

VZ 23

šedo-žluto-zelené

++

VZ 38

žluto-oranžové

+

VZ 24

žluto-oranžové

+

VZ 39


++

VZ 25

bezbarvé

---

VZ 40


++

VZ 26

slabě žluté

+

VZ 41


++

VZ 27

tmavě hnědo-šedé

++

VZ 42

žluto-oranžové

---

VZ 28


++

VZ 43

žluto-oranžové

---

VZ 29


+

VZ 44

žluto-oranžové

---

VZ 30

slabě žluté

+++

VZ 45

žluto-oranžové

---

VZ 31


+

VZ 46

zeleno-žluté

+++

VZ 32

tmavě hnědo-šedé

+++

VZ 47

žluto-oranžové

---

VZ 33

žluto-oranžové

---

VZ 48

žluto-oranžové

---

VZ 34

tmavě šedo-černé

nelze určit

66

Obr. 13: Nanodisperze stříbra připravená redukcí glukózou na magnetické míchačce, 15 dní po přípravě (VZ 2) Size Distribution by Intensity

Size Distribution by Volume 20

Volume (%)

Intensity (%)

6

4

2

15 10 5

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

0 0.1

1000

― VZ 2

1

10

100

1000

― VZ 2

Diameter (nm)

Obr. 14: Nanodisperze stříbra připravená redukcí glukózou v mikrovlnné troubě a na magnetické míchačce (VZ 3) Size Distribution by Volume 25

6

20 Volume (%)

Intensity (%)

Size Distribution by Intensity 8

4 2

15 10 5

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

― VZ 3

100

1000

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

1000

― VZ 3

67

Obr. 15: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Ultra v mikrovlnné troubě a na magnetické míchačce (VZ 7) Size Distribution by Intensity

Size Distribution by Volume 25 20

10

Volume (%)

Intensity (%)

15

5

15 10 5

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

0 0.1

1000

― VZ 7

1

10

100

1000

Diameter (nm)

― VZ 7

Diameter (nm)

Obr. 16: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Ultra v mikrovlnné troubě a na magnetické míchačce, 14 dní po přípravě (VZ 7) Size Distribution by Volume 20

6

15

Volume (%)

Intensity (%)


4 2

10 5

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

― VZ 7

100

1000

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

1000

― VZ 7

68

Obr. 17: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Ultra v mikrovlnné troubě a na magnetické míchačce (VZ 7) – z něj odebrán po 8 dnech od hladiny vzorek (VZ 8) Size Distribution by Intensity


8

Volume (%)

Intensity (%)

10

6 4 2 0 0.1

15 10 5

1

Diameter (nm)

10

100

1000

0 0.1

― VZ 8

1

10

100

1000

Diameter (nm)

― VZ 8

Diameter (nm)

Obr. 18: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Ultra v mikrovlnné troubě a na magnetické míchačce (VZ 7) – z něj odebrán po 8 dnech ode dna vzorek a promíchán v ultrazvukové lázni (VZ 9) Size Distribution by Intensity


8

Volume (%)

Intensity (%)

10

6 4 2 0 0.1

1

Diameter (nm)

10

― VZ 9

100

1000

10

5

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

1000

― VZ 9

69

Obr. 19: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Ultra na magnetické míchačce, vzorek uchováván 14 dní (VZ 10) Size Distribution by Volume 20

10

15

Volume (%)

Intensity (%)


5

10 5

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

0 0.1

1000

― VZ 10

1

10

100

1000

Diameter (nm)

― VZ 10

Diameter (nm)

Obr. 20: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Ultra v poloviční koncentraci na magnetické míchačce, 14 dní po přípravě (VZ 11) Size Distribution by Volume 20

15

15

Volume (%)

Intensity (%)


10 5

10 5

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

― VZ 11

100

1000

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

1000

Diameter (nm)

― VZ 11

70

Obr. 21: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Ultra na magnetické míchačce (VZ 21) Size Distribution by Intensity


20

20 Volume (%)

15 10 5 0 0.1

1

10

Diameter (nm)

100

15 10 5

1000

― VZ 21

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 21

100

1000

Obr. 22: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Two na magnetické míchačce (VZ 22) Size Distribution by Intensity

Size Distribution by Volume

20

25

15

20 Volume (%)

Intensity (%)

Intensity (%)

25

10 5 0 0.1

1

Diameter (nm)

10

― VZ 22

100

1000

15 10 5 0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 22

100

1000

71

Obr. 23: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Two na magnetické míchačce, 9 dní po přípravě (VZ 22) Size Distribution by Intensity


6

Volume (%)

Intensity (%)

8

4 2 0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

1000

15 10 5

― VZ 22 0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

1000

― VZ 22

Obr. 24: Nanodisperze stříbra připravená redukcí maltózou v mikrovlnné troubě a na magnetické míchačce (VZ 23) Size Distribution by Intensity


8

20

6

Volume (%)

Intensity (%)

10

4 2 0 0.1

1

Diameter (nm)

10

― VZ 23

100

1000

15 10 5 0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 23

100

1000

72

Obr. 25: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Ultra v mikrovlnné troubě a na magnetické míchačce (VZ 24) Size Distribution by Intensity


10

5

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

100

1000

10000

― VZ 24

Volume (%)

Intensity (%)

15

10

5

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 24

100

1000

Obr. 26: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Two v mikrovlnné troubě a na magnetické míchačce (VZ 25) Size Distribution by Intensity


10

Volume (%)

