CC BY
6615. Petrova, O.N. Veterinary surveillance of diseases common to humans and animals: the situation in the country in 2011 / O.N. Petrova, S.A. Dudnikov // Veterinary medicine today. - 2012. - No. 2 (2). - P. 5355.
16. Ponomarenko, D.G. Overview of the epizootological and epidemiological situation of brucellosis in the Russian Federation in 2017 and the forecast for 2018 / G.D. Ponomarenko, D.V. Rusanova, T.V. Berdnikova et al. // Problems of especially dangerous infections. - 2018. - No. 2. - P. 23-29.
17. The list of infectious, including especially dangerous, animal diseases, according to which restrictive measures (quarantine) can be established // Bulletin of Veterinary Medicine. - 2017. - No. 2 (81). - P. 26-27.
18. Sidorchuk, A.A. Modern ideas about zoonoses / A.A. Sidorchuk // Russian Veterinary Journal. Farm animals. - 2012. - No. 4. - P. 6-7.
УДК 636.085:577.17 DOI 10.33632/1998-698Х.2020-1-14-22
ЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА: ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРИМЕНЕНИЕ В
ЖИВОТНОВОДСТВЕ SILVER NANOPARTICLES: CHARACTERIZATION AND
APPLICATION
хАжмулдинов Е.А. - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, хКизаев М.А. - кандидат сельскохозяйственных наук, хТитов М.Г. - кандидат сельскохозяйственных наук, 2Соболева Н.В. - кандидат сельскохозяйственных наук, 2Бабичева И.А. - доктор биологических наук.
:ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук» (460000, г. Оренбург, 9-го Января, 29, e-mail: Titow.ru@mail.ru) 2ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет» (460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, e-mail: rector@orensau.ru)
Этот обзор кратко представляет научный материал о свойствах наночастиц серебра, применении и возможных дальнейших разработках, а также их влиянии на различное поведение и свойства продуктов, в которых они используются. Рассматривается клеточная токсичность наночастиц серебра и соответствующие механизмы их поведения в тканевой среде; антибактериальные свойства. Каждый раздел содержит описание основных механизмов, связанных с наносеребром, преимуществами, а также возможные ограничения в его применении. Антибактериальные свойства, доступность и более низкая стоимость изготовления, обработки и хранения, по сравнению с другими благородными элементами, делает их более перспективными для применения в различных отраслях. Тем не менее, токсичность нуждается в дальнейшем изучении, и методы преодоления этого неблагоприятного воздействия являются предметом современных исследований. Даже несмотря на ограничения, которые должны быть наложены на использование наночастиц серебра в связи с токсичностью, их можно считать многообещающим наноагентом для новых достижений в различных областях.
Ключевые слова: наночастицы, серебро, живые организмы.
Нанотехнология - это современная область науки, занимающаяся синтезом и применением наночастиц (НЧ), размер которых составляет от 1 до 100 нм. Её можно назвать конструктором, манипулятором структуры частиц размером менее 100 нм [2]. Наночастицы представляли научный интерес и остаются таковыми из-за их уникальных физико-химических характеристик, включая каталитическую активность, антибактериальные, оптические, электронные и магнитные свойства [31]. Существует несколько различных фи-
зических, химических, биологических и гибридных методов, доступных для синтеза различных типов НЧ. Физические и химические методы являются более дорогими, энергоемкими и потенциально токсичными для окружающей среды [29]. Разработка надежных, нетоксичных и экологически чистых методов синтеза НЧ является наиболее важной для расширения их биомедицинских применений. Одним из вариантов достижения этой цели является использование микроорганизмов для синтеза НЧ [15]. Внеклеточный синтез НЧ се-
ребра с использованием видов Lactobacillus является экономически эффективным и экологически безопасным [10] и позволяет разрабатывать новые эффективные антимикробные агенты, которые преодолевают множественную устойчивость микроорганизмов к антибиотикам [14]. Наночастицы демонстрируют новые или улучшенные свойства, основанные на определенных характеристиках, таких как размер, распределение и морфология. Новые способы применения НЧ и наноматериалов быстро растут, появляются более передовые нанотехнологии. Реактивные виды кислорода вырабатываются живыми организмами в результате нормального клеточного метаболизма и факторов окружающей среды.
Организм человека обеспечен различными антиоксидантами, которые являются противодействующим барьером окислителям [6]. Биосинтезирующие НЧ серебра проявляли антиоксидантные и противовоспалительные свойства [13].
1. Характеристика и синтез наноча-стиц серебра. Серебро относится к группе благородных металлов. Это 47-й элемент периодической таблицы с атомным весом 107,87. Температура его плавления составляет 961,78°С, а кипения - 2162 0С. Серебро обладает очень высокой пластичностью: в чистом виде его электро- и теплопроводность самые высокие из всех металлов. Чистое серебро не вступает в реакцию с водой или воздухом, но реагирует при контакте с соединениями, содержащими серу или хлорид. Естественно, серебро находится в металлическом состоянии, редко в чистом виде, а чаще - в сочетании с серой, хлором, мышьяком или сурьмой и очень часто в рудах, содержащих медь, свинец, золото и цинк.
