CZ303502B6 - Zpusob imobilizace nanocástic stríbra na pevné substráty - Google Patents
Zpusob imobilizace nanocástic stríbra na pevné substráty Download PDFInfo
- Publication number
- CZ303502B6 CZ303502B6 CZ20110549A CZ2011549A CZ303502B6 CZ 303502 B6 CZ303502 B6 CZ 303502B6 CZ 20110549 A CZ20110549 A CZ 20110549A CZ 2011549 A CZ2011549 A CZ 2011549A CZ 303502 B6 CZ303502 B6 CZ 303502B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- nanoparticles
- silver
- silver nanoparticles
- substrate
- pei
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims abstract description 25
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims abstract description 9
- GGCZERPQGJTIQP-UHFFFAOYSA-N sodium;9,10-dioxoanthracene-2-sulfonic acid Chemical compound [Na+].C1=CC=C2C(=O)C3=CC(S(=O)(=O)O)=CC=C3C(=O)C2=C1 GGCZERPQGJTIQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 abstract description 12
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 6
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 abstract 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 13
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LKPVGEQCXYXTIH-UHFFFAOYSA-N O=P(=O)C1=CC=NN=N1 Chemical compound O=P(=O)C1=CC=NN=N1 LKPVGEQCXYXTIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 230000000843 anti-fungal effect Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 2
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 2
- 241000219112 Cucumis Species 0.000 description 1
- 235000015510 Cucumis melo subsp melo Nutrition 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- FJJCIZWZNKZHII-UHFFFAOYSA-N [4,6-bis(cyanoamino)-1,3,5-triazin-2-yl]cyanamide Chemical compound N#CNC1=NC(NC#N)=NC(NC#N)=N1 FJJCIZWZNKZHII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 229940121375 antifungal agent Drugs 0.000 description 1
- 239000004599 antimicrobial Substances 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 231100000463 ecotoxicology Toxicity 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000000415 inactivating effect Effects 0.000 description 1
- 231100000566 intoxication Toxicity 0.000 description 1
- 230000035987 intoxication Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 231100000683 possible toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007725 thermal activation Methods 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/10—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by other chemical means
- B05D3/101—Pretreatment of polymeric substrate
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
- B05D1/185—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping applying monomolecular layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Agronomy & Crop Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Pest Control & Pesticides (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Abstract
Dvoukrokový zpusob imobilizace nanocástic stríbra na pevné substráty pomocí polyethyleniminu spocívající v tom, že dochází k primárnímu povlakování pevných substrátu polyethyleniminem s vetvenou strukturou, dále se ponorí substrát do roztoku stríbrné soli a následne se tvorí nanocástice stríbra kovalentne ukotvené na povrch polymeru díky redukcnímu efektu jeho funkcních skupin, takže nedochází k uvolnování nanocástic do prostredí. Metoda dovoluje práci ve vodném prostredí, nepoužívá externí redukcní cinidla, stabilizátory ani toxická rozpouštedla a je univerzálne aplikovatelná pri antimikrobiálních úpravách všech typu pevných povrchu.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu imobilizace nanočástic stříbra na pevné substráty s různými povrchovými charakteristikami s perspektivním využitím takto připravených kompozitních materiálů v aplikacích, kde je nutná prevence mikrobiální kolonizace povrchu bez rizika uvolňování nanočástic stříbra do prostředí.
io
Dosavadní stav techniky
Nanočástice stříbra jsou v posledních přibližně dvaceti letech jedním z nej intenzivněji studova15 ných materiálů, a to hned v několika oblastech aplikací nanotechnologií. Snad nejperspektivnějším směrem využití nanočástic stříbra se v současné době jeví jejich aplikace v oblastech, kde je vyžadován antimikrobiální účinek. Nicméně aplikovatelnost tohoto typu materiálu je spojena s řadou úskalí. Konkrétně se jedná o nutnost aplikace částic o velikostech v řádu několika desítek nanometrů, s úzkou velikostní distribucí, nízkou mírou agregace a dostupným aktivním povr20 chem. Jen takové částice vykazují vysokou antimikrobiální účinnost spojenou s dostatečně velkým povrchem přístupným pro interakci s mikroby. Pro většinu praktických antimikrobiálních a desinfekčních aplikací je nutné nanočástice stříbra vhodným způsobem ukotvit na pevný substrát tak, aby nedocházelo k jejich nekontrolovanému uvolňování a případné intoxikaci okolního prostředí. Vzhledem ktomu, že jsou všechny výše zmíněné parametry klíčového charakteru, budou probrány detailněji.