Intensity (%)

15

5

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

― VZ 25

100

1000

15 10 5 0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 25

100

1000

73

Obr. 27: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Two v mikrovlnné troubě a na magnetické míchačce, 9 dní po přípravě (VZ 25) Size Distribution by Intensity


6

Volume (%)

Intensity (%)

8

4 2 0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

15 10 5

1000

― VZ 25

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 25

100

1000

Obr. 28: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polymerem polyvinylalkoholem-I, mícháno magnetickou míchačkou a pokračováno v mikrovlnné troubě (VZ 26) Size Distribution by Volume 20

10

15

Volume (%)

Intensity (%)


5

0 0.1

10 5

1

Diameter (nm)

10

― VZ 26

100

1000

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

―VZ26

100

1000

74

Obr. 29: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polymerem polyvinylalkoholem-I pouze v mikrovlnné troubě (opakování VZ 26 jen v mikrovlnné troubě) (VZ 29) Size Distribution by Volume 20

10

15

Volume (%)

Intensity (%)


5

0 0.1

10 5

1

Diameter (nm)

10

100

1000

― VZ 29

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 29

100

1000

Obr. 30: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polymerem polyvinylalkoholem-II pouze v mikrovlnné troubě (opakování VZ 27 jen v mikrovlnné troubě) (VZ 30) Size Distribution by Intensity


10

Volume (%)

Intensity (%)

15

5

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

― VZ 30

100

20

10

1000

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 30

100

1000

75

Obr. 31: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polymerem polyvinylalkoholem-II pouze v mikrovlnné troubě (opakování VZ 27 jen v mikrovlnné troubě), 7 dní po přípravě (VZ 30) Size Distribution by Intensity


10

Volume (%)

Intensity (%)

15

5

0 0.1

1

10

100

10 5

1000

― VZ 30

Diameter (nm)

15

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 30

100

1000

100

1000

Obr. 32: Nanodisperze stříbra připravená redukcí kukuřičným škrobem (VZ 37) Size Distribution by Intensity


6

Volume (%)

Intensity (%)

8

4 2 0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

― VZ 37

1000

10000

15 10 5 0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 37

76

Obr. 33: Nanodisperze stříbra připravená redukcí amarantovým škrobem (VZ 38) Size Distribution by Intensity


20 15

Volume (%)

Intensity (%)

25

10 5 0 0.1

1

10

100

20 10

1000

― VZ 38

Diameter (nm)

30

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 38

100

1000

100

1000

Obr. 34: Nanodisperze stříbra připravená redukcí rýžovým škrobem (VZ 39) Size Distribution by Intensity


8

Volume (%)

Intensity (%)

10

6 4 2 0 0.1

1

Diameter (nm)

10

100

― VZ 39

1000

10000

15 10 5 0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 39

77

Obr. 35: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Ultra, provedena bez míchání (VZ 46) Size Distribution by Intensity


Volume (%)

Intensity (%)

8 6 4 2 0 0.1

15 10 5

1

10

100

1000

0 0.1

Diameter (nm)

― VZ 46

1

10

100

1000

Diameter (nm)

― VZ 46

Obr. 36: Nanodisperze stříbra připravená redukcí polydextrózou Litesse® Ultra, redukční činidlo zahřáté na 85 °C, provedena bez míchání (VZ 47) Size Distribution by Intensity


25

Volume (%)

Intensity (%)

20 20 15 10 5 0 0.1

15 10 5

1

Diameter (nm)

10

― VZ 47

100

1000

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 47

100

1000

78

Obr. 37: Nanodisperze stříbra připravená redukcí rýžovým škrobem, opakování VZ 39 (VZ 40) Size Distribution by Intensity


6

Volume (%)

Intensity (%)

8

4 2 0 0.1

1

10

Diameter (nm)

100

1000

15 10 5

10000

― VZ 40

0 0.1

1

10

Diameter (nm)

― VZ 40

100

1000

100

1000

Obr. 38: Nanodisperze stříbra připravená redukcí rýžovým škrobem v koncentraci 0,5% (VZ 41) Size Distribution by Intensity


8

Volume (%)

Intensity (%)

10

6 4 2 0 0.1

15 10 5

1

Diameter (nm)

10

― VZ 41

100

1000

0 0.1

1

Diameter (nm)

10

― VZ 41

79

Obr. 39: Nanodisperze stříbra připravená redukcí rýžovým škrobem v koncentraci 0,5%, 5 dní po přípravě (VZ 41) Size Distribution by Intensity


6

Volume (%)

Intensity (%)

8

4 2 0 0.1

1

10

100

1000

10000

15 10 5

Diameter (nm)

― VZ 41

0 0.1

1

10

100

1000

Diameter (nm)

― VZ 41

80

5.

Diskuze 5.1.

