Аквананокобальт

Аквананокобальт, що містить метал як комплексоутворювач і ліганди, за які використовують молекули води, який відрізняється тим, що має загальну формулу Корисна модель відноситься до області наноматеріалів і нанотехнологій і може бути використана в якості транспортної системи для перенесення металу через клітинні мембрани, для виготовлення косметичних засобів, мікродобрив нового покоління, харчових і біологічно активних добавок тощо. Відомий аквакобальт на основі оксигенованого кобальту, що містить один ліганд, в якості якого використовуються лабільні молекули води [Авторское свидетельство СССР №1116058. Питательная среда для культивирования продуцента мацерирующих ферментов. МПК5 C12N1/20, C12N9/00, С12111/07 Опубликовано: 1984.09.30]. Недоліком відомого аквакобальту є те, що в якості комплексоутворювача використовується іон металу. Це підвищує його токсичність і звужує область застосування. Відомий аквакобальт на основі сполуки: [Co(H2O)4(NO2)2] - дінітротетрааквакобальт із змішаними лігандами [див. О.І. Карнаухов, Д.О. Мельничук, К.О. Чеботько, В.А. Копілевич. ЗАГАЛЬНА ТА БІОНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ. - К.: ФЕНІКС, 2001, с. 203]. Недоліком відомого аквакобальту є те, що в якості комплексоутворювача використовується іон металу, а також те, що аквахелат містить окрім води інші ліганди, що робить його токсичним. Найбільш близьким до пропонованого є аквакобальт, що містить комплексоутворювач і ліганди, в якості яких використовуються молекули води, і що має координаційне число рівне 6, наприклад, [Со(Н2О)6]Вr бромід гексааквакобальту (III) [див. О.І. Карнаухов, Д.О. Мельничук, К.О. Чеботько, В.А. Копілевич. ЗАГАЛЬНА ТА БІОНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ. - К.: ФЕНІКС, 2001, с. 203]. Недоліками відомого аквакобальту є те, що координаційне число обмежене значенням рівним 6, що знижує його стійкість, і те що в якості комплексоутворювача використовується іон металу, що робить його токсичним. В основу корисної моделі поставлена задача отримання екологічно чистого аквакобальту. Це досягається тим, що аквакобальт не містить іона металу, а в якості лігандів в ньому використовуються тільки молекули води. Запропонований, як і відомий аквананокобальт містить метал в якості комплексоутворювача і ліганди, в якості яких використовують молекули води, і, відповідно до 2nцієї пропозиції, має загальну формулу виду [Соh (Н2О)n], де Соh - наночастинка кобальту; Н2О молекула ліганду, при цьому комплексоутворювачем є електрично заряджена 2nз координаційним наночастинка кобальту Соh числом n більше 6, а ліганди пов'язані з комплексоутворювачем за допомогою водневих зв'язків. Аквананокобальт має загальну формулу виду 2n[Соh (Н2О)n], де Соh - наночастинка кобальту; Н2О - молекула ліганду. Це робить наноматеріал виду [Co h 2n (H 2O )n ], де Coh - наночастинка кобальту, H 2 O - молекула ліганду, при цьому комплексоутворювачем є електрично заряджена наночастинка кобальту Co h 2n - з координаційним (19) UA (11) 28909 (13) U числом n більше 6, а ліганди зв'язані з комплексоутворювачем за допомогою водневих зв'язків. 3 екологічно чистим за рахунок відсутності в ньому іонної форми кобальту, а також за рахунок того, що в якості лігандів використовується тільки вода. Сучасні наукові дослідження показали, що наночастинки металів набагато менш токсичні в порівнянні з іонною формою металів, отриманою розчиненням солей [див. Арсентьева И.П. Использование биологических активных препаратов на основе наночастиц металлов в медицине и сельском хозяйстве. Доклад на совещании: «Индустрия наносистем и материалы: оценка нынешнего состояния и перспективы развития». Москва, Центр «Открытая экономика», Опубл. 