SI25326A - Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev - Google Patents

Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev Download PDF

Info

Publication number
SI25326A
SI25326A SI201600288A SI201600288A SI25326A SI 25326 A SI25326 A SI 25326A SI 201600288 A SI201600288 A SI 201600288A SI 201600288 A SI201600288 A SI 201600288A SI 25326 A SI25326 A SI 25326A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
copper
copper nanoparticles
synthesis
aptms
antimicrobial
Prior art date
Application number
SI201600288A
Other languages
English (en)
Inventor
Maedeh Ramzani
Košak Aljoša
Lobnik Aleksandra
Original Assignee
Univerza V Mariboru Fakulteta Za Strojništvo
IOS, Inštitut za okoljevarstvo in senzorje, d.o.o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerza V Mariboru Fakulteta Za Strojništvo, IOS, Inštitut za okoljevarstvo in senzorje, d.o.o. filed Critical Univerza V Mariboru Fakulteta Za Strojništvo
Priority to SI201600288A priority Critical patent/SI25326A/sl
Priority to EP16207212.8A priority patent/EP3329778B1/en
Publication of SI25326A publication Critical patent/SI25326A/sl

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N59/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing elements or inorganic compounds
    • A01N59/16—Heavy metals; Compounds thereof
    • A01N59/20—Copper

Abstract

Predmet izuma sodi v področje postopkov priprave protimikrobnih nanodelcev, bolj natančno se izum nanaša na postopek priprave protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov, prednostno aminopropiltrimetoksisilana (APTMS) kot prekurzorjev, ki delujejo kot sredstvo za omejevanje rasti delcev. Bistvo postopka priprave protibakterijskih bakrovih nanodelcev je, da vključuje iz visoko temperaturne poliolne sinteze bakrovih nanodelcev na osnovi organske koloidne raztopine, z velikostjo delcev v območju med 5 nm in 170 nm, z uporabo funkcionalne trialkoksisilanske molekule kot omejevalnega sredstva. Tako sintetizirani protibakterijski bakrovi nanodelci imajo širok spekter uporabe, kot baktericid v barvah ali ometih za bolnišnično opremo, medicinske instrumente in naprave, v pripravi tekstilij s protimikrobnimi lastnostmi, za čiščenje vod, predelavo hrane ter tudi za predmete in opremo v javnih prostorih, na javnih prevozih, barvah, igračah, kuhinjah in bolnišničnih posodah.