K cílům rigorózní práce

Předložená práce je přímým pokračováním diplomové práce, která za využití Tollensovy metody redukce roztoků stříbrných iontů měla dva cíle. Jedním cílem byla příprava co nejmenších nanočástic, druhým bylo hledání možností kontrolovat přípravu nanočástic tak, aby byly připraveny nanočástice požadované velikosti. První z cílů diplomové práce byl dosažen. Pomocí mikrovlnného ohřevu v přítomnosti redukující látky byly získány velmi malé nanočástice. Bylo také prokázáno, že použitím laurylglykosidu, klasického tenzidu

s redukujícími

vlastnostmi,

není

možno

připravit

vyhovující

nanočástice. Polymerní přísady povidon a kopovidon se jako látky vhodné k redukci velikosti nanočástic také neosvědčily. Druhým cílem, vytyčeným v diplomové práci, bylo hledat takové podmínky přípravy, které by vedly k možnosti řídit velikost nanočástic. Využití koloidního oxidu křemičitého se, ani v jeho hydrofobizované formě, neosvědčilo. Při experimentální práci se vycházelo jednak z výsledků publikovaných v odborném tisku, jednak z empirických předpokladů. Základním postupem, z něhož se v této práci vycházelo, byl postup optimalizovaný a publikovaný L. Kvítkem a kol.40, který s úspěchem využíval maltózu jako redukční činidlo. Pro kvalitativní hodnocení připravených nanodisperzí byl v rámci diplomové práce pokládán za standard komerční produkt Ag 100 koloidní stříbro, u kterého byla naměřena hodnota intenzitního průměru 113 nm a z něho byla pomocí přístrojového software vypočtena hodnota objemového průměru 110 nm. Mechanismus protimikrobního působení koloidního stříbra není dostatečně znám. Traduje se logický předpoklad, že účinnost koloidního stříbra se, snižováním velikosti nanočástic při dané koncentraci, zvyšuje. Uvedená souvislost nebyla systematicky vedeným experimentem potvrzena, natož kvantifikována. Pro realizaci takového pokusu je nutnou podmínkou příprava

81

vycházející z řady systémů stejného kvalitativního složení lišící se buď poměrem složek, nebo ještě lépe modifikací postupů přípravy danou jinými mechanickými nebo fyzikálními parametry systémů. V rámci předložené rigorózní práce byly vytyčeny dva cíle. Jedním byla opakovaná snaha připravit co nejmenší nanočástice, druhým cílem bylo získání kvalitních vysoce disperzních nanosystémů s dostatečnou reprodukovatelností postupů přípravy a s dostatečnou stabilitou.

5.2.

Vliv mikrovlnného záření na velikost nanočástic stříbra

Uvedený vliv zahrnuje nejen intenzivní pohyb jednotlivých molekul a iontů, ale také vliv zvyšování teploty celého systému a zvláště vysoké teploty nově vznikajících krystalických nukleí (jader) stříbra. Intenzita působení mikrovln a teplota byla v diplomové práci regulována použitím vodní lázně, která podle množství vody v ní obsažené absorbovala určitý díl energie vyzařované ze zdroje. Bylo prokázáno, že se snižováním podílu vody ve vodní lázni, pohlcující část energie vlnění, se velikost nanočástic stříbra snižovala. Jako nevhodné bylo nízkoenergetické mikrovlnění, po zvýšení příkonu energie do systému byla prokázána unimodální distribuce velikosti nanočástic. Mikrovlnění bylo prokázáno jako velmi významný faktor ovlivňující vznik nanočástic stříbra patrně již ve fázi nukleace. Fáze růstu je ovlivněna pravděpodobně také termickým pohybem v disperzním prostředí a vysokou teplotou kovových nanočástic. V diplomové práci bylo konstatováno, že příprava nanočástic stříbra Tollensovou metodou v podmínkách intenzivního pohybu hmotných částic je problematika nová a zajímavá pro další studium. Výhodou tohoto postupu je získání velké frakce velmi malých nanočástic, jeho nevýhodou je vyšší polydisperzita velikosti. Zvýšená polydisperzita může být zdrojem termodynamické nestability systému.

82

5.3.

Vliv polyvinylalkoholu hydrolýzou

připraveného

parciální

Adsorpční polymery rozpuštěné v reakční soustavě mohou modifikovat průběh vzniku nanočástic a tak mohou měnit nejen jejich velikost, ale také i jejich tvar. Jako zajímavý polymer z tohoto hlediska se jevil polyvinylalkohol (PVA). Bylo použito 5 vzorků tohoto polymeru. Použité polymery měly stupeň zmýdelnění 80 % až 89 %. Proto byly výrazně povrchově aktivní. Lišily se molekulovou hmotností. Byly použity v jednotné koncentraci 1,8 %. Vzorky nanočástic stříbra připravené redukcí PVA jsou v tabulce 5 pod pořadovými čísly 26 až 32. Celkově je možno zhodnotit vliv PVA na proces přípravy nanočástic velmi pozitivně. Byly získány velmi malé nanočástice. Vzorky 26 až 28 byly připraveny mícháním na magnetické míchačce. Fáze růstu nanočástic byla dokončena v mikrovlnné troubě. Porovnáním vzorku 27 a 30 je možno dojít k názoru o pozitivním vlivu mikrovlnného záření ve fázi nukleace částic. Fáze je urychlena intenzívním mechanokinetickým i termokinetickým působením prostředí. Působením intenzivně rozkmitaného prostředí se tvoří malá frakce nanočástic velikosti těsně nad 1 nm (VZ 30). PVA nezabrání růstu nanočástic při jejich skladování. Není známo, jestli k němu dochází agregací nebo Ostwaldovým zráním. I v přítomnosti vysokomolekulárního vzorku PVA-III (Mr 130 000) byly získány v první fázi velmi malé nanočástice s objemovým průměrem okolo 9 nm (VZ 28). V mikrovlnném poli nebyl prokázán vliv molekulové hmotnosti PVA při jeho prakticky stejném stupni hydrolýzy. Snížení koncentrace PVA-I o více než dvě třetiny (0,5 % - VZ 36 v tab. 6) nemělo na velikost nanočástic vliv.

