Синтез гидрозолей Cu с использованием солей гуминовых кислот

1.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева»
ФАКУЛЬТЕТ ХИМИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ И БИОМЕДИЦИНСКИХ ПРЕПАРАТОВ
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ХИМИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ И КОСМЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Выпускная квалификационная работа на тему:
«Синтез гидрозолей Cu с использованием солей
гуминовых кислот»
И. О. заведующего кафедрой
д. х. н., доцент
А. Н. Кусков
Руководитель работы
к. х. н.
Т. В. Тихонова
Обучающийся
В. А. Веснина
Москва 2019

2.

Инструменты для
стоматологии1
Контактные
линзы и глазные
капли1
Бандажи,
пломбировочные
материалы1
Сердечнососудистые
стенты2
Катетеры2
Перевязочный
материал для ран1
Костный цемент и
другие импланты2
Диагностика и
лечение
заболеваний3
1. A. Mohamed et al. Nanomaterials and nanotechnology for
skin tissue engineering. Int. J. Burns Trauma 2(1):29–41;
2. Г.Е.Кричевский. Экологичный «зеленый» биосинтез наночастиц металлов,
реальность и потенциал их использования в различных областях медицины;
3. А.С. Соболев. Нанотехнологии в доставке лекарств. // Электронный ресурс. URL:
nano.msu.ru/files/basics/2012/lecture11-Sobolev.pdf. Дата доступа 13.06.2019.
2

3.

Высокая
антибактериальная
активность1
Лечение
офтальмологических
заболеваний2
Лечение
метаболических
нарушений1
Лечение отравлений
тяжелыми
металлами1
Антимутагенное и
противовирусное
действие2
1. А.С. Сухих, П.В. Кузнецов. Перспективы применения гуминовых и гуминоподобных
кислот в медицине и фармации // Медицина в Кузбассе. 2009. №1. С. 10-12;
Контролирование
кровотечений1
2. Виссер, С.A. Эффекты гуминовых веществ на более высоких животных и человеке;
возможное применение гуминовых комплексов в медицинском лечение, 1988.
3

4.

Цель и задачи ВКР
Цель работы: разработка методов синтеза гидрозолей меди с
использованием солей гуминовых кислот.
Задачи:
1. Анализ научно-технической документации и патентов в области синтеза и
стабилизации золей различных металлов;
2. Подбор условий синтеза гидрозоля меди;
3. Отработка условий стабилизации разрабатываемого гидрозоля;
4. Определение антимикробной активности полученного гидрозоля.
4

5.

Объекты исследования и исходные реактивы
Таблица 1. Объекты исследования и исходные реактивы
Вещество
Метод получения
Цель использования
Натриевая соль гуминовой кислоты (NaГК)
Самостоятельное выделение в
лаборатории из торфа марки
«Garden Retail Service»
Стабилизатор /
восстановитель
Медь сернокислая (II) пятиводная
(CuSO4·5H2O)
ГОСТ 4165-78, чда
Источник катионов меди
Серебро азотнокислое (AgNO3)
ГОСТ 1277-75, чда
Источник катионов серебра
D-глюкоза (С6Н12О6)
ГОСТ 6038-79
Восстановитель
Натрия гидроксид (NaOH)
ГОСТ 4328-77, хч
Регулятор pH
Аммиак 25-% водный раствор (NH3)
ГОСТ 3760-79, чда
Регулятор pH
Вода дистиллированная (H2O)
ГОСТ 6709-72
Растворитель
5

6.

Синтез гидрозолей меди
Восстановитель - NaГК
Стабилизатор - NaГК
Таблица 2. Рецептура синтеза гидрозоля меди
с использованием NaГК
Вещество
Масса / Объем
CuSO4·5H2O
0.5 г
NaГК
10 мл
NH3
± 2.5 мл
Блок-схема 1. Методика синтеза
гидрозоля меди с использованием NaГК
Приготовление раствора соли
меди и раствора NaГК
Введение приготовленного
раствора в раствор NaГК
(10 минут)
до 10 мл
H2O
(при приготовлении раствора соли
меди)
Добавление NH3 по каплям до рН
= 10.8÷11.2
6

7.

Синтез гидрозолей меди
Восстановитель - глюкоза
Стабилизатор - NaГК
Таблица 2. Рецептура синтеза гидрозоля меди
с использованием глюкозы и NaГК
Вещество
Масса / Объем
CuSO4·5H2O
0.0240 – 0.0245 г
С6Н12О6
0.0302 – 0.0307 г
NaOH
± 0.1 г
H2O
до 100 мл
NaГК
1-2 мл
Блок-схема 2. Методика синтеза гидрозоля
меди с использованием глюкозы и NaГК
Приготовление раствора глюкозы
Введение навески CuSO4·5H2O и
нагрев до 60°С
Нагрев до 70°С и введение NaOH
до рН = 8÷9
Введение NaГК
7

8.

Спектр поглощения гидрозоля меди
0,7
Оптическая плотность
0,69
0,68
0,67
0,66
0,65
540
545
550
555
560
565
570
575
Рис. 1. Спектр поглощения гидрозоля меди
Максимум поглощения: λ = 570 нм
580
585
590
λ, нм
8

9.

Гидрозоль меди
Характеристики гидрозоля:
• Массовая
доля
ωCu = 0.006 масс.%;
меди:
• Система
мутная,
гидрозоль
седиментационно-неустойчив
(частицы оседают в течение часа)
Рис. 2. Внешний вид свежеприготовленного
гидрозоля меди
9

10.