Ze studií týkajících se prevence mikrobiální kolonizace pomocí nanočástic stříbra vyplývá, že k docílení obdobného či dokonce vyššího antibakteriálního a antimykotického účinku nanočástic stříbra v porovnání s toxičtějším iontovým stříbrem, jsou zapotřebí výrazně nižší koncentrace nanočásticového Ag [Panáček 2006, 2009], Navíc nebyla dosud prokázána rezistence bakteriálních kmenů vůči nanočásticím Ag. Mají-li být nanočástice stříbra aplikovatelné v medicinálních, environmentálních a desinfekčních aplikacích v širším měřítku, je navíc nezbytně nutné, aby byly agregačně stabilní. Konvenčně používaná povrchová modifikace částic, zabezpečujících zvýšení jejich agregační stability, nemusí vždy vést ke kýženému výsledku, poněvadž dochází ke ztrátě aktivního povrchu. Z tohoto důvodu je vhodné částice cíleně (mobilizovat na požadovaný pevný substrát (katétr, chirurgická nit, textilní vlákno aj.), ale zároveň zabezpečit, aby si zachovaly co největší kontaktní specifický povrch, který je zodpovědný za antimikrobiální účinek.
V současné době je známa řada pokusů o imobilizaci nanočástic stříbra na rozličné substráty to skrze polymemí pojivá (linkery). Způsob imobilizace lze, u již publikovaných prací, rozdělit dle povahy interakce mezi polymerem a depozitovanými nanočásticemi stříbra.
Většina prací popisuje imobilizaci částic založenou na elektrostatické interakci primárně syntetizovaných nanočástic Ag a polymerního linkeru naneseného na zvolený pevný substrát. Elektro15 statická interakce mezi polymerním linkerem a nanočásticí je závislá na náboji polymeru, jeho strukturní a chemické podstatě. Z použitých přírodních polymerů je k depozici nejčastěji používána celulosa [Samir 2004, Nadagouda 207, Fernández 201 OJ. Z řady testovaných syntetických polymerů bylo dosaženo úspěšné depozice nanočástic stříbra na povrchu na bázi polyethylenglykol-polyurctan-I iO« [Shah 2008J, na povrchu nylonu 6,6 JPerkas 2006], na povrchu poly5o amidu modifikovaného dopaminem [Liao 2010} či na povrchu vlákna tvořeného polymethylmethakrylátem [Kong 2008J. Ve všech těchto případech bylo dosazeno depozice nanočástic stříbra na povrchu prostřednictvím redukce stříbrné soli, nejčastěji dusičnanu stříbrného, pomocí externího redukčního činidla (nejčastěji tetrahydridoboritanu sodného) či fyzikálně-chemické redukce vlivem tepelné či fotoiradiační metody. Všechny uvedené imobilizační přístupy založené na elektrostatické interakci mají řadu nevýhod ze syntetického či aplikačního hlediska. Jsou to především:
a) nekovaientní charakter ímobilizace, v jehož důsledku hrozí uvolnění nanočástic do prostředí a kompozity nejsou použitelné pro bioaplikace;
b) nutnost použití externího redukčního Činidla;
c) nutnost přídavku stabilizátorů, které zabrání agregaci nanočástic na povrchu polymeru;
d) poměrně limitujícím faktorem výše uvedených syntéz je také fakt, že v rámci přípravy kompozitního materiálu na bázi substrát-polymemí linker-nanoěástice stříbra bylo nutné použít organická činidla (např. alkoholické prostředí, prostředí tetrahydrofuranu) nebo nastavit io poměrně komplikované experimentální podmínky (např. syntéza trvající 24 hod. za teploty °C);
e) žádný z uvedených „elektrostatických'1· přístupů neposkytuje experimentální důkazy o možnosti univerzálního použití na různé substráty s různým charakterem povrchu.
b Z hlediska použití imobilízačních přístupů v bioaplikacích, medicíně a z hlediska případné ekotoxicky je nutné eliminovat především výše uvedené nevýhody a) a e), tj. riziko uvolnění nanočástic do prostředí a neuniverzálnost metody. Doposud existuje jedna publikovaná práce, popisující systém pevný substrát-polymemí linker-nanočástice Ag s kovalentním ukotvením nanočástic k polymemí spojce. Jako polymemí spojky plnící současnou roli redukčního činidla i matrice pro zo kovalentně imobilizované nanočástice byl použit polymer na bázi fosfotriazinu [Dallas 2010]. Tato práce eliminuje zmíněné nevýhody a), b) a c) neboť částice jsou kovalentně ukotveny a není potřeba externí redukční činidlo ani stabilizátor. Není vsak potvrzena možnost univerzální aplikace na různé pevné substráty. Dalšími nevýhodami je velmi složitá a nákladná příprava polymeru s nízkou výtěžností a potencionální toxicita této fosfotriazinové matrice. V neposlední řadě je nevýhodou i velmi specifická kornoutová morfologie polymeru, limitující univerzální aplikaci na různé typy povrchů.
Shrneme-li výše uvedené, je možné učinit závěr, že v současné době neexistuje univerzální metoda kovalentní ímobilizace nanočástic stříbra na pevné substráty, pomocí níž by bylo možné připravit celou škálu biokompatibilních kompozitů vhodných k antimikrobiálním úpravám povrchů v medicinálních, environmentálních a desinfekčních aplikacích. Aplikovatelnost dosud úspěšně připravených a publikovaných přístupů je limitována vždy minimálně jednou zvýše uvedených nevýhod (a-e), častěji však jejich kombinací.
Podstata vynálezu
Vynález si klade a cíl navržení univerzálního způsobu kovalentní ímobilizace nanočástic stříbra na pevné substráty za použití polyethyleniminu s větvenou strukturou, který plní současně funkci adhezní vrstvy a redukčního činidla. Tato metoda má za cíl eliminovat výše uvedené nevýhody imobilízačních přístupu, které byly popsány v odstavci „dosavadní stav techniky“.
Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny způsobem ímobilizace nanočástic stříbra na pevné substráty, jehož podstata spočívá v tom, že se provádí ve dvou krocích, kde v prvním kroku je zvolený substrát modifikovaný polyethylen i minem (PEI) s větvenou strukturou prostým namočením zvoleného substrátu do lázně tvořené vodným roztokem tohoto polymeru, načež je jeho nadbytek z povrchu substrátu, po jeho vyjmutí z lázně, opláchnut, poté je takto PEI modifikovaný substrát ve druhém kroku ponořen do roztoku stříbrné soli. kde dochází vlivem redukčních vlastností -NH a -NIT funkčních skupin polymeru k tvorbě nanočástic. které zůstávají kovalentně (mobilizovány k primárně vytvoření adhezivní PEI vrstvě polyethyleniminu.
Hlavní výhodou dvoukrokového způsobu ímobilizace nanočástic stříbra na pevné substráty pomocí polyethyleniminu jako adhezního a redukčního pojíva je, že dochází k primárnímu povlaCZ 303502 B6 kování pevných substrátu polyethyleniminem a následně k tvorbě nanočástic stříbra kovalentně ukotvených na povrchu polymeru díky redukčnímu efektu jeho funkčních skupin, takže nedochází k uvolňování nanočástic do prostředí. Dvou-krokově kovalentně imobilizované nanočástice si, na rozdíl od jednokrokových metod, kde dochází k obalení povrchu částic polymerem, ponechás vají velký volný povrch využitelný pro interakci s mikroorganismy.
S výhodou je při způsobu imobilizace nanočástic stříbra na pevné substráty oplach proveden destilovanou vodou.
io Výhodné též je, že k redukci stříbrných iontů dochází bez externího redukčního činidla pouze pomocí mírné teplotní aktivace. Současná redukce a imobilizace probíhají pri teplotě 60 °C a po dobu 20 minut. Celá syntéza kompozitu je dokončena opakovaným omytím kompozitu substrát PEI - nanoAg vodou, čímž dochází k odstranění případného nadbytečného iontového stříbra pocházejícího z prekurzoru.
Uvedený postup imobilizace nanočástic Ag má následující výhody:
a) prokazatelně dochází ke kovalentní imobilizaci nanočástic a tudíž k minimalizaci rizika jejich uvolnění do prostředí;
b) navržená metoda imobilizace nepožívá externí redukční činidlo, neboť jeho roli plní funkční skupiny PEI;
c) navržená metoda imobilizace nepoužívá stabilizátor, neboť v důsledku kovalentní imobilizace nedochází k agregaci částic na povrchu;
d) navržená metoda je velmi levná, experimentálně nenáročná a rychlá, probíhá ve vodném prostředí a nevyužívá žádné toxické látky;
e) metoda je prokazatelně univerzální a použitelná pro modifikaci různých druhů povrchů včetně plastů, textilních vláken Či filtračních vláken.