Description

Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev Področje tehnike
Predmet izuma sodi v področje postopkov priprave protimikrobnih nanodelcev, bolj natančno v področje postopkov priprave protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov, prednostno aminopropiltrimetoksisilana (APTMS). kot prekurzorjev, ki delujejo kot sredstvo za omejevanje rasti delcev.
Tehnični problem Z razvojem nanotehnologije se je odprlo mnogo področij uporabe nanostrukturiranih materialov. Nanotehnologija ima pomembno vlogo na področju zdravstva, medicine in ekologije. Nedavne študije o nanomaterialih kažejo, da lahko imajo različni kovinski in kovinsko oksidni nanodelci, kot so srebro, baker in cink, ki zaradi svojega velikega razmerja med površino in volumnom ter kristalne strukture, zelo obetavno in močno vlogo kot protimikrobne učinkovine. Te vrste nanodelcev se danes že uporabljajo v biomedicinskih in bioloških aplikacijah. Ti materiali predstavljajo visoko protibakterijsko aktivnost, nizko toksičnost, kemijsko stabilnost, dolgotrajno delujoče obdobje in toplotno odpornost, v primerjavi z organskimi protibakterijskimi učinkovinami. Zaradi stabilnosti teh nanodelcev, jih je mogoče uporabljati kot baktericidno sredstvo v barvah, ometih, za premaze bolnišnične opreme, medicinskih instrumentov in naprav, za čiščenje vode in predelavo hrane, kot tudi za predmete na javnih mestih in javnih prevozih, kuhinjah ter šolskih in bolnišničnih posodah, igračah, ipd. Baktericidni učinek kovinskih nanodelcev je pripisan njihovi majhnosti in visokem razmerju med površino in prostornino, kar jim omogoča tesno in neposredno interakcijo z membranami mikrobov.
Baker in njegovi kompleksi so se več stoletij pogosto uporabljali kot poceni in učinkovit material za sterilizacijo tekočin, tekstilij in tudi človeških tkiv. Zaradi tega so kovinski bakrovi nanodelci obetavno protibakterijsko sredstvo prihodnosti.
Predvsem baker in njegovi kompleksi so vedno bolj pomembni na mnogih področjih znane tehnologije in tehnologije v razvoju. Najti jih je mogoče na področju biotehnoloških aplikacij, kot so protiglivične in protibakterijske prevleke za biomedicinske pripomočke ali protimikrobni paketi, kakor tudi kot vrhunska razkužila za odpadne vode iz bolnišnic, ki vsebujejo kužne mikroorganizme.
Obstajajo različne tehnike za pripravo protibakterijskih bakrovih nanodelcev, ki jih lahko v grobem razdelimo v kategorije: (i) fotoredukcija in (ii) redukcijo z raznimi reducenti v povezavi z zaščitnimi polimeri ali površinsko aktivnimi snovmi.
Po doslej dostopnih podatkih iz literature poteka priprava bakrovih nanodelcev po konvencionalnem postopku z uporabo bakrovega nitrata v nekaj osnovnih korakih vključujoč reducent, ki je običajno organsko topilo, ali z uporabo visokih temperatur za termično redukcijo.
Doslej znani postopki priprave bakrovih nanodelcev, ki vključujejo termično razgradnjo, mikroemulzije, UV sevanja, redukcijo vodnih soli bakra, so uporabniku neprijazni, saj vključujejo visoke temperature, strupena organska topila, UV sevanje in podobno.
Tehnični problem, ki ga pričujoči izum rešuje, je zasnova postopka za pripravo protimikrobnih, toplotno odpornih, kemično stabilnih in dolgotrajno delujočih bakrovih nanodelcev z nizko stopnjo toksičnosti, ki bodo uporabni v širokem področju, predvsem na področju tekstilne industrije. Postopek naj omogoča tvorbo nanodelcev s homogeno velikostjo in morfologijo ter z dobrimi protimikrobnimi lastnostmi. Poleg tega naj se proces izvaja pri najnižjih možnih temperaturah reakcije in z uporabo okolju prijaznih kemikalij, da se s tem zmanjša uporaba strupenih organskih topil.
Namen in cilj izuma je postopek priprave protibakterijskih bakrovih nanodelcev, ki bodo imeli izjemne protimikrobne lastnosti.
Stanje tehnike V doslej znani in dosegljivi literaturi ni enakega ali podobnega postopka priprave bakrovih nanodelcev z uporabo aminipropiletrimetoksisilana (APTMS) kot omejevalcem rasti. V literaturi je možno najti drugače pripravljene bakrove nanodelce, ki kažejo protimikrobno aktivnost.
