CC BY
8
УДК 613.63:615.46/.47:[549.514.6+549.282]-022.513.2 https://doi.org/10.26641/2307-0404.2022.1.254381
М.М. Загорний 1,3, МОРФОЛОГ1ЧН1, СПЕКТРАЛЬН1
О.П. Яворовыкий , Й ТОКСИКОЛОГ1ЧН1 ОСОБЛИВОСТ1
ВМРяб°в<>л 13 НОВОГО КОМПОЗИТНОГО МАТЕР1АЛУ
Т.Ф ZZZь 13 НАНОД1ОКСИДУ ТИТАНУ З НАНОСР1БЛОМ
ТВ. Томила1, ' ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ
7 . _ _ _ ••
О.В. Широков1, В МЕДИЦИН1 ТА БЮЛОГП
А. В. Рагуля 1,3, С.М. Аншмов 2
1нститут проблем Mamepiano3uaecmea iMeni 1.М. Францевича 1 вул. Кржижановського, 3, Кшв, 03142, Украша Нащональний медичний умверситет iMeHi О. О. Богомольця 2 бул. Т. Шевченка, 13, Кшв, 01601, Украша ТОВ «Нанотехцентр» 3
вул. Кржижановського, 3, Кшв, 03142, Украша
Frantsevich Institute for Problems of Materials Science, NAS of Ukraine 1 Krzhizhanovsky str., 3, Kyiv, 03142, Ukraine Bogomolets National Medical University 2 T. Shevchenko blvd., 13, Kyiv, 01601, Ukraine LLC «Nanotechcenter» 3 Krzhizhanovsky str., 3, Kyiv, 03142, Ukraine e-mail: riabovol1@ukr.net
Цитування: Медичш перспективы. 2022. Т. 27, № 1. С. 152-159 Cited: Medicniperspektivi. 2022;27(1):152-159
Ключовi слова: наноструктури, поверхневi дефекти, композит нaнодiоксиду титану з нaносрiблом, нанопорошок дюксиду титану, гостра внутрiшньоочеревиннa токсичнкть, сенсибiлiзaцiйнa дiя, бiологiчнa активтсть, анатаз
Ключевые слова: наноструктуры, поверхностные дефекты, композит нанодиоксида титана с наносеребром, нанопорошок диоксида титана, острая внутрибрюшинная токсичность, сенсибилизирующее действие, биологическая активность, анатаз
Key words: nanostructures, surface defects, titanium nanodioxide composite with nanosilver, titanium dioxide nanopowder, acute intraperitoneal toxicity, sensitizing effect, biological activity, anatase
Реферат. Морфологические, спектральные и токсикологические особенности нового композитного материала нанодиоксида титана с наносеребром для использования в медицине и биологии. Загорный М.Н., Яворовский А.П., Рябовол В.Н., Тищенко Н.И., Лобунец Т.Ф., Томила Т.В., Широков А.В., Рагуля А.В., Анисимов Е.Н. Сегодня актуальным является получение и использование диоксида титана (нано-ТЮ2) с адсорбционными, бактерицидными, вирулицидными и фунгицидными свойствами для изготовления антибактериальных покрытий, для обеззараживания воздуха и воды. Параллельно с исследованиями физико-химических характеристик диоксида титана осуществлялась его токсикологическая оценка для предупреждения возможного вредного воздействия на человека и объекты биосферы с последующей оценкой класса опасности ТЮ2. Для получения указанных полезных свойств нано-ТЮ2 синтезировали нанопорошки диоксида титана и композит диоксида титана с серебром (нано-TiO2/Ag) химическим осаждением мета-титановой кислоты, с добавлением нитрата серебра для композита при температуре 500-600°С. Установлено, что синтезированные наноструктуры имеют следующие характеристики: анатазную кристаллическую структуру ТЮ2 (анатаз, рутил, брукит - природные кристаллические модификации ТЮ2), размер наночастиц Ag составляет 35-40 нм, ТЮ2 - 13-20 нм. Нанокомпозит имеет поверхностные дефекты кристаллической решетки (вакансии кислорода, примеси, избыточные электроны или дырки), также на поверхности анатаза ТЮ2 локализованы наночастицы серебра, что повышает адсорбционную, фотокаталитическую, биологическую (особенно антибактериальную) активность композитного материала нано-TiO2/Ag. По параметрам острой внутрибрюшинной токсичности исследованный нанокомпозит отнесен к умеренно опасным веществам (материалам). Нано-^Ю2 и нанокомпозит TiO2/Ag не оказывают местно-раздражающего действия на кожу, но имеют слабо раздражающее действие на слизистую оболочку глаза, также характеризуются слабо выраженной способностью к сенсибилизации.
