Медная наночастица
| Часть серии статей о |
| Наноматериалы |
|---|
 |
| Углеродные нанотрубки |
| Фуллерены |
| Другие наночастицы |
| Наноструктурированные материалы |
Наночастица меди представляет собой частицу на основе меди размером от 1 до 100 нм. [1] Как и многие другие формы наночастиц , наночастицы меди могут быть получены естественными процессами или химическим синтезом. [2] Эти наночастицы представляют особый интерес из-за их исторического применения в качестве красителей, биомедицинских и противомикробных средств. [3]
Историческое использование
[ редактировать ]
Одним из первых применений наночастиц меди было окрашивание стекла и керамики в девятом веке в Месопотамии . [1] Это было сделано путем создания глазури из солей меди и серебра и нанесения ее на глиняную керамику. При обжиге керамики при высоких температурах в восстановительных условиях ионы металлов мигрировали к внешней части глазури и восстанавливались до металлов. [1] Конечным результатом стал двойной слой металлических наночастиц с небольшим количеством глазури между ними. Когда готовая керамика подвергалась воздействию света, свет проникал в первый слой и отражался от него. Свет, проникающий в первый слой, будет отражаться от второго слоя наночастиц и вызывать интерференционные эффекты со светом, отражающимся от первого слоя, создавая эффект блеска, который является результатом как конструктивной, так и деструктивной интерференции. [2]
Синтез
[ редактировать ]
Описаны различные методы химического синтеза наночастиц меди. Более старый метод включает восстановление карбоксилата гидразина меди в водном растворе с обратным холодильником или нагреванием ультразвуком в инертной атмосфере аргона. [4] В результате получается комбинация кластеров наночастиц оксида меди и чистой меди, в зависимости от используемого метода. В более современном синтезе используется хлорид меди (II) в реакции при комнатной температуре с цитратом натрия или миристиновой кислотой в водном растворе, содержащем сульфоксилат формальдегида натрия, для получения порошка чистых наночастиц меди. [5] Хотя в результате этого синтеза образуются довольно однородные наночастицы меди, также сообщалось о возможности контроля размеров и формы наночастиц меди. Восстановление ацетилацетоната меди(II) в органическом растворителе олеиламином и олеиновой кислотой приводит к образованию наночастиц стержнеобразной и кубической формы, а изменение температуры реакции влияет на размер синтезируемых частиц. [6]
Другой метод синтеза включает использование соли карбоксилата гидразина меди (II) с помощью ультразвука или нагревания в воде для генерации радикальной реакции, как показано на рисунке справа. Наночастицы меди также можно синтезировать с использованием зеленой химии, чтобы уменьшить воздействие реакции на окружающую среду. Хлорид меди можно восстановить, используя только L-аскорбиновую кислоту в нагретом водном растворе, чтобы получить стабильные наночастицы меди. [7]
Характеристики
[ редактировать ]Наночастицы меди обладают уникальными характеристиками, включая каталитическую и противогрибковую/антибактериальную активность, которые не наблюдаются у коммерческой меди. Прежде всего, наночастицы меди демонстрируют очень сильную каталитическую активность, что можно объяснить их большой каталитической площадью поверхности. Благодаря небольшому размеру и большой пористости наночастицы способны достигать более высокого выхода реакции и более короткого времени реакции при использовании в качестве реагентов в органическом и металлоорганическом синтезе. [8] Фактически, наночастицы меди, которые используются в реакции конденсации йодбензола, достигли конверсии в бифенил около 88%, в то время как коммерческая медь продемонстрировала конверсию только 43%. [8]
Наночастицы меди, которые чрезвычайно малы и имеют высокое соотношение поверхности к объему, также могут служить противогрибковыми/антибактериальными средствами. [9] Антимикробная активность обусловлена их тесным взаимодействием с микробными мембранами и ионами их металлов, выделяющимися в растворы. [9] Поскольку наночастицы медленно окисляются в растворах, из них высвобождаются ионы меди, которые могут создавать токсичные гидроксильные свободные радикалы, когда липидная мембрана находится рядом. Затем свободные радикалы разбирают липиды в клеточных мембранах посредством окисления, вызывая дегенерацию мембран. В результате внутриклеточные вещества просачиваются из клеток через разрушенные мембраны; клетки больше не способны поддерживать фундаментальные биохимические процессы. [10] В конце концов, все эти изменения внутри клетки, вызванные свободными радикалами, приводят к гибели клетки. [10]
Приложения
[ редактировать ]Наночастицы меди с высокой каталитической активностью могут быть использованы в биосенсорах и электрохимических сенсорах. Окислительно-восстановительные реакции, используемые в этих датчиках, как правило, необратимы, а для их проведения также требуются высокие перенапряжения (больше энергии). Фактически, наночастицы обладают способностью делать окислительно-восстановительные реакции обратимыми и снижать перенапряжения при воздействии на датчики. [11]
Одним из примеров является датчик глюкозы. Благодаря использованию наночастиц меди сенсор не требует каких-либо ферментов и, следовательно, не требует ферментной деградации и денатурации. [13] Как показано на рисунке 3, в зависимости от уровня глюкозы наночастицы в сенсоре преломляют падающий свет под разными углами. Следовательно, полученный дифрагированный свет дает различный цвет в зависимости от уровня глюкозы. [12] Фактически, наночастицы позволяют датчику быть более стабильным при высоких температурах и изменении pH, а также более устойчивым к токсичным химическим веществам. Более того, с помощью наночастиц можно обнаружить нативные аминокислоты. [13] Угольный электрод с медными наночастицами и трафаретной печатью действует как стабильная и эффективная сенсорная система для обнаружения всех 20 аминокислот. [14] in situ, зеленый и быстрый метод позволяет синтезировать оксид меди/оксид цинка на хлопчатобумажной ткани с использованием фолиевой кислоты для повышения защитных свойств ткани от УФ-излучения. [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Хан, Ф.А. Основы биотехнологии ; ЦРК Пресс; Бока-Ратон, 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Хейлигтаг, Флориан Дж.; Нидербергер, Маркус (2013). «Увлекательный мир исследований наночастиц» . Материалы сегодня . 16 (7–8): 262–271. дои : 10.1016/j.mattod.2013.07.004 . hdl : 20.500.11850/71763 . ISSN 1369-7021 .
