CC BY
41
ANTIMICROBIAL AND TOXIC PROPERTIES OF SILVER NANOPARTICLES IN STABILIZED SOLUTIONS AND COMPOSITE SYSTEM ON MICROATOMIZED SILICON DIOXIDE BASE
Serdiuk A., Babii V., Korchak G., Surmasheva E., Tomashevska L., Kondratenko E., Mikhienkova A.
АНТИМ1КРОБН1 ТА ТОКСИЧН1 ВЛАСТИВОСТ1 НАНОЧАСТИНОК СР1БЛА У СТАБ1Л1ЗОВАНИХ РОЗЧИНАХ ТА У КОМПОЗИЦ1НН1Н СИСТЕМ! НА ОСНОВ1ВИСОКОДИСПЕРСНОГО КРЕМНЕЗЕМУ
СЕРДЮК А.М., БАБ1Й В.Ф., КОРЧАК Г.1., СУРМАШЕВА О.В., ТОМАШЕВСЬКА Л.А., КОНДРАТЕНКО o.e., М1Х1€НКОВА А.1. ДУ «1нститут гiгieни та медичноТ екологп iM. О.М. Марзеева АМН УкраТни», м. КиТв
УДК 615.9 : 579.63 : 661.163 :
615.28
^^40Bi слова: наночастинки срiбла, високодисперсний кремнезем, антимiкробна активнiсть, тест-мiкроорганiзми, токсиколопчш характеристики.
станн1ми роками спостер1га-еться 1нтенсивний розвиток ново! гапуз1 науки — нанотехно-логи, яка займаеться отриман-ням дуже мапих частинок (на р1вш нанометр1в — 10-9 м) р1з-них речовин, матер1ап1в I виро-б1в з них, а також вивчае Т'хш впастивост1 на атомарному I молекулярному р1внях. Ч1тке визначення д1апазон1в розм1р1в частинок, як1 належать до на-носфери, неоднозначне. Бшь-ш1сть сучасних вчених вважае, що найб1льшу бюлопчну актив-н1сть мають ультраколоТдн1 си-стеми, в яких наночастинки мають д1аметр до 30 нм.
Як вщомо, ф1зико-х1м1чн1 I бюлопчш властивост1 наноча-стинок в1др1зняються вщ Тхн1х макроаналог1в (зб1льшення х1-м1чного потенц1алу, б1льша пи-тома поверхня I, як наслщок, висока проникна здатнють I ад-сорбц1йна активнють, здат-н1сть до акумуляц1Т) [1]. Наяв-н1сть комплексу цих властиво-стей забезпечуе високу анти-м1кробну активн1сть систем, як1 м1стять наночастинки. Вираже-н1сть антим1кробних ефект1в залежить вщ багатьох факто-р1в, а саме: технологи синтезу
АНТИМИКРОБНЫЕ И ТОКСИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ РАСТВОРАХ И В КОМПОЗИЦИОННОЙ СИСТЕМЕ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО КРЕМНЕЗЕМА СердюкА.М., Бабий В.Ф., КорчакГ.И., Сурмашева О.В., Томашевская Л.А., Кондратенко Е.Е., Михиенкова А.И. В статье представлены результаты изучения антимикробной и токсической активности ультраколлоидных растворов наноразмерного серебра, а также суспензии высокодисперсного кремнезема, на поверхности которого адсорбированы кластеры наночастиц серебра. Выявлена высокая дрожжецидная и бактерицидная активность растворов наночастиц серебра в концентрации 0,0004% и композита Ag/SiO2 c концентрацией наносеребра 0,0016% по отношению к C. albicans, E. coli, S. aureus. Установлено, что суспензии высокодисперсного кремнезема, содержащие наночастицы серебра, не проявляют выраженной острой токсичности.
частинок, 1хнього розм1ру, xi-м1чноТ природи стаб1шзатора, стабшьнос^ отриманих систем, виду мкрооргашзму, складу композицп тощо [2].
Наноматерiали та вироби з них використовують у рiзниx галузях медицини, у тому чист у дезЫфектологи. Серед вщо-мих природних речовин з анти-мiкробною активнютю особли-ве мюце посщае срiбло. Наночастинки срiбла мають надзви-чайно велику питому площу поверхш, що збтьшуе дтянку контакту срiбла з бактерiями або вiрусами i тому значно по-кращуе його бактерицидну дю. Так, дослiдження показало, що рани, яю обробленi препаратами, що мютять наночастинки срiбла, загоюються швидше, нiж у випадку обробки Тх антибiотиками [3]. Застосу-вання срiбла у виглядi наноча-стинок дозволяе у сотш разiв зменшити концентрацiю срiбла зi збереженням його бактери-цидних властивостей. Сукуп-нiсть таких властивостей, а також невичерпн можливостi от-римання рiзноманiтниx компо-зицiй на основi срiбла пояснюе незгасаючий штерес до цього металу. Але питання про ток-сичний вплив наночастинок срiбла на органiзм людини та навколишне середовище на сьогоднi залишаеться ще нез'ясованим.