Abstract. Morphological, spectral and toxicological features of new composite material of titanium nanodioxide with nanosilver for use in medicine and biology. Zahornyi M.M., Yavorovsky O.P., Riabovol V.M., Tyschenko N.I., Lobunets T.F., Tomila T.V., Shirokov O.V., Ragulya A.V., Anisimov Ye.M. The results of this study indicate that titanium dioxide nanoparticles (nano-TiO2) possess adsorptive, photocatalytic, bactericidal, virucidal and fungicidal properties, which are used in antibacterial coating, for air and water disinfection. In parallel with studies of the physicochemical characteristics of titanium dioxide, its toxicological assessment was carried out to prevent possible harmful effects on humans and the biosphere objects, followed by an assessment of the nano-TiO2 hazard class. To enhance these useful properties of nano-TiO2, nanopowders of titanium dioxide and a composite of titanium dioxide were synthesized with a silver (nano-TiO2/Ag) by way of chemical precipitation of metatitanic acid adding silver nitrate to the composite at 500-600°C. It was stated that the synthesized nanostructures have the following characteristics: anatase crystal structure of TiO2 (anatase, rutile, brookite - natural crystalline modifications of TiO2), the size of Ag nanoparticles is 35-40 nm, TiO2 - 13-20 nm. Nanocomposite has surface defects of the crystal lattice (oxygen vacancies, impurities, excess electrons or holes), silver nanoparticles are localized on the surface of anatase TiO2, which increases adsorptive, photocatalytic, biological and specifically antibacterial properties of the composite material nano-TiO2/Ag. According to the parameters of acute intraperitoneal toxicity, the studied nanocomposite anatase nano-TiO2/Ag was classified as a moderately dangerous substance (material). Nano-TiO2 and TiO2/Ag nanocomposites do not cause local irritation to the skin, yet have a mildly irritating effect on the mucous membrane of the eye, and are also characterized by a weak sensitization effect.
Наноматерiали, одержат на основi нано-частинок метатв i !х сполук, усе ширше засто-совуються в рiзних галузях економiчноl дiяль-носп, бюлогп та медициш. В Укра1ш й свт особлива увага придшяеться синтезу наночасти-нок на основi дюксиду титану (ТЮ2). Вш юнуе в природi в трьох кристатчних модифшащях -анатазу, рутилу, брукггу.
Особливють наночастинок дюксиду титану полягае в тому, що вони мають високу фотока-тал^ичну активнють тд дiею ультрафюлетового випромшювання. У результат експерименталь-них дослщжень (Паньювська Ю.Б. i сшвавт. [5]) установлено, що завдяки високш фотокатат-тичнш активносп нано-ТЮ2 може використову-ватись як антимшробний агент з високою бактерицидною, вiруцидною i фунгщидною дiею. Це набувае особливо! актуальносп в еру тдвищення резистентност мiкроорганiзмiв до ди антибютиюв та дезшфектанив.
Крiм того, здшснена спроба використання нанодiоксиду титану для виготовлення антибак-терiальних покриттiв, просочування наномате-рiалами фiльтрiв для знезараження води, пов^ря закритих примiщень тощо [5, 12, 16].
Введеться пошук нових матерiалiв з тдви-щеними фотокататтичними властивостями за рахунок додавання до дюксиду титану метатв i металоксидних сполук iз заздалегiдь вiдомими бюцидними властивостями (срiбло, оксид мiдi, оксид затза, оксид цинку тощо). Одним з таких новостворених наноматерiалiв став композит на основi нанодiоксиду титану й наносрiбла, одержаний в 1нститут проблем матерiало-знавства iменi 1.М. Францевича.
Разом з тим добре вщомо, що бiльш висока фiзико-хiмiчна активнiсть наночастинок супро-воджуеться тдвищенням !х бюлопчно! актив-
ностi, а рiзнi композици нано-TiO2 можуть мати рiзну токсичнiсть залежно вiд кристатчно! структури, розмiру, характеристик поверхнi, форми частинок та площi поверхнi. Крiм того, дослiдження авторiв вказують, що, потрапивши в клiтину шляхом ендоцитозу, наночастинки ТЮ2, не поглинаються органелами й не шддаються бiодеградацil всередиш клiтини. Дослiдники вважають, що в кттиш нано-ТiО2 спричиняють неспецифiчне збшьшення концентрацil внутрiш-ньоклiтинного реакцiйно здатного кисню, а це призводить до кл^инного апоптозу та/або iнi-щювання запально! реакцil. При дослiдженнi цитотоксичносп нано-ТiО2 для епiтелiальних клiтин легешв людини встановлено, що криста-лiчна форма анатазу е бiльш токсичною, шж сумiш анатазу й рутилу [11].