Cubillo in sod. v članku “Antibacterial activity of copper monodispersed nanoparticles into sepiolite” (J. Mater Science 2006) opisujejo Cu/sepioli delce, ki so primerni za biološke aplikacije in imajo močno protibakterijsko aktivnost (99,9%) proti bakteriji Staphylococcus aureus in bakteriji Escherichia coli. Bakrovi nanodelci so bili vgrajeni v submikronske delce sepiolita (MgeSii2O30(OH)4(H2O)4.8H2O). V članku “Copper Nanoparticle/Polymer Composites with Antifungal and Bacteriostatic Properties” (Chem. Mater. 2005, 17, 5255-5262) Cioffi in sod. opisujejo celice s tremi elektrodami za pripravo bakrovih nanodelcev z metodo elektrolize žrtvovalne anode. Za pripravo bakrovih nanokompozitov se bakrovi nanodelce vgradijo v polimerni matriks, za katerega so uporabili tri različne v vodi netopne in komercialno dostopne polimere, kot so polivinilmetil keton (PVMK), poli(vinil klorid) (PVC), in polivinilidenfluorid (PVDF). V članku “Copper Oxide Nanoparticles: Synthesis, Characterization and Their Antibacterial Activity” (J Clust Sci (2011) 22:121-129) so Jadhav in sod. opisali pripravo nanodelcev bakrovega oksida z metodo elektrokemične redukcije z uporabo tetra butil amonijevega bromida (TBAB) kot sredstva za strukturiranje, tetra hidro furana (THF) in acetonitrila (ACN). Tako pripravljene nanodelce so testirali za njihovo protibakterijsko aktivnost proti bakteriji Escherichia coli in sevom bakterije Staphylococcus, ki se je izkazala z odlično.
Lee in sod. opisujejo v članku “Large-scale synthesis of copper nanoparticles by chemically controlled reduction for applications of inkjet-printed electronics” (Nanotechnology 19 (2008) 415604), da so pripravili bakrove nanodelce s postopkom kemične redukcije bakrovega sulfata z natrijevim hipofosfitom v etilen glikolu ob prisotnosti polimernega surfaktanta (PVP), ki je bil vključen zaradi preprečevanja agregacije in zagotavljanja stabilnosti disperzije. V članku “Characterization of copper oxide nanoparticles for antimicrobial applications” (International Journal of Antimicrobial Agents 33 (2009) 587-590) avtorji navajajo, da so nanodelci CuO, pripravljeni s tehnologijo termalne plazme, v suspenziji izkazali protimikrobno aktivnost proti različnim patogenom, vključno z bakterijo Staphylococcus aureus odporno na meticilin (MRSA) in bakterijo Escherichia coli, z minimalnimi baktericidnimi vrednostmi med 100 mg/mL in 5000 mg/mL.
Ramani in sod. v članku “Air stable colloidal copper nanoparticles: Synthesis, characterization and their surface-enhanced Raman scattering properties” (Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures Volume 77, 2016, Pages 65-71) navajajo, da so pripravili na zraku stabilne koloidne bakrove nanodelce z enostavno kemično redukcijo z uporabo oktadecilamina kot stabilizacijskega sredstva v toluenu brez inertnega plina.
Pričujoči izum se razlikuje od zgoraj omenjenega stanja tehnike, da se pri postopku priprave delcev velikosti v razponu od 5 nm do 170 nm uporabi funkcionalne alkoksisilane, kot nove prekurzorje, ki služijo za omejevanje rasti delcev. S postopkom po izumu pripravljeni bakrovimi nanodelci kažejo 100% protimikrobno aktivnost proti trem vrstam mikrobov, bakteriji Staphylococcus aureus, bakteriji Escherichia coli in glivi Candida albicans.
Opis rešitve tehničnega problema
Bistvo postopka sinteze bakrovih nanodelcev je v tem, da vključuje visoko temperaturno sintezo poliola, na osnovi organske koloidne raztopine bakrovih nanodelcev povprečne velikosti 5 nm do 170 nm z uporabo funkcionalnih molekul trialkoksisilana kot novih prekurzorjev, ki služijo za omejevanje rasti delcev (omejevalci rasti).
Postopek sinteze protibakterijskih bakrovih nanodelcev vključuje naslednje korake: a) segrevanje poliolnega medija na 160 °C in poliolna sinteza rdeče-rjave koloidne raztopine etilen glikola (EG) in bakrovih nanodelcev; b) segrevanje pripravljene koloidne raztopine bakra in etilen glikola na 120 °C za 20 min in po odstavitvi reakcijske posode iz oljne kopeli, dodajanje funkcionalnega trialkoksisilana kot omejevalca rasti po kapljicah; in c) mešanje pri sobni temperaturi 20 ur do nastanka rdeče-rjavo obarvane koloidne raztopine bakra v etilenglikolu.
Najprej se v koraku a) pripravijo koloidna bakrova jedra s sintezo poliola, ki temelji na redukciji topila. Poliolni medij za reakcijo je mešanica alkoholov z veliko hidroksilnimi skupinami, kot je etilenglikol (98%). Kot izhodne soli se lahko uporabijo razne anorganske bakrove (II) soli, v koncentraciji 0,05 mol/L, pri čemer je preferenčno bakrov (II) nitrat trihidrat v raztopini etilenglikola.
Reakcijski pogoji so: - temperatura 160 °C; - čas 1 ura pri 160 °C; - pH 7-8.
Bakrovi nanodelci, sintetizirani po tem postopku, so sferični s porazdelitvijo velikosti delcev v območju med 5 nm in 170 nm. V naslednjem koraku b) se pripravljena koloidna raztopina bakra v etilen glikolu ohladi iz 160 °C na 120 °C, nato se reakcijska posoda odstavi z grelca in se meša pri sobni temperaturi. Med mešanjem z magnetnim mešalom se prekurzor funkcionalni trialkoksisilan, dodaja po kapljicah k 10 mL pripravljene koloidne raztopine bakra v etilen glikolu.