Встановлено, що наночастинки срiбла розмiром 5-50 нм проявляють сильну антибакте-рiальну та цитотоксичну активнють in vitro щодо гепатоци^в щурiв [4-5]. Мехаызм розвитку токсичностi може бути пов'яза-ним з оксидативним стресом, порушенням функцiй мтохон-дрiй та збтьшенням проникно-стi мембрани [6]. Однак наля-цiйний вплив наночастинками срiбла на щурiв у концентрацiТ
© СердюкА.М., Бабй В.Ф., КорчакГ.1., Сурмашева О.В., Томашевська Л.А., Кондратенко О.€., М'х'1енкова А.1. СТАТТЯ, 2010.
ANTIMICROBIAL AND TOXIC PROPERTIES OF SILVER NANOPARTICLES IN STABILIZED SOLUTIONS AND COMPOSITE SYSTEM ON MICROATOMIZED SILICON DIOXIDE BASE Serdiuk A., Babii V., Korchak G., Surmasheva E., Tomashevska L., Kondratenko E., Mikhienkova A. There are the results of antimicrobial and toxic activity of ultra colloid solutions of nanosilver and suspension of microatomized silicon dioxide on
which surface the clusters of silver nanoparticles in the article. A high yeastal and bactericidal activity of the solutions of silver nanoparticles in concentration of 0,0004% and a composite of Ag/SiO2 with nanosilver concentration of 0,0016% to C. albicans, E. coli, S. aureus were revealed. It was determined that suspensions of microatomized silicon dioxide, containing the silver nanoparticles, didn't exhibit an expressed acute toxicity.
1,73 х 104 — 1,23 х 106 части-нок/см3 протягом двадцяти восьми дшв не виявив значних змЫ у Maci тта та вщхилень вщ контрольно! групи бiохiмiчних показниюв периферично! кровк Це вщповщае вимогам амери-кансько! конференци (ACGIH), яка встановипа гранично допу-стиму концентрацю наночасти-нок cрiблa у пов^ — 2,16 х 106 частинок/см3 [7].
Дослщження, проведене ро-смськими вченими (С.А. Хо-тимченко, 1.В. Гмошинський, Л.В. Кравченко та iн.), показало, що водна диcперciя нано-частинок cрiбпa (cереднiй роз-мiр частинок 10-60 нм) не проявляла вираженого негативного впливу на пщдослщних тва-рин, причому в експеримент вивчали морфопогiчнi змЫи у тканинах печiнки та слизовм обопонцi тонкого кишечника щурiв лшп Вicтaр, проводили загальний aнaпiз кров^ встано-вили концентрaцiю та актив-нicть ряду iзоформ мiкроcо-мальних монооксигеназ печн ки системи цитохрома Р-450 та низку iнших пaрaметрiв [8].
Особливу увагу привертають композици нaнорозмiрного сри бла у кремнеземних матрицях завдяки перcпективi викори-стання таких мaтерiaлiв в опти-щ, оптоепектронiцi, у виробниц-твi хiмiчних i бiопогiчних сенсо-рiв, у медицин в якоcтi бактери-цидних середовищ тощо.
Метою дано! роботи було вивчення aнтимiкробних i ток-сичних властивостей наноча-стинок cрiблa у cтaбiпiзовaних розчинах i у композицiйнiй си-cтемi на оcновi високодиспер-сного кремнезему (ВДК).
Об'екти i методи. У робот доcпiджено зразки розчинiв наночастинок cрiблa i суспензи високодисперсного кремнезему, на поверхн якого адсорбо-вано нaноcрiбпо. Доcпiджувaнi об'екти синтезоваш ствроб^-никами 1нституту хiмi! поверхш
iм. А.А. Чуйка НАНУ — д^м.н. А.М. бременко i н.с. Ю.С. Мухою [9-10].
Нaнорозмiрне cрiбпо у коло-!дному розчиш автори отриму-вали шляхом його хiмiчного вд новлення борогiдрaтом натрю iз нiтрaту cрiбпa. В якост стаби пiзaторa використовували су-мш поверхнево-активно! речо-вини додецилсульфату натрю (ДСН) та полiмеру по^вЫтт-ролщону (ПВП). Стaбiпiзовaний коло!д cрiбпa адсорбували на ВДК. Розмiри наночастинок визначали за допомогою про-пускаючо! електронно! мiкро-скопи (ПЕМ). Середнiй розмiр частинок становив 8-12 нм.