Зазначене свщчить про те, що паралельно з дослiдженнями фiзико-хiмiчних характеристик необх1дно здiйснювати !х токсиколопчну оцiнку для попередження можливого шюдливого впливу на людину та об'екти бюсфери.
Об'ектом наших дослiджень слугував згада-ний вище новостворений композитний матерiал нанодiоксиду титану, модифiкований наносрiб-лом, який розроблено в 1нституп проблем мате-рiалознавства iменi 1.М. Францевича для застосування в бюлогп i медицинi.
Мета дослiдження полягала у вивченш морфологiчних особливостей будови нанокомпо-зиту ТiО2/Ag, дослiдженнi оптичних i токсико-логiчних властивостей цього матерiалу.
МАТЕР1АЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛ1ДЖЕННЯ
Нанопорошки дiоксиду титану й композит дюксиду титану зi срiблом (нано-TiO2/Ag) синте-зували хiмiчним осадженням метатитаново! кисло-ти, з додаванням нпрату срiбла в кiлькостi 4% вщ маси композиту при температурi 500-600°С.
22/ Том XXVII/1
153
Морфолопчш, структуры, спектральнi та оптичш властивостi об' екпв нано-ТЮ2 i нано-TiO2/Ag охарактеризовано за допомогою транс-мюшно! електронно! мшроскопи (ТЕМ), рентге-нiвського фазового аналiзу (РФА), шфрачервоно! спектроскопи (1ЧС) та лазерно! гранулометри. Дослiдження пористо! структури зазначених нанопорошюв проводили методом визначення площi питомо! поверхнi (експрес-методом тепло-во! десорбцi! азоту) на прилавд ГХ-1 згiдно з методикою [2].
ТЕМ дослщження зразкiв проводили за допомогою електронного мшроскопа JEM-1400 (JEOL, Япошя) при шструментальному збшь-шеннi вiд 2000 до 100000 при прискорювальнш напрузi 80 кВ за методикою роботи [13].
РФА синтезованих зразюв TiO2, TiO2/Ag до-слiджували з використанням рентгешвського дифрактометра ДРОН-3М за методикою [14].
1Ч-спектроскотчш дослiдження зразкiв проводили на фур'e-спектрометрi ФСМ-1201 в област довжин хвиль 4000-400 см-1. Для вимiрiв дослiджуванi зразки ретельно змшувалися з порошком KBr у сшввщношенш (1:300 мг) i отримана сумш пресувалася в прозорi таблетки дiаметром 13 мм [3].
Оскшьки наночастинки TiO2 i TiO2/Ag вияв-ляли схильнiсть до агломерацi! i були нестiйкими у водних суспензiях, нами був проведений пошук хiмiчних сполук, якi могли виступати фактором стабшзаци суспензiй (фiзiологiчний розчин, розчини цитрату натрда, глюкози тощо), що мае значення для планування й проведення токсиколопчних експериментiв, зокрема дозу-вання нанопорошкiв при !х введенш per os, iнтраперитонеально, iнтраназально тощо. Розмiр агломератiв наночастинок у дисперсшному сере-довищi визначали методом лазерно! грануло-метрi! на приладi Analysette 12 DynaSizer [8].
Мiсцева подразнююча дiя нанопорошкiв TiO2 та TiO2/Ag дослiджувалась шляхом аплiкацi! мазi, одержано! на основi вазелiну й наномате-рiалу при змiшуваннi в сшввщношенш за вагою 1:1, на правий бiк попередньо депiльовано! шкiри (5х5 см на симетричних дiлянках спини, лiвий бiк для контролю) морських свинок (контрольна й дослщжуваш групи становили по 4 тварини). Ощнювали стушнь еритеми та величину набряку шюри. Порiвнювали вiдмiннiсть у подразненш шкiри мiж дослiдними та контроль-ними групами [4].
Вивчення мiсцево! дi! нанопорошкiв на сли-зову оболонку ока проводили шляхом внесення у кон'юнктивальний мiшок правого ока ^ве око контрольне) кролика 10 мг нативного нанопо-
рошку TiO2 та TiO2/Ag (дослiджуванi групи становили по 3 тварини). Ощнювали подразнення слизово! оболонки ока за ступенем гшереми, набряку, видшеннями 3i слизово! оболонки [4].
