Спосіб отримання аквахелатів нанометалів “ерозійно-вибухова нанотехнологія отримання аквахелатів нанометалів”

1. Спосіб отримання аквахелатів нанометалів, що заснований на ерозійно-вибуховому диспергуванні металевих гранул, який включає отримання металевих наночастинок у водному середовищі, змішування металевих наночастинок з лігандами, за які використовують молекули води, а метали вибрані з групи, що складається з срібла, золота, міді, нікелю, паладію, платини, молібдену, кобальту, родію, іридію, танталу, ванадію, заліза, марганцю, вольфраму, хрому, цинку, олова, свинцю, осмію, цирконію, ніобію, титану, алюмінію, магнію, кадмію, галію, берилію, бору, сурми, U 1 3 29856 4 відомому способі використовуються хлорид, води наступних шарів наногідратної оболонки нітрат, фосфат і сульфа тні солі. електрично пов'язані з дипольними молекулами В основу корисної моделі поставлена задача води попередніх шарів наногідратної оболонки. Це створення екологічно чистого способу отримання дозволяє створити стійку багатошарову аквахелату. наногідратну оболонку навколо наночастинки. Запропонований, як і відомий спосіб Хелатування наночастинок багатошаровою отримання аквахелатів нанометалів заснований на наногідратною оболонкою дозволяє аквахелату ерозійно-вибуховому диспергуванні металевих легко проникати через мембрани кліток, а гранул і включає отримання металевих наночастинці легко «розкриватися», що створює наночастинок у водному середовищі, змішування умови для його високої активності при збереженні металевих наночастинок з лігандами, за які високої екологічної чистоти. Це дозволяє використовують молекули води, а метали вибрані використовува ти аквахелат нанометалу усередині з групи, що складається з срібла, золота, міді, клітинних мембран, що покращує, підсилює або нікелю, паладію, платини, молібдену, кобальту, гальмує певні метаболічні процеси або робить родію, іридію, танталу, ванадію, заліза, марганцю, вплив на фізичні властивості кліток, тканин вольфраму, хрому, цинку, олова, свинцю, осмію, одноклітинних і багатоклітинних організмів. цирконію, ніобію, титану, алюмінію, магнію, кадмію, Спосіб здійснюють таким чином. Аквахелати галію, берилію, бору, сурми, селену, тербію, нанометалів отримують ерозійно-вибуховим празеодиму, самарію, гадолінію, і, відповідно до диспергуванням металевих гранул, що цієї пропозиції, отримують негативно заряджені знаходяться в деіонізованій воді [див. Патент металеві наночастинки, формують наногідратну України на корисну модель №23550. Спосіб оболонку внутрішньої сфери аквахелату шляхом ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК координації лігандів навколо металевих B22F9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл. №7]. При наночастинок за рахунок водневих зв'язків лігандів проходженні через ланцюжки металевих гранул з негативно зарядженими наночастинками, імпульсів електричного струму, в яких енергія формують наногідратну оболонку в зовнішній імпульсів перевищує енергію сублімації сфері аквахелату, в якій молекули води випарованого металу, в точках контактів електрично пов'язані з дипольними молекулами металевих гранул одна з одною виникають іскрові води наногідратної оболонки внутрішньої сфери. розряди, в яких здійснюється вибухоподібне При цьому в зовнішній сфері аквахелату диспергування металу. В каналах розряду створюють багатошарову наногідратну оболонку, в температура досягає 10тис. градусів. Ділянки якій молекули води і-го шару наногідратної поверхні металевих гранул в зонах іскрових оболонки електрично пов'язані з дипольними розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються молекулами води (і-1)-го шару наногідратної на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені оболонки. наночастинки, що розлітаються, мають сферичну Отримання негативно заряджених металевих форму. наночастинок створює умови для утримання Негативно заряджені металеві наночастинки навколо наночастинки лігандів - полярних молекул отримують за допомогою вибухової електронної води. емісії з поверхні металевих гранул при ерозійноФормування наногідратної оболонки вибуховому диспергуванні поверхні металевих внутрішньої сфери аквахелату шляхом гранул електричними розрядами у воді. Явище координації лігандів навколо металевих вибухової електронної емісії виникає при вибухах наночастинок за рахунок водневих зв'язків лігандів локальних ділянок металевих гранул [див. з негативно зарядженими наночастинками Открытие №176 от 24 июня 1976г. Конюшая Ю.