Наночастицы серебра признаны подходящими для многих применений, где могут использоваться их свойства высокой электрической проводимости и низких температур спекания. Из существующих способов получения НЧ серебра, можно выделить четыре основных: химический, физический, фотохимический и биологический. К ним относятся такие виды как химическое восстановление, лазерная абляция, фоторедукция и «зеленый» синтез с использованием биоорганических растений, например водорослей. Химические методы могут рассматриваться как стандартные, такие как восстановление нитрата серебра и облучение. Фотохимические методы часто используют ультрафиолетовый свет для поддержки химического процесса. Физические методы обычно включают испарение,
конденсацию или другие высокоэнергетические процессы, и их стоимость часто очень высока, что делает этот подход менее приемлемым. Процессы синтеза, в которых участвуют растения или другие биоорганические источники, являются новым направлением исследований в области химии синтеза нано-частиц. Были получены кристаллические НЧ серебра размером 20-30 нм и кубические гра-нецентрированные кристаллические решетки, также среднего размера (5 нм), в той же группе - анизотропные НЧ размером 10-50 нм с использованием другого пути синтеза [12, 17, 49]. Зеленый процесс позволил получить сферические Ag-частицы размером 10-25 нм, а использование морских водорослей и их зеленый синтез - сферические НЧ серебра со средним размером 96 нм [36, 48]. Существуют также различные попытки изготовить системы НЧ ядро-оболочка, где оболочка изготовлена из металла (например, серебра или золота), а ядро представляет собой другой материал (например, SiO2) [24]. Эти системы исследуются как возможный переносчик лекарств или антибиотиков для доставки их к целевым системам. Доказано, что метод синтеза по существу определяет размер и форму НЧ, а также их дальнейшее поведение в целом. Влияние биоорганических сред усложняет этот процесс, но способ, которым производятся частицы, является первым важным шагом для их определения. Например, зеленый синтез ОТ--серебра с участием гиалуроновой кислоты для нацеливания на рецепторы клеток CD44 +, которые связаны с несколькими типами рака, имел фокус синтеза для нацеливания на опухолевые клетки и показал многообещающие результаты [27].
Как правило, синтез НЧ серебра осуществляется с использованием трех различных методов: физических, химических и биологических. В физических методах НЧ получают испарением-конденсацией с использованием трубчатой печи при атмосферном давлении [25]. Чаще используют простые: искровой разряд и пиролиз [47]. Преимуществами физических методов являются скорость, излучение, используемое в качестве восстанавливающих агентов, и отсутствие опасных химических веществ, но недостатками являются низкий выход и высокое потребление энергии, загрязнение растворителем и отсутствие равномерного распределения [1].
Химические методы используют воду или органические растворители для приготовления НЧ серебра [50]. В этом процессе обычно используются три основных компо-
нента, такие как предшественники металлов, восстановители и стабилизирующие средства. Преимуществом химического синтеза НЧ являются простота производства, низкая стоимость и высокий выход. Однако использование химических восстановителей вредно для живых организмов [18].
На фоне серьезных недостатков химических методов был разработан биологический, который оказался наиболее простым, экономически эффективным, надежным и экологически безопасным. Большое внимание уделяется высокой мощности производства НЧ серебра определенного размера с использованием различных биологических систем, включая бактерии, грибы, растения, экстракты и небольшие биомолекулы, такие как витамины и аминокислоты [18, 22].
2. Биоаккумуляция и токсичность наночастиц серебра. Наночастицы серебра, присутствующие в потребительских товарах, попадают в окружающую среду, где они могут подвергаться биоаккумуляции или попадать в пищевую цепь, источники питьевой воды [23]. Биодоступность этих материалов может быть определена по их усвоению при контакте с организмом. Поглощение НЧ серебра относительно быстрое и зависит от времени. Иногда насыщение наблюдается после длительной инкубации. На поглощение НЧ серебра могут влиять несколько факторов, таких как их морфология, размер, концентрация и свойства поверхности [30]. Многие медицинские изделия покрыты или обработаны наносеребром, например хирургические инструменты, костные и зубные протезы. Присутствующие в потребительских товарах они могут легко проникать в организм человека, например высвобождаемые из различных поверхностных покрытий, могут легко вдыхаться [33].
Наночастицы могут попадать в организм с водой, продуктами питания, косметикой, лекарствами и т. д. При пероральном воздействии НЧ серебра на слизистую оболочку тонкой кишки у мышей было установлено, что из-за потери микроворсинок энтероцитов площадь абсорбционной поверхности кишечника заметно уменьшалась, что привело к снижению поглощения питательных веществ и уменьшению живой массы мышей [41].
