CC BY
154
УДК 579
Непомнящая К.В., Хлопецкая О.Г., Мазитова Г.Т., Киенская К.И.
ЗАВИСИМОСТЬ АНТИМИКРОБНОГО ДЕЙСТВИЯ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ЦИНКА ОТ ИХ ФОРМЫ
Непомнящая Ксения Владимировна, студент 4 курса кафедры технологии производства химико-фармацевтических и косметических средств, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Хлопецкая Ольга Геннадьевна, магистрант 2 курса кафедры технологии производства химико-
фармацевтических и косметических средств, Российский химико-технологический университет им. Д.И.
Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Мазитова Гульнара Тагировна, аспирант кафедры коллоидной химии, e-mail: [email protected]
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул.
Миусская пл, д.9
Киенская Карина Игоревна, к.х.н., доцент, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Миусская пл, д.9
В настоящей работе рассмотрены свойства наночастиц оксида цинка различной формы. Изучено влияние наночастиц оксида цинка на антимикробную активность.
Ключевые слова: наночастицы, оксид и гидроксид цинка, агрегативная устойчивость, антимикробная активность.
DEPENDENCE OF ANTIMICROBIAL ACTION OF NANOPARTICLES OF ZINC OXIDE FROM FORM
Nepomniashchaia K.V., Hlopetchi O.G., Mazitova G.T., Kienskaya K.I. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In the present work the properties of zinc oxide nanoparticles different forms. The effect of zinc oxide nanoparticles on the antimicrobial effect.
Keywords: nanoparticle, zinc oxide, zinc hydroxide, aggregative stability, antimicrobial effect.
Оксид цинка - важный функциональный материал, применяемый во многих областях техники. Многообразие интересных физических и химических свойств, таких, как анизотропная кристаллическая структура, наличие
полупроводниковых свойств при большой ширине запрещенной зоны, люминесцентные свойства, фотопроводимость, антибактериальная активность, высокая отражательная способность в видимой и сильное поглощение в ультрафиолетовой области спектра, каталитическая активность, амфотерные химические свойства благодаря которым его можно использовать в различных отраслях
промышленности. Оксид цинка применяется в производстве: акусто-, микро- и оптоэлектроники, люминофоров, катализаторов, детекторов газов, изготовлении композиционных и полимерных материалов, стекол, керамики, пигментов и красок, производство антибактериальной и лечебной косметики, фармацевтическую промышленность. Разработка получения агрегативно устойчивых гидрозолей оксида цинка открывает широкие возможности для создания косметических композиций и антибактериальных систем, где он будет использоваться в качестве основы и/или добавки. Не стоит забывать, что создание таких
композиций возможно при знании их основных коллоидно-химических свойств гидрозолей, таких как состав и размер частиц, агрегативная устойчивость, электрокинетические свойства, реологические свойства и др.
Гидрозоли оксида цинка клиновидной формы получали пептизацией суспензии гидроксида цинка в присутствии нитрата цинка. Данная методика применялась для осуществления синтеза гидрозоля оксида цинка из неорганической соли - цинка азотнокислого 6-водного. Соль цинка гидролизовали в присутствии водного раствора аммиака. Полученный белый осадок отделяли фильтрованием на и промывали дистиллированной водой до постоянных значений рН. Промытый осадок диспергировали дистиллированной водой. Полученную суспензию нагревали до кипения и пептизировали раствором пептизирующего агента -0,01 М раствором цинка азотнокислого 6-водного. Полученный после пептизации осадка гидрозоль охлаждали до комнатной температуры.
Для получения гидрозоля оксида цинка стержнеобразной формы в качестве исходных прекурсора была использована неорганическая соль - цинк азотнокислый 6-водный , в качестве осадителя - ГМТА ((СН2)6К4). Процесс осаждения
был проведен в диапазоне температур 70-75°С. Полученную смесь выдерживали в течение 1-1,5 минуты. Полученный, после выдержки, гидрозоль ZnO был охлажден до комнатной температуры.
Частицы клиновидной формы получали следующим образом: соль цинка гидролизовали в присутствии водного раствора аммиака. Полученный белый осадок отделяли фильтрованием на и промывали дистиллированной водой до постоянных значений рН. Промытый осадок диспергировали дистиллированной водой. Полученную суспензию нагревали до кипения и пептизировали раствором пептизирующего агента -0,01 М раствором цинка азотнокислого 6-водного. Полученный после пептизации осадок высушивали при комнатной температуры.
Для получения частиц стержнеобразной формы в качестве исходных прекурсоров был использован нитрат цинка (Zn(NO3)2) в качестве осадителя -ГМТА ((CH2)6N4)[1]. Процесс осаждения был проведен в диапазоне температур 55-95°С в термостате, при концентрации (0,025 и 0,05М) и соотношение прекурсоров (Zn2+ / ГМТА - 1/2). Продолжительность синтеза составляла 3 часа. Значение pH раствора равно ~ 7. После окончания синтеза суспензия с НП ZnO была охлаждена до комнатной температуры. Образовавшийся осадок был отделен центрифугированием и промыт дистиллированной водой, а затем был высушен при комнатной температуре.