Kromě eliminace všech nevýhod jiných publikovaných a navržených imobilizačních postupů, má navržený postup ještě tyto další zjevné aplikační výhody:
so 0 netoxicita a biokompatibilita PEI;
g) výborné adhezní vlastnosti PEI vůči libovolnému pevnému substrátu;
h) výhodou je použití PEI s větvenou strukturou a vysokou molekulární hmotností, který, s ohledem na velký počet funkčních skupin v řetězci, dovoluje tvorbu malých nanočástic s uniformní velikostní distribucí a homogenním rozdělím na povrchu substrátu; průměrná velikost částic Ag vznikajících uvedeným postupem je okolo 40 nm (bez ohledu na charakter pevného substrátu), což je velikost, která zabezpečuje vysoký antibakteriální efekt;
i) dvou-krokový způsob imobilizace je rovněž výhodou. V případě, v literatuře Často se objevujících postupů, kde je polymer použit k redukci stříbrných iontů bez primárního nanesení na pevný substrát, může dojít k výraznému pokrytí povrchu vyredukovaných nanočástic Ag polymerem a tím k inaktivaci povrchu z antimikrobiálního hlediska. K obdobnému efektu ovšem může dojít i v případě jednokrokové imobilizace na pevný substrát, není-li přebytek polymeru odstraněn. Dvou-kroková imobilizace evidentně dovoluje připravit nanočástice s dominantně volným povrchem a navíc dovoluje bezproblémové odstranění jak přebytku polymeru, tak přebytku stříbra.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude blíže popsán a osvětlen na základě níže přiložené obrazové dokumentace, kde obr. 1 znázorňuje UV/VIS absorpční spektrum lOx zředěné vodné disperzi nanočástic stříbra vzniklých redukcí stříbrných iontů PEI bez použití externího redukčního činidla. Absorpční pík v oblasti okolo 400 nm je charakteristický pro nanočástice Ag.obr. 2 znázorňuje povrchově zesíCZ 303502 B6 lené Ramanovské spektrum vzorku polyethyleniminu (černá křivka) a vzorku obsahujícího nanočástice stříbra připravené pomocí navržené metody využívající rozvětvený polyethylenimin, jakožto reduktant umožňující redukci použité stříbrné soli a současnou kovalentní imobilizaci vmiste funkčních skupin. V oblasti 245 cm'1 se objevuje pík korespondující s existencí vazby
Ag-N a svědčící o kovalentním charakteru vazby, obr. 3 znázorňuje snímek ze skenovacího elektronového mikroskopu (SEM) demonstrující imobilizaci nanočástic stříbra na povrchu netkané textilie navrženou metodou. Snímek potvrzuje tvorbu velmi malých částic (okolo 40 nm) s velmi úzkou velikostní distribucí a homogenním pokrytím povrchu vlákna, obr. 4 znázorňuje snímek ze skenovacího elektronového mikroskopu demonstrující imobilizaci nanočástic stříbra ío na povrchu filtračního vlákna na bázi polyesteru (vlevo), přičemž pro srovnání je vpravo uveden snímek povrchu nemodifikovaného vlákna, obr. 5 znázorňuje fotografie polymethylmethakrylátového (PMMA) plastového granulátu, na kterém byla testována efektivnost kovalentní imobilizace nanočástic stříbra pomocí navržené metody. Vlevo - nemodifikovaný granulát; uprostřed granulát s zmobilizovaným n an ostří brem (žluto-oranžové zabarvení je charakteristické pro nano15 částice stříbra velikosti desítek nm); vpravo - detail nanočástic Ag o velikosti ca 30 nm na povrch granulátu a obr. 6 znázorňuje SEM snímek nanočástic Ag kovalentně imobilizovaných na povrchu grafenu pomocí navržené dvou- krokové metody.
Příklady provedení vynálezu
Způsob imobilizace nanočástic stříbra na pevné substráty pomocí polyethyleniminu jako adhezního a redukčního pojivá bude vysvětlen na jednotlivých příkladech jeho provedení. Je nasnadě, že níže uvedené příklady jsou ilustrativním vyjádřením aplikace principů tohoto vynálezu.