Синтез биметаллических гидрозолей медь-серебро
Восстановитель - глюкоза
Стабилизатор - NaГК
Таблица 4. Рецептура синтеза гидрозоля медь - серебро
с использованием глюкозы и NaГК
Вещество
Масса / Объем
CuSO4·5H2O
0.07 – 0.085 г
AgNO3
0.008 – 0.01 г
С6Н12О6
0.25 – 0.32 г
NaOH
± 0.2 г
H2O
до 100 мл
NaГК
0 – 0.1 мл
Блок-схема 3. Методика синтеза гидрозоля
меди с использованием глюкозы и NaГК
Приготовление раствора
CuSO4·5H2O и AgNO3 при 50°С
Введение навески навески
глюкозы и нагрев до 60°С
Введение сухого NaOH порциями
до рН = 10.8÷11.2
Введение NaГК после остывания
системы
10

11.

Синтез биметаллических гидрозолей медь-серебро
Восстановитель - глюкоза
Стабилизатор - NaГК
0 г NaГК
0.05 г NaГК
Рис. 3. Внешний вид гидрозоля
медь – серебро без добавления
NaГК через 30 дней после
приготовления
Рис. 4. Внешний вид гидрозоля
медь – серебро с добавлением
0.05 г NaГК через 30 дней после
приготовления
0.1 г NaГК
Рис. 5. Внешний вид гидрозоля
медь – серебро с добавлением
0.1 г NaГК через 30 дней после
11
приготовления

12.

Биметаллический гидрозоль медь-серебро
0.1 г NaГК
Характеристики гидрозоля:
• Массовая
доля
ωCu = 0.022 масс.%;
• Массовая
доля
ωAg = 0.006 масс.%;
меди:
серебра:
• Мольное соотношение Cu : Ag =
5.8 : 1
Рис. 6. Внешний вид гидрозоля медь –
серебро с добавлением 0.1 г NaГК через
30 дней после синтеза
• Гидрозоль коагуляционно- и
седиментационно-устойчив 30
дней в течение выполнения ВКР
12

13.

Спектр поглощения гидрозоля медь-серебро
0,72
Оптическая плотность
0,64
0,56
0,48
0,4
0,32
0,24
0,16
0,08
0
300
332
364
396
428
460
492
524
556
588
620
652
684
λ, нм
Рис. 7. Спектр поглощения биметаллческого гидрозоля медь – серебро (ЦКП РХТУ)
Максимумы поглощения: λ = 410 нм и λ = 590 нм
13

14.

Определение гидродинамического размера наночастиц
Рис. 8. Гистограмма распределения частиц по размерам
Таблица 5. Анализ гистограммы распределения частиц по размерам
Peak Num
Area
Mean
Position
STD
1
0.419
40.07
22.45
36.92
=> гидродинамический радиус
синтезированных частиц
меди – 40 нм
14

15.

Определение антимикробной активности
Исследуемые тест-культуры:
• Escherichia coli
• Staphylococcus aureus
• Pseudomonas aeruginosa
• Candida albicans
• Bacillus subtilis
Рис. 9. Выращенные тест-культуры
15

16.

Определение антимикробной активности
Блок-схема 4. Методика определения
антимикробной активности гидрозоля
1) Чашка Петри с чистой
питательной средой
Приготовление тест-культур
микроорганизмов
Приготовление сред для посевов
тест-культур
Приготовление суспензии тесторганизмов
Пересев культур
Определение активности дискодиффузионным методом
3) Инкубация 12 часов
при 37°С
2) Культура бактерий в
жидкой питательной среде
4) Нанесение стерильных
дисков d = 6 мм с
исследуемым веществом
5) Инкубация 12 часов
при 37°С
6) Измерение диаметров
зон подавления роста
бактерий
Рис. 10. Схема ДДМ - теста
16

17.

Результаты определения антимикробной активности
Рис. 11. Активность гидрозоля
в отношении тест-культуры
Candida albicans
Рис. 13. Активность гидрозоля
в отношении тест-культуры
Staphylococcus aureus
Рис. 12. Активность гидрозоля
в отношении тест-культуры
Bacillus subtilis
17

18.

Результаты определения антимикробной активности
Таблица 6. Размер зон ингибирования
роста тест-культур
Рис. 14. Активность гидрозоля
в отношении тест-культуры
Escherichia coli
Рис. 15. Активность гидрозоля
в отношении тест-культуры
Pseudomonas aeruginosa
Escherichia coli
< 10 мм
Pseudomonas
aeruginosa
< 10 мм
Staphylococcus
aureus
−
Candida albicans
−
Bacillus subtilis
−
18

19.

Выводы
1. Применение NaГК одновременно в качестве восстановителя и стабилизатора
непригодно для синтеза гидрозолей меди ввиду их мгновенного окисления на
воздухе;
2. Методика синтеза с использованием глюкозы в качестве восстановителя и NaГК в
качестве стабилизатора требует дальнейшего подбора условий;
3. Получены биметаллические гидрозоли медь-серебро с использованием глюкозы в
качестве восстановителя, агрегативно устойчивые от 3 суток (без стабилизатора) до
более чем 30 дней (при добавлении 0.1 г NaГК);
4. Установлено, что биметаллический гидрозоль медь-серебро с добавлением 0.1 г
NaГК не проявляет антибактериальную активность в связи с малой концентрацией
наночастиц меди. Для дальнейшего выявления бактерицидной активности
необходимо проведение дополнительных исследований.
19

20.

Спасибо за внимание!