Вивчено aнтимiкробну актив-нicть таких дослщних зрaзкiв:
— копо!днi розчини наночастинок cрiблa (КРНЧ Ag), кон-центрaцiя cрiбпa в яких стано-вила 0,0016%, 0,0008% i 0,0004%;
— cуcпензiя ВДК, що мютить НЧ cрiбпa (НЧ Ag/SiO2), кон-центрaцiя cрiбпa у цiй суспензи становила 0,0016%, SiO2 — 3,13%.
Доотджено також контропьнi зразки:
— розчин штрату cрiбпa (AgNOß);
— комплексна сполука стаби пiзaторiв ДСН i ПВП;
— ВДК, що не мютить ыяких домiшок.
yci контрольн зразки використовували у тих саме кон-центрaцiях, що i у доcпiдi. Ро-бочi розведення зразюв готу-вали на стерильшй дистильо-вaнiй водi.
Доcпiдження здмснювали з використанням тест^кроорга-нiзмiв Staphylococcus aureus ATCC 6538, Escherichia coli K12 NCTC 10538 для визначення бактерицидно! активност i Candida albicans ATCC 10231 для визначення дрiжджецидно! ак-тивност доcпiджувaних зразюв. Для отримання теcт-cуcпензi! з заданою кiпькicтю мiкрооргa-
нiзмiв (бактерií — до 1,5 х 108 -5,0 х 108 КУО/см3, гриби — до 1,5 х 107 - 5,0 х 107КОЕ/см3) використовували фотоелектроко-лориметр (КФК-3) (довжина хвилi близько 620 нм, кювета довжиною 10 мм). Пiсля дода-вання до не!' експерименталь-ного зразка юлькють мкроорга-нiзмiв у вихщый суспензií змен-шувалась у 10 разiв: бактерiй — до 7 1д, грибiв — до 6 1д КУО/см3 (див. контролi культур у табл. 1 та 2). Час контакту дослщного зразка з тест^крооргашзмом був 1; 2; 4; 24 год за температу-ри (20,0 ± 1,0)оС.
Перед проведенням дослщ-ження з визначення антимк-робноí активностi представле-них зразюв був п^браний iнактиватор, який нейтралiзу-вав специфiчну дiю срiбла. Дослщи з нейтралiзацií прова-дили тшьки для найбiльшоí концентрацií наночастинок срiбла у зразку, але окремо для кожного з використаних тест-мiкроорганiзмiв.
Вивчали антимiкробнi вла-стивостi КРНЧ Ад i суспензiй НЧ Ад^Ю2 суспензiйним методом згiдно з EN 13727:2003 [11] i EN 13624:2003 [12]. Всi контролi, як супроводжували дослiдження (кiлькiсть мкро-органiзмiв у тест-суспензií, вд сутнiсть побiчних ефектiв екс-периментальних умов досшду «А», вiдсутнiсть токсичностi нейтралiзатора «В», ефектив-нiсть нейтралiзацií «С»), здм-снювали одночасно з доош-дом. Поави тест-штамiв бакте-рiй шкубували за температури (37,0 ± 1,0)°С протягом 2448 год, дрiжджеподiбних гри-бiв — за температури (30,0 ± 1,0)°С протягом 48 год.
Отримаш результати оцЫю-вали за коефiцieнтом редукцií вираженому в 1д — змен-шення кiлькостi тест-мкроор-ганiзмiв пюля дií доотджувано-го зразка порiвняно з первин-ною кiлькiстю !'х. Достатню
№ 4 2010 Environment & Health 4
ефективнiсть антимiкробноí активностi зразка визначали як зменшення кiлькостi бактерм на 5 1д, грибiв — на 4 1д.
Токсикологiчнi дослщження виконано для суспензiй ВДК, що мiстили НЧ срiбла, де кон-центрацií срiбла становили 0,0016% та 0,0324%.
Програмою токсикологiчних дослiджень передбачалися визначення гостро') токсичностi при введены у шлунок тддос-лiдних тварин та оцЫка мюце-во-подразнюючо') дм на шкiру.
Токсикологiчнi дослiдження виконаш на лабораторних тва-ринах (мишах, щурах, морських свинках). Використано 45 без-породних бiлих мишей, 36 бших щурiв, 18 морських свинок. Умови утримання та рацюн хар-чування були стандартними.
Параметри гостро') токсично-стi препарату визначали при введены дослщжувано''' речо-вини у шлунок бшим безпород-ним мишам масою 25-30 г та щурам масою 160-180 г Мор-ськi свинки свтпо)' мастi (маса тiла свинок 250-300 г) викори-станi для дослщжень шюрно-подразнюючо') дií.