Гостра токсичшсть наноматерiалiв TiO2 та TiO2/Ag дослiджувалась на щурах внутршньо-очеревинним введенням суспензи у фiзiологiч-ному розчинi (0,9% NaCl) у дозах вiд 1 тис. мг/кг до 13 тис. мг/кг (13 лабораторних тварин). Три-валють спостереження за станом тварин шсля введення становив 14 дiб, оцiнювали прояви ознак iнтоксикацi! та летальшсть. Виводили з експерименту щурiв введенням пропофолу 1%. Виконували загальний аналiз кровi [4]. Гостру токсичшсть rnro-TiO2 та нано-Ag/TiO2 дослщжу-вали на мишах у дозах 4 тис. мг/кг, 7 тис. мг/кг, 10 тис. мг/кг (контрольна та дослщжуваш групи по 6 тварин) шляхом внутршньоочеревинного введення суспензи у фiзiологiчному розчиш (0,9% NaCl). Спостереження та виведення з експерименту проводили за аналопчних умов, як i в експеримент на щурах [4].
Сенсибшзуюча дiя нано-TiO2 та нано-Ag/TiO2 вивчалась на морських свинках (контрольна та дослщжуваш групи по 4 тварини) шляхом вну-тршньошюрного введення суспензiй нанопо-рошкiв у дозi 200 мкг у вухо морсько! свинки [4].
Умови утримання й використання лабораторних тварин вщповщали етичним правилам i положенням «Свропейсько! конвенци про захист хребетних тварин, якi використовуються для дослщницьких та iнших наукових щлей» (Страсбург, 1986).
In vitro дослщжувався вплив композиту на функщональну активнiсть мононуклеарних кл> тин донорiв. У 30 донорiв (практично здорових людей), шсля шформовано! згоди, була взята периферична кров для дослiдження in vitro. Мононуклеарш клiтини видiляли з периферично! кровi та культивували на середовищi RPMI-1640, далi клiтинну суспензiю шкубували 24 години в CO2-iнкубаторi при 37°С без стимулюючого агента, при стимуляци мiтогеном ФГА та нано-матерiалами в дозах 30 мкг/мл. 1мунофермент-ним методом (ELISA) в супернатантах мононуклеарних кттин визначали концентращю цитокiнiв (IL-1, IL-4) [7]. Дослщження проведет з дотриманням принцитв бiоетики, викладених у Гельсiнськiй деклараци «Етичнi принципи медичних дослiджень за участю людей» та узгодженi комюею з питань бiоетично! експер-тизи та етики наукових дослщжень Нащональ-ного медичного унiверситету iменi О.О. Бого-мольця № 128 вщ 23.12.2019 р.
Для статистично1 обробки використовувалися непараметричш критери: W-критерiй Вшкок-сона, ранговий однофакторний аналiз Крускала-Уоллiса, множиннi порiвняння за критерieм Данна. Вiдмiннiсть вважали статистично зна-чущою при p<0,05. Статистичну обробку ш-формацiï проведено за допомогою пакету програм MedStat v.5.2 (Copyright © 2003-2019) [1]. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ÏX ОБГОВОРЕННЯ Проведено аналiз морфологiï нанопорошкiв TiO2 з використанням електронноï трансмiсiйноï мiкроскопiï (ТЕМ). На рисунку 1 наведено елек-тронно-мшроскошчне зображення наночастинок
а)
TiO2 (1нститут проблем матерiалознавста - 1ПМ) та TiO2-P25 (в якостi порiвняльного зразка обрано комерцiйний зразок дюксиду титану, а саме TiO2-P25 виробництва Evonik Industries AG, Нiмеччина). Установлено, що нанопорошок TiO2 (1ПМ) мютить м'якi агрегати, наночастинки переважно розмiром 20-30 нм (рис. 1а). Нанопорошок TiO2 (1ПМ) мае розвинуту поверхневу структуру за рахунок наявност мезопор (пори 250 нм) i питомо1' поверхнi 50,84 м2/г. Нано-частинки TiO2-P25 мають переважно квадратопо-дiбну форму з розмiром 20-25 нм (рис. 1б).
б)
Рис. 1. Морфолопя поверхш наноморошкш TiO2 а) - зображення трансмiсiйноï мiкроскомГi поверхш TiO2 (1ПМ), б) - зображення трансмкшноТ мiкроскопГi поверхш TiO2-P25
Поверхневi структурнi дефекти TiO2 (утво-рення на поверхнi анатазу нестехюметричних дiлянок) можуть виступати як активш центри, а також надають можливiсть додаткового хiмiч-ного модифшування поверхнi оксиду металом (нано-Ag) для цшеспрямованого регулювання структури TiO2 й проведення каталiтичних реак-цiй, тдвищення бiологiчноï активностi, зокрема бiоцидноï ди.