Příprava kompozitního materiálu na bázi substrát - polymemí linker- nanočástice stříbra, které jsou kovalentně imobilizované, spočívá ve dvou krocích. V prvním kroku je zvolený substrát modifikovaný polyethyleniminem (PEI) s větvenou strukturou prostým namočením zvoleného substrátu do lázně vodného roztoku tohoto polymeru. Polymer díky excelentním adhezním vlast30 nostem vytváří tenkou a kompaktní vrstvu pevně vázanou k povrchu substrátu. Jeho nadbytek je z povrchu substrátu následně, po jeho vyjmutí z lázně, opláchnut destilovanou vodou. Takto PEI modifikovaný substrát je ve druhém kroku ponořen do roztoku stříbrné soli, kde dochází vlivem redukčních vlastností -NH a -NH, funkčních skupin polymeru k tvorbě nanočástic, které zůstávají kovalentně imobíiizovány k primárně vytvořené adhezivní PEI vrstvě polyethyleniminu.
Skutečnost, že dochází k redukčnímu efektu funkčních skupin PEI a že není potřeba externích redukčních činidel pro navrženou imobilizační metodu je jasně patrná z UV/VIS spektra na obr. I, kdy pozorovaný absorpční pík v oblasti okolo 400 nm je charakteristický pro tvorbu nanočástic Ag. Skutečnost, že dochází ke kovalentní imobilizaci lze ilustrovat Ramanovským spekt40 rem kompozitu na obr. 2, kdy v oblasti 245 cm'1 se objevuje pík odpovídající vazbě Ag—N svědčící o kovalentním charakteru interakce nanočástic s polymeruím pojivém. Skutečnost, že metoda dovoluje imobilizaci ultramalých částic s úzkou velikostní distribucí, demonstrují snímky z elektronové mikroskopu na obr. 3 a 4 (vlevo). Homogenní rozložení částic na povrchu obou substrátů bez jakýchkoliv náznaků vzniku větších agregátů jasně prokazuje kovalentní imobilizaci bez nutnosti použití externího stabilizátoru. Jak v případě PEI-Ag modifikované netkané textilie, tak v případě PEI-Ag modifikovaného polyesterového filtračního vlákna nedocházelo při zátěžových mechanických testech (opakované mechanické tření ve vodném prostředí) k uvolňování nanočástic do systému, jak potvrdila UV/VIS spektra roztoků po odstranění vláken, kde absentoval povrchový plazmon - tj. absorpční pík v oblasti 400 nm odpovídající přítomnosti nanočástic.
Univerzálnost metody lze demonstrovat i kovalentní imobilizaci nanočástic Ag na povrchu polymethylmethakrylatového plastového granulátu. Zbarvení PEI-Ag modifikovaného povrchu na obr. 5 uprostřed je typické pro tvorbu nanočástic Ag, což potvrzuje i snímek ze skenovacího elektronového mikroskopu (vpravo). Metoda je použitelná i pro imobilizaci na povrchu nanostříbra na povrch 2D nanostruktur. jak je vidět na obr. 6. demonstrujícím homogenní rozložení
-4 CZ 303502 B6 nanočástic Ag kovalentně imobilizovaných na povrchu grafenového listu, který byl v prvním kroku modifikován PEI s větvenou strukturou.
Průmyslová využitelnost
Dvoukroková kovalentní imobilizace nanočástic stříbra pomocí PEI, univerzálně použitelná na jakékoliv pevné substráty, je velmi dobře aplikovatelná především v oblastech, kde je nutná prevence mikrobiální kolonizace povrchu bez rizika uvolňování nanočástic stříbra do prostředí, io Jedná se především o antibakteriální a antifungální povrchovou úpravu materiálů a prostředků používaných v medicíně, filtračních materiálů, nanomateriálů a jiných materiálů, které vyžadují desinfekční ošetření (např. antibakteriální úpravy povrchu katétrů, chirurgických nití, filtračních vláken, nanomateriálů a jiných materiálů používaných v lékařství a desinfekčních aplikacích).
is Literatura
Dallas P., Zbořil R„ Bouřiinos A. B., Jancik D., Niarchos D., Panacek A., Petridis D. Cornet-like phosphotriazine/diamine polymer as reductant and matrix for the synthesis of silver nanocomposites with antimicrobial activity, Macromol. Mater. Eng., 295 (2010) 108--114.
