Спосіб одержання колоїдного розчину наночастинок золота

Реферат: Спосіб одержання колоїдного розчину наночастинок золота включає синтез наночастинок золота відновленням золотовмісних іонів із розчину золотохлористоводневої кислоти (НАuСl4) натрію боргідридом (NaBH4). Синтез проводять у водному розчині кополімерів декстранполіакриламід з концентрацією 0,5-10 мг/мл, з кількістю прищеплені 5-30, вмістом карбоксилатних груп в інтервалі від 1-40 % при швидкості перемішування 100-250 об/хв. UA 113588 U (12) UA 113588 U UA 113588 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі нанотехнологій, а саме способів одержання стабільних водних композицій, що містять металеве золото у високодисперсному стані, і можуть бути застосовані при виготовленні медичних препаратів, каталізаторів косметичних засобів, лікарських препаратів, харчових і біологічно активних добавок. В патенті США "Methods and articles for gold nanoparticle production" використовувалися фосфіноамінокислоти в якості відновника і вуглеводів та інших природних сполук різного походження, таких, як глюкоза, гуміарабік та крохмаль [US 8241393 В2]. Недоліком способу є малий час збереження агрегативної стійкості колоїдів золота. Патент США Controlled synthesis of highly monodispersed gold nanoparticles" US 7524354 B2 описує спосіб одержання монодисперсних наночастинок золота з використанням натрій акрилату як одночасно стабілізатора та відновника, при цьому спочатку отримують зародки наночастинок золота [US 7524354 В2]. Недоліком даного методу є те, що він не дозволяє синтезувати наночастинки менші за 30нм. Відомий патенті України "Спосіб отримання колоїдного розчину наночастинок золота", в якому процес відновлення золотовмісного прекурсору здійснюється контактної низькотемпературною плазмою [Україна, №107773]. Недоліки цього способу є широкий розподіл частинок за розміром, а також використання низьких концентрацій золота в отриманих колоїдах. В патенті США "Process for Producing Gold Nanoparticles", що був обраний в якості прототипу (19 червня 2007 року), описано спосіб, в якому в як стабілізатори запропоновані α-, β- або γциклодекстрин, а відновлюючим агентом слугує натрію боргідрид та натрію цитрат.°Спосіб дозволяє контролювати розмір наночастинок в двох діапазонах розмірів 2-4 та 15-24 нм при використанні натрій боргідриду та натрій цитрату відповідно. Контроль розміру досягається варіюванням умов синтезу, а саме зміною концентрації та структури молекули циклодекстрина [US 7232474 В2]. Недоліком цього способу є обмеження максимальної концентрації наночастинок золота до значення 0.5 мг/мл. В основу корисної моделі поставлена задача, яка полягає в синтезі колоїдів золота з високою масовою концентрацією наночастинок при збереженні агрегативної стійкості, а також контролі розміру наночастинок в широкому діапазоні значень. Поставлена задача вирішується тим, що відновлення золотовмісних іонів із розчину золотохлористоводневої кислоти (НАиСЦ) натрію боргідридом (NaBI-Ц), згідно з корисною моделлю, синтез проводять у водному розчині кополімерів декстран-поліакриламіду, з концентрацією 0,5-10 мг/мл, з кількістю прищеплень 5-30, і вмістом карбоксилатних груп в інтервалі 0-40 % при швидкості перемішування 100-250 об/хв., а як відновник використовують розгалуження кополімерів дестран-поліакриламід (ДХ-ПААУ, де X - середня молекулярна маса декстрана, Y - кількість прищеплених ланцюгів поліакриламіда). Відомості про склад макромолекул та макромолекулярні параметри наведено у таблиці. Особливості будови цих полімерів дозволяють синтезувати висококонцентровані золі нанорозмірного золота з низькою полідисперсністю, що придатні для довготривалого зберігання. Саме такі характеристики є необхідними для використання колоїдних розчинів наночастинок золота в медицині. Хімічна будова розгалужень (ступінь перетворення акриламідних груп в карбоксилатні, позначено надалі як % ПЕ), в комбінації з варіюванням інших умов синтезу, а саме температури і співвідношення компонентів, дозволяє контролювати розмірний розподіл наночастинок золота. Температури синтезу впливає на полідисперсніть наночастинок золота. При зростанні температури синтезу розподіл наночастинок золота за розміром стає ширшим. Спосіб пропонує використовувати інтервал температур 5-25 °C. Слід зазначити, що аніонні похідні Д-ГІАА мають більші гідродинамічні розміри, ніж неіонні кополімери, що викликано електростатичним відштовхуванням між ланцюгами, що містять від'ємно заряджені карбоксилатні групи. Можливість контролювати розмір наночастинок золота за рахунок варіювання ступеня гідролізу полягає у різних механізмах взаємодії іонів прекурсору із зарядженими та незарядженими функціональними групами полімерного ланцюга, а, отже, і у різній здатності до відновлення золота із іонної форми. Висока агрегативна і седиментаційна стійкість отриманих колоїдів нанорозмірного золота пояснюється з одного боку високою