П. дозволяє забезпечити надійне хелатування Открытия советских ученых. Часть 1. Физиконаночастинок металу молекулами води. технические науки. Изд-во МГУ. 1988, с.287-288]. Координування лігандів навколо наночастинок За рахунок явища вибухової електронної емісії за рахунок водневих зв'язків молекул води з утворюються потужні потоки електронів. негативно зарядженою поверхнею наночастинок Наночастинки, знаходячись якийсь час в потоці дозволяє отримувати хелати, легко проникаючі електронів, набувають на своїй поверхні через мембрани кліток. негативного електричного заряду. Створення Формування наногідратної оболонки в негативного поверхневого електричного заряду у зовнішній сфері аквахелату, в якій молекули води металевих наночастинок робить аквахелат електрично пов'язані з дипольними молекулами подібним до аніонного хелатного комплексу. В той води наногідратної оболонки внутрішньої сфери, же час, відсутність аніона як такого виключає додає стійкість аквахелату при його зберіганні і токсичні прояви з боку аквахелату нанометалу. створює умови для легкої заміни молекул води на Наночастинка виступає як донор електронів. молекули білка при його застосуванні. Полярні молекули води є акцепторами електронів і Створення в зовнішній сфері аквахелату створюють перший шар наногідратної оболонки за багатошарової наногідратної оболонки, в якій рахунок водневих зв'язків із зарядженою молекули води і-го шару наногідратної оболонки поверхнею наночастинки. В результаті електрично пов'язані з дипольними молекулами формується внутрішня сфера аквахелату, що є води (і-1)-го шару наногідратної оболонки, також аніоноподібним комплексом, який може бути додає стійкість аквахелату при його зберіганні і представлений наступною загальною формулою: створює умови для легкої заміни молекул води на [Меη(Н 2O)n ]2nмолекули білка при його застосуванні. Молекули 5 29856 6 У даній формулі Меη позначає Оскільки в молекулі води є чотири полюси хелато утворюючий метал у вигляді наночастинки. зарядів, розташованих асиметрично, то вона має Молекули Н 2О є лігандами. Кількість молекул води помітно виражену полярність. Це приводить до n - ціле число, відповідне координаційному числу утворення тетраедричних координованих асоціатів хелато утворюючої наночастинки металу. Значення лігандів в багатошаровій наногідратній оболонці. координаційного числа визначається величиною Кількість шарів в оболонці тим більше, чим негативного поверхневого заряду наночастинки. більший поверхневий негативний заряд має Внутрішня сфера аквахелату подібна до аніона з наночастинка. Наявність в молекулі води тієї причини, що диполі води, скоординовані нескомпенсованих електричних зарядів приводить навколо наночастинки, повернені до зовнішнього до угр упування молекул в «співтовариства» середовища атомами кисню, що мають в диполях асоціати, що сприяє формуванню багатошарової негативний заряд. Це створює умови для наногідратної оболонки. Зв'язки між шарами координування навколо внутрішньої сфери наногідратної оболонки виникають за рахунок аквахелату наступного шару дипольних молекул зв'язків між ядрами водню одних молекул води і води. В результаті формується зовнішня сфера електронними «згущуваннями» у ядер кисню аквахелату, яка є асоціатами молекул води. В інших. Багатошарова наногідратна оболонка результаті аквахелат нанометалу може бути оберігає наночастинки від агломерації і випадання представлений наступною загальною формулою: в осад. Таким чином, стійкість аквахелату [...[[Меη(Н2 О)n](Н 2O)n ]…(Н2O) n](Н2O) n нанометалу визначається двома чинниками: В результаті молекули води кожного і-го шару наявністю поверхневого заряду у наночастинок і наногідратної оболонки електрично пов'язані з багатошаровою наногідратною оболонкою, що дипольними молекулами води (і-1)-го шару знаходиться навколо наночастинок. Завдяки наногідратної оболонки. Багатошарова водневим зв'язкам лігандів наночастинка може наногідратна оболонка аквахелату служить для легко «розкриватися» при застосуванні додання стійкості аквахелату і для полегшення аквахелату, що створює умови для високої трансмембранного перенесення аквахелату в активності аквахелату нанометалу. клітку. Лабільні молекули води в аквахелаті Аквахелат нанометалу можна швидко замінюються атомами