Получение наноразмерных частиц серебра, стабилизированных продуктами гидролиза дрожжевых биополимеров


https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-1-238-246

Полный текст:


Аннотация

В работе представлены данные о получении наночастиц серебра и их стабилизации продуктами механоферментативного гидролиза дрожжевой биомассы. Изучено образование наночастиц серебра восстановлением при помощи глюкозы без добавления стабилизаторов. Полученные частицы имеют сферическую форму и узкое распределение по размерам. Однако полученный коллоид неустойчив и спустя 3–5 часов выпадает в осадок из-за агрегации не стабилизированных частиц. В соответствии с механизмом зародышеобразования частиц серебра были выбраны полимеры, содержащиеся в дрожжевых гидролизатах. Белковые молекулы этих гидролизатов участвуют в образовании солей и стабилизации полученных дендритов, а низкомолекулярные углеводы играют роль восстанавливающего реагента. Пик на спектре поглощения в области 420 нм, приписываемый частицам с размерами около 50 нм, свидетельствует о том, что данные дендритные образования являются наноструктурированными. Показано, что механическая активация совместно с ферментативным гидролизом способствует увеличению концентрации карбонильных групп углеводов, приводящих к повышению восстанавливающей способности клеточной стенки. А варьируя условия обработки можно получать частицы серебра в диапазоне 15–80 нм. Обнаружены изменения в восстановлении серебра в жидкой фазе в присутствии продуктов гидролиза клеток. Часть углеводов в результате гидролиза становится водорастворимыми и экстрагируется в раствор. Это приводит к тому, что в межклеточном пространстве тоже проходят процессы восстановления. В целом, образцы механически обработанного и гидролизованного ферментом продукта обладают большей восстанавливающей способностью по сравнению с исходными клетками. Количество пространственно стабилизированных наночастиц больше, чем при обработке нативных клеток S. cerevisiae.

Об авторах

А. Л. Бычков
институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
к.х.н., лаборатория химии твердого тела, ул. Кутателадзе, 18, г. Новосибирск, 630128, Россия


Е. И. Рябчикова
институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
д.б.н., профессор, группа микроскопических исследований, пр-т ак. Лаврентьева, 8, г. Новосибирск, 630090, Россия


К. Г. Королёв
институт катализа им. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук
к.х.н., лаборатория каталитических методов преобразования солнечной энергии, пр-т ак. Лаврентьева, 5, г. Новосибирск, 630090, Россия


В. А. Бухтояров
Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук
ведущий инженер, лаборатория химии твердого тела, ул. Кутателадзе, 18, г. Новосибирск, 630128, Россия


Список литературы

1. Yang Y., Gajaraj S., Wall J.D., Hu Z. A comparison of nanosilver and silver ion effects on bioreactor landfill operations and methanogenic population dynamics // Water Reseach. 2013. V. 47. № 10. P. 3422–3430. doi: 10.1016/j.watres.2013.03.040

2. Lemire J.A., Harrison J.J., Turner R.J. Antimicrobial activity of metals: mechanisms, molecular targets and applications // Nat. Rev. Microbiol. 2013. V. 11. P. 371–384. doi: 10.1038/nrmicro3028

3. Ульберг З.Р., Подольская В.И., Войтенко Е.Ю. и др. Формирование и биологическая активность препаратов на основе микроорганизмов и коллоидного серебра // Коллоидный журнал. 2010. Т. 72. №. 1. С. 70–77.

4. Kvitek L., Panacek A., Prucek R., Soukupova J. et al. Antibacterial activity and toxicity of silver – nanosilver versus ionic silver // Journal of Physics: Conference Series. 2011. V. 304. № 1.

5. Hadrup N., Lam H.R. Oral toxicity of silver ions, silver nanoparticles and colloidal silver – A review // Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2014. V. 68. № 1. P. 1–7. doi: 10.1016/j.yrtph.2013.11.002

6. Титова М.А., Шкиль Н.А., Коптев В.Ю. и др. Оценка антибактериальной и терапевтической эффективности препарата, включающего наночастицы серебра при мастите крупного рогатого скота // Ветеринарная медицина. 2011. № 3–4. С. 103–104.