ТЕМ - зображення поверхнi зразка наноком-позиту TiO2/Ag пiдтверджують осадження срiбла на поверхнi оксиду (рис. 2). Спостертаемо «куль-коподiбm» частинки срiбла (червона дiлянка), при цьому частинки Ag мають середнiй розмiр 3540 нм, а частинки TiO2 - 13-20 нм. Площа питомо1' поверхнi нано-TiO2/Ag становить 50,11 м2/г.
Стабiлiзацiя суспензiï нанопорошюв глюкозо-цитратним буфером (4 г глюкози, 1 г цитрату нат-рiю, 100 мл дистильовано!' води) сприяла значному
зменшенню агломерованих комплекшв вiд розмiрiв агломератiв 300-500 нм до 40-50 нм [8].
Для щентифшаци типу кристалiчноï фази TiO2 нами застосовано рентгенiвський фазовий аналiз (РФА). Дифрактограму [3] використо-вують для дослiдження структури дiоксиду титану та шших об'ектiв (кристашчних, аморфно-кристалiчних). Крiм того, у зразках TiO2 в дiлян-щ концентрацiй cрiбла 2-3,8 мас.% автори Der-Shing Lee, Yu-Wen Chen [10] також не спостертали утворення iнших фаз, окрiм TiO2 анатазно1' модифiкацiï.
Зменшення розмiру частинок TiO2 при замiщен-нi iонiв Ti4+ iонами Ag+ може бути пов'язане з оса-дженням срiбла на поверхш TiO2, що призводить до порушення структурно!' симетрiï (узгодження з 1Ч-спектроскотею), а отже, i до зменшення розмiрiв наночастинок [3]. Це нами доведено за допомогою TEM - дослщжень зразкiв (рис. 2).
22/ Том XXVII/1
155
Анатз 1Ч-спек^в [3] дослщжуваних зразкiв показав, що для зразка (нано-ТЮ2 анатаз) характерний прояв смуг поглинання коливань Ть
0 з частотами v ~ 504 i 664 см- 1. Для 1Ч-спектра другого зразка (нано-ТiО2 анатаз + 4 мас.% Ag) спостерiгаеться зсув частот поглинання ТьО коливань у довгохвильовий бш. Частоти v ~ 1110
1 1188 см-1 характеризують поверхневi коливання функцiональних груп (-ОН), та пов'язаш з методикою модифшування. Спектральнi дослiдження доводять утворення лише кристатчно1 анатазно! модифшацп з гщроксильними групами та фазою срiбла (узгодження РФА [3]), що може слугувати тдставою для рекомендацiй щодо використання композитного матерiалу як адсорбента. Наявш гiдроксильнi групи на дефектнш поверхнi TiO2 стають досить активними внаслщок захоплення дiрки з подальшим утворенням •ОН та iнших ак-тивних форм кисню (iон радикали •ОН, О2-, О- ), що призводить до пiдвищення адсорбцшно1 здат-ностi й бюлопчно1 активностi анатазу [5, 15]. Окрiм вакансiй кисню, також можуть бути присутш iншi поверхневi дефекти для анатазу залежно вiд методу синтезу, хiмiчного складу
повпря, у якому збер^аеться порошок, умов зберiгання (темрява чи освгтлення).
Проведенi нами токсикологiчнi дослщження показали, що нанопорошки TiO2 i TiO2/Ag (мазь на основi вазелiну 1:1) не чинять мюцево-подразню-ючо! дiï на шкiру морських свинок. Нанопорошки TiO2 i TiO2/Ag у дозi 10 мг виявляють слабко под-разнюючу дiю на слизову оболонку ока кролика.
Шляхом внутршньошюрного введення сус-пензiй нанопорошкiв у дозi 200 мкг у вухо морсь^' свинки встановлено, що нано-ТЮ2 i нано-ТiO2/Ag можуть спричиняти слабко вира-жену сенсибшзацшну дiю.