- ^ Эрмини, Мария Лаура; Волиани, Валерио (01 апреля 2021 г.). «Противомикробные наноагенты: медный век» . АСУ Нано . 15 (4): 6008–6029. дои : 10.1021/acsnano.0c10756 . ISSN 1936-0851 . ПМЦ 8155324 . ПМИД 33792292 .
- ^ Дхас, Северная Каролина; Радж, КП; Геданкен, А. (1998). «Синтез, характеристика и свойства наночастиц металлической меди». хим. Мэтр . 10 (5): 1446–1452. дои : 10.1021/см9708269 .
- ^ Ханна, ПК; Гайквад, С.; Адхьяпак, ПВ; Сингх, Н.; Маримуту, Р. (2007). «Синтез и характеристика наночастиц меди». Матер. Летт . 61 (25): 4711–4714. дои : 10.1016/j.matlet.2007.03.014 .
- ^ Мотт, Д.; Галковски Дж.; Ван, Л.; Луо, Дж.; Чжун, К. (2007). «Синтез наночастиц меди с контролируемым размером и формой». Ленгмюр . 23 (10): 5740–5745. дои : 10.1021/la0635092 . ПМИД 17407333 .
- ^ Умер, А.; Навид, С.; Рамзан, Н.; Рафик, М.С.; Имран, М. (2014). «Зеленый метод синтеза наночастиц меди с использованием L-аскорбиновой кислоты» . Материя . 19 (3): 197–203. дои : 10.1590/S1517-70762014000300002 .
- ^ Jump up to: а б Дхас, Северная Каролина; Радж, КП; Геданкен, А. (1998). «Синтез, характеристика и свойства наночастиц металлической меди». хим. Мэтр . 10 (5): 1446–1452. дои : 10.1021/см9708269 .
- ^ Jump up to: а б Рамьядеви, Дж.; Джеясубраманиан, К.; Марикани, А.; Раджакумар, Г.; Рахуман, А.А. (2012). «Синтез и антимикробная активность наночастиц меди». Матер. Летт . 71 : 114–116. дои : 10.1016/j.matlet.2011.12.055 .
- ^ Jump up to: а б Вэй, Ю.; Чен, С.; Ковальчик, Б.; Худа, С.; Грей, ТП; Гжибовский, Б.А. (2010). «Синтез стабильных низкодисперсных медных наночастиц и наностержней и их противогрибковые и каталитические свойства». Дж. Физ. хим. С. 114 (37): 15612–15616. дои : 10.1021/jp1055683 .
- ^ Луо, X.; Моррин, А.; Киллард, Эй Джей; Смит, MR (2006). «Применение наночастиц в электрохимических сенсорах и биосенсорах» . Электроанализ . 18 (4): 319–326. дои : 10.1002/elan.200503415 .
- ^ Jump up to: а б Йетисен, АК; Монтелонго, Ю.; Васконселлос, FDC; Мартинес-Уртадо, Дж.; Неупан, С.; Батт, Х.; Касим, ММ; Блит, Дж.; Берлинг, К.; Кармоди, Дж. Б.; Эванс, М.; Уилкинсон, Т.Д.; Кубота, Литва; Монтейро, MJ; Лоу, ЧР (2014). «Многоразовый, надежный и точный фотонный наносенсор, генерируемый лазером» . Нано-буквы . 14 (6): 3587–3593. Бибкод : 2014NanoL..14.3587Y . дои : 10.1021/nl5012504 . ПМИД 24844116 .
- ^ Jump up to: а б Ибупото, З.; Хун, К.; Бени, В.; Лю, X.; Вилландер, М. (2013). «Синтез новых нанолистов CuO и их неферментативное применение для определения глюкозы» . Датчики . 13 (6): 7926–7938. Бибкод : 2013Senso..13.7926I . дои : 10.3390/s130607926 . ПМЦ 3715261 . ПМИД 23787727 .
- ^ Дзен, Ж.-М.; Сюй, Коннектикут; Кумар, А.С.; Люу, Х.-Дж.; Лин, К.-Ю. (2004). «Анализ аминокислот с использованием одноразовых электродов, покрытых медными наночастицами». Аналитик . 129 (9): 841–845. Бибкод : 2004Ана...129..841Z . дои : 10.1039/b401573h . ПМИД 15343400 .
- ^ «Введите имя пользователя и пароль» . Login.tudelft.nl . дои : 10.1111/php.12420 . Проверено 4 июня 2023 г.
- ^ Нуриан С.А., Хемматинеджад Н. и Башари А. «Синтез в одном горшке наночастиц Cu2O/ZnO в настоящее время фолиевой кислоты для улучшения УФ-защитного эффекта хлопчатобумажных тканей» . Фотохимия и фотобиология . 91 (3): 510–517.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )