ГЛАВА 9:  НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА НА ТКАНИ: ТЕРАПИЯ PAH И… «НАНОСЕРЕБРЯНЫЕ» НОСКИ

В последнее время всё больший интерес привлекает использование наночастиц серебра в качестве антимикробного компонента перевязочных материалов для лечения ран (wound dressing) [1-5]. Известно много способов нанесения наночастиц серебра на различные натуральные и синтетические ткани — от простой пропитки до использования ионной пушки. Первоначально чаще всего использовали метод вымачивания тканив готовом коллоидном растворе серебра; сегодня наиболее распространёнными являются методы восстановления серебра непосредственно на поверхности ткани в растворе (водном или органическом). Полученные таким образом наночастицы Ag гораздо прочнее держатся на волокне, чем нанесённые пропиткой. В состав ванны входят разнообразные восстановители, в том числе и «зелёные» реагенты (например, в работе [6] в этом качестве используют экстракт листьев эвкалипта и фикуса):

Для усиления адгезии частиц применяют дополнительные связующие или используют механические приёмы: например, хлопчатобумажную ткань в растворе нитрата серебра в смеси вода/этиленгликоль подвергают ультразвуковому воздействию [7]. К недостаткам методов нанесения из раствора относится то, что часть серебра восстанавливается не на ткани (в объёме раствора) и теряется. В то же время восстановление ионов серебра можно проводить непосредственно на ткани — в том объёме растворителя (воды), который она может впитать. Таким образом, регулируя концентрацию раствора и степень влажности ткани (отжим), можно peгулировать количество наночастиц на поверхности. В этом случае исходный раствор соли серебра можно использовать многократно — до полной выработки. Для восстановления на поверхности ткани лучше всего подходит аммиачный комплекс серебра, изготовленный способом, описанным в главе 8; такой комплекс легко подвергается термодеструкции при умеренных температурах, например, B термошкафу или при локальном нагреве (при проглаживании обработанной ткани утюгом):

Описание задачи

Освоение методики нанесения наночастиц серебра на поверхность ткани.

Реактивы, необходимые для работы

1. Вода дистиллированная.
2. Серебро азотнокислое, AgNO₃.
3. Аммиак водный, NH₄OH.
4. Гидроксид натрия, NaOH.

Оборудование, необходимое для работы

1. Стеклянная колба с притёртой крышкой объёмом 150 мл — 1 шт.
2. Стеклянный стакан объёмом 50 мл — 1 шт.
3. Стеклянная пипетка объёмом 5 мл — 1 шт.
4. Стеклянная палочка — 1 шт.
5. Лакмусовая бумага.
6. Весы электронные лабораторные 3-го класса или точнее,
7. Электроутюг с отпаривателем.
8. Лоскут белой хлопчатобумажной ткани.
9. Моющее средство для белья (стиральный порошок).

Оборудование, необходимое для анализа (опционально)

1. Спектрофотометр.
2. Электронный микроскоп.

Описание эксперимента

1. Получение раствора аммиаката серебра — см. главу 8

2. Нанесение наноструктурированного покрытия серебра

Лоскут белой X/6 ткани тщательно стирают моющим средством для белья, прополаскивают несколько раз в проточной воде, затем в 0.1 М растворе гидроксида натрия и несколько раз в дистиллированной воде (пока лакмус не перестанет окрашиваться на щёлочь). Тщательно отжимают ткань и полностью погружают в раствор аммиаката серебра. Перемешивают стеклянной палочкой 3-5 минут, следя, чтобы вся ткань находилась ниже уровня жидкости. Извлекают ткань U3 раствора, слегка отжимают (чтобы не капало) и раскладывают на горизонтальной поверхности (стекле, пластике, полиэтиленовой плёнке). Когда ткань немного подсохнет, её переносят на гладильную доску. Проглаживают горячим утюгом при температуре 160-200°С (режим «шерсть, хлопок, лён с лавсаном, лён») в течение 5-7 минут. За счёт образования наночастиц металла ткань должна изменить окраску (см. фотографию: слева — ткань до обработки, справа — после нанесения наночастиц серебра):

2Ag(NH₃)₂OH —>Ag₂O+ 4NH₃ +  H₂O;

Ag₂O —> 2Ag⁰ +1/2 O₂.

Опционально:

затем ткань прополаскивают в проточной воде для удаления остатков продуктов реакции и не связанных с волокнами наночастиц, сушат и проглаживают в обычном режиме. Исследуют полученную ткань визуально или с помощью вспомогательного оборудования (микроскоп, спектрофотометр). На выполненных с различным увеличением — микрофотографиях — видно, что наночастицы серебра распределены равномерно по волокнам (светлые точки).

