CC BY
8
УДК 581.6; 661.123
Антропова И.Г., Кошкина О.А., Смолянский А.С.
ФОТОБИОСИНТЕЗ ГИДРОЗОЛЕЙ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСТРАКТА ЛИСТЬЕВ РАСТЕНИЯ MURRAYA PANIC UL A TA
Антропова Ирина Геннадиевна, к.х.н., доцент кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии, e-mail: [email protected];
Смолянский Александр Сергеевич, к.х.н., доцент, главный специалист кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9
Кошкина Ольга Алексеевна, аспирант, Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской Академии Наук, Москва, Россия
Определены оптимальные режимы синтеза гидрозолей наночастиц серебра в водно-спиртовых растворах экстракта сушёных листьев растения Murraya Paniculata. Изучены свойства полосы поверхностного плазмонного резонанса в спектрах оптического поглощения гидрозолей серебра. Заключено, что процесс «зелёного» фотосинтеза гидрозоля наночастиц серебра может определяться протеканием реакций катионов серебра с восстанавливающими агентами различной природы и агломерацией образующихся наночастиц.
Ключевые слова: нанотехнология, фотобиосинтез, наночастица, серебро, гидрозоль, восстановление, свет, экстракт.
PHOTOBIOSYNTHESIS OF HYDROZOLS OF SILVER NANOPARTICLES USING THE PLANT LEAVES EXTRACT OF MURRAYA PANICULATA
Antropova I.G., Koshkina O.A.*, Smolyanskii A.S.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia; *Semenov Institute of Chemical Physics Russian Academy of Science, Moscow, Russia
The optimal conditions of synthesis the silver nanoparticle hydrosols in water-alcohol solution of the extract of dried leaves of Murraya Paniculata plant were determined. The properties of the surface plasmon resonance band in the optical absorption spectra of silver nanoparticle hydrosols are studied. It is concluded that the «green» photosynthesis of silver nanoparticle hydrosols can be determined by the reactions of silver cations with reducing agents of different nature and agglomeration of the resulting nanoparticles.
Keywords: nanotechnology, photobiosynthesis, nanoparticle, silver, hydrosol, reduce, light, extract.
Цель настоящего исследования состояла в изучении возможности синтеза гидрозолей наночастиц серебра по реакции восстановления нитрата серебра в водно-спиртовом растворе экстракта листьев Murraya Paniculata.
Для получения водно-спиртовых экстрактов различной концентрации навески 0,5 - 2,5 г сушёных листьев Murraya Paniculata, собранных и высушенных в Республике Мьянма, добавляли к 50 мл 40% этанола и выдерживали в темноте на воздухе при комнатной температуре, в течение недели. Затем к 5 мл извлечения из Murraya Paniculata добавляли 50 мл 1 мМ водного раствора AgNO3 и перемешивали с помощью магнитной мешалки. Далее раствор делили на два равных объёма: одна часть раствора хранилась в темноте при комнатной температуре на воздухе в течение 16 суток, другая часть выдерживалась на свету двое суток в аналогичных условиях. После завершения реакции восстановления ионов серебра на свету раствор приобретал интенсивную красноватую окраску. При хранении в темноте также было зарегистрировано протекание реакции восстановления ионов серебра, однако скорость «темновой» реакции
восстановления оказалась существенно более низкой.
Для доказательства образования НЧ серебра были зарегистрированы спектры оптического поглощения и проведены измерения методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) (рис. 1а, вставка). НЧ серебра имели сферическую, эллипсоидальную или неправильную формы. Функция распределения НЧ серебра по размерам была определена посредством обработки ПЭМ изображений с помощью программы ImageJ 1.49. Обнаружено, что размер частиц изменялся от 1 до 100 нм, а полученная гистограмма может быть аппроксимирована логнормальным распределением с максимумом при 1,86±0,18 нм.
Образование НЧ серебра в водно-спиртовых растворах экстракта листьев Murraya Paniculata и нитрата серебра сопровождается появлением в спектрах оптического поглощения полосы поверхностного плазмонного резонанса (ППР) в области 400 - 600 нм (рис. 1а). Обнаружено, что изменение навески сушёных листьев Murraya Paniculata существенным образом влияет на спектральную форму ППР, и приводит к её длинноволновому сдвигу (рис. 1а).
А,, нм А, нм
Рис. 1 - а) изменение спектральной формы полосы поверхностного плазмонного резонанса наночастиц, образованных в результате выдержки на свету в течение двух дней системы Миггауа РатеиШа в 40% этиловом спирте и нитрата серебра. На вставке: Изображения наночастиц серебра, полученные методом ПЭМ; б) аппроксимация спектральной формы полосы поверхностного плазмонного резонанса наночастиц серебра в спектрах оптического поглощения раствора листьев Миггауа Рап1еиШа 1:20/40% ЕЮН / нитрата серебра суммой трёх кривых Гаусса (А, Б, В)
Установлено, что спектральная форма ППР во всех рассмотренных случаях может быть удовлетворительно аппроксимирована суммой трёх кривых Гаусса (таблица, рисунок 1, б; далее - А, Б, В, соответственно). Как следует из таблицы и
рисунка 2, положения максимумов модельных кривых Гаусса А, Б, В, сдвигаются в сторону больших длин волн с увеличением содержания восстанавливающего агента.
