文摘

研究的结果的合成AgNPs胶体解决方案通过循环伏安法(E + 1.0−1.0 V)在鼠李糖脂(RL)解决方案和可溶性阳极的使用在超声领域(22千赫)。结果表明,该算法的阳极dissolution-reduction Ag)(我)成核,并形成AgNPs可以获得纳米粒子的大小从1到3 nm。发现与RL浓度从1 g / L, 4 g / L,阳极和阴极电流增加以及AgNPs的生成速率,分别。纳米粒子的生成速率也随温度的增加从20°C到60°C,它对应于diffusion-kinetic范围这一因素的作用。此外,AgNPs小取决于温度的大小。AgNPs胶体溶液的紫外可见模式的特点在RL(吸收最大415海里)是相同的在一个广泛的纳米颗粒浓度。曲线几乎不改变随着时间的推移,标明稳定的阳极和阴极过程期间长期sonoelectrochemical合成。循环伏安法曲线几乎不改变随着时间的推移,标明稳定的阳极和阴极过程期间长期sonoelectrochemical合成。AgNPs合成的抗菌活性菌株的解决方案大肠杆菌,白色念珠菌,金黄色葡萄球菌成立。

1。介绍

银纳米粒子(AgNPs)广泛应用于制药、化妆品、抗感染治疗,和纺织行业1,2];他们承诺在sensorics [3),在抗菌金属电4)和合金(5]复合涂料,和催化作用[6]。物理化学性质的纳米粒子显著依赖于他们的几何6- - - - - -10]。在形状和大小可控合成是纳米化学方面的重点领域之一,金属纳米粒子(基于)在过去的十年里11- - - - - -14]。在溶液中纳米粒子的成核和增长是多级过程(15- - - - - -18),他们的课程取决于许多因素。在后者中,前体的浓度(金属离子,表面活性剂,其比率)(11,12,14,16],pH值的解决方案(13,16)、温度(16),特别是,传输效果18)是很重要的。这些因素的作用是由于合成方法,其中最有前途的过程可控性方面的是电化学19- - - - - -24]。他们也满足标准的“绿色”技术。混合,结合电化学和化学过程,是sonoelectrochemical合成25- - - - - -30.]。

Sonoelectrochemical金属纳米颗粒的合成包括电化学还原金属离子的后续去除从阴极表面。的组合顺序脉冲电解和脉冲超声波分解通常用于这个25,27]。此外,在当前脉冲(τ),基于在阴极表面形成,“摆脱”超声波期间(τ我们)。因此,控制合成纳米颗粒的几何进行根据电解时间的算法(τ)⟶超声波(τ我们)暂停电解和超声(τ了)。此外,影响的主要参数τ和阴极电流的值(іcathode),τ我们,和金属离子的浓度25,27,31日]。sonoelectrochemical合成表面活性剂溶液的循环伏安法和牺牲阳极的使用是有前途的30.]。它允许为金属离子的浓度提供一个算法由于阳极反应。

当使用超声波场由于空化泡沫的破裂,伴随着当地区域的外观与极端的温度和压力,水超声波分解发生(2)和表面活性剂分子的分解(3)与自由基的形成29日]。后者,主要是H•(4)和R•(5),参与М的减少n+离子М0原子与后续基于的形成。在sonoelectrochemical合成和基于,超声波执行双重功能:(1)“摇晃”纳米粒子从阴极表面,(2)超声波分解水和表面活性剂与自由基的形成,导致减少金属离子在溶液中纳米粒子的形成。

Sonoelectrochemical合成AgNPs进行解决方案包含表面活性剂作为纳米粒子稳定剂(表1)。然而,这些主要是高分子有机物质包含electrodonating原子。参与,surfactants-AgNPs表面复杂的组成。

表1
sonoelectrochemical银纳米粒子的合成条件。

工作的目的是建立超声波的作用形成的AgNPs鼠李糖脂的循环伏安法解决方案使用牺牲阳极。微生物生物表面活性剂鼠李糖脂,天然表面活性剂,展品抗菌活性和生物降解性能37- - - - - -39]。众所周知,鼠李糖脂和金属离子形成配合物(40- - - - - -43)和AgNPs是有效的稳定剂(24,44- - - - - -47]。因此,这项工作的目的是控制的“绿色”合成的银纳米粒子。

2。实验

Sonoelectrochemical合成银纳米粒子的胶体的解决方案是使用一个标准的执行trielectrode电化电池体积的50毫升和MTech pgp - 550 m稳压器。两个相同的银盘子(年代= 14.4厘米2)执行工作的功能和辅助电极循环伏安法在同一时间。银/氯化银参比电极是AgCl电极与哦毛细管包含1 mol / L的硝酸钾。银的电化学行为的研究和合成AgNPs RL解决方案中使用循环伏安法与浓度从1到4 g / LрН= 9.0,和温度改变了从20°C到60°C。循环伏安法扫描速度的潜力是50 mV / sE从+ 1.0−1.0 V。纳米银的sonoelectrochemical胶体的综合解决方案,超声波发射器magnetostrictive-type使用。超声波辐射22岁kHz的频率。有用的特定权力的超声波辐射从40到62.5 W / L。等温条件sonoelectrochemical合成银纳米粒子的胶体解决方案提供的UTU-4 ultrathermostat。分析了样品的解决方案使用uv - 3100 pc UV-Vis-spectrophotometer(上海Mapada仪器有限公司有限公司(中国))在夸脱试管1厘米厚度的地区从190年到1100海里最大吸收波长λ= 415海里。