7. Prabhu S., Poulose E.K. Silver nanoparticles: mechanism of antimicrobial action, synthesis, medical applications, and toxicity effects // International Nano Letters. 2012. V. 2. № 1. doi: 10.1186/2228-5326-2-32

8. Zarei M., Jamnejad A., Khajehali E. Antibacterial effect of silver nanoparticles against four foodborne pathogens // Jundishapur Journal of Microbiology. 2014. V. 7. № 1. e8720. doi: 10.5812/jjm.8720

9. Крутяков Ю.А., Кудринский А.А., Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 3. С. 242–269.

10. Darroudi M., Zak A.K., Muhamad M.R., Huang N.M. et al. Green synthesis of colloidal silver nanoparticles by sonochemical method // Materials Letters. 2012. V. 66. № 1. P. 117–120. doi: 10.1016/j.matlet.2011.08.016

11. Sun Y. Controlled synthesis of colloidal silver nanoparticles in organic solutions: empirical rules for nucleation engineering // Chemical Society Reviews. 2013. V. 42. № 7. P. 2497–2511. doi: 10.1039/C2CS35289C

12. Shin Y., Bae I.-T., Arey B.W., Exarhos, G.J. Facile stabilization of gold-silver alloy nanoparticles on cellulose nanocrystal // The Journal of Physical Chemistry. C. 2008. V. 112. № 13. P. 4844–4848. doi: 10.1021/jp710767w

13. Высоцкий В.В., Урюпина О.Я. Ролдугин В.И., Плачев Ю.А. Формирование наночастиц серебра в водных растворах карбоксимецилцеллюлозы и эволюция их размеров // Коллоидный журнал. 2009. Т. 71. № 2. P. 164–170.

14. Chakraborty M., Hsiao F.W., Naskar B., Chang C.H. et al. Surfactant-assisted synthesis and characterization of stable silver bromide nanoparticles in aqueous media // Langmuir. 2012. V. 28. № 18. P. 7282–7290. doi: 10.1021/la300615b

15. Kaler A., Jain S., Banerjee U.C. Green and Rapid Synthesis of Anticancerous Silver Nanoparticles by Saccharomyces boulardii and Insight into Mechanism of Nanoparticle Synthesis // BioMed Research International. 2013. V. 2013. doi: 10.1155/2013/872940

16. Roy K., Sarkar C.K., Ghosh C.K. Photocatalytic activity of biogenic silver nanoparticles synthesized using yeast (Saccharomyces cerevisiae) extract // Applied Nanoscience. 2015. V. 5. № 8. P. 953–959. doi: 10.1007/s13204-014-0392-4

17. Mouxing F.U., Qingbiao L.I., Daohua S.U.N., Yinghua L.U. et al. Rapid Preparation Process of Silver Nanoparticles by Bioreduction and Their Characterizations // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2006. V. 14. № 1. P. 114–117. doi: 10.1016/S1004-9541(06)60046-3

18. Гагенко Т.В., Танцырев А.П., Сапожников А.Н., Хуцишвили С.С. и др. Нанокомпозиты серебра и сульфата арабиногалактана: синтез, строение и антимикробная активность // Журнал общей химии. 2015. Т. 85. № 2. С. 305–313.

19. Стрижко Л.С., Захарова В.И., Кореневский А.А., Калмыков Ю.М. и др. Биосорбенты для извлечения благородных металлов из промышленных растворов // Цветные металлы. 2003. № 2. С. 40–44.

20. Korbekandi H., Mohseni S., Jouneghani M.R., et al. Biosynthesis of silver nanoparticles using Saccharomyces cerevisiae // Artificial Cells, Nanomedicine, and Biotechnology. 2016. V. 44. P. 235–239. doi: 10.3109/21691401.2014.937870

21. Wang J., Chen C. Biosorption of heavy metals by Saccharomyces cerevisiae: a review // Biotechnology. Advances. 2006. V. 24. № 5. P. 427–451. doi: 10.1016/j.biotechadv.2006.03.001

22. Kierans M., Staines A.M., Bennett H., Gadd G.M. Silver tolerance and accumulation in yeasts // Biology of Metals. 1991. V. 4. № 2. P. 100–106.