Изучая способность нано- и микрочастиц серебра проходить через гематоэнцефали-ческий барьер, [46] отмечают, что наносеребро преодолевает данный барьер только после подкожной инъекции и вызывает дегенерацию нейронов, то есть некроз. Высокий процент
НЧ серебра, но не микрочастиц, перемещается в кровеносную систему после их подкожного введения и откладывается во всех основных органах (почки, печень, селезенка, мозг и легкие). Ультраструктурные наблюдения подтвердили накопление НЧ серебра в эпителиальных клетках почечных канальцев, гепатоцитах и нейронах.
Эритроциты человека при воздействии различных концентраций НЧ серебра, покрытых крахмалом (25-400 мкг/мл), оказывают вредное воздействие по сравнению с клетками, подвергнутыми воздействию НЧ серебра без данного покрытия в течение 3 часов введения [4]. Окунь обыкновенный (Perca fulviatilis) обрабатывали различными концентрациями НЧ серебра и нитрата серебра отдельно. Было установлено, что группа, обработанная наночастицами серебра, не показала какого-либо неблагоприятного влияния на скорость основного обмена, тогда как окунь, обработанный только нитратом серебра, показал значительное увеличение скорости основного обмена [5]. Наблюдение отложения вдыхаемых частиц ультрадисперсного элементарного серебра у крыс в легких и системного распределения по всему организму показало, что вдыхаемые НЧ серебра также откладывались в почках, печени, селезенке, мозге и сердце в низких концентрациях [45]. У крыс físcher F344 более неблагоприятные эффекты наблюдаются в клетках, обработанных 30, 125 и 500 мг/кг наночастицами серебра включая потерю массы тела, изменения биохимических показателей крови, гиперплазию желчных протоков, фиброз и накопление их в почках [38]. Накопление Н серебра также влияет на репродуктивную систему, что вызывает ее недостаточное функционирование и окислительный стресс. Проводились исследования по изучению влияния различных размеров и доз наносеребра на самцах крыс. В частности, количество сперматозоидов, повреждение ДНК половых клеток и морфометрия семенных канальцев измерялись после внутривенного введения низкой дозы наносеребра. Они также вызывали изменения в количестве сперматозоидов, и исследование показало генотоксиче-ский эффект данной дозы наносеребра небольшого размера. В целом, накопление НЧ является токсичным для клеток. Они попадают в клетку по эндоцитотическим путям и вызывают различные виды повреждения клеток в результате реакций свободных радикалов [16, 38].
Медицина и ветеринария являются одними из жизненно важных областей, где ожи-
дается, что НЧ добавят новое ко многим существующим методам диагностики и лечения, откроют дополнительные решения. Тем не менее, токсичность является неизбежной проблемой, тесно связанной с любым применением нано- или микрочастиц. Медицинские показания или последствия таких взаимодействий пока в значительной степени неизвестны, особенно если учесть долгосрочные последствия, такие как генетический или иммунный ответ. Некоторые из признанных токсических эффектов НЧ металлов - это воспаление тканей, окислительный стресс, стимуляция иммунной системы, изменения метаболизма кислорода в сторону увеличения свободных радикалов, ненормальное функционирование или гибель клетки и т. д. [9, 37, 51].
Следовательно, существует ряд размеров и концентраций, связанных с наночасти-цами серебра, которые должны быть более безопасными для использования. В исследованиях о размерах и концентрациях НЧ серебра представлены данные тестирования с точки зрения их токсического воздействия на клетки, особенно это проявляется для небольших НЧ (2-5 нм). Однако есть некоторые свидетельства того, что поведение малых частиц (<100 нм) в наноразмерном диапазоне можно предсказать, наблюдая за их поведением, когда они имеют большие размеры (> 500 нм). Но как для мелких, так и более крупных НЧ наблюдались эффекты, такие как воспаление, окислительный стресс, активация сигнальных путей и канцерогенность. Поведение клеток при контакте с наночастицами, в первую очередь, зависит от размера. Для частиц размером более 500 нм фагоциты захватывают частицу, образуя, таким образом, внутренний пузырь, происходит обычный для иммунной системы процесс, называемый фагоцитозом, и пиноцитоз или макропиноцитоз для более крупных частиц и агрегатов (0,5-5 мкм) [53].