Kot prekurzor se uporabi trialkoksisilan, ki deluje kot omejevalec rasti, omenjeni trialkoksisilan ima splošno formulo R*Si(OR’)3, pri čemer je R' izbran v skupini, v kateri so metil, etil, propil, butil in heksil, R* pa je izbran iz funkcionalne, predvsem donorske organske skupine, v kateri so na primer amino, tiolne, hidroksi, karbonilne, ciano, fosfatne, nitrilne, sulfatne skupine. Prednostno je trialkoksisilanski prekurzor aminopropiltrimetoksisilan (APTMS) s koncentracijo med 0,027 mo/L in 0,33 mol/L, kar ustreza molarnemu razmerju med APTMS in Cu(NCb)2 v območju med 1 in 20,2. Molsko razmerje med APTMS in bakrovim (II) nitratom je lahko med 1 in 20,2, prednostno pa je razmerje enako: 1; 3; 6.6; 10.41; 14.32; 17.35; in 20.2 V koraku c) se pripravljena raztopina meša 20 ur pri sobni temperaturi. Rezultat reakcije je rdeče-rjavo obarvana koloidna raztopina bakra v etilen glikolu.
Produkt postopka po izumu z uporabo novega omejevalnega sredstva so bakrovi nanodelci, ki so bili okarakterizirani z uporabo presevne elektronske mikroskopije (TEM), določanjem specifične površine delcev (BET), UV-VIS spektroskopijo, diferenčno dinamično kalorimetrijo (DSC), infrardečo spektroskopijo s Fourier-jevo transformacijo in ovrednotenjem protimikrobnega delovanja s pomočjo testa American Society for Testing and Materials (ASTM) E2149-10. Rezultati omenjenih analiz so prikazani na sledečih slikah:
Slika 1: Pripravljeni bakrovi nanodelci posneti s presevno elektronsko mikroskopijo (TEM)
Slika 2: FT-IR spekter tekstilij oplaščenih s pripravljenimi bakrovimi nanodelci v molarnem razmerju APTMS/Cu(N03)2 = 14.32
Slika 3: UV-VIS spekter APTMS/Cu(NC>3)2 v molarnem razmerju (a) 0 ,(b) 1 (c)3 (d)6.6, (e)10.41 (f)14.32 (g) 17.35.
Slika 4: DSC krivulja bakrovih nanodelcev.
Slika 5: BET specifična površina bakrovih nanodelcev.
Izvedbeni primer 1: Sinteza koloidnih bakrovih nanodelcev z APTMS kot omejevalcem rasti (molarno razmerje APTMS / Cu(N03)2 = 1)
Bakrovi nanodelci se sintetizirajo po poliolni metodi. Poliolna metoda vključuje segrevanje poliola ob prisotnosti izhodne soli in omejevalnega sredstva za tvorbo kovinskih koloidov. V primeru bakrovih nanostruktur; etilen glikol (EG, 98%), Cu (N03)3 •3H20 in aminopropiltrimetoksisilan (APTMS) (97%) v tem zaporedju služijo kot poliol, izhodna sol in omejevalec rasti. V običajnem postopku se 7 mL etilen glikola (EG, 98%) v stekleni reaktorski posodi segreje na oljni kopeli do 160 °C in se greje 60 min ob mešanju s hitrostjo 300 obr/min. Nato se temperatura zniža iz 160 °C na 120 °C. Potem se v 30 s, po kapljicah doda 3 mL 0,05 M raztopine bakrovega nitrata v etilen glikolu in se meša še 20 min pri 120 °C, pri čemer nastane modra koloidna raztopina, kar nakazuje tvorbo bakrovih nanodelcev.
Za tem se reaktorska posoda odstavi z oljne kopeli in se meša na sobni temperaturi. Po 3 min mešanja bakrovih semen v stekleni reakcijski posodi, se pri sobni temperaturi, po kapljicah doda 0,05 mL APTMS (97%) k 10 mL pripravljene koloidne raztopine bakra, da dobimo molarno razmerje APTMS / Cu(N03)3 = 1. Obarvanje koloidne bakrove raztopine se spremeni iz svetlo modre v zeleno-modro. Takrat se reakcija vzdržuje še nadaljnjih 20 ur pri sobni temperaturi (25 °C) in pH vrednosti 7 - 8.
Izvedbeni primer 2: Sinteza koloidnih bakrovih (Cu) nanodelcev z APTMS kot omejevalcem rasti (molarno razmerje APTMS / Cu(N03)2 = 3)
Bakrovi nanodelci so sintetizirani po poliolni metodi. Poliolna metoda vključuje segrevanje poliola ob prisotnosti izhodne soli in omejevalnega sredstva za tvorbo kovinskih koloidov. V primeru bakrovih nanostruktur; etilen glikol (EG, 98%), Cu (N03)3 3H20 in aminopropiltrimetoksisilan (APTMS) (97%) v tem zaporedju služijo kot poliol, izhodna sol in omejevalec rasti. V običajnem postopku se 7 mL etilen glikola (EG, 98%) v stekleni reaktorski posodi segreje na oljni kopeli do 160 °C in se greje 60 min ob mešanju s hitrostjo 300 obr/min. Nato se temperatura zniža iz 160 °C na 120 °C. Potem se v 30 s, po kapljicah doda 3 mL 0,05 M raztopine bakrovega nitrata v etilen glikolu in se meša še 20 min pri 120 °C, pri čemer nastane modra koloidna raztopina, kar nakazuje tvorbo bakrovih nanodelcev.
Za tem se reaktorska posoda odstavi z oljne kopeli in se meša na sobni temperaturi. Po 3 min mešanja bakrovih semen v stekleni reakcijski posodi, se pri sobni temperaturi, po kapljicah doda 0,1 mL APTMS (97%) k 10 mL pripravljene koloidne raztopine bakra, da dobimo molarno razmerje APTMS / Cu(N03)3 = 3. Obarvanje koloidne bakrove raztopine se spremeni iz svetlo modre v zeleno-modro. Takrat se reakcija vzdržuje še nadaljnjih 20 ur pri sobni temperaturi (25 °C) in pH vrednosti 7 - 8. Po 20 ur se raztopina obarva iz modre v rdeče-rjavo.