TEM图像样本,记录使用JEM-I230 (JEOL、东京、日本)的加速电压80 kV。TEM调查的样本是由干燥0.05μL碳银溶胶的网格在室温下。获得AgNPs直径的测定使用TEM图像通过比较单个粒子的大小尺度在图像。统计直方图得到使用起源软件打包标准偏差值的纳米颗粒的大小。此外,NPs大小和密度测定使用Java图像处理程序ImageJ2[公共领域48]。理论计算和实验数据的处理是通过创建的软件(4.0 Inconico屏幕卡钳,OriginPro 8.0)。

对革兰氏阴性AgNPs的抗菌活性是评价大肠杆菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌(金黄色葡萄球菌),白色念珠菌(白念珠菌)。为此,细菌接种到培养皿和坚实的选择性为每个种类的微生物营养培养基:黄色盐琼脂的文化金黄色葡萄球菌Endo琼脂的文化大肠杆菌和琼脂Saburo白色念珠菌。执行接种后1、6、18和48小时的接触细菌AgNPs解决方案。所有的生物材料在37°C孵化24小时在细菌学上的孵化器。抗菌活性被抑制的百分比,菌落每毫升(CFU /毫升)。因此,初始浓度大肠杆菌110 CFU /毫升,金黄色葡萄球菌230 CFU /毫升,白色念珠菌70 CFU /毫升。

3所示。结果与讨论

Sonoelectrochemical合成AgNPs鼠李糖脂的循环伏安法解决方案使用银阳极的阳极经过算法dissolution-reduction Ag) (I)的成核,和AgNPs的形成。所有三个阶段进行表面活性剂在超声领域的参与。由于原子氧electrodonor, RL分子的吸附在阳极表面发生,和[AgRL]+鼠李糖脂解散后形成复杂的银(6)。(AgRL)+复杂的参与阴极还原(7)和减少由激进分子(7一个),以及发光机制的形成和稳定(AgNCs)和AgNPs。

超声波作用的结果在这些阶段是形成相对较小的小AgNPs分散在这个量的值(图1),这表明主要成核速率与纳米粒子的生长。这是由于扩散过程的强化声空化的影响下,“软”的实现整个体积的混合反应的媒介。因此,超声波加速减少[AgRL]+离子反应(后7)和(7一个)和AgNCs和AgNPs稳定由鼠李糖脂的形成。因此,超声波加速(AgRL)的还原过程+离子(7)和(7一个)反应和形成rhamnolipid-stabilized AgNCs AgNPs。

(一)
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(b)
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图1
TEM图像(一)和大小分布直方图AgNPs (b),合成在RL解决方案(2 g / L) 40周期,t= 20°C。

的前两个阶段的稳定性AgNPs sonoelectrochemical合成的算法,即银的阳极溶解过程(6)和阴极还原(AgRL)+离子(7),是经电解循环伏安曲线在长期的实际再现性(图2)。


图2
一系列的银环voltamperograms RL解决方案(2 g / L),t= 20°C, 20个周期。

AgNPs sonoelectrochemical合成的稳定,包括(6)- (8)过程,证实了几乎线性相关的光学密度随着时间的推移介绍过o。d。邓肯()(图3)。此外,介绍过o。d。邓肯的波长值(415海里)最大值(λ马克斯)不改变在sonoelectrolysis和长期存储的解决方案(两个月)。(范围从300到600海里)也不会改变。所有这些表明合成纳米颗粒的几何稳定性。

(一)
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(b)
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图3
获得的光学吸收的光谱依赖性AgNPs sonoelectrochemical合成(a)在不同过程持续时间(分钟):1 - 5;2 - 10;3日- 15日;4;做些和(b)的变化最大的随着时间的推移和颜色。

鼠李糖脂的浓度的增加,阳极电流密度的增加,这是相同的银溶解(图4(一))。这样的规律是观察到即使没有超声波场(24]。也是特点在高分子表面活性剂的解决方案,例如,纳帕(23]。这是由于Ag)的络合+离子在(6)反应,增加配体(RL)浓度促进加速这个过程。因此,AgNPs sonoelectrochemical合成率的增加(图4 (b)),包括阴极(7)和化学(7一个)减少Ag) (I) [AgRL]+复合物。此外,λ马克思价值几乎是独立的RL浓度的解决方案。