5.4.

Monomerní a oligomerní cukry jako redukční činidla

Vypracování metody přípravy nanočástic stříbra redukcí roztoku jeho soli realizovaná kolektivem vedeným Dr. L. Kvítkem z UP Olomouc vyústila

83

v doporučení maltózy jako nejúčinnějšího nalezeného činidla. V diplomové práci byla metoda ověřena jako optimalizovaná a využita k dalšímu studiu přípravy nanočástic. Vzorek č. 20 v tabulce 4 potvrzuje kvalitní produkt, intenzitní průměr nanočástic byl 10 nm, objemový 7 nm. Změna z míchání na magnetické míchačce na mikrovlnné ozařování měla důsledek ve zmenšení nanočástic. Objemový průměr byl necelé 2 nm (vzorek 23). Zvýšila se i polydisperzita existencí druhé frakce částic se středním rozměrem okolo 11 nm. Byla vyzkoušena čtyřnásobná koncentrace této maltosy (VZ 1). Jak je v tabulce 1 uvedeno, tato změna se projevila jako nevhodná. Byla získána frakce mikročástic větších než 1 µm. Redukcí stříbrné soli glukózou byly připraveny nanočástice, které měly horší velikostní parametry než analogickým postupem připravené nanočástice pomocí maltózy (VZ 2). Po dvoutýdenním uchovávání došlo k výraznému vzrůstu velikostních parametrů nanočástic včetně jejich polydisperzity. Redukcí glukózou v mikrovlnné troubě byly připraveny menší mikročástice, avšak velmi polydisperzní (VZ 3, tab. 1). Litesse®

je

oligosacharid

složený

z

12

glukózových

jednotek.

Polykondenzát obsahuje 10 % sorbitolu integrovaného do sloučeniny glykosidickými vazbami a stopy esterifikované kyseliny citronové. V rigorózní práci bylo prokázáno použití tohoto sacharidu jako velmi vhodné, byly získány velmi malé nanočástice. V tabulce 1 jsou velikostní parametry nanočástic připravených na magnetické míchačce redukcí Litesse® Ultra s následným přidáním glukózy. Bylo prokázáno, že postup vedl k velmi nízké polydisperzitě velikosti částic, časový interval přidání glukózy se neprojevil jako příliš významný parametr. Současné působení obou sacharidů na začátku reakce (VZ 4) mělo prakticky stejný efekt jako sekvenční popsané u vzorku 5. Po 7 dnech uchovávání byla prokázána frakce mikročástic s rozměrem kolem 1,5 µm (VZ 6 v tab. 1).

84

5.5.

Polydextróza Litesse® 5.5.1.

Typ oligomerního polysacharidu

O rozdílech mezi typy Litesse® Two a Litesse® Ultra bylo zjištěno velmi málo údajů. Oba běžně používané druhy polysacharidů oligomerního typu mají patrně velmi podobnou strukturu. Litesse® Two je druhým vývojovým typem, Litesse® Ultra je vyšším, třetím a zatím posledním typem. Firma Danisco jako výrobce zveřejnila dva rozdílné parametry. Jedním je nižší acidita roztoků Litesse® Ultra, což znamená, že obsahuje nižší podíl kyseliny citrónové. Druhou odlišností je informace, že Litesse® Ultra nevstupuje do Maillardovy reakce, nemá tedy natolik výrazné redukční vlastnosti, aby reagovala s aminy na hnědě zbarvené produkty, což je zvláště významné při využití v potravinářském průmyslu Oba typy polydextrózy byly vyzkoušeny při přípravě koloidního stříbra. V tabulce 4 jsou naměřené hodnoty velikostních parametrů nanočástic připravených za pomocí obou polydextróz a maltózy. Vzorek označený číselným údajem 22 byl připraven pomocí Litesse® Two standardním postupem za míchání magnetickou míchačkou. Byly získány mimořádně malé nanočástice (intenzitní průměr 3,5 nm). Po 9 dnech jejich uchovávání byla prokázána další frakce v intenzitním průměru, zákonitě se také zvýšila polydisperzita. Nanočástice připravené redukcí Litesse® Ultra měly objemový průměr 5 nm. Jako velmi pozitivní skutečnost hodnotíme mimořádně nízkou polydisperzitu charakterizovanou indexem 0,092. Nanočástice připravené pomocí maltózy měly také velmi dobré parametry, jejich velikost a polydisperzita byly vyšší než u Litesse® Ultra. Jak je vidět v tab. 4, při přípravě analogických vzorků postupem lišícím se použitím mikrovlnění byly získány také velmi malé nanočástice, zvláště pomocí redukce maltózou, nevýhodný byl vyšší stupeň polydisperzity. Frakce mikročástic ve vzorku 24 je podle našeho názoru mechanická cizorodá nečistota.