2o Fernandéz A.. Picouet P., Lloret E. Celhtlose-silver nanoparticle hybrid materials to control spoilage-related microflora in absorbent pads located in trays of fresh-eut melon. Int. J. Food. Microbiol. /72(2010) 222 - 228.
Kong H., Jang J. Antibacterial Properties of Novel Póly (methyl methaerylate) Nanofiber Containíng Silver Nanoparticles. Langmuir 24 (2008) 2051 - 2056.
Liao Y., Wang Y., Feng X., Wang W., Xu F., Zbang L. Antibacterial surfaces through dopamine functionalization and silver nanoparticle immobilization. Mater. Chem. Phys. 121 (2010) 534 540.
Nadagouda Μ. N., Varma R. S. Synthesis of Thermally Stable Carboxymethyl Cellulose/Metal Beiodegradable Nanocomposites for Potential Biological Applications. Macromolecules 8 (2007)
2762 - 2767.
Panacek A., Kvítek L.. Prucek R., Kolár M., Večeřova R.. Pízurova N., Sharma V. K., Nevecna T., Zbořil R. Silver Colloid Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Their Antibacterial Aktivity. J. Phys. Chem. B, 110 (2006) 16248-16253.
Panacek A., Kolár M.. Večeřova R., Prucek R., Soukupova J., Kryštof V.. Hamal P., Zbořil R.,
Kvítek L. Antifungal activity of silver nanoparticles against Candida spp, Biomaterials 30 (2009) 6333 - 6340. ‘
Perkas N., Amirian G., Dubin sky S., Gazit S.. Gedanken A. Cltrasound-Assisted Coating of Nvlon 6,6 with Silver Nanoparticles and Its Antibacterial Activity, J. Appl. Polymer. Sci. 104 (2007) 1423 - 1430.
Samir M.A.S.A., Alloin F., Gorecki W., Sanchez J.-Y., Dufresne A. Nanocomposite Polymer Electrolytes Based on Poly(oxyethylene) and Cellulose Nanocrystals. J. Phys. Chem. B 108 (2004) 10845- 10852.
Shah M.S.A.S., Nag M., Kalagara T., Singh S.. Manorama S. V. Silver on PEG-PU-TiCh Polymer Nanocomposite Eilms: An Excellent System for Antibacterial Applications. Chem. Matře. 20 ( 2 0 08) 24 5 5 - 24 60.
Claims (2)
- PATENTOVÉ NÁROKY5 1. Způsob i mobilizace nanočástic stříbra na pevné substráty, vyznačující se tím, že spočívá ve dvou krocích, kde v prvním krokuje zvolený substrát modifikován póly ethy lením inem (PEI) s větvenou strukturou prostým namočením zvoleného substrátu do lázně tvořené vodným roztokem tohoto polymeru, načež je jeho nadbytek z povrchu substrátu po jeho vyjmutí z lázně opláchnut, poté je takto PEI modifikovaný substrát ve druhém kroku ponořen do roztoku io stříbrné soli, kde dochází vlivem redukčních vlastností -NH a -NH? funkčních skupin polymeru k tvorbě nanočástic, které zůstávají kovalentně ímobilizovány k primárně vytvořené adhezivníPEI vrstvě polyethyleniminu.