Таблица 1. Значения параметров функций Гаусса, использованных для аппроксимации спектральной формы полосы поверхностного плазмонного резонанса наночастиц серебра, образованных в результате восстановления ионов серебра в водно-спиртовых экстрактах листьев Миггауа РатеиШа различной концентрации_
№ пика
Наименование параметра
Навеска сушёных листьев Миггауа РатеиШа, г
0,5
-ЗТ
1,5
2,5
У0, отн. ед.
(45,2±0,4)-10
(1,43±0,01)-10~'
(2,21±0,02)-10-
хс, нм
385,8±0,1
393,7±0,1
396,1±0,1
^Т, нм
58,3±0,2
52,7±0,4
55,3±0,3
А
А, отн. ед.
6,90±0,07
,1±0,1
17,7±0,3
о, нм
29,1±0,1
26,3±0,2
27,7±0,2
АН,
68,6±0,3
62,0±0,4
65,1±0,4
И, отн. ед.
(94,3±0,7)-10
0,128± 0,001
-4
0,256±0,003
У0, отн. ед.
(45,2±0,4)-10
(1,43±0,01)-10
(2,21±0,02)-10-
хс, нм
463,1±0,1
474,6±0,1
465,6±0,1
w, нм
119,3±0,3
120,6±0,5
119,0±0,3
Б
А, отн. ед.
44,1±0,3
89,7±1,3
238,7±1,5
о, нм
59,6±0,1
60,3±0,3
59,5±0,1
АН,, нм
140,4±0,3
142,0±0,6
140,0±0,3
И, отн. ед.
0,295±0,001
0,59±0,01
-4
1,601±0,007
У0, отн. ед.
(45,2±0,4)-10
(1,43±0,01)-10~
(2,21±0,02)-10-
хс, нм
537,1±2,7
573,8±7,2
554,3±3,7
w, нм
206,9±1,8
195,7±5,6
216,7±2,8
В
А, отн. ед.
10,4±0,3
16,6±1,3
42,6±1,5
о, нм
103,4±0,9
97,8±2,8
108,3±1,4
АН*
243,6±2,1
230,4±6,6
255,1±3,3
И, отн. ед.
(4,03±0,09)-10"
0,070±0,003
0,157±0,004
нм
нм
Примечание: уа отн. ед. - «нулевая» линия, А, отн. ед. - площадь под кривой; м> = 2а, нм - дисперсия или среднеквадратичное отклонение; хс, нм - среднее значение, или математическое ожидание (далее - положение максимума пиков А, Б, В); Н, отн. ед. - амплитуда (высота) максимума; АН у, нм - полная ширина на уровне половинной амплитуды.
{Murraya Paniculata)'
Рис. 2. Зависимость вклада компонент А - В в формирования полосы плазмонного резонанса в спектрах оптического поглощения гидрозолей наночастиц серебра от навески листьев растения Murraya Paniculata
Обнаруженное изменение характеристик полосы ППР, наблюдаемой в спектрах оптического поглощения облученных светом водно-спиртовых растворов нитрата серебра и экстракта сушёных листьев Murraya Paniculata, происхождение которой связано с образованием гидрозолей серебра в реакции фотовосстановления, может быть связано с изменением вклада компонентов А - В, происходящим в результате изменения содержания субстрата от 0,5 до 2,5 г (рисунки 1, б, 2, таблица). Зависимость вклада компонента А от содержания навески субстрата является экстремальной, в то время как вклады компонентов Б, В возрастают с увеличением содержания навески субстрата. Во всех рассмотренных случаях спектральная форма полосы ППР определяется вкладом компонента Б.
Экстремальная динамика изменения
соотношения вкладов компонентов А-В (таблица, рисунок 2) в формирование полосы ППР в водно-спиртовых растворах нитрата серебра и экстракта сушёных листьев Murraya Paniculata, может характеризовать возможный механизм процесса
агломерации как ряд последовательных стадий соединения вновь образующихся НЧ серебра в агрегаты более крупных размеров. Вероятно, НЧ серебра, приводящие к появлению компонента А, сразу после возникновения вступают в реакции соединения между собой и с другими НЧ, приводя к образованию более крупных НЧ, ответственных за появление компонентов Б и В полосы ППР.
С другой стороны, поскольку полученный экстракт листьев растения Murraya Paniculata представляет собой смесь различных классов органических соединений (кумарины, флавоноиды и др. [1]), то можно предположить, что полифенольные соединения, экстрагированные из листьев растения Murraya Paniculata, способны эффективно восстанавливать катионы серебра под действием света. Тогда природу компонентов А-В можно объяснить как следствие одновременного протекания различных фотохимических реакций восстановления катионов серебра, за которыми следуют процессы агломерации частиц. В этом случае формирование трёх групп НЧ серебра, характеризуемых полосами ППР А, Б, В, свидетельствует о различной скорости рассматриваемых процессов фотохимического восстановления ионов и агломерации НЧ серебра.
Настоящее исследование было проведено при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проект № 17-07-00524) и РХТУ им. Д.И. Менделеева (проект № 43-2018).
Список литературы
1. Amina Khatun, Mahmudur Rahman, Shamima Jahan. Preliminary phytochemical, cytotoxic, thrombolytic and antioxidant activities of the methanol extract of Murraya exotica Linn. Leaves // Orient Pharm. Med. 2014. Vol. 14. - PP. 223-229. DOI 10.1007/s13596-014-0150-x.