85

Postupnou frakcionací lihem by měly být získány vzorky polydextrózy, které mají klesající hydrofilní vlastnosti. Jak je patrné z tabulky 10 uvedený faktor se z hlediska vlivu na velikost nanočástic, u frakcí č. 1 a 3, neprojevil. U frakce 4 se patrně jedná o stopový obsah mechnických nečistot pocházejících z rozpouštědel a nádob použitých při frakcionaci. Robustnost působení oligosacharidu při redukci stříbrných iontů byla vyzkoušena změnou její koncentrace na dvojnásobek a na polovinu. V tabulce 2 jsou vzorky č. 10, 11 a 12. Jako pozitivní výsledek je možno hodnotit relativní stálost velikostních parametrů při takto velkých změnách koncentrace Litesse® Ultra. Zvýšení koncentrace redukčního agens vede spíše k získání větších nanočástic, závratně se však jejich velikost nemění. Co bylo naopak velice dobře pozorovatelné, byla rychlost vzniku částic koloidního stříbra v závislosti na přítomnosti Litesse® Ultra. Ta snižovala rychlost vzniku všech disperzí připravovaných na MM, bylo nutné čekat až 50 minut. Rychlost se lišila i s koncentrací, čím byla nižší v porovnání s maltózou, tím byla reakce pomalejší. Disperze zůstavaly dlouho čiré. U disperzí připravených v MV troubě a pak na MM (VZ 7) už takové zpoždění pozorováno nebylo. Nanočástice vzorků 10 až 12 byly sledovány z hlediska jejich velikosti při jejich uchovávání ve tmě při obyčejné teplotě. Bylo prokázáno, že se velikost nanočástic nemění s výjimkou vzorku č. 10, u něhož bylo prokázáno malé množství částic velikosti kolem 1 µm (tab. 2).

5.5.2.

Vliv mikrovlnného záření

V tabulce 2 jsou charakterizované další vzorky připravené redukcí oligosacharidem Litesse® Ultra. Extrémně malé nanočástice byly připraveny spojením principu mikrovlnění s předpokládanou alkalickou hydrolýzou oligosacharidu patrně facilitovanou mikrovlněním. Převládala objemová frakce kolem 4 nm, která byla relativně stabilní po dobu dvou týdnů (VZ 7). Jako překvapivé je možno hodnotit vrstvení koloidu. Blízko hladiny byly po 8 dnech 86

stání nalezeny menší nanočástice (VZ 8) než u jeho dna (VZ 9). Vzorek odebraný u dna nádoby (VZ 9) měl v porovnání se vzorkem 7 vyšší polydisperzitu.

5.5.3.

Vliv míchání

Příprava převzatým optimalizovaným postupem na magnetické míchačce vedla k produktům, které měly velmi dobré velikostní parametry. Srovnáním reprodukovaně připravených vzorků 14 až 19 v tabulce 3 je možno dojít k závěru o standardnosti průběhu procesu přípravy. Nanočástice pěti paralelně připravených vzorků měly intenzitní průměr 33,5 až 53 nm, objemový průměr byl v rozmezí 27 až 35 nm. Po dobu jednoho týdne měly nanočástice vzorku č. 10 (tab. 2) konstantní velikost, za další týden došlo k jejich zvětšení. Příčinou může být vliv světla či kontaminace nečistotami při manipulaci se vzorkem. Dalším důležitým poznatkem je prakticky stejná velikost nanočástic připravených za podmínek konvektivního proudění na magnetické míchačce (VZ 14 až 19) a připravených bez míchání (VZ 13, v tab. 2). O nižší reprodukovatelnosti postupu svědčí rozměrové parametry vzorků č. 46 a 48 v tab. 9. Zvláště vzorek 48 vynikal velmi malými hodnotami průměrů (6 nm intenzitní a 5 nm objemový) při velmi nízké hodnotě indexu polydisperzity (0,091). Za důležitý poznatek pokládáme fakt, že zvýšení teploty redukčního činidla na 85 °C nemělo žádný vliv na velikost nanočástic.

5.6.

Směs polydextrózy Litesse® a polyvinylalkoholu

Pozitivní výsledky přípravy nanočástic stříbra pomocí polyvinylalkoholu a polydextrózy byly rozšířeny v kombinaci obou redukčních agens. Vzorky č. 33 a 35 (tabulka 6) byly získány s různými polyvinylalkoholy lišícími se stupněm

87

hydrolýzy a molekulovou hmotností. V parametrech velikostí a jejich polydisperzity nebyly významné rozdíly. U prvního vzorku (VZ 33) došlo po několika dnech ke zvýšení hodnot parametrů velikosti. To tedy znamená, že případná adsorpční vrstva nechrání nanočástice před jejich agregací. Druhou možností je postupná adsorpce PVA na nanočástice stříbra a jejich zvětšování. Po redukci směsí PVA a polydextrózy v mikrovlnném ozáření (VZ 34 v tab. 6) byly kupodivu získány větší nanočástice s vyšší polydisperzitou. V tabulce 8 jsou charakterizovány vzorky č. 42 až 45, které se vyznačují přípravou v nádobě bez míchání. Srovnáním vzorků 42 a 43 se vzorky 44 a 45 je možno konstatovat, že vliv různého PVA se neprojevil. Totéž platí i o teplotě redukčního činidla. Jeho zahřátí na 85 °C mělo stejný efekt jako jeho teplota v okolí hodnoty 23 °C. Pozoruhodná je malá velikost nanočástic s intenzitním průměrem 6 nm a objemovým průměrem 5 nm při velmi nízkém indexu polydisperzity (0,073 až 0,088).

5.7.