- 2. Způsob imobilizace nanočástic stříbra na pevné substráty podle nároku 1, vyznačující15 se t í m , že oplach je proveden destilovanou vodou.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110549A CZ303502B6 (cs) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | Zpusob imobilizace nanocástic stríbra na pevné substráty |
| PL12758990T PL2701515T3 (pl) | 2011-09-02 | 2012-07-23 | Sposób unieruchomienia nanocząstek srebra na stałych podłożach |
| PCT/CZ2012/000068 WO2013029574A1 (en) | 2011-09-02 | 2012-07-23 | Method of immobilization of silver nanoparticles on solid substrates |
| ES12758990.1T ES2650000T3 (es) | 2011-09-02 | 2012-07-23 | Método de inmovilización de nanopartículas de plata en sustratos sólidos |
| EP12758990.1A EP2701515B1 (en) | 2011-09-02 | 2012-07-23 | Method of immobilization of silver nanoparticles on solid substrates |
| US14/342,286 US9505027B2 (en) | 2011-09-02 | 2012-07-23 | Method of immobilization of silver nanoparticles on solid substrates |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110549A CZ303502B6 (cs) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | Zpusob imobilizace nanocástic stríbra na pevné substráty |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2011549A3 CZ2011549A3 (cs) | 2012-10-24 |
| CZ303502B6 true CZ303502B6 (cs) | 2012-10-24 |
Family
ID=46851228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20110549A CZ303502B6 (cs) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | Zpusob imobilizace nanocástic stríbra na pevné substráty |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9505027B2 (cs) |
| EP (1) | EP2701515B1 (cs) |
| CZ (1) | CZ303502B6 (cs) |
| ES (1) | ES2650000T3 (cs) |
| PL (1) | PL2701515T3 (cs) |
| WO (1) | WO2013029574A1 (cs) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017129153A1 (en) | 2016-01-27 | 2017-08-03 | Regionalni Centrum Pokrocilych Technologii A Materialu, Univerzita Palackeho V Olomouci | Polymer substrate with immobilized silver nanoparticles and method of preparation thereof |
| CZ309424B6 (cs) * | 2015-04-29 | 2022-12-28 | Univerzita Palackého v Olomouci | Způsob přípravy magnetického kompozitu pro účely povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie, magnetický kompozit a jeho použití |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ305600B6 (cs) * | 2014-11-10 | 2015-12-30 | Univerzita PalackĂ©ho v Olomouci | Způsob přípravy vrstev koloidních částic stříbra na skleněném podkladu pro účely povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie, vrstva koloidních částic stříbra na skleněném podkladu a použití této vrstvy |
| CN109380298A (zh) * | 2017-08-08 | 2019-02-26 | 电子科技大学中山学院 | 一种无色透明防色变纳米银复合抗菌剂溶液 |
| CN109013233A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-12-18 | 武汉理工大学 | 一种利用自组装在金属表面制备季铵盐涂层的方法 |
| CN114130188B (zh) * | 2021-10-26 | 2024-01-16 | 甘肃旭康材料科技有限公司 | 空气净化复合材料的制备方法及空气净化复合材料 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10032400A1 (de) * | 2000-07-06 | 2002-01-17 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Auf Trägermaterialien immobilisierte Silber-Nanopartikel als Katalysatoren |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU692220B2 (en) * | 1993-12-20 | 1998-06-04 | Biopolymerix, Inc. | Non-leachable antimicrobial material and articles comprising same |
| DE10323597A1 (de) * | 2003-05-19 | 2004-12-09 | Aesculap Ag & Co. Kg | Medizintechnisches Produkt, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung |
| US20080063693A1 (en) * | 2004-04-29 | 2008-03-13 | Bacterin Inc. | Antimicrobial coating for inhibition of bacterial adhesion and biofilm formation |
| US8293867B2 (en) * | 2007-11-09 | 2012-10-23 | Northwestern University | Substrate-independent layer-by-layer assembly using catechol-functionalized polymers |
-
2011
- 2011-09-02 CZ CZ20110549A patent/CZ303502B6/cs not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-07-23 PL PL12758990T patent/PL2701515T3/pl unknown
- 2012-07-23 ES ES12758990.1T patent/ES2650000T3/es active Active
- 2012-07-23 WO PCT/CZ2012/000068 patent/WO2013029574A1/en not_active Ceased
- 2012-07-23 US US14/342,286 patent/US9505027B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-07-23 EP EP12758990.1A patent/EP2701515B1/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10032400A1 (de) * | 2000-07-06 | 2002-01-17 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Auf Trägermaterialien immobilisierte Silber-Nanopartikel als Katalysatoren |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| Atia K.S., Co-immobilization of cyclohexanone monooxygenase and glucose-6-phosphate dehydrogenase onto polyethylenimine-porous agarose polymeric composite using a irration to use in biotechnol. processes, Radiation Physics and Chemistry 73, 2005, s. 91-99 * |
