Наночастицы

Слово нано произошло от греческого nanos - "карлик".

Если мы возьмем шарик диаметром 1 см и разобьем его на шарики диаметром 1 нанометр, то общая площадь поверхности увеличится в 10 000 000 (десять миллионов) раз. Поэтому вещество одной массы в наноразмерном состоянии обладает различными свойствами во много раз более сильными,чем вещество этой же массы в агрегированном состоянии.

 

 

С развитием науки и изобретением электронного микроскопа появилась возможность изучать наноразмерные частицы различных веществ.К наночастицам металлов, в том числе и серебра,предъявляют много требований, он должны быть устойчивыми долгое время, т.е. не агрегировать, не выпадать в осадок;иметь сферическую форму и размеры не более 20 нм т.к. именно наночастицы серебра сферической формы и данных размеров обладают наилучшими антимикробными свойствами. Концентрация в растворе наночастиц серебра должна быть максимально высока, чтобы в последующем можно было приготовлять растворы,мази,гели,крема с различными концентрациями наночастиц серебра,кроме этого раствор должен хорошо смешиваться как с полярными,так и с неполярными растворителями.Важно как наночастицы серебра модифицируют различные материалы: хлопок, лен, нетканое полотно, краску, шпаклевку, гель, лак, чтобы в последующем производить материалы с новыми свойствами.

Сейчас наночастицы серебра во всем мире привлекают производителей, но далеко не все наночастицы серебра отвечают требованиям, о которых говорилось выше: размер, форма, устойчивое состояние и конечно самое главное - эффективность (антимикробная, антивирусная, антигрибковая). Все понятно и хорошо пока речь не дошла до потребителя. Не поленитесь узнать какие испытания проводились и в каких клиниках (можно узнать прямо у производителя), не говоря о людях, которые работают в сетевом маркетинге. Они, как правило, очень поверхностно знают всю продукцию, которую предлагают и по их описаниям все расчудесно. Но как известно чудес не бывает, как и панацеи от всех бед. Обратитесь за консультацией к специалисту в компанию, производящую интересующий вас препарат. Если вам все растолкуют и скажут какие есть документы, значит все в порядке, а если просто ответят, что все документы у них есть - насторожитесь.

Современная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы размерами от 1 до 100 нанометров обычно называют наночастицами. Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эффективностью, зато более дёшевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров—белками,нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные наночастицы могут самовыстраиваться в определённые структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства.

Поскольку многие физические и химические свойства наночастиц, в отличие от объемных материалов, сильно зависят от их размера, в последние годы проявляется значительный интерес к методам измерения размеров наночастиц в растворах.

 

 

Коллоидный раствор наночастиц серебро – продукт нанотехнологий

Изучение целительного действия коллоидного серебра началось со второй половины XIX века после открытия в 70-х годах немецким гинекологом Карлом Креде мощного антигонобленорейного эффекта у 1% раствора азотнокислого серебра. Это открытие позволило ликвидировать в родильных домах Германии гнойные гонорейные воспаления глаз у новорожденных. Фактически с этого момента началась новая эпоха в учении о профилактике опасных бактериальных инфекций.

В России коллоидное серебро также получило высокую оценку врачей, что способствовало его активному использованию в военно-полевой хирургии на полях русско-японской войны 1904 г.

Широкий спектр противомикробного действия серебра, отсутствие устойчивости к нему у большинства патогенных микроорганизмов, низкая токсичность, отсутствие в литературе данных об аллергенных свойствах серебра, а также хорошая переносимость больными – способствовали повышенному интересу к серебру во многих странах мира.

В 1910 г. фирма «Гейден», обобщив опыт практического применения серебра в медицине, издала аннотационный обзор, посвященный методике лечения различных инфекционных заболеваний: абсцессов, брюшного тифа, возвратного тифа, воспаления легких, придаточных пазух носа, среднего уха, гингивита, гонококкового сепсиса, дифтерийной жабы, дизентерии, кератита, коньюнктивита, лепры, мягкого шанкра, мастита, менингита, эпилепсии, пиемии, рожистого воспаления, сибирской язвы, сифилитических язв, спинной сухотки, острого суставного ревматизма, трахомы, фарингита, фурункулеза, цистита, эндокардита, эндометрита, хореи, эпидидимита, язвы роговой оболочки.