Дослщження гостроï токсичностi шляхом внутрiшньоочеревинного введення мишам вия-вили, що доза 10 тис. мг/кг нанопорошюв Ti02 i Ti02/Ag викликае ïx 100% загибель. Доза 7 тис. мг/кг нано-ТЮ2 викликала часткову загибель мишей, проте для нано-TiO2/Ag була абсолютно смертельною. Доза 4 тис. мг/кг не призво-дила до загибелi мишей при введенш нано-ТЮ2, а при введеннi нано-TiO^Ag викликала ïx часткову загибель. Тобто нанопорошок Ti02 виявився вщ-носно менш токсичним порiвняно з TiO2/Ag.
На вщмшу вщ мишей, при внутршньо-очеревинному введеннi щурам дози дослщжува-них нанопорошюв вiд 1 тис. мг/кг до 13 тис. мг/кг не викликали випадюв загибелi тварин, однак призводили до ознак загально! штоксикаци (при-гнiченiсть, вiдмова вщ корму), а також до зниження вмiсту еритроцитiв та тромбоцитiв у периферичнш кровi пiддослiдних тварин.
За визначеними смертельними дозами (вщ 4 до 10 тис. мг/кг дослщжуваних речовин, уведе-них мишам) нанопорошок TiO2 попередньо згiдно з ГОСТ 12.1.007-76 «Система стандарт безпеки пращ. Шкiдливi речовини. Класи-фiкацiя i загальнi вимоги безпеки» можна вщнести до 4 класу (малонебезпечнi), а нано-композит TiO2/Ag - до 3 класу (помiрно небез-печш) небезпечностi шкiдливих речовин.
Цитоюни забезпечують регулювання ефектiв Амунно! системи. Експерименти з вивчення впливу наноматерiалiв на iмунну систему, проведенi в умовах in vitro, показали, що наноматерiал у концентрациях 30 мкг/мл rnrn-Ti02-Ag (доза, що вщ-повщае можливому надходженню в органiзм оператора нановиробництва iнгаляцiйно) здатний пiдвищувати функщональну активнiсть моно-нуклеарних клггин периферично! кровА за продук-щею прозапального цитоюну IL-1 (iнтерлейкiн 1 продукуеться переважно макрофагами у вщповщь на пошкодження органiзму, тдвищуе продукщю ¡нших прозапальних цитоюшв) та продукщею IL-4 (штерлейюн 4 активуе В-лАмфоцити, переключае продукщю IgM на продукщю IgG4 або IgE й активуе Т-лАмфоцити, що задАят в алерпчнш реак-цл клггинного типу) в донорАв (р<0,05) (рис. 3-4).
Рис. 3. По|)1вии. и>иа продукцiя IL-1 мононуклеарними клiтинами in vitro в .юпор1в ni. впливом HaHOMaTepia.iB
Наведеш вище результати дослщжень in vitro свщчать про потенцшну можливють наноком-позит у Ti02-Ag формувати хрошчне запалення та алерпчш реакци в категори пращвниюв, яю зазнають впливу зазначених нанопорошюв в умовах виробництва.
Таким чином, проведет нами токсиколопчш дослщження новосинтезованих нанопорошюв TiO2 i TiO2/Ag тдтверджують результати рашше проведено! токсиколого-ппешчно! ощнки нанопорошюв штриду титану, дисилщиду хрому, титанату барда, дюксиду циркошю, синте-зованих 1нститутом проблем матерАалознавства Амеш 1.М. Францевича.
Так, нанопорошки металiв, !х кисневих i без-кисневих сполук виявляються менш токсичними й небезпечними при потраплянш в органiзм через шлунково-кишковий тракт i шкiру, проте виявляють бiльш виражену токсичну дда при надходженнi в органiзм шгаляцшним шляхом [6, 7]. Усi дослщженш нами наночастки не под-разнюють шкiру, хоча можуть справляти слабко виражений iритативний ефект при потраплянш на слизову оболонку ока. При потраплянш нанопорошюв у живий оргашзм реагуе iмунна система, формуючи у вщповщь токсико-алергiчнi реакцii.
22/ Том XXVII/1
157
Рис. 4. По|)1вии. и>иа продукщя 1Ь-4 мононуклеарними клiтинами ш \itro в .юмор1в п1д впливом наноматерiалiв
Що стосуеться бiльш вираженого токсичного ефекту нано-TiO2/Ag порiвняно з чистим нано-ТЮ2, то цi даш цiлком узгоджуються з до-слщженнями 1нституту мшробюлогп та вiрусо-логи iменi Д.К. Заболотного НАН Украши, про-веденими на культурах клггин МББК, МБСК, Иер02, якi показали бшьш вираженi бiоциднi властивостi нанокомпозиту TiO2+Ag саме в концентраци срiбла 4% [9, 10]. Композитний матерiал нано-TiO2/Ag iз вмiстом срiбла, що не перевищуе 4%, виявляе бшьш виражений бю-цидний ефект ^рулщидний, бактерицидний, фунгiцидний), проте не руйнуе саму живу клiтину.