Постановку антибактериальных опытов продумайте самостоятельно.

Примечание

1. Хлопок, обработанный аммиакатом серебра, начинает темнеть уже при сушке (ещё до термообработки). Это связано с тем, что целлюлоза (как высокомолекулярный В[1—>4]полиглюкан) является восстановителем для солей и оксидов серебра (см. главу 6).
2. Во избежание неравномерного нанесения наночастиц серебра на ткань (появления пятен и разводов) (см. п. 1) не допускайте полного высыхания ткани перед началом термообработки (проглаживайте утюгом ещё влажную ткань). 
3. Bo избежание окрашивания кожи рук все работы саммиакатом серебра необходимо проводить в резиновых перчатках.
4. При проглаживании ткани выделяется аммиак, поэтому работы необходимо проводить в хорошо проветриваемом помещении.
5. Следует помнить, что при проглаживании обработанной ткани тёмные следы могут остаться на гладильной поверхности и на подошве утюга.
6. В раствор аммиаката серебра можно добавить немного аммиаката меди. Тогда при замачивании хлопчатобумажное волокно немного размягчится (целлюлоза растворяется в медноаммиачном растворе), а затем, после термообработки, вновь затвердеет — это обеспечит дополнительную фиксацию наночастиц. Более того, медь повысит противогрибковую (фунгицидную) активность наночастиц серебра.
7. Ткань (даже синтетическая), содержащая наночастицы серебра, никогда не будет электризоваться. Почему? Подсказка: измерьте электропроводность сухой и слегка влажной ткани до и после обработки наночастицами.

Дополнительные факты

• Для количественной оценки антимикробной активности текстиля широко распространён метод, разработанный American Association of Textile Chemists and Colorists (ААТСС 100 method) [8]; обычно B тестах используют золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus) и клебсиеллу пневмонии (Klebsiella pneumonia).
• Осаждение коллоидного серебра из аммиачного комплекса на ткань известно уже давно, этот приём использовали для нанесения на ткань несмываемых меток. Например, в словаре Брокгауза и Ефрона читаем: «Для метки белья требуются невыводимые чернила. Надёжнее других содержащие серебро: 1 грамм ляписа* растворяют в малом количестве воды, прибавляют нашатырного спирта понемногу, пока образовавшийся осадок не растворится. В другом сосуде растворяют 2 грамма соды и 2,5 грамма гуммиарабика в небольшом Koличестве воды, смешивают оба раствора и нагревают в водяной бане, пока образовавшийся осадок растворится и получится бурая жидкость… Для закрепления надо держать на солнце или прогладить горячим утюгом» [9] (*ляпис — устаревшее название нитрата серебра).
• Любая потенциально полезная для практического применения научная разработка быстро становится коммерческой. Не является исключением и сфера перевязочных материалов: сегодня изделия U3 ткани, содержащей наночастицы серебра, активно продвигаются на массовый рынок. В ряде случаев применение подобных изделий вполне оправданно: например, «наносеребряные» носки актуальны TaM, где велик риск кожных инфекций, особенно грибковой этиологии (например, в условиях казармы). Освоив методику нанесения наночастиц серебра на ткань, самостоятельно изготовить такие носки не составит труда.

Полезная литература

1. Rai M., Yadav А., Gade А. Silver nanoparticles as anew generation ofantimicrobials // Biotechnology Advances. 2009. V. 27 (1). P. 76-83.
2. Cooper R. A review of the evidence for the use of topical antimicrobial agents in wound care // World Wide Wounds. 2004. February: 1-11.
3. Leaper D. Appropriate use of silver dressings in wounds: international consensus document // International Wound Journal. 2012. V. 9 (5). Р. 461-464.
4. Leaper D.]. Silver dressings: their role in wound management // International Wound Journal. 2006. V. 3 (4). P. 282-294.
5. Bergin 5., Wraight P. Silver based wound dressings and topical agents for treating diabetic foot ulcers. The Cochrane Library, 2006.
6. Ravindra 5., Mohan Y.M. Reddy N.N. Raju K.M. Fabrication of antibacterial cotton fibres loaded with silver nanoparticles via “Green Approach” // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2010. V. 367 (1). P. 31-40.
7. Perelshtein I., Applerot G., Perkas N. et al. Sonochemical coating of silver nanoparticles on textile fabrics (nylon, polyester and cotton) and their antibacterial activity // Nanotechnology. 2008. V. 19 (24). P. 245705.
8. https://www.aatcc.org/test/methods/
9. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. В 82 т.и 4 доп. т. M.: Teppa, 2001.40726 стр.