| Crespilho F. N. et al., Enzyme immobilization on Ag nanoparticles/polyaniline nanocomposites, Biosensors and Bioelectronics 24, 2009, s. 3073-3077 * |
| Seino S. et al., Dispersibility improvement of gold/iron-oxide composite nanoparticles by polyethylenimine modification, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321, 2009, s. 1404-1407 * |
| Shu- Zhen Tan et al., A novel Fluorescence sensor based on covalent immobilization of 3-amino-9-ethylcarbazole by using silver nanoparticles as bridges and carries, Analytica Chimica Acta 636, 2009, s. 205-209 * |
| Zhu Min et al., Polyoxometalate immobilization in Cu/Ag-pz porous coordination polymers: The influences of them on the structural properties of frameworks, Journal of Solid State Chemistry 184, 2011, s. 1070-1078 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ309424B6 (cs) * | 2015-04-29 | 2022-12-28 | Univerzita Palackého v Olomouci | Způsob přípravy magnetického kompozitu pro účely povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie, magnetický kompozit a jeho použití |
| WO2017129153A1 (en) | 2016-01-27 | 2017-08-03 | Regionalni Centrum Pokrocilych Technologii A Materialu, Univerzita Palackeho V Olomouci | Polymer substrate with immobilized silver nanoparticles and method of preparation thereof |
| CZ307996B6 (cs) * | 2016-01-27 | 2019-10-09 | Univerzita PalackĂ©ho v Olomouci | Polymerní substrát s imobilizovanými nanočásticemi stříbra a způsob jeho přípravy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2701515B1 (en) | 2017-09-06 |
| EP2701515A1 (en) | 2014-03-05 |
| US9505027B2 (en) | 2016-11-29 |
| US20150290677A1 (en) | 2015-10-15 |
| CZ2011549A3 (cs) | 2012-10-24 |
| ES2650000T3 (es) | 2018-01-16 |
| PL2701515T3 (pl) | 2018-02-28 |
| WO2013029574A1 (en) | 2013-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Probing and manipulating noncovalent interactions in functional polymeric systems | |
| Ahmadabadi et al. | Surface modification approaches for prevention of implant associated infections | |
| Li et al. | Controlled release and long-term antibacterial activity of dialdehyde nanofibrillated cellulose/silver nanoparticle composites | |
| Park et al. | Covalent assembly of metal nanoparticles on cellulose fabric and its antimicrobial activity | |
| Falletta et al. | Clusters of poly (acrylates) and silver nanoparticles: structure and applications for antimicrobial fabrics | |
| He et al. | Preparation of aminoalkyl‐grafted bacterial cellulose membranes with improved antimicrobial properties for biomedical applications | |
| CZ303502B6 (cs) | Zpusob imobilizace nanocástic stríbra na pevné substráty | |
| Maruthapandi et al. | Antimicrobial activities of Zn-doped CuO microparticles decorated on polydopamine against sensitive and antibiotic-resistant bacteria | |
| De Cesare et al. | A study on the dependence of bacteria adhesion on the polymer nanofibre diameter | |
| GhavamiNejad et al. | Immobilization of silver nanoparticles on electropolymerized polydopamine films for metal implant applications | |
| Storm et al. | Superhydrophobic nitric oxide-releasing xerogels | |
| Huang et al. | d-Cysteine functionalised silver nanoparticles surface with a “disperse-then-kill” antibacterial synergy | |
| Tan et al. | Functionalized 2D nanomaterials with switchable binding to investigate graphene–bacteria interactions | |
| Długosz et al. | Hybrid calcium carbonate/polymer microparticles containing silver nanoparticles as antibacterial agents | |
| Tylkowski et al. | Applications of silver nanoparticles stabilized and/or immobilized by polymer matrixes | |
| Martin et al. | Enhanced bonding of chitosan to implant quality titanium via four treatment combinations | |
| Tanum et al. | Generation of zinc ion-rich surface via in situ growth of ZIF-8 particle: Microorganism immobilization onto fabric surface for prohibit hospital-acquired infection | |
| Verma et al. | Antibacterial response of polylactide surfaces modified with hydrophilic polymer brushes | |
| He et al. | Covalent layer‐by‐layer assembly of polyethyleneimine multilayer for antibacterial applications | |
| Lee et al. | Facile preparation of mussel-inspired antibiotic-decorated titanium surfaces with enhanced antibacterial activity for implant applications | |
| Xiang et al. | Probing the interaction forces of phenol/amine deposition in wet adhesion: impact of phenol/amine mass ratio and surface properties | |
| Ninan et al. | Advancing sustainable technologies: plasma-engineered bioplastics with silver nanoparticle integration | |
| CN105176288A (zh) | 一种基于高分子刷复合材料抗菌涂层的制备 | |
| Verma et al. | Antimicrobial finishing of polypropylene fabric using bioactive nanogels | |
| Zhang et al. | Superhydrophobic and antibacterial larch wood prepared by PEI controlled growth of conical ZnO nanopillar |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20240902 |