ВИСНОВКИ
1. Нанопорошок TiO2/Ag, синтезований методом хiмiчного осадження, з концентрацiею срiб-ла на поверхнi 4 мас.%, мае сво! фiзико-хiмiчнi особливостi, яю стосуються морфологи нано-часток, молекулярно! будови !х поверхнi й токси-кологiчних властивостей.
2. Методом трансмюшно! електронно! мшро-скопи встановлено, що наночастинки Ag мають cереднiй розмiр дисперсно! фази Ag 35-40 нм, а TiO2 - 13-20 нм у композитному матерiалi. Час-тинки наносрiбла локалiзованi на поверхнi нано-дiоксиду титану. Нанопорошки TiO2 i TiO2/Ag мають розвинену поверхневу структуру з мезо-порами. Лазерною гранулометрiею показано, що в глюкозо-цитратному буферi ультразвуковим дис-пергуванням вдаеться значно зменшити розмiр агломератiв у нанопорошках TiO2 та TiO2/Ag.
3. Шляхом спектрального аналiзу (РФА, 1Ч) шдтверджено чистоту модифiкацii анатазу нано-порошюв TiO2 та TiO2/Ag. Дефекти, виявлеш на поверхнi синтезованого нано-TiO2, можуть виступати як активш центри, що дають можливiсть модифiкувати наночастинками бак-терициднiсть металу (Ag) для полшшення анти-мiкробних, фотокаталiтичних i бюсумюних властивостей.
4. Нано-ТiO2 та нанокомпозит TiO2/Ag не чинять мiсцево-подразнюючоi дii на шюру, мають слабко подразнюючу дда на слизову обо-лонку ока та характеризуются слабко вираже-ними сенсибшзуючими властивостями. Потен-цiйно нано-ТiО2-Ag здатний викликати алергiчнi реакцii й хрошчне запалення в працiвникiв.
5. Необхщне подальше вивчення токсиколо-пчних властивостей нано- TiO2/Ag з метою з'ясування механiзмiв !х бiологiчноi ди на клiтинному та молекулярно-генетичному рiвнях, дослiдження можливих проявiв вiддалених ефек-тiв для обгрунтування гiгiенiчних нормативiв (ГДК або ОБРВ) у повiтрi ро6очо! зони.
Внески автор1в:
Загорний М. М. - написання - початковий проект, ведення;
Яворовський О.П. - адмшстрування проекту, концептуалiзацiя, методологiя, написання - ре-цензування та редагування;
Рябовол В.М. - методолопя, дослiдження, формальний аналiз;
Тищенко Н.1. - дослiдження, ресурси;
Ho6yHe^ TO. - gocnig^eHHa;
ToMHna T.B. - gocnig^eHHa;
fflnpoKOB A.B. - ^opManbHHH aHani3;
Paryna A.B. - agMimcTpyBaHHa npoeKTy, 3Ha-xog^eHHa ^rnaHCOBOÏ nigTpHMKH;
AHiciMOB G.M. - gocnig^eHHa, ^opManbHHH aHani3.
^ÏHaHcyBaHHa.
rpaHT Horizon2020 #862296 SABYDOMA (TexHonoria CHHTe3y HaH0K0Mn03HTy TiO2-Ag). rpaHT HAH YKpaÏHH № 40/20-H (mu$p 11-12-
20 (H)) «Po3po6Ka ^OTOKaTaniTHHHHx HaH0K0Mn0-3HTiB gna iнaктнвaцiï BipyciB y noBiTpi» (go-cnig^eHHa цнтoтoкснннoстi CHHTe30BaH0r0 HaHO-
K0Mn03my TiO2-Ag).
KoH^nircr ÏHTepecÏB. Abtoph 3aaBnaroTb npo
BigcyTHicTb KOH^niKTy iHTepeciB.
noflHKa. flocnig^eHHa 3pa3KiB 3a gonoMororo TEM npoBegeHo pa3oM 3 k.6.h. XapnyKoM M.C., k.6.h. 3aropogHboro C.fl. (iHCTHTyT MiKpo6ionoriï i Bipyconoriï iM. fl.K. 3a6onoTHoro HAH YKpaÏHH).
REFERENCES
1. Antomonov MYu. [Mathematical processing and analysis of medical and biological data. 2nd ed.]. Kyiv: MYCz "Medynform"; 2018. p. 579. Russian.