Форма НЧ также является очень влиятельным фактором в отношении цитотоксич-ности. Сферические НЧ диаметром 30 нм менее токсичны, чем серебряные нанопроволоки диаметром 100-160 нм и длиной 1,5-25 мкм. Соответственно, для наносеребра были опробованы различные способы производства, чтобы получить требуемые размеры НЧ серебра. Сферические и эллипсоидальные НЧ серебра с размерами в диапазоне 20-30 нм были получены, используя так называемый «зеленый» синтез. Общеизвестно, что пути производства сильно влияют на свойства любого конечного материала, и даже небольшая последующая обработка может привести к со-
вершенно другим свойствам поверхности [53]. Проводя обработку клетки различными концентрациями НЧ серебра без покрытия и с углеродным покрытием по отдельности, мы оценили токсичность НЧ серебра в эпидер-мальных кератиноцитах человека как in vitro, так и in vivo. При этом наблюдается снижение жизнеспособности клеток, обработанных НЧ серебра без покрытия, тогда как в клетках, обработанных углеродными НЧ серебра токсического эффекта не отмечено [40]. Снижение жизнеспособности клеток, окислительный стресс, повреждение ДНК и более высокая активность CASP3 в клетках фибросаркомы человека HT-1080 (полученных из дермы) и клетках карциномы кожи человека A431 (полученных из эпидермиса) наблюдается при обработке наночастицами серебра [3]. Как и у многих веществ в наномасштабе, токсичность наносеребра больше, чем у серебра в объемном виде; серебро сравнительно более токсично, чем другие тяжелые металлы, когда оно находится в форме НЧ. Физические характеристики наноматериалов, такие как их размер, форма и свойства поверхности, могут оказывать токсическое воздействие, которое выходит за рамки того, что связано с их химическим составом [8]. Было продемонстрировано, что НЧ серебра продуцируют активные формы кислорода, что может приводить к токсичности, обусловленной окислительным стрессом. Образование активных форм кислорода является ключевым механизмом токсичности наноматериалов. Оценка токсичности НЧ серебра показала, что воздействие ее на японскую медаку (Oryzias latipes) способствовало повреждению клеток и ДНК, а также к канцерогенным и окислительным стрессам [21, 32].
3. Антибактериальные свойства на-ночастиц серебра и соответствующие механизмы действия. Антибактериальные свойства серебра в основном связаны с высвобождением их ионов из-за контакта с органическими жидкостями, такими как влажность кожи или раневые жидкости. Металлическое серебро является инертным материалом как в чистом воздухе, так и в чистой воде, и он даже не реагирует с кислородом, являющимся благородным металлом, но вступает в реакцию при контакте с соединениями серы, образуя ионы серебра, и его ионная форма обладает высокой реакционной способностью. Серебро действует против бактерий, воздействуя на их клетки, и, в зависимости от количества и скорости высвобождения ионов, приводит к гибели клеток
бактерий и необратимым вредным изменениям в структуре клеток и препятствует их дальнейшему росту. Например, сульфадиазин серебра повреждает клеточную мембрану и связывается с ДНК, подавляя тем самым рост бактерий [35]. Различные соединения серебра были исследованы в качестве антибактериальных агентов, таких как серебряно-цеолитное покрытие на керамике, предназначенное для контейнеров пищевых и медицинских материалов и т. д. Было исследовано сочетание серебра с ультрафиолетовым излучением для возможного ингибирования вирусов или его синергизм с различными антибиотиками [42], и оба показали хорошие результаты.
Даже с годами применения и многочисленными исследованиями, как механизм антибактериального действия серебра, так и ионов серебра все еще находятся в стадии обсуждения. Наночастицы серебра проявляют различные формы, соответствующие ранее заявленным механизмам, связанным с токсичностью НЧ серебра. Соответственно, антибактериальные эффекты могут наблюдаться как под воздействием целых НЧ серебра, так и с помощью продуцируемых ионов [35]. Очевидно, что поверхностные свойства НЧ серебра, а также размер и форма определяют их взаимодействие с клетками, такими как проникновение через мембрану, агрегация частиц, растворение, пассивация, окисление и т. д. Антибиотики обычно разрабатываются для борьбы с некоторыми конкретными бактериями, и их молекулы обычно не могут уничтожить другие источники заболевания, в то время как ионы серебра реагируют со всеми окружающими молекулами, что приводит к антибактериальной реакции против широкого спектра микроорганизмов [35]. Ионы серебра проникают в клетки бактерий, заставляя их ДНК переходить в конденсированное состояние, таким образом, будучи неспособными к дальнейшему размножению [35].
Влияние ионов серебра на выработку активных форм кислорода является очень важным цитотоксическим механизмом, и по некоторым оценкам, более половины клеточных процессов, связанных с антибактериальным механизмом НЧ серебра, напрямую связаны с видами активных форм кислорода и вызывают окислительный стресс [34]. Нано-частицы серебра могут быть настроены так, чтобы оказывать вредное влияние на клетки бактерий, и в то же время не воздействовать на нормальные клетки животного. Таким образом, есть еще много нерешенных вопросов, прежде чем, можно будет сделать окончательные выводы.
Другая форма влияния исходит от НЧ единственного серебра, в первую очередь, из-за их чрезвычайно высокой площади поверхности [39, 43]. Меньшие частицы имеют большую поверхность контакта, таким образом, производя больше эффектов. Форма частиц снова важна из-за поверхностных аспектов: кристаллическая решетка с более открытыми поверхностями имеет тенденцию быть более активной. Было показано, что НЧ серебра в форме пластинок (серебряные нано-пластинки) проявляют лучшие антибактериальные свойства по сравнению с наностерж-нями [39], что согласуется с ранее изложенными [43]. Наносферы обладали наименьшей активностью, обладая наименее открытыми кристаллографическими гранями. Целые нано-агенты могут прикрепляться к клеточной мембране или проходить через нее внутрь бактериальных клеток, которые содержат белки с серой, а также соединения с фосфором (например, ДНК) [35]. Наночастицы серебра реагируют с обеими этими молекулами, что приводит к гибели клеток. Предполагается, что основные пути антибактериального воздействия связаны с реакциями растворимых в серебре комплексов: тиолов в ферментах или серных аналогов спиртов [28]. Кроме того, НЧ серебра служат резервуарами, высвобождая ионы серебра внутри клетки, вызывая еще более вредные эффекты.