донора, які використовува ти як ефективну транспортну виробляються сенсорами білка, такими, як систему для перенесення різноманітних біогенних рецептори на поверхні стінки клітки, внаслідок чого металів через клітинні мембрани. Наприклад, трансмембранне перенесення аквахелату в клітку можна додавати аквахелат в розчини, в яких здійснюється легко. Відомо з електрохімічної зберігаються або вирощуються клітки або тканини. теорії, що трансмембранне перенесення У разі багатоклітинних організмів, особливо здійснюється на межі розділення фаз, а енергія ссавців, можна готувати сполуки з аквахелатів у для перенесення через мембрану виникає завдяки вигляді харчових продуктів, напоїв, мазей, кремів, градієнту електричного потенціалу. шампунів, засобів догляду за волоссям, очних Хелатування наночастинок багатошаровою крапель, вушни х крапель, рідин для полоскання наногідратною оболонкою, в якій молекули води рота, зубних паст, губної помади, дезодорантів, першого шару наногідратної оболонки носових розчинів і аерозолів, супозиторіїв, шкірних скоординовані навколо наночастинки за рахунок мазей, ін'єкційних розчинів тощо. водневих зв'язків з негативно зарядженою Приклад 1. Отримання аквананосрібла наночастинкою, а молекули води наступних шарів [Agη(Н 2О)n ](Н2O) n]. Гранули срібла, завантажені в наногідратної оболонки електрично пов'язані з реактор для ерозійно-вибухового диспергування, дипольними молекулами води попередніх шарів під дією сили ваги рівномірно розміщувалися на наногідратної оболонки, приводить до утворення дні реактора між електродами. На електроди стійких хелатних комплексів без додавання інших подавали імпульси електричного струму з лігандів. енергією біля 20Дж, що перевищує енергію Оскільки молекули води є диполі, в яких сублімації випарованого металу. У реакторі заряди із знаком «плюс» розташовані на ядрах здійснювалися електричні розряди по ланцюжках водню, то вони за рахунок електростатичного поля металевих гранул, що контактують між собою і з обволікають електрично заряджені наночастинки електродами. Процес носив виражений вибуховий металу. Кожна пара електронів на поверхні характер, що проявлялося у великій інтенсивності наночастинки утримує одну молекулу води і задає звукових хвиль і великій кавітації в рідині. При координаційне число хелатному комплексу. Чим цьому здійснювалося ерозійно-вибухове більший поверхневий заряд має наночастинка, диспергування гранул срібла, а хелатовані у воді тим більше координаційне число має хелатний наночастинки срібла виносилися потоком води з комплекс. Сферична форма металевих реактора в ємність для зберігання колоїдного наночастинок, отриманих ерозійно-вибуховим розчину. Аквананосрібло (наносрібла аквахелат) диспергуванням металу, дозволяє отримати при її було колоїдним розчином темносірого кольору з електризації рівномірний електричний заряд на її металевим відтінком. поверхні. Це створює умови для щільного і Приклад 2. Отримання аквананоміді рівномірного оточення її багатошаровою [Cuη(Н2О)n](Н2 O)n ]. Гранули міді, завантажені в наногідратною оболонкою. Стійкість реактор для ерозійно-вибухового диспергування, забезпечується кулонівськими силами, що під дією сили ваги рівномірно розміщувалися на виникають між поверхнею зарядженої металевої дні реактора між електродами. На електроди наночастинки і диполями води. подавали імпульси електричного струму з 7 29856 8 енергією біля 20Дж, що перевищує енергію здійснювалося диспергування гранул заліза, а у сублімації випарованого металу. У реакторі воді утворювався колоїдний розчин наночастинок здійснювалися електричні розряди по ланцюжках металу. Аквананозалізо (нанозаліза аквахелат) є металевих гранул, що контактують між собою і з рідиною чорного кольору. електродами. Процес носив виражений вибуховий Приклад 7. Отримання аквананоцинку характер, що проявлялося у великій інтенсивності [Znη(Н2О) n](Н2O) n]. Гранули цинку, завантажені в звукових хвиль і великій кавітації в рідині. При діелектричну судин у з водою для ерозійноцьому здійснювалося ерозійно-вибухове вибухового диспергування, під дією сили ваги диспергування гранул міді, а хелатовані у воді рівномірно розміщувалися на дні судини між наночастинки міді виносилися потоком води з електродами. На електроди подавали імпульси реактора в ємність для зберігання колоїдного електричного струму з енергією біля 20Дж. У розчину. Аквананомідь (наноміді аквахелат) була судині здійснювалися електричні розряди по колоїдним розчином зелено-коричневого кольору з ланцюжках металевих гранул. При цьому червонуватим відтінком при розгляді на просвіт. здійснювалося диспергування гранул цинку, а у Приклад 3. Отримання аквананозолота воді утворювався колоїдний розчин наночастинок [Auη(Н 2О)n ](Н2O) n]. Гранули золота, завантажені в металу. Аквананоцинк (наноцинку аквахелат) є діелектричну судин у з водою для ерозійнобілувато-молочною рідиною. вибухового диспергування, під дією сили ваги Приклад 8. Отримання аквананомолібдену рівномірно розміщувалися на дні судини між [Мoη(Н 2О)n ](Н2O) n]. Гранули молібдену, електродами. На електроди подавали імпульси завантажені в діелектричну судину з водою для електричного струму з енергією біля 20Дж. У ерозійно-вибухового диспергування, під дією сили судині здійснювалися електричні розряди по ваги рівномірно розміщувалися на дні судини між ланцюжках металевих гранул. При цьому електродами. На електроди подавали імпульси здійснювалося диспергування гранул золота, а у електричного струму з енергією біля 30Дж. У воді утворювався колоїдний розчин наночастинок судині здійснювалися електричні розряди по металу - аквананозолото (нанозолота аквахелат). ланцюжках металевих гранул. При цьому Приклад 4. Отримання аквананокобальту здійснювалося диспергування гранул молібдену, а [Cоη(Н2О)n](Н2 O)n ]. Гранули кобальту, завантажені у воді утворювався колоїдний розчин в діелектричну судину з водою для ерозійнонаночастинок металу. Аквананомолібден вибухового диспергування, під дією сили ваги (наномолібдену аквахелат) є темно-сірою рідиною. рівномірно розміщувалися на дні судини між Приклад 9. Отримання аквахелату електродами. На електроди подавали імпульси нанокарбідовольфраму [(WC) η(Н2О)n ](Н2O) n]. електричного струму з енергією біля 20Дж. У Гранули карбіду вольфраму WC, завантажені в судині здійснювалися електричні розряди по діелектричну судин у з водою для ерозійноланцюжках металевих гранул. При цьому вибухового диспергування, під дією сили ваги здійснювалося диспергування гранул кобальту, а у рівномірно розміщувалися на дні судини між воді утворювався колоїдний розчин наночастинок електродами. На електроди подавали імпульси металу. Аквананокобальт (нанокобальту електричного струму з енергією понад 30Дж. У аквахелат) є рідиною темно-коричневого кольору. судині здійснювалися електричні розряди по Аквананокобальт (нанокобальту аквахелат) при ланцюжках металевих гранул. При цьому зберіганні в нормальних умовах в закритій здійснювалося диспергування гранул карбіду місткості зберігає стійкість (не змінює колір, не вольфраму, а у воді утворювався колоїдний випадає в осад) на протязі більше року. розчин частинок нанокарбідовольфраму. Приклад 5. Отримання аквананомарганцю Аквахелат нанокарбідовольфраму [Мnη(Н 2О)n ](Н2O) n]. Гранули марганцю, завантажені (нанокарбідовольфраму аквахелат) є світлою в діелектричну судину з водою для ерозійносиньовато-сірою рідиною. вибухового диспергування, під дією сили ваги Приклад 10. Отримання аквахелату рівномірно розміщувалися на дні судини між нанонітридтитану [(TiN)η(Н2О)n ](Н2O)n ]. Гранули електродами. На електроди подавали імпульси нітриду титану TiN, завантажені в діелектричну електричного струму з енергією біля 20Дж. У судину з водою для ерозійно-вибухового судині здійснювалися електричні розряди по диспергування, під дією сили ваги рівномірно ланцюжках металевих гранул. При цьому розміщувалися на дні судини між електродами. На здійснювалося диспергування гранул марганцю, а електроди подавали імпульси електричного у воді утворювався колоїдний розчин струму з енергією біля 25Дж. У судині наночастинок металу. Аквананомарганец здійснювалися електричні розряди по ланцюжках (наномарганцю аквахелат) є рідиною світлорижого металевих гранул. При цьому здійснювалося кольору. диспергування гранул нітриду титану, а у воді Приклад 6. Отримання аквананозаліза утворювався колоїдний розчин частинок [Feη(Н2О) n](Н2O) n]. Гранули заліза, завантажені в нанонітридтитану. діелектричну судин у з водою для ерозійновибухового диспергування, під дією сили ваги рівномірно розміщувалися на дні судини між електродами. На електроди подавали імпульси електричного струму з енергією біля 20Дж. У судині здійснювалися електричні розряди по ланцюжках металевих гранул. При цьому