С открытием антибиотиков и сульфаниламидов интерес к препаратам серебра несколько снизился. Но в последнее время противомикробные свойства серебра вновь стали привлекать к себе внимание. Это связано с ростом аллергических осложнений антибактериальной терапии, токсическим действием антибиотиков на внутренние органы и подавлением иммунитета, возникновением грибкового поражения дыхательных путей и дисбактериоза после длительной антибактериальной терапии, а также появлением устойчивых штаммов возбудителей к используемым антибиотикам.

Повышенный интерес к серебру возник вновь в связи с выявленным его действием в организме как микроэлемента, необходимого для нормального функционирования органов и систем, иммунокорригирующими, а также мощными антибактериальными и противовирусными свойствами.

Эффективность бактерицидного действия коллоидного серебра объясняется способностью подавлять работу фермента, с помощью которого обеспечивается кислородный обмен у простейших организмов. Поэтому чужеродные простейшие микроорганизмы гибнут в присутствии ионов серебра из-за нарушения снабжения кислородом, необходимого для их жизнедеятельности.

Современные исследования действия коллоидных ионов серебра показали, что они обладают выраженной способностью обезвреживать вирусы осповакцины, некоторые штаммы вируса гриппа, энтерои аденовирусов. К тому же они оказывают хороший терапевтический эффект при лечении вирусного энтерита и чумы у собак. При этом выявлено преимущество терапии коллоидным серебром по сравнению со стандартной терапией.

Отмечено благотворное действие коллоидных ионов серебра на заживление трофических язв, развивающихся при нарушении кровообращения нижних конечностей. Ни в одном случае не было отмечено побочных эффектов лечения серебром.

Сейчас одна из быстро развивающихся областей современной нанотехнологии - создание и использование наноразмерных частиц различным материалов.

Наноматериал, уже сегодня находящий применение в различных коммерческих продуктах - НАНОСЕРЕБРО.

Как известно, серебро - самый сильный естественный антибиотик из существующих на земле. Доказано, что серебро способно уничтожить более чем 600 видов бактерий, поэтому оно используется человеком для уничтожения различных микроорганизмов на протяжении тысячелетий, что свидетельствует о его стабильном антибиотическом эффекте.

Коллоидный раствор серебра - продукт, состоящий из  мельчайших частиц серебра, взвешенных в деминерализованной и деионизированной воде. Этот продукт высоких научных технологий производится электролитическим методом.

Типичные наночастицы серебра имеют размеры 25 нм. Они имеют чрезвычайно большую удельную площадь поверхности, что увеличивает область контакта серебра с бактериями или вирусами, значительно улучшая его бактерицидные действия. Таким образом, применение серебра в виде наночастиц позволяет в сотни раз снизить концентрацию серебра с сохранением всех бактерицидных свойств.

Бактерицидная добавка на основе наночастиц серебра является одним из последних достижений отечественной науки в области нанобиотехнологий.

Действие серебра специфично не по инфекции (как у антибиотиков), а по клеточной структуре. Любая клетка без химически устойчивой стенки (такое клеточное строение имеют бактерии и другие организмы без клеточной стенки, например, внеклеточные вирусы) подвержена воздействию серебра. Поскольку клетки млекопитающих имеют мембрану совершенно другого типа (не содержащую пептидогликанов), серебро никаким образом не действует на них.

В связи со способностью особым образом модифицированных наночастиц серебра длительное время сохранять бактерицидные свойства, рационально использовать наносеребро не в качестве дезинфицирующих средств частого применения, а добавлять в краски, лаки и другие материалы, что позволяет экономить деньги, время и трудозатраты.

Водоэмульсионные краски и эмали с наносеребром серии "ЭКОБИО" и "КВИЛ" были исследованы на сильнодействующих штаммах бактерий: сальмонелла, палочка Коха, стафилококк, листерия, энтерококк т.д. В результате проведенных исследований была доказана их высокая эффективность - при попадании на поверхность, покрытую такой краской, концентрация бактерий сразу же снижается на 0,5-2 порядка, а полная гибель колонии происходит через 2 часа. В исследовании свойств красок принимали участие: Российская Академия медицинских наук, Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи, Институт электрохимии им. А.П. Фрумкина .