23. Won S.W., Kotte P., Wei W., Lim A. et al. Biosorbents for recovery of precious metals // Bioresource Technology. 2014. V. 160. P. 203–212.

24. Bychkov A.L., Korolev K.G., Lomovsky O.I. Obtaining Mannanoligosaccharide Preparations by Means of the Mechanoenzymatic Hydrolysis of Yeast Biomass // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2010. V. 162. № 7. P. 2008–2014.

25. Wiley B.J., Im S.H., Li Z.Y., McLellan J. et al. Maneuvering the surface plasmon resonance of silver nanostructures through shape-controlled synthesis // The Journal of Physical Chemistry. B. 2006. V. 110. № 32. P. 15666–15675. doi: 10.1021/jp0608628

26. Chandran S.P., Chaudhary M., Pasricha R., Ahmad A. et al. Synthesis of Gold Nanotriangles and Silver Nanoparticles Using Aloe veraplant Extract // Biotechnology Progress. 2006. V. 22. P. 577–583. doi: 10.1021/bp0501423

27. Ramanauskaite L., Snitka V. The synthesis of controlled shape nanoplasmonic silver-silica structures by combining sol-gel technique and direct silver reduction // Nanoscale Research Letters. 2015. V. 10. № 133. doi: 10.1186/s11671–015–0839x

28. Panacek A., Kvitek L., Prucek R., Kolar M. et al. Silver colloid nanoparticles: synthesis, characterization, and their antibacterial activity // The Journal of Physical Chemistry. B. 2006. V. 110. P. 16248–16253. doi: 10.1021/jp063826h

29. He R., Qian X., Yin J., Zhu Z. Formation of silver dendrites under microwave irradiation // Chemical Physics Letters. 2003. V. 369. № 3–4. P. 454–458. doi: 10.1016/S0009-2614(02)02036-5

30. Agrawal V.V., Kulkarni G.U., Rao C.N. Surfactant-promoted formation of fractal and dendritic nanostructures of gold and silver at the organic–aqueous interface // Journal of Colloid and Interface Science. 2008. V. 318. № 2. P. 501–506. doi: 10.1016/j.jcis.2007.10.013

31. Klis F.M., Mol P., Hellingwerf K. Dynamics of cell wall structure in Saccharomyces cerevisiae.// FEMS microbiology reviews. 2002. V. 26. P. 239–256. doi: 10.1111/j.1574-6976.2002.tb00613.x

32. Orlean P. Architecture and Biosynthesis of the Saccharomyces cerevisiae Cell Wall // Genetics. 2012. V. 192. № 3. P. 775–818. doi: 10.1534/genetics.112.144485

33. Бычков А.Л., Рябчикова Е.И. Королёв К.Г., Ломовский О.И. Изменение супрамолекулярной структуры клеточной стенки Saccharomyces cerevisiae при механоферментативной обработке// Химия в интересах устойчивого развития. 2009. Т. 17. № 5. С. 479–486.


Дополнительные файлы

1. пятый автор в статью
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Скачать (32KB)    
Метаданные

Для цитирования: Бычков А.Л., Рябчикова Е.И., Королёв К.Г., Бухтояров В.А. Получение наноразмерных частиц серебра, стабилизированных продуктами гидролиза дрожжевых биополимеров. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2019;81(1):238-246. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-1-238-246

For citation: Bychkov A.L., Ryabchikova E.I., Korolev K.G., Bukhtoyarov V.A. Synthesis of silver nanoparticles stabilized by the products of mechanically assisted hydrolysis of yeast biopolymers. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2019;81(1):238-246. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-1-238-246

Просмотров: 24

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2226-910X (Print)
ISSN 2310-1202 (Online)