Izvedbeni primer 3: Sinteza koloidnih bakrovih (Cu) nanodelcev z APTMS kot omejevalcem rasti (molarno razmerje APTMS / Cu(N03)2 = 6,6)
Bakrovi nanodelci so sintetizirani po poliolni metodi. Poliolna metoda vključuje segrevanje poliola ob prisotnosti izhodne soli in omejevalnega sredstva za tvorbo kovinskih koloidov. V primeru bakrovih nanostruktur; etilen glikol (EG, 98%), Cu (N03)3 •3H20 in aminopropiltrimetoksisilan (APTMS) (97%) v tem zaporedju služijo kot poliol, izhodna sol in omejevalec rasti. V običajnem postopku se 7 mL etilen glikola (EG, 98%) v stekleni reaktorski posodi segreje na oljni kopeli do 160 °C in se greje 60 min ob mešanju s hitrostjo 300 obr/min. Nato se temperatura zniža iz 160 °C na 120 °C. Potem se v 30 s, po kapljicah doda 3 mL 0,05 M raztopine bakrovega nitrata v etilen glikolu in se meša še 20 min pri 120 °C, pri čemer nastane modra koloidna raztopina, kar nakazuje tvorbo bakrovih nanodelcev.
Za tem se reaktorska posoda odstavi z oljne kopeli in se meša na sobni temperaturi. Po 3 min mešanja bakrovih semen v stekleni reakcijski posodi, se pri sobni temperaturi, po kapljicah doda 0,2 mL APTMS (97%) k 10 mL pripravljene koloidne raztopine bakra, da dobimo molarno razmerje APTMS / Cu(N03)3 = 6,6. Obarvanje koloidne bakrove raztopine se spremeni iz svetlo modre v zeleno-modro. Takrat se reakcija vzdržuje še nadaljnjih 20 ur pri sobni temperaturi (25 °C) in pH vrednosti 7 - 8. Po 20 urah se raztopina obarva iz modre v rdeče-rjavo.
Izvedbeni primer 4: Sinteza koloidnih bakrovih (Cu) nanodelcev z APTMS kot omejevalcem rasti (molarno razmerje APTMS / Cu(N03)2 = 10,41)
Bakrovi nanodelci so sintetizirani po poliolni metodi. Poliolna metoda vključuje segrevanje poliola ob prisotnosti izhodne soli in omejevalnega sredstva za tvorbo kovinskih koloidov. V primeru bakrovih nanostruktur; etilen glikol (EG, 98%), Cu (NC>3)3 •3H2O in aminopropiltrimetoksisilan (APTMS) (97%) v tem zaporedju služijo kot poliol, izhodna sol in omejevalec rasti. V običajnem postopku se 7 mL etilen glikola (EG, 98%) v stekleni reaktorski posodi segreje na oljni kopeli do 160 °C in se greje 60 min ob mešanju s hitrostjo 300 obr/min. Nato se temperatura zniža iz 160 °C na 120 °C. Potem se v 30 s, po kapljicah doda 3 mL 0,05 M raztopine bakrovega nitrata v etilen glikolu in se meša še 20 min pri 120 °C, pri čemer nastane modra koloidna raztopina, kar nakazuje tvorbo bakrovih nanodelcev.
Za tem se reaktorska posoda odstavi z oljne kopeli in se meša na sobni temperaturi. Po 3 min mešanja bakrovih semen v stekleni reakcijski posodi, se pri sobni temperaturi, po kapljicah doda 0,3 mL APTMS (97%) k 10 mL pripravljene koloidne raztopine bakra, da dobimo molarno razmerje APTMS / Cu(N03)3 = 10,41. Obarvanje koloidne bakrove raztopine se spremeni iz svetlo modre v zeleno-modro. Takrat se reakcija vzdržuje še nadaljnjih 20 ur pri sobni temperaturi (25 °C) in pH vrednosti 7 - 8. Po 20 urah se raztopina obarva iz modre v rdeče-rjavo.
Izvedbeni primer 5: Sinteza koloidnih bakrovih (Cu) nanodelcev z APTMS kot omejevalcem rasti (molarno razmerje APTMS / Cu(N03)2 = 14,32)
Bakrovi nanodelci so sintetizirani po poliolni metodi. Poliolna metoda vključuje segrevanje poliola ob prisotnosti izhodne soli in omejevalnega sredstva za tvorbo kovinskih koloidov. V primeru bakrovih nanostruktur; etilen glikol (EG, 98%), Cu (NC>3)3 •3H2O in aminopropiltrimetoksisilan (APTMS) (97%) v tem zaporedju služijo kot poliol, izhodna sol in omejevalec rasti. V običajnem postopku se 7 mL etilen glikola (EG, 98%) v stekleni reaktorski posodi segreje na oljni kopeli do 160 °C in se greje 60 min ob mešanju s hitrostjo 300 obr/min. Nato se temperatura zniža iz 160 °C na 120 °C. Potem se v 30 s, po kapljicah doda 3 mL 0,05 M raztopine bakrovega nitrata v etilen glikolu in se meša še 20 min pri 120 °C, pri čemer nastane modra koloidna raztopina, kar nakazuje tvorbo bakrovih nanodelcev.
Za tem se reaktorska posoda odstavi z oljne kopeli in se meša na sobni temperaturi. Po 3 min mešanja bakrovih semen v stekleni reakcijski posodi, se pri sobni temperaturi, po kapljicah doda 0,4 mL APTMS (97%) k 10 mL pripravljene koloidne raztopine bakra, da dobimo molarno razmerje APTMS / Cu(N03)3 = 14,32. Obarvanje koloidne bakrove raztopine se spremeni iz svetlo modre v zeleno-modro. Takrat se reakcija vzdržuje še nadaljnjih 20 ur pri sobni temperaturi (25 °C) in pH vrednosti 7 - 8. Po 20 urah se raztopina obarva iz modre v rdeče-rjavo.
Izvedbeni primer 6: Sinteza koloidnih bakrovih (Cu) nanodelcev z APTMS kot omejevalcem rasti (molarno razmerje APTMS / Cu(NC>3)2 = 17,35)