Для оцшки параметрiв гос-тро) токсичност бiлим щурам та бiлим мишам натщесерце у шлунок вводили дослщжуваш препарати у нативному вигля-дi за допомогою спецiально виготовлених зондiв. Кон-трольнi групи тварин отриму-вали комплекс супроводжу-вальних речовин у таких саме кшькостях. За станом тварин спостер^али протягом 14 дшв, оцiнювали кшшчш прояви iнтоксикацií.
Мiсцево-подразнюючу дю на шкiру оцiнювали на морських свинках тддослщно'' та контрольно) груп, яким попе-редньо стригли шерсть на обох боках 4 х 5 см, наносячи дослщжуваш речовини у нативному виглядк Речовини наносили одноразово (змащували) та робили ватно-марлевi аплкацп протягом 12 дiб. Час експозицп становив 2 год, тсля чого препарат змивали водою з милом. Протилежний бк змащували водою. Спостертали за твари-нами протягом 14 дiб з рее-страцieю подразнюючо'' д||' (еритема, набряк, трiщини, ви-разки, некроз).
Результати дослщження iобговорення
1. Оц1нка антим1кробних властивостей наночастинок
ппеннш ПРОБЛЕМИ НАНОТЕХНОЛОГ1И =
ср'бла. Результати визначення антимiкробноí дií наночастинок КРНЧ Ag на E. coli, S. aureus i C. аlbicans представлено у табл. 1. Отримаш результати не суперечили загальнобюлопчшй закономiрностi: залежнють ефек^в вiд дози i часу експозицп («час-доза-ефект»). Необхд на редук^я для бактерiй (5 lg) i грибiв (4 lg) наставала вже за 1 годину контакту наносрiбла з мкробними клiтинами, за ви-ключенням S. aureus. Стмкють стафiлококiв до наносрiбла бу-ла значно вищою: необхiдна ре-дук^я (5 lg) наставала тiльки ni-сля 4 год експозицií.
Бшьш висока стiйкiсть S. aureus до наносрiбла особливо чiтко проявилася при зниженш концентрацií КРНЧ Ag, що дозволило також диференцюва-ти ефекти взаемодп срiбла з E. coli i C. albicans: C. albicans виявилися найбшьш чутливим об'ектом з дослщжених (КРНЧ Ag 0,0008% i 0,0004% за 1 год
знижували кiлькiсть клiтин бть-ше, шж на 4,27 lg). Зазначимо, що коло'щний розчин AgNO3 з такою саме концентра^ею сри бла, як i у КРНЧ Ag, не мав шя-коí мiкробiоцидноí дм. Пара-лельно дослiдженi стаб^зато-ри (ДСН i ПВП) антимiкробноí активной не мали.
Таким чином, представлен данi переконливо вказують на високу антимкробну актив-нiсть отриманого КРНЧ Ag у вказаних концентрацiях
(0,0016%; 0,0008%; 0,0004%) до вах тест-мiкроорганiзмiв.
Отриманi результати з вив-чення антимкробно!' дií суспен-зií ВДК, що мютить Нч срiбла (НЧ Ag/SiO2), представлено у табл. 2. Введення наночастинок срiбла до суспензи SiO2 де-що знизило активнють срiбла, що проявилось у збтьшены часу експозицií, змЫився також характер взаемодií НЧ срiбла з бактерiальною клiтиною.
Таблиця 1
Антимшробш властивостi колоГдних розчинiв наночастинок срiбла, lg R
Назва зразка i концентрац1я Експозищя (год) Тест-штам
E. coli S. aureus C. albicans
КРНЧ Ag (0,0016%) 1 >5,22 < 1,57 > 4,27
2 >5,22 2,07 > 4,27
4 >5,22 4,35 > 4,27
24 >5,22 > 5,24 > 4,27
КРНЧ Ag (0,0008%) 1 4,07 < 1,57 > 4,27
2 5,11 < 1,57 > 4,27
4 >5,22 2,72 > 4,27
24 >5,22 > 5,24 > 4,27
КРНЧ Ag (0,0004%) 1 3,97 < 1,57 > 4,27
2 5,07 < 1,57 > 4,27
4 >5,22 < 1,57 > 4,27
24 >5,22 5,09 > 4,27
Вихщна кiлькiсть мiкроорганiзмiв (контроль культур), lg* 7,37 7,39 6,42
* Примтка до табл. 1-2: Контролi«А», «В»i«С» вщповщали вимогам европейських стандартв.
-е-
Час експозицií для C. albicans для досягнення редукцií 4 lg не змшився i залишився таким са-ме, як i за дií КРНЧ Ag (1 год). Водночас pi3KO збiльшилaся стмкють E. coli до дií НЧ Ag, що перебувають у комплекс з SiO2: за 4 год експозицп редук-цiя становила 3,58 lg. Проти-лежно цьому S. aureus виявили бiльш високу чутливють до комплексу НЧ Ag/SiO2, шж у КРНЧ Ag. Однак загалом анти-мiкробнa aктивнiсть комплексу НЧ Ag/SiO2 залишалася висо-кою: за 2 год контакту необхщ-на редукщя спостерiгaлaсь у S. aureus i ще рaнiше у C. albicans, а тсля чотиригодинно1 експозицií необхiдний ефект наставав також i в E. coli.