(一)
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(b)
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图4
循环voltamperograms (a)和光学吸收的光谱依赖性AgNPs (b),超声在水溶液中合成的RL (1…4 g / L)的温度t= 20°C和20的流程持续时间周期。

随着温度增加,有一种倾向,将增加阳极电流密度的值;然而,一个清晰的温度依赖性的这个值(图中没有发现5(一个))。这是由于许多因素的同时作用,其中,首先,如以下:增加导电性,提高扩散,削弱了鼠李糖脂分子在阳极表面的吸附。阳极电流的增加的结果是阴极电流的值的增加,sonoelectrochemical合成AgNPs(图5 (b))。

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(b)
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图5
循环voltamperograms (a)和光学吸收的光谱依赖性AgNPs (b),超声在水溶液中合成的RL (2 g / L)的温度t= 20、40、60°C和20的流程持续时间周期。

吸收光谱和的特点λ马克斯值(图5 (b))几乎不随着温度改变,也就是说,间接证据的微不足道的AgNPs几何和这个因素之间的关系。确认温度依赖sonoelectrochemical合成的纳米颗粒的大小,没有显著增加的范围从20到60°C(图6)。相比之下,在电化学合成、温度的影响因素是重要的(24]。因此,超声提供了一个高速度(7)和(7一个)反应,导致几乎完全减少[AgRL]+离子在阴极的循环伏安法时期。这可以促进主要成核过程(8),防止AgNPs可观增长。

(一)
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图6
TEM图像(A, B, C)和大小分布直方图(B′′, C′) AgNPs,合成在RL (2 g / L)的解决方案t= 20 (a), 40 (b), 60°C (C)。

4所示。抗菌活性的合成AgNPs(抗菌研究)

抗菌性能的研究结果sonoelectrochemically合成AgNPs表明他们的活动对革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌写明ATCC 25923和革兰氏阴性细菌大肠杆菌写明ATCC 25922(表2)和真菌的细菌白色念珠菌写明ATCC 885 - 653(表3)。

表2
纳米银胶体溶液的抗菌特性合成sonoelectrochemical方法与鼠李糖脂和稳定的解决方案。
表3
纳米银胶体溶液的抑菌特性sonoelectrochemical合成的方法,与鼠李糖脂溶液稳定。

AgNPs的抗菌性质可以解释为两种不同的机制:(1)固定AgNPs在细胞膜上,其次是渗透到细胞和破坏细胞的膜与发布内容(所谓的“特洛伊木马”机制”)(49),(2)释放Ag)+离子,具有抗菌作用。

抗菌(消毒)效果sonoelectrochemical AgNPs胶体溶液合成的方法在20°C是绝对的菌株大肠杆菌写明ATCC 25922和白色念珠菌写明ATCC 885 - 653(图7)。

(一)
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(b)
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(c)
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图7
培养皿的照片,说明AgNPs的杀菌效果的解决方案,与鼠李糖脂溶液稳定,相对于(a)葡萄球菌球菌写明ATCC 25923 (b)大肠杆菌写明ATCC 25922, (c)白色念珠菌写明ATCC 885 - 653。

合成的抗菌和抑菌性能AgNPs解决方案可以由两个不同的机制:1,银纳米粒子固定在细胞膜上,交互的AgNPs蛋白质膜组件,导致其损坏,因此,单元格内容的介绍;2、释放Ag) +离子,具有杀菌和抑菌性能。AgNPs的高亲和磷和硫的主要原因是他们的抗菌效果。细胞膜蛋白质有很多加压法。细菌的细胞生存能力可以通过AgNPs被摧毁,当他们与加压反应细胞膜内外的氨基酸。他们还调查了,银离子从AgNPs和磷发生反应,导致DNA复制的停止或与加压法蛋白质反应,抑制酶的功能(50]。一般来说,AgNPs的直径是< 10海里,他们攻击细菌的加压法蛋白质,导致细胞膜的渗透性和后死亡的细菌(51]。AgNPs直径小于10纳米细菌的细胞壁使毛孔。这导致细胞死亡,意识到胞质内容不改变细胞外和细胞内核酸和蛋白质的细菌(52]。

5。结论

循环伏安法E解决方案+ 1.0−1.0 V的鼠李糖脂,天然表面活性剂,并使用超声场(22千赫)和牺牲阳极允许实现稳定的“绿色”合成银纳米粒子的算法阳极dissolution-reduction Ag) (I)的成核和AgNPs的形成。这提供了控制生产规模从1到3纳米的纳米粒子在一个广泛的RL浓度(从1到4 g / L)和温度(从20到60°С)。AgNPs率合成表面活性剂浓度和温度的增加而增加,这是由于阳极溶解银的加速度。Sonoelectrochemically获得AgNPs胶体解决方案显示金黄色葡萄球菌抗菌活性,大肠杆菌,白色念珠菌。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作进行的部分财政支持乌克兰国家研究基金会(项目登记号:2020.02/0309)(“设计的多官能的纳米mono -和双金属electrocatalytic和抗菌性”)。