В наноразмерном диапазоне практически любой материал проявляет уникальные свойства и особенно такое металл как серебро. Ионы серебра обладают антисептической активностью. Значительно более высокой активностью обладает раствор наночастиц серебра. Коллоидное серебро - естественный антибиотик, разрешенный к применению в США Федеральной комиссией по питанию и медикаментам еще в 1920 году. Сотрудник Администрации по пищевым продуктам и лекарственным препаратам (FDA) США Гарольд Дэвис в письме от 13.09.1991 года сообщал, что коллоидное серебро, используемое на рынке США, прошло апробацию еще в 1938 году. Если обработать раствором коллоидного серебра бинт и приложить его к гнойной ране, воспаление пройдет и рана заживет быстрее, чем с использованием обычных антисептиков.

Недавно американские учёные проследили транспорт отдельной наночастицы серебра в эмбрионе рыбки - полосатого данио и исследовали влияние наночастиц серебра на раннее эмбриональное развитие.

Для этого были использованы высокоочищенные и устойчивые наночастицы и оптика высокого разрешения для наблюдения за их положением внутри эмбриона. Было установлено, что отдельная наночастица Ag (5—46 нм диаметром) транспортируется внутрь эмбриона через каналы пор с помощью броуновского движения (а не активным транспортом) с коэффициентом диффузии внутри канала (3×10−9 см2/с), что в ~26 раз ниже чем в яйце (7,7×10−8 см2/с).

Ученые наблюдали за наночастицами серебра внутри эмбрионов на разных стадиях их развития: развитом, деформированном и мертвом. По результатам наблюдений было показано, что биологическая совместимость и токсичность наночастиц серебра сильно зависят от дозы наночастиц с критической концентрацией 0,19 нм. Скорости распространения и накопления наночастиц в эмбрионах, вероятно, ответственны за степень токсичности наночастиц.

В отличие от других методов исследования, отдельная наночастица может быть непосредственно отображена в развивающихся эмбрионах в нанометровом разрешении. Этот метод предлагает новые возможности исследовать события в реальном времени, приводящие к отклонениям в развитии эмбрионов.

Физические свойства наночастиц серебра отличаются от свойств того же серебра (например, уменьшение размеров частицы приводит к уменьшению ее температуры плавления). Технологи научились изготавливать наночастицы различных размеров, формы и химического состава.

 Отечественный концерн "Наноиндустрия" разработал технологию производства наночастиц серебра, стабильных в растворах и в адсорбированном состоянии. Получаемые препараты обладают широким спектром противомикробного действия. Таким образом, появилась возможность создания целой гаммы продуктов с антимикробными свойствами при незначительном изменении технологического процесса производителями существующей продукции.

Наночастицы серебра могут быть использованы для модификации традиционных и создания новых материалов, покрытий, дезинфицирующих и моющих средств (в том числе зубных и чистящих паст, стиральных порошков, мыла), косметики. Покрытия и материалы (композитные, текстильные, лакокрасочные, углеродные и другие), модифицированные наночастицами серебра, могут быть использованы в качестве профилактических антимикробных средств защиты в местах, где возрастает опасность распространения инфекций: на транспорте, на предприятиях общественного питания, в сельскохозяйственных и животноводческих помещениях, в детских, спортивных, медицинских учреждениях. Наночастицы серебра можно использовать для очистки воды и уничтожения болезнетворных микроорганизмов в фильтрах систем кондиционирования воздуха, в бассейнах, душах и других подобных местах массового посещения.

Коллоидное серебро является безопасным и самым мощным для организма человека натуральным антисептиком, подавляющим более 600 видов болезнетворных микроорганизмов, среди которых стафилококки, стрептококки, бактерии дизентерии, брюшного тифа и др.

Доказано, что вода, зараженная высокими концентрациями бактерий Флекснера (дизентерии), Эберта (брюшного тифа), стафилококка, стрептококка и др., становилась стерильной через один-два часа после введения в нее серебра в количестве до 1 мг/л и сохранялась в течение многих дней.

Препарат активно участвует в снижении жизнедеятельности и прекращении размножения чужеродных для организма бактерий, вирусов, грибков и паразитов, стимулирует защитные механизмы. При этом он не влияет на дружественную миклофлору организма. В то же время все болезнетворные бактерии и вирусы погибают в течение 6 минутного контакта с коллоидным серебром.

Американские исследования (по данным Сайенс Дайджест) показали, что серебро убивает вредные для организма микробы, включая кишечную палочку. Также был использован раствор коллоидного серебра для перевязки ран, распылении при тонзиллитах, в качестве влажной повязки для лечения ожогов и ссадин. Во всех случаях был отмечен хорошими терапевтический эффект.