Bakrovi nanodelci so sintetizirani po poliolni metodi. Poliolna metoda vključuje segrevanje poliola s ob prisotnosti izhodne soli in omejevalnega sredstva za tvorbo kovinskih koloidov. V primeru bakrovih nanostruktur; etilen glikol (EG, 98%), Cu (N03)3 •3H20 in aminopropiltrimetoksisilan (APTMS) (97%) v tem zaporedju služijo kot poliol, izhodna sol in omejevalec rasti. V običajnem postopku se 7 mL etilen glikola (EG, 98%) v stekleni reaktorski posodi segreje na oljni kopeli do 160 °C in se greje 60 min ob mešanju s hitrostjo 300 obr/min. Nato se temperatura zniža iz 160 °C na 120 °C. Potem se v 30 s, po kapljicah doda 3 mL 0,05 M raztopine bakrovega nitrata v etilen glikolu in se meša še 20 min pri 120 °C, pri čemer nastane modra koloidna raztopina, kar nakazuje tvorbo bakrovih nanodelcev.
Za tem se reaktorska posoda odstavi z oljne kopeli in se meša na sobni temperaturi. Po 3 min mešanja bakrovih semen v stekleni reakcijski posodi, se pri sobni temperaturi, po kapljicah doda 0,5 mL APTMS (97%) k 10 mL pripravljene koloidne raztopine bakra, da dobimo molarno razmerje APTMS / Cu(N03)3 = 17,35. Obarvanje koloidne bakrove raztopine se spremeni iz svetlo modre v zeleno-modro. Takrat se reakcija vzdržuje še nadaljnjih 20 ur pri sobni temperaturi (25 °C) in pH vrednosti 7 - 8. Po 20 urah se raztopina obarva iz modre v rdeče-rjavo.
Izvedbeni primer 7: Sinteza koloidnih bakrovih (Cu) nanodelcev z APTMS kot omejevalcem rasti (molarno razmerje APTMS / Cu(N03)2 = 20,2)
Bakrovi nanodelci so sintetizirani po poliolni metodi. Poliolna metoda vključuje segrevanje poliola s ob prisotnosti izhodne soli in omejevalnega sredstva za tvorbo kovinskih koloidov. V primeru bakrovih nanostruktur; etilen glikol (EG, 98%), Cu (N03)3 •3H2O in aminopropiltrimetoksisilan (APTMS) (97%) vtem zaporedju služijo kot poliol, izhodna sol in omejevalec rasti. V običajnem postopku se 7 mL etilen glikola (EG, 98%) v stekleni reaktorski posodi segreje na oljni kopeli do 160 °C in se greje 60 min ob mešanju s hitrostjo 300 obr/min. Nato se temperatura zniža iz 160 °C na 120 °C. Potem se v 30 s, po kapljicah doda 3 mL 0,05 M raztopine bakrovega nitrata v etilen glikolu in se meša še 20 min pri 120 °C, pri čemer nastane modra koloidna raztopina, kar nakazuje tvorbo bakrovih nanodelcev.
Za tem se reaktorska posoda odstavi z oljne kopeli in se meša na sobni temperaturi. Po 3 min mešanja bakrovih semen v stekleni reakcijski posodi, se pri sobni temperaturi, po kapljicah doda 0,5 mL APTMS (97%) k 10 mL pripravljene koloidne raztopine bakra, da dobimo molarno razmerje APTMS / Cu(NC>3)3 = 20,2. Obarvanje koloidne bakrove raztopine se spremeni iz svetlo modre v zeleno-modro. Takrat se reakcija vzdržuje še nadaljnjih 20 ur pri sobni temperaturi (25 °C) in pH vrednosti 7 - 8. Po 20 urah se raztopina obarva iz modre v rdeče-rjavo.
Izvedbeni primer 8: Priprava tekstilije z bakrovimi nanodelci in protimikrobne lastnosti koloidnih bakrovih nanodelcev
Postopek priprave tekstilije s protimikrobnimi nanodelci vključuje sledeče korake: - pranje 2 g bombažne tekstilije z detergentom, - spiranje z deionizirano vodo, - namakanje tekstilije v bazični raztopini (5M) natrijevega hidroksida 10 min, - pranje z vodo - sušenje 1 uro v sušilniku, - namakanje v zgornjih korakih oprane tekstilije v pripravljeni raztopini bakrovih nanodelcev pripravljenih po izumu za 48 ur, - sušenje 3 ur na sobni temperaturi, in - dodatno sušenje 3 ure v sušilniku pri 70 °C.
Po zgornjem postopku pripravljena tekstilije je bila testirana za protimikrobne lastnosti. Protimikrobne lastnosti oplaščenih tekstilij so se okarakterizirale na podlagi testa American Society forTesting and Materials (ASTM) E2149-10. Protimikrobna aktivnost nanodelcev pripravljenih s postopkom po izumu je bila 100% proti bakterijam Eschericia coli in Staphylococcus aureus ter proti glivi Candida albicans.
Postopek po izumu omogoča pripravo protimikrobnih bakrovih nanodelcev, s primerno velikostjo delcev, stabilnostjo, s protibakterijskim značajem, ki jim omogoča da se odzovejo na zunanje električno polje in imajo mnogo področij uporabe, kot so medicina, medicinski instrumenti in naprave, tekstilstvo, priprava tekstilij s protimikrobnimi lastnostmi, čiščenje voda, predelava hrane in tudi na drugih področjih kot so recimo katalize in senzorji. Poleg tega opisani postopek odpravi uporabo kislin in organskih topil, kot tudi ekstremnih reakcijskih pogojev, ki običajno spremljajo proces priprave protibakterijskih nanomaterialov, kar vodi do zmanjšanja stroškov in okolju prijaznejši tehnologiji.