Виявлена у ходi експеримен-тiв найвища чутливiсть C. albicans до наночастинок срiблa частково знаходить пояснення у роботах [13-15]. Отриман авторами [14] результати демон-струють виключно високу ак-тивнiсть ср^бла, особливо у на-нокристaлiчнiй форм^ щодо рiзномaнiтних грибiв. Мехaнiзм взаемодп iонного срiблa з uni-тинною стiнкою дрiжджеподiб-них грибiв (зокрема C. albicans) описаний у [15]. Незво-ротна взaемодiя юшв срiблa з цистеíновим залишком, що ми стить -SH групу в iзомерaзi фосфоманози (тропнiсть Ag до тюлових груп належить до його специфiчноí дií), переривае синтез стшок клiтини, що у свою чергу призводить до втрати незамшних поживних речовин i, як нaслiдок, до заги-белi клiтини. У робот [13] вив-чено порiвняльну дю iонного i кластерного срiблa на кттини дрiжджеподiбних грибiв Candida utilis, де авторами було по-
Антимiкробнi властивостi
казано зaлежнiсть чутливост мiкрооргaнiзму вiд фази росту. Так, розвиток дрiжджових кли тин пригшчувався дiею iонiв срiблa i препарату, що мютить нaносрiбло, у фaзi лiнiйного росту. Однак при збшьшенш кiлькостi клiтин на стaдií лога-рифмiчного росту бiоцидний ефект юшв срiблa був суттево слабшим i мав мкробостатич-ний характер, а у присутност клaстерiв срiблa рют клiтин припинявся.
Вiдмiнностi у ступенi чутливо-стi до срiблa грамнегативно!' (E. coli) i грaмпозитивноí (S. aureus) мiкрофлори можуть бути пояснен особливостями у бу-довi кттинно[ оболонки бакте-рiй [16].
Грамнегативн бактери мають бiльш тонку (порiвняно з грам-позитивними бaктерiями) uni-тинну стiнку, що включае бiмо-лекулярний шар пептидоглка-ну, що не мютить тейхоеву кислоту, але складну за своею структурою. Наявнють у зовнш-нiй мембран фосфолiпiдного бiшaру, полiсaхaридiв i лтополи сaхaриднопротеíнового комплексу, а у периплазматичному просторi ферментiв (рибону-клеаза, фосфатаза, пенщтлЫа-за тощо), як при пошкодженнi мембрани вiльно потрапляють у навколишне середовище, ро-бить грамнегативш бaктерií вразливими мiшенями для сри бла та низки Ыших aгентiв.
Грaмпозитивнi бактери, зокрема S. aureus, мають простые оргаызовану, але потужшшу клiтинну стнку, що складаеться переважно з багатьох шaрiв пептидоглiкaну (до 40 шaрiв), якi мiстять унiкaльнi полiмери тейхоевих кислот, що е основ-ним каркасом мiкробноí ктти-
Таблиця 2 суспензп НЧ Ag/SiO2, lg R
Назва зразка i концентрац1я Експозищя, год Тест-штам
E. coli S. aureus C. albicans
НЧ Ag (0,0016%) / SiO2 (3,13%) 1 < 1,39 3,89 > 4,54
2 1,48 5,14 > 4,54
4 3,58 > 5,17 > 4,54
24 > 5,06 > 5,17 > 4,54
SiO2 (3,13%) (контроль) 1 < 1,39 < 1,5 < 0,87
2 < 1,39 < 1,5 < 0,87
4 < 1,39 < 1,5 < 0,87
24 < 1,39 < 1,5 < 0,87
Вихщна кiлькiсть мiкрооргaнiзмiв, (контроль культур), lg* 7,21 7,32 6,69
ни. Подiбна будова забезпечуе деякий захист кштини вiд дй' фiзико-хiмiчних факторiв. Зокрема, ферменти, яю мiстять -SH групи, розташованi у цито-плазматичнiй мембранi, що перебувае пiд потужним шаром пептидоглiкану (муре'ну). Тому iнактивацiя сульфгiдрильних груп юнами чи кластерами сри бла (як одного i3 складових ме-хашзму його специфично'' дм) дещо розтягнута у часi.