В медицинском центре Нью-Йорского Университета, в отделении Ортопедии, была проведена работа по исследованию действия ионов серебра у больных с послеоперационными инфекционными осложнениями. Из отчета по работе: "Для 12 из 14 пациентов лечение было признано удачным, и у всех 14 лечение привело к несомненному уменьшению бактериальной флоры в ране, что показано прямым подсчетом колонии. Ни в одном случае не проявлялось нежелательных последствий лечения серебром". Соединения серебра применяются для лечения 70% случаев ожогов в США.

Интересен тот факт, что более половины авиакомпаний мира используют воду, обработанную серебром, как способ защиты пассажиров от инфекций, таких, как дизентерия. Во многих странах коллоидные ионы серебра используются для дезинфекции воды в бассейнах.

 

Технологическая компетенция

 

 Сфера деятельности Концерна "Наноиндустрия" и "Института нанотехнологий МФК" – НАНОТЕХНОЛОГИИ.

 Главные направления деятельности:

  • разработка технологий получения наноматериалов (от наноразмерных структур до производства на их основе новых материалов с заданными свойствами и характеристиками);
  • создание специализированного оборудования для проведения научных исследований, технологических операций и обучения работе на атомно-молекулярном уровне.
    Выполняются также научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы  по направлениям, представляющим интерес для предприятий различных отраслей промышленности, привлекая по мере необходимости, к реализации таких работ учёных и специалистов из научных организаций РАН, РАМН, РАСХН, а также из отраслевых институтов, университетов и малых инновационных предприятий.

Технологическая компетенция включает:

  • создание новых конкурентоспособных материалов с применением наноразмерных структур и разработку технологий их производства;
  • разработку методов модификации существующих материалов с помощью наночастиц металлов и их химических соединений с целью придания им биоцидных, антикоррозионных и других новых потребительских свойств, а также улучшения физико-химических и технических характеристик;
  • создание на базе наноструктур конкурентоспособных по стоимости и качеству высокоэффективных катализаторов для химических производств, а также для снижения техногенного воздействия двигателей транспортных средств и других механизмов на окружающую среду;
  • разработку различных видов новых материалов со значительно улучшенными физико-механическими свойствами, пониженной горючестью и требуемым заказчику уровнем электропроводности;
  • получение защитных покрытий, обладающих высокой прочностью, стойкостью к царапинам, биосовместимостью и сверхвысокой адгезией к различным поверхностям;
  • получение методами магнетронного и плазмохимического напыления в вакууме и среде инертных газов многослойных наноструктур и покрытий различного состава и назначения, которые могут быть как гомогенными, так и композиционными материалами, обладающими заданным уровнем электрических, магнитных, оптических и механических свойств;
  • создание с помощью наноразмерных структур датчиков нового поколения различного назначения.

Разработаны базовые технологии:

  • производства наночастиц серебра и других металлов в виде концентратов коллоидных растворов (патенты РФ);
  • модификации наночастицами серебра различных видов лакокрасочных материалов, тканей из натуральных и синтетических волокон), полимеров, пищевой резины, фильтровальных материалов для придания им биоцидных свойств (ноу-хау);
  • производства ремонтно-восстановительного противоизносного состава (патент РФ);
  • высокоточные прецизионные устройства позиционирования (патенты РФ).

Разработаны и производятся:

 Наноматериалы:

  • наносеребро виде концентратов водного и органического коллоидных растворов AgБион-1 (ТУ 2499-002-44471019-2006) и AgБион-2 (ТУ 2499-003-44471019-2006), предназначенные для создания новых и модификации существующих материалов с целью придания им биоцидных свойств широкого спектра действия на патогенные микроорганизмы, а также безхлорных дезинфекционных и санитарно-гигиенических средств нового поколения.
  • противоизносный наномодификатор "Стрибойл" (ТУ 2111-002- 44471019-2009), предназначенный для продления ресурса работы различных видов оборудования (включая двигатели и дизели) и техники без капитального ремонта. Наномодификатор позволяет в ряде случаев заменить традиционный дорогостоящий капитальный ремонт изношенных механических узлов на их сервисную обработку в режиме штатной эксплуатации, экономит энергию и горюче-смазочные материалы, улучшает технические характеристики оборудования, снижает вредные выбросы в атмосферу, шум и вибрацию, возникающие при его работе.
С помощью производимого в Концерне наносеребра для германской компании EADS проведены работы по оценке возможности создания биоцидного лака, предназначенного для использования в авиакосмической технике. Совместно с ВИЭСХ выполнена НИОКР по разработке технологии придания биоцидных свойств резиновым изделиям, используемым в доильных аппаратах с целью снижения заболеваемости коров. По заказу фирмы «Гришко» выполнена НИОКР по созданию технологии биоцидной обработки материалов, используемых в специализированной обуви. В настоящее время налажено производство балетных тапочек с биоцидными свойствами подкладки, которая прошла успешные испытания в Японии. По результатам испытаний фирма получила большой заказ из этой страны. Для завода "Краски Квил" разработана технология производства биоцидных красок.Налажено промышленное производство этой продукции.
Концерн выполнял работы по восстановлению изношенных узлов трения с помощью противоизносного наномодификатора "Стрибойл" для предприятий ОАО «МОСВОДОКАНАЛ», ТЭЦ 11 Мосэнерго, ОАО «РЖД», Московской железной дороги, ФГУП «Московское машиностроительное производственное предприятие «САЛЮТ», ФГУП «Московское машиностроительное производственное объединение им. В.В.Чернышева», ОАО "Машиностроительный завод ЗиО-Подольск" и др. Получены впечатляющие, с точки зрения экономии и улучшения экологии, результаты для двигателей внутреннего сгораняи и дизелей, станочного оборудования, компрессоров и других видов техники.
В частности, обработка дизеля локомотива составом «Стрибойл» привела к экономии порядка 500 тысяч рублей в год на одном дизеле только за счёт снижения расхода топлива до 10%. При этом мощность повысилась до 2-3%.

 

Специализированное нанотехнологическое оборудование:
  • сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) «УМКА», предназначенный для проведения атомно-молекулярных исследований поверхности проводящих и слабопроводящих материалов методом туннельной микроскопии в обычной атмосфере. Используется для осуществления демонстрационных, исследовательских и лабораторных работ в области физики, химии, биологии, медицины, генетики, материаловедения и других фундаментальных и прикладных наук;
  • фотометрический спектральный эллипсометр (спектроэллипсометр) «Эльф», предназначенный для исследования наноматериалов и наноструктур. Осуществляет: измерение толщин тонких пленок и многослойных пленочных структур, измерение спектров оптических постоянных и диэлектрических свойств материалов в оптическом диапазоне, анализ состояния поверхности и структуры тонких поверхностных слоев, а также характеризацию поверхности материалов (наличие слоев на поверхности образца: оксидных, адсорбционных и других, определение нанометрического рельефа поверхности, качества обработки поверхности и т.д.). Возможен вариант прибора, предназначенный для контроля процесса синтеза наносистем непосредственно в технологической установке;
  • установка для заточки зондов различных диаметров, используемых в туннельных микроскопах при исследовании поверхностей на атомно-молекулярном уровне;
  • универсальная машина трения МТУ-1, позволяющая проводить испытания на трение в автоматическом режиме;
Наше нанотехнологическое оборудование отличается от аналогов надежностью и выгодным для потребителей соотношением «цена - качество получаемых результатов исследований» и используется более чем в 100 научных организациях, университетах и научно-производственных предприятиях России.
Заинтересованным потребителям, работающим в сфере нанотехнологий, предлагаем также комплектную поставку многофункциональной модульной лаборатории.

Нами также были выполнены и выполняются в настоящее время ряд исследований и технологических разработок по заказам как российских, так и зарубежных компаний из Германии, Италии, Китая и Турции. К этим работам привлекаются специалисты из институтов Российской Академии наук и Российской Академии медицинских наук, а также из отраслевых институтов и университетов, расположенных в различных регионах страны.

 

Международное сотрудничество

Концерном «Наноиндустрия» выполнена разработка технологий по заказам таких всемирно известных компаний, как BMW, EADS (Европейский аэрокосмический концерн), итальянской компании W.A.T. Europa S.r.l., турецкой компании SuperFilm.

С 2003 года реализуется генеральное соглашение о сотрудничестве с Техническим университетом г.Мюнхена, где создан научно-образовательный центр Нанотехнологий. Партнерами Концерна в Германии является компания Bayern Innovativ (Мюнхен),  в Испании – AIDICO (Валенсия), в Чили – «Nanocomp (Сантьяго).