2. Gavrilova NN, Nazarov VV [Analysis of the porous structure based on adsorption data]. Moskva. RKHTU im. DI Mendeleyeva; 2015; 1-132. Russian. https://www.muctr.ru/upload/iblock/1c4/ 1c4c1 e29aed37f 72eaedff29acbe3a2e.pdf
3. Lavrynenko OM, Zahornyi MM, Tyschenko NI, et al. [Synthesis and properties of nanocomposites based on iron and titanium oxides modified by silver]. Fizyko-khimichna mekhanika materialiv. 2021;2:51-56. Ukrainian. Available from: http://pcmm.ipm.lviv.ua/pcmm-2021-2u.pdf
4. [Methodical recommendations "Hygienic rationing and control of nanomaterials in the production environment"]. Kyiv: National Academy of Medical Sciences of Ukraine; 2016. Ukrainian.
5. Pankivska YuB, Biliavska LO, Povnitsa OYu, et al. [Antiadenoviral activity of titanium dioxide nano-particles]. Mikrobiolohichnyi zhurnal. 2019;81(5):73-84. Ukrainian.
doi: https://doi.org/10.15407/microbiolj81.05.073
6. Solokha NV. [Physiological, hygienic and toxi-cological aspects of prevention of nanopowders of chromium disilicide and titanium nitride on the body of workers] [dissertation]. Kyiv; 2018. p. 24. Ukrainian.
7. Solokha NV, Yavorovsky OP, Karlova OO, et al. [Functional activity of mononuclear blood cells for cyto-kine production by nanocomposite materials under in vitro]. Immunology and allergology: science and practice. 2015;2:94-98. Ukrainian. Available from: http://irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?-C21COM=2&I21DBN=UJRN&P21DBN=UJRN&IMAG E_FILE_DOWNLOAD=1&Image_file_name=PDF/Ita_2 015_2_17.pdf
8. [Method of stabilizing metal nanopowders and their derivatives by glucose-citrate buffer]. Ukraine patent 148325, G01N33/18G01N33/48, B82Y5/00.
No. u202007215. 2021 July 28. Ukrainian.
9. Zahornyi MM, Tyschenko NI, Lobunets TF, Ko-lomys OF, Strelchuk VV, Naumenko KS, et al. The Ag
influence on the surface states of TiO2, optical activity and its cytotoxicity. J. Nano- Electron. Phys. 2021 Dec;13(6):06009-1-06009-5 doi: https://doi.org/10.21272/jnep.13(6).06009
10. Ahamed M, Khan M, Akhtar M, Alhadlaq H, Al-shamsan A. Ag-doping regulates the cytotoxicity of TiO2 nanoparticles via oxidative stress in human cancer cells. Scientific Reports. 2017;7(1).
doi: https://doi:10.1038/s41598-017-17559-9
11. Drew R, Hagen T. Engineered Nanomaterials: An Update on the Toxicology and Work Health Hazards; 2015. Available from:
https://www.safeworkaustralia.gov.au/system/files/document s/1702/engineered-nanomaterials-update-toxicology.pdf
12. Hernandez JV. Structural and Morphological modification of TiO2 doped metal ions and investigation of photo-induced charge transfer processes. Physics. Université du Maine. México: Instituto politécnico nacional; 2017. Available from: https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01954392/document
13. Hetaba W, Imlau R, Duarte-Correa L, Lamoth M, Kujawa S, Lunkenbein T. ChemiTEM - Transmission Electron Microscopy Optimized for Chemistry and Material Science. Chemistry-Methods. 2021;1(9):401-407. doi: https://doi:10.1002/cmtd.202100001
14. Holder C, Schaak R. Tutorial on Powder X-ray Diffraction for Characterizing Nanoscale Materials. ACS Nano. 2019;13(7):7359-65
doi: https://doi.org/10.1021/acsnano.9b05157
15. Lee D, Chen Y. Nano Ag/TiO2 catalyst prepared by chemical deposition and its photocatalytic activity. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2014;45(2):705-12.
doi: https://doi:10.1016/j.jtice.2013.07.007
16. Zhou R, Lin S, Zong H, Huang T, Li F, Pan J, et al. Continuous Synthesis of Ag/TiO2 Nanoparticles with Enhanced Photocatalytic Activity by Pulsed Laser Ablation. Journal of Nanomaterials. 2017;2017:1-9. doi: https://doi.org/10.1155/2017/4604159
CraTTa Haginmna go pegaKgiï 12.10.2021
22/ TOM XXVII/1
159