Серебро, как благородный элемент, не реагирует на воду, но может легко растворяться в ней в присутствии окислителя, такого как кислород, и этот механизм называется окислительным растворением. Окислительное растворение серебра признано очень важным механизмом его антибактериального действия, вероятно, из-за увеличения производства свободных ионов серебра во время процесса [20]. Наблюдалось, что на него влияют кислород и биологически важные окислители, в том числе один из сильных окислителей - перекись водорода, H2O2 [20]. Окисление наносеребра с помощью 02 активируется амином, и этот процесс несколько отличается от растворения НЧ серебра с помощью H2O2. Окисление с участием Н^2 не имеет значения по размеру, и уровень рН среды играет важную роль, в то время как повышение рН увеличивает скорость высвобождения. Следует отметить, что H2O2 относится к видам активных форм кислорода, которые также образуются ионами серебра, и сложность процесса очевидна. Как и ожидалось, поверхностное покрытие НЧ серебра может значительно повлиять на процесс окисления.
Окислительное растворение, возможно, является основным фактором, влияющим на усиление антибактериального действия, но кинетика растворения и термодинамика наносеребра в водной среде и в более сложных органических жидкостях до сих пор полностью не изучены. Понимание окислительного растворения серебра может обеспечить механизмы для контроля скорости высвобождения ионов серебра и, как следствие, воздействия этого основного фактора антибактериальной активности.
Установлено, что чем меньше размер НЧ серебра, тем выше их антибактериальные эффекты, в основном из-за увеличенного отношения поверхности к объему и её кристаллической структуре поверхности. Обычно на-носеребро, используемое для антибактериальных целей, имеет диаметр около 50 нм. Серебро уже давно успешно используется против бактерий, но его применение ограничено из-за высокой стоимости. Однако в современной нанотехнологии более эффективно и экономически выгодно использовать наносеребро по сравнению с чистым металлом, потому что его использование является дорогим. В частности, 1г НЧ серебра можно использовать для покрытия от 1000 до 3000м2 поверхности [26].
Наночастицы серебра убивают бактерии главным образом потому, что серебро обладает высоким сродством к сере, а частицы отделяют дисульфидные связи (-88-) бактерий. Это препятствует тому, чтобы бактерии управляли их собственным процессом дыхания из-за подавленных дыхательных ферментов [26]. Частицы серебра также убивают бактерии, помогая производить реактивный кислород из воздуха или воды. Активный кислород, прикрепленный к клетке, предотвращает ее размножение. Это похоже на воздействие сильных оснований, таких как перекись водорода [19]. Было проведено немало исследований по влиянию НЧ серебра на антибактериальную активность в молочной продукции. Молоко -это продукт, который необходимо хранить в холодном состоянии до термической обработки, но находясь на ферме в перерывах между доениями, оно может быть постоянно холодным. Бактерии могут расти до и во время транспортировки, даже в охлаждаемых емкостях (психротрофные бактерии), а увеличение их количества снижает качество молока. Токсичные вещества, оставленные мертвыми бактериями, такими как золотистый стафилококк, изменяют аромат, вкус и органолептические свойства молока, а токсичные материалы выдерживают пастеризацию
[10]. На молочные продукты, такие как сыр и йогурт бактерии так же оказывают отрицательное влияние, даже если бактерии погибли от теплового процесса. Лучшее решение - это предотвратить рост бактерий. Наночастицы серебра могут использоваться в сочетании с текущими процессами для обеспечения безопасности молока до тех пор, пока оно не достигнет стадии термической обработки. Эти методы могут использоваться до и во время цепи охлаждения, покрывая этими антибактериальными частицами автоматические системы доения [44], а так же банки и емкости для молока или молочные трубы. Наночастицы серебра контролируют рост бактерий независимо от того, была ли продолжительность обработки 1с, 1ч или 10ч. Данные частицы начали терять свои ингибирующие свойства через 10ч, что указывает на то, что обработанное ими молоко может быть использовано для производства кисломолочных продуктов, таких как йогурт. Обработка проволокой, покрытой
наночастицами серебра, была наиболее эффективной при 22°C, а наносеребром 100 была наиболее эффективной при контроле микробной нагрузки. Высокие значения всех микроорганизмов (аэробное число, кишечная палочка, дрожжи и плесень и Staph. Aureus) были обнаружены в контрольных образцах, за которыми следовали начальная нагрузка, наносеребро 100 и пастеризованные образцы, что указывает на то, что НЧ серебра ингибировали рост микроорганизмов и являются полезными для дополнения цепи охлаждения и термических процессов [52].