Claims (13)

  1. Patentni zahtevki
    1. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot prekurzorjev, ki delujejo kot omejevalci rasti, pri čemer postopek vključuje naslednje korake: a) priprava koloidnih bakrovih jeder s sintezo poliola, ki vključuje segrevanje poliolnega medija na 160 °C in poliolno sintezo rdeče-rjave koloidne raztopine etilen glikola (EG) in bakrovih nanodelcev; b) segrevanje pripravljene koloidne raztopine bakra in etilen glikola na 120 °C za 20 min in po odstavitvi reakcijske posode iz oljne kopeli, dodajanje funkcionalnega trialkoksisilana kot omejevalca rasti po kapljicah; in c) mešanje pri sobni temperaturi 20 ur do nastanka rdeče-rjavo obarvane koloidne raztopine bakra v etilenglikolu.
  2. 2. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot omejevalcev rasti po zahtevku 1, značilen po tem, da se poliolna sinteza koloidnih bakrovih jeder izvede tako, da temelji na redukciji topila, pri čemer je: - poliolni medij za reakcijo je mešanica alkoholov z veliko hidroksilnimi skupinami, kot je etilenglikol, in - se kot izhodne soli uporabijo anorganske bakrove (II) soli v koncentraciji 0,05 mol/L, pri čemer se prednostno uporabi bakrov (II) nitrat trihidrat v raztopini etilenglikola, - in so reakcijski pogoji poliolne sinteze: • temperatura 160 °C; • čas 1 ura; • pH med 7in 8; s čemer se pridobijo bakrovi nanodelci sferične oblike s porazdelitvijo velikosti delcev v območju med 5 nm in 170 nm.
  3. 3. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot omejevalcev rasti po zahtevku 1 ali 2, značilen po tem, da se v koraku a) pripravljena koloidna raztopina bakra v etilen glikolu ohladi iz 160 °C na 120 °C, nato se reakcijska posoda odstavi z grelca in se meša z magnetnim mešalom pri sobni temperaturi, pri čemer se k pripravljeni koloidni raztopini bakra v etilen glikolu med mešanjem po kapljicah dodaja funkcionalni trialkoksisilan kot omejevalec rasti, pri čemer se kot omejevalec rasti uporabi trialkoksisilan s splošno formulo R*Si(OR’)3, kjer je R' izbran v skupini, v kateri so metil, etil, propil, butil in heksil, in je R* izbran iz funkcionalne, predvsem donorske organske skupine, v kateri so na primer amino, tiolne, hidroksi, karbonilne, ciano, fosfatne, nitrilne, sulfatne skupine, pri čemer se kot prekurzor prednostno uporabi APTMS; pri čemer je molsko razmerje med APTMS in bakrovim (II) nitratom v razmerju med 1 in 20,2, prednostno v razmerju: 1; 3; 6,6; 10,41; 14,32; 17,35; in 20,2.
  4. 4. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot omejevalcev rasti po zahtevku 3, značilen po tem, da se kot prekurzor uporabi APTMS v koncentraciji med 0,027 mo/L in 0,33 mol/L, in je molarno razmerje med APTMS in Cu(N03)2 v območju med 1 in 20,2.
  5. 5. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot omejevalcev rasti po zahtevku 4, značilen po tem, da je molarno razmerje med APTMS in Cu(NC>3)2 enako 1.
  6. 6. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot omejevalcev rasti po zahtevku 4, značilen po tem, da je molarno razmerje med APTMS in Cu(N03)2 enako 3.
  7. 7. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot omejevalcev rasti po zahtevku 4, značilen po tem, da je molarno razmerje med APTMS in Cu(N03)2 enako 6,6.
  8. 8. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot omejevalcev rasti po zahtevku 4, značilen po tem, da je molarno razmerje med APTMS in Cu(NC>3)2 enako 10,41.
  9. 9. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot omejevalcev rasti po zahtevku 4, značilen po tem, da je molarno razmerje med APTMS in Cu(NC>3)2 enako 14,32.
  10. 10. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot omejevalcev rasti po zahtevku 4, značilen po tem, da je molarno razmerje med APTMS in Cu(NC>3)2 enako 17,35.
  11. 11. Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev z uporabo funkcionalnih alkoksisilanov kot omejevalcev rasti po zahtevku 4, značilen po tem, da je molarno razmerje med APTMS in Cu(NC>3)2 enako 20,2.
  12. 12. Protimikrobni bakrovi nanodelci pripravljeni s postopkom po kateremkoli izmed predhodnih zahtevkov za uporabo v tekstilstvu, medicini, čiščenju voda, predelavi hrane, katalizi in senzorjih.
  13. 13. Uporaba protimikrobnih bakrovih nanodelcev po zahtevku 12 za pripravo tekstilij s protimikrobnimi lastnostmi, pri čemer postopek priprave tekstilij s protimikrobnimi bakrovimi nanodelci vključuje sledeče korake: - pranje 2 g bombažne tekstilije z detergentom, - spiranje z deionizirano vodo, - namakanje tekstilije v bazični raztopini (5M) natrijevega hidroksida 10 min, - pranje z vodo, - sušenje 1 uro v sušilniku, - namakanje v zgornjih korakih oprane tekstilije v raztopini bakrovih nanodelcev pripravljenih s postopkom po kateremkoli zahtevku od 1 do 11 za 48 ur, - sušenje 3 ur na sobni temperaturi, in - dodatno sušenje 3 ure v sušilniku pri 70 °C.
SI201600288A 2016-11-30 2016-11-30 Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev SI25326A (sl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201600288A SI25326A (sl) 2016-11-30 2016-11-30 Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev
EP16207212.8A EP3329778B1 (en) 2016-11-30 2016-12-28 Process for the synthesis of antimicrobial copper nanoparticles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI201600288A SI25326A (sl) 2016-11-30 2016-11-30 Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI25326A true SI25326A (sl) 2018-06-29