Škroby

Škroby byly použity ve stejné koncentraci jako polyvinylalkoholy, tedy jako 1,8 % koloidní systémy škrobu amarantového, kukuřičného a rýžového ve vodě, vzorek 41 obsahoval pouze 0,5 % disperzi rýžového škrobu. Nativní škroby byly hydrolyzovány zahřátím jednotlivých suspenzí v mikrovlnné troubě spolu s komplexem stříbra. Při zahřátí došlo k nabotnání amylopektinu, rozpuštění amylózy a k redukci soli na částice stříbra. Výsledky měření velikosti částic stříbra připravených redukcí čtyřmi různými škroby jsou v tabulce 7. Ve srovnání s roztoky polyvinylalkoholů byly získány nanočástice, které byly jednak větší a také značně polydisperzní. Ve většině případů byly získány nanočástice tří nebo vyššího počtu značně odlišných velikostí. V typickém případě se jednalo o směs mikročástic s nanočásticemi velikosti řádově ve stovkách nanometrů a nanočásticemi o velikosti několika nanometrů. Z toho 88

plynuly velmi odlišné hodnoty jednotlivých charakteristik uvedených v tabulce 7. Výrazný rozdíl mezi intenzitním průměrem a objemovým průměrem byl u nanočástic připravených redukcí stříbrné soli kukuřičným škrobem (VZ 37) a rýžovým škrobem (VZ 39 a 40). Z hlediska zastoupení částic prezentovaných objemovým průměrem byly prokázány nanočástice menší než 10 nm. Z hlediska intenzitního průměru převládaly mikročástice. Tři nebo čtyři velikostně odlišné druhy částic patrně vznikly různými mechanismy. Je možné se domnívat, že různá situace byla v postupně botnajícících mikrogelových částicích amylopektinu vznikajících z nativních zrn a jiná v postupně se zvyšující koncentraci roztoku amylózy v celém objemu systému. Na povrchu nativních zrn mohlo dojít k prvotní nukleaci, další vlna nukleace mohla probíhat v botnajících zrnech při zvyšující se teplotě při mikrovlnném ohřevu, další v interakci s molekulami amylózy působícími koloidně osmotickým tlakem uvnitř zrn a jiná fáze nukleace mohla být také na molekulách amylózy po jejich úplném rozpuštění a zvětšení náhodného klubka hydratací. Je možno také předpokládat, že pro druhou fázi procesu krystalizace, fázi růstu primárně vzniklých nukleí, byly jiné koncentrační a viskozitní podmínky uvnitř mikrogelových částic a jiné v roztoku amylózy. Jako instruktivní je možno pokládat změny intenzitní charakteristiky ve vzorcích 39, 40 a 41. Týkají se nanodisperzí připravených redukcí rýžovým škrobem. Snížením koncentrace disperze škrobu z 1,8 % na 0,5 % dojde ke vzniku vyššího podílu malých nanočástic. Po pětidenním uchovávání došlo ke změně distribuce částic. Tato změna může být ovlivněna nejen agregací a růstem nanočástic, ale také sedimentací největších mikročástic. Výše uvedenou hypotézu podporuje odlišná distribuce velikosti nanočástic stříbra připravených redukcí amarantovým škrobem. O tomto škrobu je známo, že neobsahuje amylózu vůbec, nebo ji obsahuje ve velmi malé koncentraci. Dalším specifikem je mimořádně malý rozměr nativních zrn. V mikroskopu byl ověřen údaj o jejich průměru pohybujícím se v oblasti těsně na 1 µm.

89

Nanočástice vzorku č. 38 (tab. 7) měly v intenzitní charakteristice bimodální distribuci velikosti, v objemovém vyjádření byla střední velikost pouhých 7 nm. Proto se jeví amarantový škrob jako zajímavé redukční agens pro přípravu nanočástic stříbra.

90

6.

Závěry

1. Bylo ověřeno, že příprava nanočástic stříbra Tollensovou metodou redukce stříbrných iontů pomocí maltózy je postup, který je reprodukovatelný a vede k nanočásticím, které jsou podstatně menší než jsou nanočástice naměřené v komerčně dostupném preparátu s názvem „Ag 100 koloidní stříbro“. 2. Mikrovlnění produkované běžnou mikrovlnnou troubou je vhodným opatřením k redukci velikosti nanočástic, jeho vyšší intenzita vede k menším částicím. 3. Glukóza se neprojevila jako vhodnější redukční činidlo než maltóza. 4. Polydextrosa vyráběná pod názvem Litesse® Two a Litesse® Ultra byla prokázána

jako

velmi

vhodné

redukční

činidlo

v různých

hydrodynamických režimech, v běžném při použití magnetické míchačky, při ozáření mikrovlnami, nebo i v relativně statickém postupu bez zdroje míchání. Různé frakce polydextrózy připravené postupným srážením ethanolem neměly vliv na proces přípravy nanočástic stříbra. Změna koncentrace

této

oligomerní

sloučeniny

v rozmezí

poloviny

až

dvojnásobku standardní neměla podstatný vliv na velikost nanočástic. 5. Bylo prokázáno, že polyvinylalkohol se stupněm zmýdelnění do 90 % je vhodné redukční činidlo pro přípravu nanočástic stříbra. Hodnota molekulové hmotnosti Mr v rozmezí od 9 000 do 130 000 ani více jak trojnásobné zvýšení koncentrace polymeru nemá vliv na velikost nanočástic. Mikrovlnné záření má pozitivní vliv na kvalitu produktů získaných redukcí polyvinylalkoholem. 6. Kombinace polyvinylalkoholů a polydextrózy se také osvědčila v daných souvislostech jako vhodné redukční agens stříbra. Zahřátí reakčního systému na 85 °C neovlivnilo proces nukleace a růstu nanočástic stříbra. 7. Škroby jsou velmi zajímavou skupinou polymerů redukujících stříbrné soli. Vznikají velmi polydisperzní vzorky obsahující nanočástice a mikročástice značně odlišných velikostních druhů.