Заключение. Чрезвычайно широкие возможности применения НЧ серебра в различных секторах для получения различных преимуществ являются ключом к обширным исследованиям, посвященным им.
Наносеребро имеет доказанную практическую значимость - от применения медицинских приборов, систем доставки лекарств, пищевых добавок, упаковки пищевых продуктов, систем очистки, бытовых приборов, косметики до полупроводниковых изделий, оптических устройств и многих других новых технологий по отношению к его антибактериальным эффектам.
Тем не менее, основные проблемы были подняты в связи с токсичностью НЧ серебра. С первых восторженных применений в медицинских устройствах было доказано, что существует высокий риск для здоровья, зависящий от количества, размера и формы НЧ, а также от многих других до сих пор не определенных факторов, влияющих на его
токсичность и конечные последствия для организма человека и животных. Антибактериальные свойства достаточно хорошо определены, но механизмы, которые
могут вызывать нежелательные вредные воздействия на клетки и органы, еще изучаются, особенно возможные генетические эффекты.
Литература
1. Abou El-Nour K.M., Eftaiha A., Al-Warthan A., Ammar R.A. Synthesis and applications of silver nanoparticles. Arab. J. Chem. 2010;3:135-140. doi: 10.1016/j.arabjc.2010.04.008.
2. Ahmad, P. Mukherjee, S. Senapati, D. Mandal, M.I. Khan, Kumar, et al.Extracellular biosynthesis of silver nanoparticles using the fungus Fusarium oxysporum Colloids Surf. B: Biointerfaces, 28 (2003), pp. 313-318.
3. Arora S, Jain J, Rajwade JM et al (2008) Cellular responses induced by silver nanoparticles: in vitro studies. Toxicol Lett 179:93-100.
4. Asha Rani PV, Sethu S, Vadukumpully S, Zhong S, Lim CT, Hande MP, Valiyaveettil S (2011) Investigation on the structural damage in human erythrocytes exposed to silver, gold, and platinum nanoparticles. Adv Funct Mater 20:1233-1242.
5. Bilberg K, Malte H, Wang T, Baatrup E (2010) Silver nanoparticles and silver nitrate cause respiratory stress in Eurasian perch (Percafluviatilis). Aquat Toxicol 96:159-165.
6. Birben E., Sahiner U.M., Sackesen C., Erzurum S., Kalayci O. Oxidative stress and antioxidant defense WAOJ, 5 (2012), pp. 9-19.
7. Braydich-Stolle L, Hussain S, Schlager JJ, Hofmann MC (2005) In vitro cytotoxicity of nanoparticles in mammalian germline stem cells. Toxicol Sci 88:412-419.
8. Brunner T, Piusmanser P, Spohn P, Grass R, Limbach L, Bruinink A, Stark W (2006) In vitro cytotoxicity of oxide nanoparticles: comparison to asbestos, silica, and the effect of particle solubility. Environ Sci Technol 40:4374-4381.
9. Castiglioni S, Cazzaniga A, Perrotta C et al (2015) Silver nanoparticles-induced cytotoxicity requires ERK activation in human bladder carcinoma cells. Toxicol Lett 237:237-243
10. Cenci-Goga B.T., Karama M., Rossitto P.V., Morgante R.A., Cullor J.S. Enterotoxin production by Staphylococcus aureus isolated from mastitic cows J. Food Prot., 66 (2003), pp. 1693-1696.
11. Chaudhari P.R., Masurka S.A., Shidore V.B., Kamble S.P. Antimicrobial activity of extracellularly synthesized silver nanoparticles using Lactobacillus species obtained from vizylac capsule J. Appl. Pharmaceut. Sci., 02 (2012), pp. 25-29.
12. Dhand V, Soumya L, Bharadwaj S et al (2016) Green synthesis of silver nanoparticles using coffea arabica seed extract and its antibacterial activity. Mater Sci Eng, C 58:36-43.
13. El-Rafie H.M., Hamed M.A. Antioxidant and anti-inflammatory activities of silver nanoparticles biosynthesized from aqueous leaves extracts of four Terminalia species Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol., 5 (2014), pp. 35-37.
14. Franci, A. Falanga, S. Galdiero, Palomb, M. Rai, G. Morell, et al.Silver nanoparticles as potential antibacterial agents Molecules, 20 (2015), pp. 8856-8874.
15. Gade A.K., Bonde P., Ingle A.P., Marcato P.D., Durä N. Exploitation of Aspergillus niger for synthesis of silver nanoparticles J. Biobased Mater. Bioenergy, 2 (2008), pp. 243-247.
16. Gromadzka-Ostrowska J, Dziendzikowska K, Lankoff A, Dobrzynska M, Instanes C, Brunborg G, Gajowik A, Radzikowska J, Wojewodzka M, Kruszewski M (2012) Silver nanoparticles effects on epididymal sperm in rats. Toxicol Lett 214(3):251-258.