Зниження ефекту антимк-робно'' д^ дослiдженого композиту НЧ Ag/SiO2 не суперечить фiзико-хiмiчнiй взаемодií мiж двома складовими: кластери срiбла сорбуються на поверхнi частинок кремнезему, що зв'язуе частину активних груп. Однак, як було показано, анти-мкробна активнють композиту залишалася достатньо висо-кою. У вщомм роботi [17] спо-лука силкагелю з наносрiблом за концентрацп срiбла 1 мг/см3 знижувала кiлькiсть E. coli i S. aureus за 6 год контакту лише на 72%.
Змша чутливост тест-штамiв E. coli i S. aureus до наночастинок срiбла при додаванш до нього суспензп ВДК, можливо, пов'язана з адсорбцiйною ак-тивнiстю кремнезему щодо дослiджених мiкроорганiзмiв. На даному етапi робiт виявле-ний факт не знаходить достат-нього пояснення, що вимагае продовження дослщжень у цьому напрямку.
2. Оц1нка гостро! токсичност суспензй ВДК, що мстять на-ночастинки србла. Одразу пюля введення у шлунок бтим щурам суспензй ВДК, що ми стить 0,0016% НЧ Ад, спостери гали задишку, загальмованiсть, поверхневе дихання. Стан волосяного i шюрного покрову за-лишався без змЫ. Реакцiя на рiзнi подразники була адекватною. За деякий час 'хшй стан був задовтьним, вс симптоми зникали, фiзiологiчний стан тварин вщновлювався.
При введеннi щурам у шлунок контрольно! речовини у юлькост 1-2 см3 будь-яких вщ-хилень у поведшщ щурiв, !х-ньому фiзiологiчному станi не спостеркалося; при введеннi 5 см3 спостеркалися тi саме симптоми, що i у дослiднiй гру-rn. Протягом 14 дiб пiсля введення дослщжуваних речовин стан тварин залишався задовтьним. Тварини дослщно'' та контрольно! груп не загинули.
№ 4 2010 Environment & Health 6
Оскiльки летальних випадкiв не спостерiгалося, щурам вводили препарати у максимально можливому разовому o6'eMi — 5 см3 за маси тша 170 г двiчi на день. За двi доби су-марна кiлькiсть препарату ста-новила 20 см3, що дорiвнюe 0,32 мг наносрiбла. Жодна тварина не загинула.
Проведет дослщження суспензи ВДК з бiльш високим вмютом наносрiбла (0,0324%) показали, що випробуваш кть-костi препарату за одноразового введення у шлунок не мали вираженоТ токсично!' дм.
За однократного введення цих речовин у шлунок щурiв у нативному виглядi у максимально можливому об'eмi (5 см3 для щура масою тiла 170 г) летальних випадюв не спостерiгалося.
Ti саме симптоми спостерка-лись i при введены дослщжувано! суспензiï ВДК, що мютить 0,0016% НЧ Ад, у шлунок бшим мишам.
При дослщженш токсичност препарату з вмютом наносри бла у 20 разiв бшьшим також не виявлено загибелi тварин. Ос-кiльки летальних випадкiв не спостерталося, мишам ввели дослiджувану суспензю у максимально можливому об'eмi — 1 см3 на мишу масою до 30 г, що викликало короткочасну за-гальмованiсть. Жодна тварина не загинула.
Таким чином, при введены дослщжуваних суспензш у шлунок мишей у нативному виглядi у максимально можливому об'eмi (1,0 см3 для мишей) загибелi тварин не спо-стерiгалося.
3. Оцнка мсцево-подраз-нюючо}' д 'й на шюру суспензй ВДК, що м1стять наночастинки србла. Для оцЫки впливу суспензи ВДК, що мютять наночастинки срiбла, на шкiру морсь-ких свинок речовини наносили одноразово (змащували) та робили ватно-марлевi аплiкацiï протягом 10 дiб. Час експозицiï становив 2 год. Достджували два препарати з концентра-цieю наносрiбла 0,0016 г та 0,0324 г у 100 г води.
За одноразового нанесення препарати у розведенш 1:1 та у нативному виглядi не виклика-ють мiсцево-подразнюючоï дiï на шкiру морських свинок.
^сля нанесення ватно-мар-левих аплкацш протягом 10 дiб було виявлено, що дослщ-
жувана речовина у жоднш з концентрацiй не викликае сут-тевоí мiсцево-подразнюючоí дм на шкiру тварин. Всi морсь-кi свинки залишилися живими, змш поведiнки i зовнiшнього вигляду не було: приймали [жу, були рухливими та актив-ними.
Таким чином, за отриманими результатами не встановлено вираженоС гостро[ токсичност суспензiй ВДК, що мютять наночастинки срiбла.
Висновки
1. Встановлено, що отрима-ний хiмiчним методом i стабти зований сумiшшю ДСН i ПВП ультраколощний розчин на-носрiбла (розмiр частинок 812 нм), а також композит НЧ Ag/SiO2 мали високу антимк-робну активнiсть до достдже-них тест-мiкроорганiзмiв.
