CC BY
37
Зешепоуа М.Б. Starodubov И.О.
Семенова Мария Сергеевна, Стародубов Никита
Геннадьевич
Тульский государственный педагогический университет
им. Л.Н.Толстого факультет естественных наук Научный руководитель - Атрощенко Ю.М., д.хим.наук, профессор при сотрудничестве Никишиной М.Б., Ивановой Е.В.
ЭИ, ВЫ НАНОЧАСТИЦЬ
ишььшьш
ОВСЕСЕЗОННЫХ ОСОБЕННОСТЯХ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В РОССИИ
Стародубов Никита
Ч
ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
еловеческий род существует до сих пор благодаря тому, что мы научились взаимодействовать с живыми существами, заселяющими нашу планету, и в первую очередь с растениями. С помощью энергии солнца они вырабатывают кислород, дают пищу людям и животным. Человек не стал бы сверхсуществом на этой планете, если бы не начал использовать растения в самых разных сферах своей деятельности. Но растения находятся под угрозой. Связано это не только с потребительским отношением человека к природе (например, эксплуатация леса), но и с негативным влиянием грибов, паразитирующих на растениях [6].
Катастрофа, вызванная паразитированием грибов, просто космических масштабов, ведь плесень существует даже в космосе. На орбитальной станции «Мир» ученые обнаружили более 100 видов размножающихся грибов. На одном из «Союзов», который более полугода находился на орбите пристыкованным к станции, было зафиксировано ухудшение видимости через иллюминатор из-за того, что на нем успешно размножилась колония грибов [2].
Для борьбы с грибковыми болезнями растений были разработаны специальные химические средства - фунгициды. Перспективным, на наш взгляд, является применение в этой области нанотехнологий.
«Нанотехнология - междисциплинарная область
фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами» [5]. Иными словами, нанотехнологии занимаются производством и применением наночастиц: объектов с размерами от 1 до 100 нм. Например, золотые наночастицы используются для лечения рака, наночастицы железа находят применение в очистке почв от загрязнений. Мы хотим разработать такие наночастицы, которые будут успешно применяться в сельском хозяйстве в качестве фунгицидов.
Физические и химические методы, широко применяемые для производства наночастиц металлов, являются затратными и потенциально опасными для окружающей среды. Поэтому альтернативным методом может быть «зеленый синтез» - метод получения наночастиц не с помощью испарения в электрической дуге, магнетронного распыления или гидротермального синтеза, а при помощи растений. Основные преимущества этого метода: он экологически безопасный, дешевый и сравнительно простой.
38 №1
Зешепоуа М.Б. Starodubov И.О.
Для того, чтобы наночастицы смогли образоваться с помощью «зеленого синтеза», необходимы два компонента: во-первых, соль металла, из которого этот металл будет восстановлен, а во-вторых, то, что этот металл сможет восстанавливать, - растения.
Казалось бы, как хрупкие, беззащитны растения могут быть основным агентом в восстановлении и получении наночастиц серебра, золота, платины, меди, железа и других металлов?
Это происходит потому, что у растений есть вторичные метаболиты, которые обладают окислительно-восстановительным потенциалом и выполняют функцию восстановителей и стабилизаторов наночастиц. Соединения вторичного метаболизма имеют функциональное значение на уровне целого растения. Чаще всего эти вещества выполняют «экологические» функции, т.е. защищают от различных вредителей и патогенов, участвуют в размножении, придавая окраску и запах цветам и
организмами в экосистеме. К растительным метаболитам относятся сахара, алкалоиды, терпеноиды, белки, полифенольные кислоты и флавоноиды [3].
Ионы металла связываются с восстанавливающими метаболитами и стабилизирующими агентами, восстанавливаясь до атомов металлов. Полученный комплекс атома металла с метаболитом взаимодействует с другими комплексами, формируя метаболическую наночастицу, затем происходит рост и слияние отдельных мелких наночастиц в более крупные за счет процесса переконденсации до тех пор, пока частицы не обретут нужные размер и форму, стабильные в данных условиях [4].
В большинстве известных методов по биосинтезу наночастиц используются экстракты лекарственных и декоративных растений, плодов, овощей, злаков и т. д., что экономически нецелесообразно. Кроме того, в большинстве исследований используется только одна часть растения, в основном листья. Это указывает на необходимость разработки универсальных методов, которые могут использовать растения целиком и, прежде всего, инвазивные растения, сорняки и сельскохозяйственные отходы.
Подавляющая часть известных методов посвящена биосинтезу наночастиц золота, серебра, платины и палладия, в то время как большое количество других элементов и их соединений еще не исследованы или изучены в незначительной степени. К числу последних, безусловно, относятся и полиметаллические наночастицы.
На начальном этапе в рамках нашей научно-исследовательской работы была исследована фунгицидная активность водных экстрактов, выбранных для изучения лекарственных растений, на грибах, которые являются фитопатогенами.
Воспользуемся схемой для разъяснения того, как происходит получение наночастиц серебра (Рис. 1). Первым компонентом будет соль серебра, а именно нитрат серебра. Вторым компонентом, который необходим для восстановления, будет являться рябина, а именно водный экстракт ее плодов.
Об образовании наночастиц серебра мы судили по изменению окраски растворов и по изменениям в УФ спектрах. Для всех исследуемых экстрактов после добавления к ним раствора нитрата серебра наблюдалось резкое изменение окраски раствора и появление желто-коричневого цвета, характерного для наночастиц серебра (Рис. 2) [1]. Это послужит отправной точкой для производства наночастиц серебра методом «зеленого синтеза».
Рис.1. УФ спектр растворов наночастиц серебра, синтезированных с использованием экстрактов рябины
ГШ
ш
Рис. 2. Изменение окраски водного экстракта рябины под действием AgNOз
40
Рис. 3 Подавление роста гриба под действием фунгицида.
№1
Semenova M.S. Starodubov H.G.
Так как серебро является драгоценным металлом, а использовать лишь плоды растений экономически нецелесообразно, то в дальнейшем мы будем подбирать более дешевые и не менее эффективные соли металлов и оптимальные растения для наиболее эффективного и безопасного продуцирования фунгицидов.
Литература
1. Вишнякова, Е.А., Сайкова, С.В., Жарков, С.М., Лихацкий, М.Н., Михлин, Ю.Л. Определение условий образования наночастиц серебра при восстановлении глюкозой в водных растворах//JournalofSiberianFederalUniversity. Chemistry 1. - 2009. - №2.
- С.48-55.
2. Враждебная плесень. К космонавтам на МКС «контрабандой» прибыли «чужие»// Аргументы и факты. - 2013. - 18 июня. -URL:http:// www. aif. ru/society/science/44374 (дата обращения: 11.03.2019).
3. Лагута, И.В., Фесенко, Т.В., Ставинская, О.Н., Шпак, Л.М., Дзюба, О.И. Биосинтез наночастиц серебра с использованием экстрактов стевии// ДоповщШащонально1академн наук Украши. - 2015. - №12. - С. 97-103.
4. Макаров, В.В., Лав А., Синицына О.В., Макарова С.С., Яминский И.В., Тальянский М.Э., Калинина Н.О. "Зеленые" нанотехнологии: синтез металлических наночастиц с использованием растений. ActaNaturae (русскоязычная версия). - 2014. - Т. 6. № 1. - С. 35-44.
5. Нанотехнологии// Википедия. -URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 15.03.2019)
6. Роль растений в природе и в жизни человека// Удивительный мир растений. - URL:http://www.valleyflora.ru/rol-rasteniy.html (дата обращения: 11.03.2019)