17. Gurunathan S., Han J.W., Kim J.H. Green chemistry approach for the synthesis of biocompatible graphene. Int. J. Nanomed. 2013;8:2719-2732. doi: 10.2147/IJN.S45174.
18. Gurunathan S., Han J.W., Kim E.S., Park J.H., Kim J.H. Reduction of graphene oxide by resveratrol: A novel and simple biological method for the synthesis of an effective anticancer nanotherapeutic molecule. Int. J. Nanomed. 2015;10:2951-2969. doi: 10.2147/IJN.S79879.
19. He D., Jones A.M., Garg S., Pham A.N., Waite T.D. Silver nanoparticles-reactive oxygen species interactions: Application of a charging-discharging model J. Phys. Chem. C, 115 (2011), pp. 5461-5468
20. Ho CM, Yau SKW, Lok CN et al (2010) Oxidative dissolution of silver nanoparticles by biologically relevant oxidants: a kinetic and mechanistic study. Chem Asian J 5:285-293
21. Hussain SM, Hess KL, Gearhart JM, Geiss KT, Schlager JJ (2005) In vitro toxicity of nanoparticles in BRL 3A rat liver cells. Toxicol in Vitro 19:975 -983
22. Kalishwaralal K., Deepak V., Ramkumarpandian S., Nellaiah H., Sangiliyandi G. Extracellular biosynthesis of silver nanoparticles by the culture supernatant of Bacillus licheniformis. Mater. Lett. 2008;62:4411-4413. doi: 10.1016/j.matlet.2008.06.051.
23. Karn B, Kuiken T, Otto M (2009) Nanotechnology and in situ remediation: a review of the benefits and potential risks. Environ Health Perspect 117:1813-1831.
24. Khurana P, Thatai S, Kumar D (2014) Chapter 4: fabrication, properties of nanoshells with controllable surface charge and its applications. In: Tiwari A, Nordin AN (eds) Advanced biomaterials and biodevices. Scrivener Publishing LLC, Wiley, pp 121-146.
25. Kruis F.E., Fissan H., Rellinghaus B. Sintering and evaporation characteristics of gas-phase synthesis of size-selected PbS nanoparticles. Mater. Sci. Eng. B. 2000;69:329-334. doi: 10.1016/S0921-5107(99)00298-6.
26. Li Y., Leung P., Yao L., Song Q.W., Newton E .Antimicrobial effect of surgical masks coated with nanoparticles J. Hosp. Infect., 62 (2006), pp. 58-63.
27. Liang J, Zeng F, Zhang M et al (2015) Green synthesis of hyaluronic acid-based silver nanoparticles and their enhanced delivery to CD44+ cancer cells. RSC Adv 5:43733.
28. Liu J, Hurt RH (2010) Ion release kinetics and particle persistence in aqueous nano-silver colloids. Environ Sci Technol 44:2169-2175
29. Liu J., Qiao S.Z., Hu Q.H., Lu G.Q.Magnetic nanocomposites with mesoporous structures: synthesis and applications Small, 7 (2011), pp. 425-443.
30. Lu W, Senapati D, Wang S, Tovmachenko O, Singh AK, Yu H, Ray PC (2010) Effect of surface coating on the toxicity of silver nanomaterials on human skin keratinocytes. Chem Phys Lett 487:92-96.
31. Murugan, K.K. ShanmugasundaramBiosynthesis and characterization of silver nanoparticles using the aqueous of vitex Negundo Linn World J. Pharm. Pharmaceut. Sci., 3 (2014), pp. 1385-1393.
32. Nel A, Xia T, Li N (2006) Toxic potential ofmaterials at the nanolevel. Science 311:622-627.
33. Panyala NR, Pena-Mendez EM, Havel J (2008) Silver or silver nanoparticles: a hazardous threat to the enivornment and human health? J Appl Biomed 6:117-129
34. Park HJ, Kim JY, Kim J et al (2009) Silver-ion-mediated reactive oxygen species generation affecting bactericidal activity. Water Res 43:1027-1032.
35. Rai M, Yadav A, Gade A (2009) Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials. Biotechnol Adv 27:76-83.
36. Rajeshkumar S, Kannas C, Annadurai G (2012) Green synthesis of silver nanoparticles using marine brown algae turbinaria conoides and its antibacterial activity. Int J Pharm Bio Sci 3:502-510.
37. Rizzello L, Pompa PP (2014) Nanosilver-based antibacterial drugs and devices: mechanisms, methodological drawbacks, and guidelines. Chem Soc Rev 43:1501-1518.
38. Roh JY, Park YK, Park K, Choi J (2010) Ecotoxicological investigation of CeO 2 and TiO 2 nanoparticles on the soil nematode Caenorhabditis elegans using gene expression, growth, fertility, and survival as endpoints. Environ Toxicol Pharmacol 29(2):167-72.