2. Виявлено, що найвища антимiкробна активнiсть до-слiджених розчинiв наночастинок срiбла спостерiгаеться за дií на гриби C. аlbicans. Дрiж-джецидний ефект проявлявся за 1 год дм колоíдного розчину наночастинок срiбла у мши мальнiй концентрацií 0,0004%, а суспензи високодисперсного кремнезему, що мютить наночастинки срiбла, — у концен-трацп 0,0016%.
3. Дослiджено рiзний вплив вивчених розчинiв на грампо-зитивнi та грамнегативнi мк-роорганiзми. Колоíдний розчин наночастинок срiбла у мiнiмальнiй концентрацií 0,0004% мав бактерицидний ефект на E. coli протягом 2 год контакту. Щодо грампозитив-них мiкроорганiзмiв на при-кладi тест-штаму S. aureus да-ний ефект було зареестрова-но пiсля 4 год експозици. При дослiдженнi суспензií високодисперсного кремнезему, що мютить наночастинки срiбла у концентрацп 0,0016%, отри-мано бактерицидний ефект за 2 год на S. aureus i за 24 год — на E. coli.
4. Дослщжена у ходi експери-менту рiзна стiйкiсть грамнега-тивних i грампозитивних бакте-рiй до наносрiбла, що мютить-ся у колоíдному розчиш i в ад-сорбованому стаж на поверхш високодисперсного кремнезему, залежить вщ особливостей будови мкробно[ клiтини, фи зико-хiмiчних процесiв, що вщ-буваються на поверхнi вДк, та iнших причин, якi потребують подальшого вивчення.
5. Встановлено, що суспензií високодисперсного кремнезему, що мiстять наночастинки срiбла, не проявляють вираже-ноí гостроí токсичность Л1ТЕРАТУРА
1. Методические подходы к оценке безопасности нанома-териалов / Г.Г. Онищенко, А.И. Арчаков, В.В. Бессонов [и др.] // Гигиена и санитария. — 2007. — № 6. — С. 3-10.
2. Бактерицидные и каталитические свойства стабильных металлических наночастиц в обратных мицеллах / Е.М. Егорова, А.А. Ревина, Т.Н. Ростов-щикова [и др.] // Вестник Московского ун-та. Сер. 2. Химия. — 2001. — Т. 42, № 5. — С. 332-338.
3. Ecotoxicity and analysis of nanomaterials in the aquatic environment / M. Farre, K. Gajda-Schrantz, L. Kantiani [et al.] // Anal. Bioanal. Chem. — 2009. — № 393. — Р. 81-95.
4. An in vitro assessment of the antibacterial properties and cytotoxicity of nanoparticulate silver bone cement / V. Alt, Th. Bechert, P. Steinrucke [et al.] // Biomaterials. — 2004. — V. 25, № 18. — P. 4383-4391.
5. Lewinski N. Cytotoxicity of Nanoparticles / N. Lewinski, V. Colvin, R. Drezek // Small-journal. — 2008. — V. 4, № 1. — P. 26-49.
6. Allsopp M. Nanotechnologi-es and nanomaterials in electrical and electronic goods: A review of uses and health concerns / M. Allsopp, A. Walters, D. Santi-no; Greenpeace research laboratories. — 2007, December. — 22 p.
7. Ji J.H. Twenty-eight-day inhalation toxicity study of silver nanoparticles in Sprague-Dawley rats / J.H. Ji // Inhalation Toxicology. — 2007. — Vol. 19, № 10. — Р. 857-871.
8. Хотимченко С.А. Токсикологическая характеристика наноча-стиц металлического серебра в эксперименте на лабораторных животных [Электронный ресурс] / С.А. Хотимченко, И.В. Гмошин-ский, Л.В. Кравченко [и др.] — Режим доступа: http://rusnano-tech08.rusnanoforum.ru/sadm_fi-les/disk/Docs/2/10/10%20(38).pdf
9. Оптичш властивост малих частинок срiбла у колощних розчинах / Л.Г. Гречко, А.М. бременко, Г.В. Крилова [та Ы.] // Вюник Кшвського унту. Сер. Фiз.-мат. науки. — 2004. — Вип. 4. — С. 450-460.
-е-
10. Фотохимическое получение наночастиц Ag в водно-спиртовых растворах и на поверхности мезопористого кремнезема / Г В. Крылова,
A.М. Еременко, Н.П. Смирнова [и др.] // Теорет. и эксперим. химия.— 2005. — Т. 41, № 2. — C. 100-104.
11. EN 13727 : 2003 Chemical disinfectants and antiseptics — Quantitative suspension test for the evaluation of bactericidal activity of chemical disinfectants for instruments used in the medical area — Test method and requirements (phase 2, step 1). — Brussels: European Committee for Standardization, 2003. — 36 p.