07.02.2006, http://www.strf.ru/client/doctrine.aspx]. Комплексоутворювачем є електрично 2nз заряджена наночастинка кобальту Соh координаційним числом n більше 6. Використання замість іону кобальту аніоноподібного 2nна основі неіонної комплексоутворювача Соh форми кобальту в вигляді наночастинки з поверхневим електричним зарядом 2n- створює умови для утримання навколо наночастинки лігандів - полярних молекул води. Координаційне число n більше 6 забезпечує стійкість наноматеріалу за рахунок щільного і повного хелатування наночастинки кобальту молекулами води. Зв'язок лігандів з комплексоутворювачем за допомогою водневих зв'язків молекул води з електрично зарядженою поверхнею наночастинки кобальту дозволяє цьому наноматеріалу легко проникати через мембрани кліток, а наночастинці кобальту легко «розкриватися», що створює умови для його високої активності. Це дозволяє використовувати аквананокобальт, наприклад, всередині клітинних мембран одноклітинних і багатоклітинних організмів. Аквананокобальт (синонім: нанокобальту аквахелат) отримують ерозійно-вибуховим диспергуванням гранул металевого кобальту, що знаходяться в деіонізованій воді [див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F 9/14. Опубл. 25.05.2007. Бюл. №7]. При проходженні через ланцюжки металевих гранул імпульсів електричного струму, в яких енергія імпульсів перевищує енергію сублімації випарованого металу, в точках контактів металевих гранул один з одним виникають іскрові розряди, в яких здійснюється вибухоподібне диспергування металу. В каналах розряду температура досягає 10 тис. градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені наночастки, що розлітаються, мають сферичну форму. Наночастинки кобальту, знаходячись якийсь час в електричному полі, набувають на своїй поверхні електричного заряду. В якості лігандів використані молекули води. Загальне число зв'язків, що з'єднують метал з лігандом, є координаційне число. Це число задається кількістю пар електронів, що знаходяться на поверхні наночастинки кобальту. Наночастинка 28909 4 виступає в якості донору електронів. Полярні молекули води є акцепторами електронів. В результаті формується наноматеріал аквананокобальт (нанокобальту аквахелат). Аквананокобальт (нанокобальту аквахелат) має загальну формулу виду 2n[Соh (Н2О)n]. У даній формулі Соh - наночастинка кобальту, Н2О - молекула ліганду. Кількість молекул води n ціле число, відповідне координаційному числу 2n- електрично комплексоутворювача n. Соh заряджена наночастинка кобальту з координаційним числом n і електричним зарядом 2n- на своїй поверхні. Значення координаційного числа n визначається величиною поверхневого заряду наночастинки кобальту, тобто задається кількістю пар електронів, що знаходяться на поверхні наночастинки кобальту Хелатування наночастинок кобальту молекулами води за рахунок водневих зв'язків молекул води з електрично зарядженою поверхнею наночастинок приводить до утворення стійких хелатних комплексів без додавання інших лігандів. Молекули води в координаційній сфері аквананокобальту служать для додання стійкості і для полегшення трансмембранного перенесення металу в клітки. Молекули води швидко замінюються атомами донора, які виробляються сенсорами білка, такими, як рецептори на поверхні стінки клітки, внаслідок чого трансмембранне перенесення в клітку здійснюється легко. Число молекул води, пов'язаних з наночастинкою кобальту, є координаційне число. Це число визначається кількістю пар електронів, що знаходяться на поверхні наночастинки. Електризацію наночастинок здійснюють в такому ступені, щоб координаційне число n було більше 6. Для цього поверхневий заряд наночастинки повинен бути не менше 2.10-18Кл. Оскільки наночастинка більшого розміру відповідно має вищий поверхневий заряд, то координаційне число аквананокобальту з крупнішою наночастинкою в якості комплексоутворювача відповідно матиме вище значення. При цьому молекули води за рахунок водневих зв'язків покривають всю поверхню наночастинки щільною оболонкою. Приклад. Гранули кобальту, завантажені в діелектричну судину з водою для ерозійновибухового диспергування, під дією сили тяжіння рівномірно розміщувалися на дні судини між електродами. На електроди подавали імпульси електричного струму тривалістю 100мкс з енергією 20Дж, що перевищує енергію сублімації випарованого металу приблизно в 2 рази. У судині здійснювалися електричні розряди по ланцюжках металевих гранул. При цьому здійснювалося диспергування гранул кобальту, а у воді утворювався колоїдний розчин наночастинок металу. Аквананокобальт (нанокобальту аквахелат) є рідиною темно коричневого кольору. Аквананокобальт (нанокобальту аквахелат) при зберіганні в нормальних умовах в закритій місткості зберігає стійкість (не змінює колір, не випадає в осад) на протязі більше року.