Частицы сферической формы получали путем растворения нитрата цинка в дистиллированной воде и добавления его по каплям к водному раствору карбоната натрия при комнатной температуре и постоянном перемешивании[2]. Через определенное время выпадал осадок белого цвета, который затем центрифугировали при скорости 5000 об/мин в течение 5 мин и несколько раз промывали дистиллированной водой. Полученный осадок сушили в сушильном шкафу при 100 °С в течение 15 мин, затем выдерживали в печи в течение 2 ч при 300°С. Синтез был проведен при различных концентрациях (0,25 и 0,5М), но постоянном молярном соотношении реагентов (Zn2+ / Na2CO3 -1/1).
Агрегативная устойчивость является одной из важнейших коллоидно-химических характеристик дисперсных систем, поскольку отражает стабильность золей во времени (постоянство размеров частиц), а также устойчивость в присутствии электролитов. Устойчивость золей в присутствии электролитов количественно оценивали величиной порога быстрой коагуляции Скр. Для определения значений Скр изучали изменение оптической плотности золя после введения в него электролита. На рис. 1-2 приведены зависимости оптической плотности исследуемых гидрозолей при добавлении нитрата и сульфата натрия.
0,40 0,35 0,30 О 0,25 0,20 0,15 * 0,10
0 2 4 6
V электролита NaiSOj, мл
Рис. 1. Зависимость оптической плотности гидрозоля от концентрации двухзарядного электролита
1,10 1,02 0,94
и
0,86
0,70
0 2 4 6
V электролита NaNOj, мл
Рис. 2. Зависимость оптической плотности гидрозоля I от концентрации однозарядного электролита
Из представленных зависимостей видно, что по достижении концентрации электролита, равной 0,3 ммоль/л оптическая плотность приобретает постоянное значение, что говорит о том, что данная концентрация является пороговой. Аналогичные зависимости были получены и для гидрозолей оксида цинка при добавлении в него нитрата натрия. Известно, что коагулирующее действие электролитов сильно зависит от заряда противоионов: чем больше заряд противоиона, тем быстрее идет процесс коагуляции, так как увеличивается специфическая адсорбция ионов электролита. Исходя из этого, процесс коагуляции сульфатом натрия протекал намного быстрее и порог быстрой коагуляции был существенно меньше. Таким образом, исходя из полученных данных было установлено, что пороговая концентрация золя I и золя Пдля однозарядного электролита составляет 1,5 моль/л и 1,75 ммоль/л, а для двухзарядного равна 0,3ммоль/ли 0,075 ммоль/л соответственно.
Цинк является одним из естественных бактерицидных материалов. Повышенный интерес к препаратам Zn в медицине обусловлен широким спектром его противомикробного действия, отсутствием устойчивости к нему большинства патогенных микроорганизмов, низкой
токсичностью, а также хорошей переносимостью. В поисках новых антибактериальных агентов представляют интерес научные исследования,
посвященные активности наночастиц оксида цинка[3, 4]. Целью работы являлось установление формы частиц Zn на их антимикробную активность. Для её изучения использовали следующую культуру: Pseudomonas aeruginosa. Частицы и контрольный раствор с одинаковым разведением в дистиллированной воде смешивали с теплым питательный агаром (среда Кинга) и заливали в чашки Петри. В качестве контроля использовали посев культуры на питательной среде без цинка. Посевы инкубировали в течение 24 часов в термостате при температуре 36,5°С. Результаты учитывали по числу колоний после инкубации и сравнивали с контрольным посевом.
В ходе проведенного исследования были установлены следующие титры антимикробной активности, представленные в таблице 1.
Так как наибольшая антибактериальная активность (сравнимая с контрольным раствором) была получена для частиц оксида цинка стержнеобразной формы, исследовали
антимикробную активность золя данных частиц и
получили следующие результаты, представленные в таблице 2.
Таблица 1. Титры антимикробной активности частиц различной формы
Образец Титр lg N
Контроль 7^107 7,845
ZnO 5,2^107 7,716
Сферы 4,72^107 7,674
Клинья 3,36^107 7,526
Стержни 1>107 5,230
Таблица 2. Титры антимикробной активности гидрозоля II
Образец Титр lgN
Контроль 3>108 8,56
Золь II 1,12^103 3,05
Рис. 3. Гистограмма распределения титров Рис. 4. Гистограмма распределения титров
антимикробной активности по формам частиц (1 - антимикробной активности (1 - контроль, 2 -
контроль, 2 - оксид цинка, 3 -сферические частицы, 4 гидрозоль II)
- клиновидные частицы, 5 - стержнеобразные частицы)
Таким образом, золь стержнеобразной формы обладает большей антимикробной активностью по сравнению с частицами той же формой.
Список литературы
1. Castellano M., Matijevic E. Uniform Colloidal zinc compounds of various morphologies // Chemistry of Materials. 1989. V.1. N.1. Р. 78-82.
2. Andrés Vergés M., Serna C.J. Morphological characterization of ZnO powders by X-ray and IR
spectroscopy // Journal of Materials Science Letters. 1988. V.7. P. 970-972.
3. Бабушкина И. В. Изучение действия наночастиц железа и сплава наночастиц железа, цинка и меди на грамотрицательные бактерии / И. В. Бабушкина, В. Б. Бородулин, Г. В. Коршунов // Клиническая лабораторная диагностика. - 2008. - № 9. - С. 85.
4. Дудакова, Ю. С. Изучение биологического действия наночастиц цинка / Ю. С. Дудакова, В. Б. Бородулин // Нанотехника. 2009. №3. С. 72 - 75.