91

7.

Literatura 1. Zhao, G., Stevens, S., E.: Multiple Parameters for the Comprehensive Evaluation of the Susceptibility of Escherichia coli to the Silver Ion, BioMetals 11 (1998) 28 2. Greenfield, H.: The Devil and Dr. Barnes – portrait of an American art collector, Penguin, New York, 1989 3. Pettinger, B., Picardi, G., Schuster, R., and Ertl, G.: Electrochemistry 68 (2000) 942 4. Dittrich, M. et al.: Stříbro jako mikrobiální agens (nezveřejněný rukopis literárního přehledu) 5. Fleischmann, M., Hendra, P., J., McQuillan, A., J.: Chem. Phys. Lett. 26 (1974) 163 6. Kvítek, L.: Nanotechnologie dneška – koloidní stříbro, Katedra fyzikální chemie, Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého v Olomouci, 2007, www.fch.upol.cz 7. Bragg, P., D., Rainnie, D., J.: The Effect of Silver Ions on the Respiratory Chain of Escherichia coli, Can. J. Microbiol. 20 (1974) 884 8. Yin, Y., D., Li, Z., Y., Zhong, Z., Y., Gates, B., Xia, Y., N., and Venkateswaran, S.: J. Mater. Chem. 12 (2002) 522 9. Ishikawa, M., Maruyama, Y., Ye, J., Y. and Futamata, M.: J. Biol. Phys. 28 (2002) 573 10. Henglein, A.: Ber. Bunsen – Ges. Phys. Chem. 101 (1997) 1562 11. Hall, R., E., Bender, G., Marquis, R., E.: Inhibitory and Cidal Antimicrobial Actions of Electrically Generated Silver Ions, J. Oral. Maxillofac. Surg. 45 (1987) 783 12. http://www.vitaresearch.org/history-colloidal-silver.html, Exploring the historical therapeutic uses of colloidal silver, 30. leden 2007 13. Emory, S., R., Nie, S.: J. Phys. Chem. B 102 (1998) 493

92

14. Anon.: Colloidal silver, 15. leden 2008, http://www.LaboratoriosArgenol.com/quesplataci.htm 15. Bolek, D.: Velikost a povrchový náboj oligoesterových nanočástic v průběhu jejich zpracování, rigorózní práce, Faf UK, Hradec Králové, 2007, p. 24 - 26 16. Lecomte, S., Matějka, P., and Baron, M., H.: Langmuir 14 (1998) 4373 17. Informační server o zdraví: www.celostnimedicina.cz, Koloidní stříbro – přírodní antibiotikum, 28. leden 2007 18. Kvítek, L., Fichna, P., Pikal, P., and Novotný, R.: Acta Univ. Palacki. Olomouc., Fac. Rerum Natur. 1998, Chemica 37 (1997) 81 19. Shirtcliffe, N., Nickel, U. and Schneider, S.: J. Coll. Interf. Sci. 211 (1999) 122 20. http://www.danisco.com/cms/connect/corporate/products+and+services /product+range/fibres/Polydextrose/Polydextrose_en.htm,

Danisco

2005 21. http://www.kolumber.com/Ag_old.php , Koloidní stříbro, 19. listopad 2007 22. American Association of Cereal Chemists, Expert Committee on the Definition of Dietary Fiber, Cereal Foods World, July 2000, p. 325, Cereal Foods World, March 2001, p. 112 – 129 23. National Academies, Institute of Medicine, Panel on the Definition of Dietary Fiber, Dietary Reference Intake Report, 2003, Chapter 7 24. Codex Committee on Nutrition and Foods for Special Dietary Uses, Draft Paper on Dietary Fiber Definition, 2004 25. http://www.litesse.com/cms/connect/litesse/overview/single%20ingredi ent/single_ingredient_en.htm, Danicso, 10. červen 2008 26. http://www.litesse.com/cms/connect/litesse/overview/litesse%20family/ litesse_family_en.htm, Danisco, 15. červen 2008 27. http://www.foodnavigator-usa.com/, Danisco´s Litesse gains FDA approval for food use, 20. leden 2008

93

28. Alivisatos, P.: Nat. Biotechnol. 22 (2004) 47 29. Hunter, R., J.: Foundations of Colloid Science, Oxford University Press Inc., New York, 2001, p. 38 30. McHugh, G., L. et al.: Salmonella typhymurium Resistant to Silver Nitrate, Chloramphenicol and Ampicillin, Lancet 1 (1975) 235 31. Smejkal, P., Vlčková, B., Procházka, M., Mojzes, P., and Pfleger, J.: J. Mol. Struct. 483 (1999) 225 32. Lynn Kuntz, A.: Polyfunctional Polydextrose, Virgo Publishing, http://www.vpico.com/articlemanager/printerfriendly.aspx,

9.

leden

2008 33. Bridges, K. et al.: Gentamicin and Silver Resistant Pseudomonas in a Burn Unit, Br. Med. J. 1 (1979) 446 34. Lee, I., Han, S., W., and Kim, K.: J.Raman Spectr. 32 (2001) 947 35. http://www.malvern.com/LabEng/products/zetasizer/applications.htm 36. Malvern Instruments Ltd. Zeta nano series user manual, NK 2003 37. www.silvermedicine.org,

Colloidal

silver:

A

Universal

Germ

Conqueror, The Colloidal Silver Database Web site, Avra, 20. leden 2008 38. Summers, A., O. et al.: Metal Cation and Osyanion Resistances in Plasmids

of

Gram

Negative

Bacteria.