Family

ID=58192030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI201600288A SI25326A (sl) 2016-11-30 2016-11-30 Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3329778B1 (sl)
SI (1) SI25326A (sl)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114252426B (zh) * 2021-11-23 2023-05-16 中山大学 一种复合柔性sers基底及其制备方法和应用
CN114054101B (zh) * 2021-11-25 2024-01-23 吉林化工学院 一种苯丙氨酸-铜纳米漆酶及其制备方法和应用

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014224276A (ja) * 2011-09-08 2014-12-04 学校法人 関西大学 分散安定性の高い銅ナノ粒子の製造方法
US10357943B2 (en) * 2015-01-14 2019-07-23 Lockheed Martin Corporation Articles having an exposed surface coating formed from copper nanoparticles
CN105206818B (zh) * 2015-10-22 2017-12-01 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种硅/金属纳米复合材料的制备方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
EP3329778A1 (en) 2018-06-06
EP3329778B1 (en) 2019-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Elango et al. Synthesis, characterization, and antibacterial activity of polyindole/Ag–Cuo nanocomposites by reflux condensation method
Yaqoob et al. Silver nanoparticles: various methods of synthesis, size affecting factors and their potential applications–a review
Ghaffari-Moghaddam et al. Synthesis, characterization and antibacterial properties of a novel nanocomposite based on polyaniline/polyvinyl alcohol/Ag
Ali et al. Green synthesis of silver nanoparticles using apple extract and its antibacterial properties
Vijayakumar et al. Biosynthesis, characterisation and anti-bacterial effect of plant-mediated silver nanoparticles using Artemisia nilagirica
Mavani et al. Synthesis of silver nanoparticles by using sodium borohydride as a reducing agent
Yu Formation of colloidal silver nanoparticles stabilized by Na+–poly (γ-glutamic acid)–silver nitrate complex via chemical reduction process
Janardhanan et al. Synthesis and surface chemistry of nano silver particles
Padma et al. Studies on green synthesis of copper nanoparticles using Punica granatum
Veeraputhiran Bio-catalytic synthesis of silver nanoparticles
Seku et al. Hydrothermal synthesis of Copper nanoparticles, characterization and their biological applications
JP2012526777A (ja) 殺生物剤のナノ構造組成物及びナノ構造の殺生物剤組成物を得る方法
Sharfudeen et al. Synthesis and characterization of TiO2 nanoparticles and investigation of antimicrobial activities against human pathogens
Charpentier et al. Photocatalytic and antibacterial activities of silver and iron doped titania nanoparticles in solution and polyaspartic coatings
Wang et al. Novel candy-like Cu4O3 microstructure: facile wet chemical synthesis, formation mechanism, and good long-term antibacterial activities
Singh et al. The preparation of polymer/silver nanocomposites and application as an antibacterial material
SI25326A (sl) Postopek sinteze protimikrobnih bakrovih nanodelcev
Sanguramath et al. CuO (1− x) ZnO x nanocomposite with broad spectrum antibacterial activity: application in medical devices and acrylic paints
Ding et al. Facile preparation of raspberry-like PS/ZnO composite particles and their antibacterial properties
Selim et al. Novel blade-like structure of reduced graphene oxide/α-Mn2O3 nanocomposite as an antimicrobial active agent against aerobic and anaerobic bacteria
WO2011093731A1 (en) Method of manufacturing the silica nanopowders with biocidal properties, especially for polymer composites
Jose et al. Spectroscopic and thermal investigation of silver nanoparticle dispersed biopolymer matrix bovine serum albumin: A promising antimicrobial agent against the Pathogenic Bacterial Strains
Hona et al. Antimicrobial effect of copper nanoparticles synthesized by chemical method
Shadan et al. The effects of Mg incorporation and annealing temperature on the physicochemical properties and antibacterial activity against Listeria monocytogenes of ZnO nanoparticles
Yeh et al. Tetrapodal ZnO nanomaterial synthesis for antibacterial fluoroethylene vinyl ether polymer coating

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20180629

KO00 Lapse of patent

Effective date: 20200723