здатністю ланцюгів ПАА до адсорбції на поверхню наночастинок золота і, з іншої сторони, можливістю використання розведених розчинів полімеру при збереженні високої локальної концентрації функціональних груп, що є особливістю розгалуженої структури кополімерів декстран-поліакриламід. При використанні Д-ПАА (ПЕ) спостерігається зменшення середнього розміру наночастинок золота пропорційно ступеню гідролізу Д-ПАА. 1 UA 113588 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель дозволяє досягти наступний технічний результат: надає можливість синтезувати стабільні колоїди (не утворюють осад, не змінюють середній розмір) щонайменше протягом 60 днів, надає можливість контролювати розмір наночастинок в діапазоні 3-50 нм а також дозволяє синтезувати золі із концентрацією золота до 2 мг/мл без втрати агрегативної стійкості. Суть корисної моделі пояснюють креслення. На Фіг. 1. наведено Схематичне зображення будови макромолекули А - Д-ПАА та Б -ДПАА(ПЕ). На Фіг. 2 зображені ПЕМ фотографії наночастинок золота, отриманих в розчині А -Д70-ПАА5 (30 % ПЕ) з розміром 7±1.5 пм та Б - Д70-ПАА5(15 % ПЕ) з розміром 12±2 нм, В - Д70-ПАА5 з розміром 18±3 нм. На Фіг. 3 зображені розподіли за розмірами наночастинок золота, синтезованих в Д70ПАА5(15 % ПЕ), розраховані за результатами динамічного світлорозсіяння в А - 1-ий день, Б - 8ий день, В- 60-ий день. Приклади практичної реалізації способу отримання стабільних колоїдів золота: Приклад 1. Колоїд наночастинок золота був отриманий наступним чином: до 10 мл розчину Д70-ПАА15 (30 % ПЕ) (0.1 мг/мл) доливають 0,1 моль/л розчину НАuСl4 s і перемішують 20 хв. зі швидкістю 150 обертів/секунду. Надалі, до отриманого розчину додають по краплинам 0,4 мл 0,1 моль/л розчину NaBH4. Систему перемішують при швидкості 150 об./хв… при температурі 25 °C протягом 20 хвилин. На виході отримуємо 6-10 нм частинки, , мікрофотографії яких наведені на Фіг. 2А. Приклад 2. Колоїд наночастинок золота був отриманий наступним чином: до 10 мл розчину Д20-ПАА5 (15 % ПЕ) (0.1 мг/мл) доливають 0,2 моль/л розчину НАuСl4 і перемішують 20 хв зі швидкістю 150 обертів/секунду. Надалі, до отриманого розчину додають по краплинам 0,4 мл 0,2 моль/л розчину NaBI4. Систему перемішують при швидкості 150 об./хв… при температурі 5 °C протягом 20 хвилин. На виході отримуємо 10-14 нм частинки, мікрофотографії яких наведені на Фіг. 2Б. Додатково, для прикладу можливості довготривалого збереження агрегативної стійкості колоїдів наночастинок золота, на Фіг.3А, 3Б та 3В наведені розподіли за розмірами наночастинок золота, розраховані за даними, отриманими методом динамічного світлорозсіяння (ДЛС) для колоїду, що зберігався відповідно 2, 8 та 60 днів. Фіг. 3 демонструє відсутність суттєвих змін середнього розміру наночастинок, що складав 12 нм. Приклад 3. Колоїд наночастинок золота був отриманий наступним чином: до 10 мл розчину Д70-ПАА5 (0.1 мг/мл) доливають 0,1 моль/л розчину НАuСl4 і перемішують 20 хв. зі швидкістю 150 обертів/секунду. Надалі, до отриманого розчину додають по краплинам 0,4 мл 0,1 моль/л розчину NaBH4. Систему перемішують при швидкості 150 об./хв… при температурі 5 °C протягом 20 хвилин. На виході отримуємо 15-20 нм частинки, , мікрофотографії яких наведені на Фіг. 2В. Додатково були проведені дослідження методом динамічного світлорозсіяння на приладі Zetasizer Nano ZS90 (Malvern Instruments Ltd., UK). Для визначення агрегативної стійкості колоїдних розчинів наночастинок золота, отриманих за методикою, наведеною в Прикладі 2. Визначення розмірів наночастинок проводилося методом просвічуючої електронної мікроскопії (ПЕМ) на приладі CM 12 (FEI, Eindhoven Netherlands) для зразків, отриманих за методикою у Прикладах 1-3. Отриманий технічний результат вказує на те, що корисна модель надає можливість синтезувати стабільні колоїди наночастинок золота, що не утворюють осад і не змінюють середній розмір при зберіганні щонайменше протягом 60 днів, надає можливість контролювати розмір наночастинок в діапазоні 3-50 нм а також дозволяє синтезувати золі із концентрацією золота без втрати агрегативної стійкості до 2 мг/мл. Спосіб може бути реалізований як в лабораторних так і промислових умовах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Спосіб одержання колоїдного розчину наночастинок золота, що включає синтез наночастинок золота відновленням золотовмісних іонів із розчину золотохлористоводневої кислоти (НАuСl4) натрію боргідридом (NaBH4), який відрізняється тим, що синтез проводять у водному розчині кополімерів декстран-поліакриламід з концентрацією 0,5-10 мг/мл, з кількістю прищеплені 5-30, вмістом карбоксилатних груп в інтервалі від 1-40 % при швидкості перемішування 100-250 об/хв. 2 UA 113588 U 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кополімер декстран-поліакриламід містить карбоксилатні групи в інтервалі від 1-40 %. 3 UA 113588 U 4 UA 113588 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5