In:

Schlessinger,

ed.:

Mikrobiology, Am. Soc. Mikrobiol., DC, Washington, 1978 39. Yin,Y., D., Li, Z., Y., Zhong, Z., Y., Gates, B., Xia, Y., N., and Venkateswaran, S.: J. Mater. Chem. 12 (2002) 522 40. Kvítek, L., Prucek, R., Panáček, A., Novotný, R., Hrbáč, J. and Zbořil, R.: The influence of complexing agent concentration on particle size in the process of SERS aktive silver colloid synthesis, J. Mater. Chem. 15 (2005) 1099 - 1105 41. Natural – Immunogenics corp. – Argentyn 23 Professional Silver Hydrosol Formulation, www.natural-immunogenics.com, 27. leden 2008

94

42. Idem.: J. Electroanal. Chem. 554 (2003) 293 43. Bogdanchikova, N., E., Tretyakov, V., V., Kurbatov, A., V., Dulin, M., N., Rodionov, P., P.: Antiviral preparations based on small silver particles and clusters, http://spiedl.aip.org/getabs/servlet, 2003 44. Grier, N.: Silver and Its Compounds, p. 385. In: Block, S., ed.: Disinfection, Sterilization and Preservation, P. A., Lea&Febinger, Philadelphia, 1983 45. Pilcher, J., D., Sollmann, T.: Organic, Protein and Colloidal Silver Compounds, Their Antiseptic Efficiency and Silver-ion Content as a Basics for Their Classification, J. Lab. Clin. Med., (1923) 301 - 310 46. Lee, P., C., Meisel, D.: J. Phys. Chem. 86 (1982) 3391 47. Laboratorios Argenol, Product data sheet – Colloidal Silver, http://www.laboratorios-argenol.com, 24. leden 2007 48. Shirtcliffe, N., Nickel, U., and Schneider, S.: J. Coll. Interf. Sci. 211 (1999) 122 49. Schneider, S., Halbig, P., Grau, H. and Nickel, U.: Photochem. Photobiol. 60 (1994) 605 50. Sun, Y., G., and Xia, Y., N.: Science 298 (2002) 2176 51. Saito, Y., Wang, J., J., Batchelder, D., N. and Smith, D., A.: Lagmuir 19 (2003) 6857 52. Dean, W. et al.: Reduction of Vital Load in AIDS Patients with Intravenous Mild Silver Protein – Three Case Reports, Clinical Practice of Alternative Medicine, Spring, 2001 53. Fox, C., L.: Silver Sulfadiazine – A New Topical Agent, Arch. Surg. 96 (1968) 184 - 188 54. Lide, D., R.: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 80th Edition, CRC Press, Boca Rotan, Fl, 1999 – 2000, Section 4, p. 27 55. Tsuji, T., Kakita, T., and Tsusi, M.: Appl. Surf. Sci. 206 (2003) 314 56. Laboratorios

Argenol,

Mikrobiological

water

purification,

http://www.laboratorios-argenol.com, 12. únor 2007

95

57. Henglein, A.: Chem. Mater. 10 (1998) 444 58. Nagata,Y., Watananabe, Y., Fujita, S., Dohmaru, T. and Taniguchi, S.: J. Chem. Soc. - Chem. Commun. (1992) 1620 59. Kvítek, L., Prucek, R.: The Preparation and application of silver nanoparticles, published online, 8. červenec 2005 60. Kim, Y., C., Park, N., C., Shin, J., S., Lee, S., R., Lee, Y., J., and Moon, D., J.: Catal. Today 87 (2003) 153 61. Kelly, K., L., Coronado, E., Zhao, L., L., and Schatz, G., C.: J. Phys. Chem. B 107 (2003) 668 62. Pal, T., Sau, T., K., and Jana, N., R.: J. Coll. Interf. Sci. 202 (1998) 30 63. Callegari, A., Tonti, D., and Chergui, M.: Nano Lett. 3 (2003) 1565 64. Kvítek, L., Prucek, R., Pikal, P. and Novotný, R.: Silver Colloid Particles Preparation by Using Photographic Development System, Acta Univ. Palacki. Olomouc., Fac. Rerum Natur., Chemica 38 (1999) 33 – 39 65. Laboratorios

Argenol,

Antimicrobial

Plastics

and

Textiles,

http://www.laboratorios-argenol.com, 10. únor 2007 66. Srnová – Sloupová, I., Vlčková, B., Snoeck, T., L., Stufkens, D., J., and Matějka, P.: Inorg. Chem. 39 (2000) 3551 67. Jana, N., R., and Pal, T.: Curr. Sci. 75 (1998) 145 68. He, R., Qian, X., F., Yin, J., and Zhu, Z., K.: J. Mater. Chem. 12 (2002) 3783 69. Kundu, S., Mandal, M., Ghosh, S., K., and Pal, T.: J.Coll. Interf. Sci. 272 (2004) 134 70. Šesták, O., Matějka, P., and Vlčková, B.: J. Mol. Struct. 348 (1995) 297 71. Gutierrez, M. and Henglein, A.: J. Phys. Chem. 97 (1993) 11368 72. Jana, N., R., Sau, T., K., and Pal, T.: J. Phys. Chem. B 103 (1999) 115

96

Příprava biokompatibilních nanodisperzí stříbra redukcí jeho roztoků

Recommend Documents