39. Sadeghi B, Garmaroudi FS, Hashemi M et al (2012) Comparison of the anti-bacterial activity on the nanosilver shapes: nanoparticles, nanorods and nanoplates. Adv Powder Technol 23:22-26.
40. Samberg ME, Oldenburg SJ, Monteiro-Riviere NA (2010) Evaluation of silver nano-particle toxicity in skin in vivo and keratinocytes in vitro. Environ Health Perspect 118:407-413.
41. Shahare B, Yashpal M, Singh G (2013) Toxic effects of repeated oral exposure of silver nanoparticles on small intestine mucosa of mice. Toxicol Mech Methods 23(3): 161 -167.
42. Shahverdi AR, Fakhimi A, Shahverdi HR et al (2007) Synthesis and effect of silver nanoparticles on the antibacterial activity of different antibiotics against Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Nanomed Nanotechnol Biol Med 3:168-171.
43. Soenen SJ, Parak WJ, Rejman J et al (2015) (Intra)Cellular stability of inorganic nanoparticles: effects on cytotoxicity, particle functionality, and biomedical applications. Chem Rev 115:2109-2135.
44. Speroni M., Pirlo G., Lolli S. Effect of automatic milking systems on milk yield in a hot environment J. Dairy Sci., 89 (2006), pp. 4687-4693.
45. Takenaka S, Kaerg E, Roth C, Schulz H, Ziesenis A, Heinzmann U, Schramel P, Heyder J (2001) Pulmonary and systemic distribution of inhaled ultrafine silver particles in rats. Environ Health Perspect 109(Suppl 4):547-551.
46. Tang J, Xiong L, Wang S, Wang J, Liu L, Li J, Yuan F, Xi T (2009) Distribution, translocation and ccumulation of silver nanoparticles in rats. J Nanosci Nanotechnol 9:4924-4932.
47. Tien D.C., Liao C.Y., Huang J.C., Tseng K.H., Lung J.K., Tsung T.T., Kao W.S., Tsai T.H., Cheng T.W., Yu B.S., et al. Novel technique for preparing a nano-silver water suspension by the arc-discharge method. Rev. Adv. Mater. Sci. 2008;18:750-756.
48. Vivekanandhan S, Christensen L, Misra M et al (2012) Green process for impregnation of silver nanoparticles into microcrystalline cellulose and their antimicrobial bionanocomposite films. J Biomater Nanobiotechnol 3:371-376.
49. Wei L, Lu J, Xu H et al (2015) Silver nanoparticles: synthesis, properties, and therapeutic applications. Drug Discov Today 20:595-601.
50. Wiley B., Sun Y., Mayers B., Xia Y. Shape-controlled synthesis of metal nanostructures: The case of silver. Chemistry. 2005;11:454-463. doi: 10.1002/chem.200400927.
51. Yang EJ, Kim S, Kim JS et al (2012) Inflammasome formation and IL-1P release by human blood monocytes in response to silver nanoparticles. Biomaterials 33:6858-6867.
52. Yildiz N. Pala A. Effects of small-diameter silver nanoparticles on microbial load in cow milk // Journal of Dairy Science. Volume 95, Issue 3, March 2012, Pages 1119-1127 https://doi.org/10.3168/jds.2011-4817.
53. Zhao F, Zhao Y, Liu Y et al (2011) Cellular uptake, intracellular trafficking, and cytotoxicity of nanomaterials. Small 7:1322-1337.
SILVER NANOPARTICLES: CHARACTERISTIC AND APPLICATION IN ANIMAL
HUSBANDRY
:Azhmuldinov E.A. - Doctor of Agricultural Sciences, Professor, :Kizaev M.A. - Candidate of Agricultural Sciences, :Titov M.G. - Candidate of Agricultural Sciences, 2Soboleva N.V. - Candidate of Agricultural Sciences, 2Babicheva I.A. - Doctor of Biological Sciences
:FSBNU "Federal Scientific Center for Biological Systems and Agricultural Technologies of the Russian Academy of Sciences " (460000 Orenburg, Devyatogo yanvarya st., 29, e-mail: Titow.ru@mail.ru) 2 FSBEI HE "Orenburg State Agrarian University" (460014 Orenburg, Chelyuskintsev st., 18, e-mail: rector@orensau.ru)
This summary outlines the scientific material about the properties of silver nanoparticles, their application and possible further developments, as well as their impact on the different behavior and properties of the products they are used in. The study reviewed the cellular toxicity of silver nanoparticles and the corresponding mechanisms of their behavior in a tissue medium, and antibacterial properties. Each section contains a description of the main mechanisms associated with nanosilver, its advantages, as well as possible limitations in its application. Antibacterial properties, availability and lower cost of manufacture, processing and storage, compared with other noble elements, makes them more advanced for use in various industries. Nevertheless, toxicity needs further study, and methods to overcome this adverse effect are the subject of modern research. Despite the limitations imposed on the use of silver nanoparticles due to toxicity, they can be considered promising nanoagent for new advances in various fields.