12. EN 13624 : 2003 Chemical disinfectants and antiseptics. Quantitative suspension test for the evaluation of fungi-cidal activity for instruments used in medical area. Test method and requirements (phase 2, step 1). — Brussels: European Committee for Standardization, 2003. — 36p.
13. Некоторые особенности воздействия кластерного серебра на дрожжевые клетки Candida utilis / А.А. Ревина, Е.К. Баранова, А.Л. Мулюкин [и др.] // Электронный научный журнал «Исследовано в России». — 2005. — С. 14031409. — Режим доступа: http: // www.zhurnal.ape.relarn.ru /articles/2005/139.pdf.
14. Efficacy of topical silver against fungal burn wound pathogens / J.B. Wright, K. Lam, D. Hansen [et al.] // American Journal of Infection Control. — 1999. — Vol. 27, № 4. — Р. 344-349.
15. Mechanism of irreversible inactivation of phosphomanno-se isomerases by silver ions and flamazine / T.N. Wells, P. Scully, G. Paravicini [et al.] // Biochemistry. — 1995. — Vol. 34, № 24. — Р. 7896-7903.
16. Медицинская микробиология / Байчурина А.З., Гильманова Г.Х., Григорьев В.Е. и др.; Под ред.
B.И. Покровского и О.К. Поз-деева. — М.: ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1999. — 217 с.
17. Bactericidal properties of silica particles with silver islands located on the surface / G. Bu-gla-Ploskonska, A. Leszkiewicz, B. Borak [et al.] // Int. J. Antimicrobial Agents. — 2007. — Vol. 29, № 6. — P. 746-748. Надйшла до редакцп 16.03.2010.
PROBLEM OF SAFETY IN THE USE OF NANOTECHNOLOGIES
Demetska O.V.
ПРОБЛЕМА БЕЗПЕКИ ПРИ ВИКОРИСТАНН1 НАНОТЕХНОЛОГ1Й
ДЕМЕЦЬКА О.В.
ДУ «1нститут медицини пращ АМН Украши», м. Кшв УДК: 613.63 : 544.023.5
K^40Bi слова: нанотехнолопя, нанобезпека, ультрадисперсш частинки, наноматерiали.
ин1 доотдження впливу частинок наноди апазону на оргаызм людини е одним з найпрюритетшших напрямюв сучасноТ науки. Як вщомо, наночастинки юнували ще до появи людини та й зараз юнують у космосу атмосферу пдросфер^ прських породах i магмах. Можливо, цшком дореч-но було б визнати «батьком» нанотехноло-пТ Демокрита, який казав, що атом — це свт Але сьогодш людство цкавлять на-самперед так зван синтетична або жду-стрiальнi наночастинки. У бшьшост краТн св^у наноматерiали, особливо наночастинки, перебувають на самому гребет «нанотехнолопчноТ хвилЬ>. Власне, термЫ «нанотехнолопя» був введений 1974 року професором-матерiалознавцем Токшсь-кого унiверситету Норiо Ташгучи, який виз-начив його як «технолопя виробництва, що дозволяе досягти надвисокоТ точностi та ультрамалих розмiрiв порядку 1 нм».
За анал™чними прогнозами, iновацiйний розвиток i рiвень економiки у XXI столiттi визначатимуть саме нанотехнологiТ, що, у свою чергу, призведе до iстотних змЫ в усiх сферах дiяльностi. Наприклад, якщо вщпо-вiдно до 6-Т РамковоТ програми 60 (20022006 рр.) на фЫансування дослiджень i роз-робок у галузi нанотехнолопй та вигото-влення нових наноматерiалiв було витраче-но 1,3 млрд. евро, то вже у 7-й Рамковм програмi 60 (2007-2013 рр.) на фЫансу-вання цього напрямку передбачено 3,5 млрд. евро. У свою чергу, у Роайсьюй Фе-дераци для сприяння реатзаци державноТ
ПРОБЛЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Демецкая А.В.
Стремительное развитие нанотехнологий способствует прогрессу науки и техники, но, с другой стороны, ведущие специалисты мира называют наночастицы «Двуликим Янусом». Механизм воздействия на организм веществ, которые находятся в ультрадисперсном состоянии, существенно отличается от существующих научных представлений, что обусловливет необходимость разработки вопросов мониторинга экспозиции наночастиц, поиска биомаркеров для оценки функционального состояния организма работающих в сфере нанотехнологий, анализа потенциальных рисков и усовершенствования средств индивидуальной защиты.
Ключевые слова: нанотехнология, нанобезопасность, ультрадисперсные частицы, наноматериалы.
© Демецька О.В.
СТАТТЯ, 2010.
№ 4 2010 Environment & Health 8
