Nanotechnologia

Wytwarzanie nanocząstek metalicznych może odbywać się przy użyciu wielu metod fizykochemicznych (np. metody zol-żel czy chemicznego i fizycznego osadzania z fazy gazowej: CVD i PVD), jednak ich synteza przy wykorzystaniu nietoksycznych i przyjaznych środowisku reagentów skupia coraz więcej uwagi badaczy. Jest ona o tyle bardziej atrakcyjna od tradycyjnych, gdyż umożliwia zastosowanie otrzymanych nanocząstek m.in. w medycynie i kosmetologii. Ponadto „zielone” metody pozwalają na wytworzenie dużej ilości nanocząstek, których rozmiary i budowa są dobrze określone. Do tej pory odkryto wiele sposobów syntezy z wykorzystaniem soli metali oraz ekstraktów z roślin, które pełnią funkcje reduktorów jonów w roztworach, a także stabilizują wzrost nanocząstek [1]. Wyciągi takie zawierają szereg biomolekuł, które maja znaczący wpływ na właściwości powstających drobin. W literaturze spotyka się przykłady wykorzystania rozmaitych roślin np. liści aloesu, ziaren pieprzu, soku z cytryn, miłorzębu, bananów. Przykłady innych stosowanych roślin przedstawiono na Rysunku 1 (wikipedia.com).

Zastosowanie wyciągów z roślin w produkcji nanocząstek metalicznych polega, najprościej mówiąc, na zmieszaniu roztworu soli danego metalu z ekstraktem roślinnym przy jednoczesnym mieszaniu. Wykorzystuje się do tego niemalże wszystkie dostępne części roślin tj. liście, korzenie, ziarna, korę czy sok, z których w procesie obróbki powstają proszki, roztwory i pasty, ogólnie nazywane ekstraktami. Związki chemiczne zawarte w takich wyciągach służą jako reduktory kationów metali, dzięki czemu otrzymuje się atomy metalu o zerowym stopniu utlenienia. Wyciągi z roślin zapobiegają również zbijaniu się atomów w większe struktury, dzięki temu powstałe drobiny mają rozmiary rzędu nanometrów. Związki redukujące zawarte w roślinach to m.in. enzymy, proteiny, polifenole, flawonoidy, terpenoidy, polisacharydy i wiele innych. Molekuły te utleniają się do odpowiednich związków chemicznych (np. grupy hydroksylowe/karbonylowe do grup karboksylowych). Schemat syntezy nanocząstek przedstawiono na Rysunku 2 [1].

Parameshwaran i in. zaproponowali metodę zielonej syntezy nanocząstek srebra, wykorzystując wyciąg z buraka zwyczajnego (Beta vulgaris) [2]. Buraka nabytego na lokalnym rynku gruntownie umyto i oczyszczono przy użyciu destylowanej wody. Świeży, oczyszczony i pokrojony w małe plasterki burak został dodany do zlewki zawierającej wodę w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym. Po ok. 10 min bezbarwny roztwór wodny zamienił kolor na purpurowoczerwony. Otrzymany ekstrakt przechowywano w 4C. W następnym etapie ekstrakt dodawano kroplami do wodnego roztworu azotanu(V) srebra(I) i mieszano tak, by otrzymać końcowy roztwór zawierający nanocząstki srebra. W tej metodzie nie użyto żadnych niebezpiecznych lub toksycznych substancji chemicznych.

Grupa prof. Dubeya z Uniwersytetu w Finlandii zastosowała ekstrakt z liści róży pomarszczonej (Rosa rugosa) do syntezy nanocząstek złota [3]. Ekstrakt przygotowano z 50 g dokładnie przemytych w wodzie destylowanej liści, po czym gotowano je w 250 ml wody przez 20 min. Przefiltrowany wyciąg przechowywano w temperaturze -15C do dalszego użycia. 60 ml wodnego roztworu kwasu chlorozłotowego zredukowano za pomocą 2,5 ml wyciągu z liści róży w temperaturze pokojowej. W wyniku reakcji zaobserwowano różowoczerwone roztwory, wskazujące na obecność nanocząstek złota.

Jak widać metody te w kilku prostych krokach umożliwiają produkcję nanocząstek metalicznych, wykorzystując przyjazne środowisku odczynniki. Wybór roślin zdolnych do redukcji jonów metali jest ogromny, uzależniony głównie od dostępności poszczególnych warzyw, owoców czy kwiatów na danej szerokości geograficznej. Innym ciekawym aspektem tej metody jest możliwość wykorzystania produktów ubocznych powstających podczas produkcji np. soków tj. skórek owoców, liści warzyw czy nasion, co pozwoliłoby na ich dalsze spożytkowanie.

Źródła:
[1] A. Mittal, U. Barenjee. Synthesis of metallic nanoparticles using plant extracts. Biotechnology Advances 31 (2013) 346–356
[2] R. Parameshwarana, S. Kalaiselvamb, R. Jayave. Green synthesis of silver nanoparticles
using Beta vulgaris: Role of process conditions on size distribution and surface structure.
Materials Chemistry and Physics 140 (2013) 135-147.
[3] S. P. Dubey, M. Lahtinenb, M. Sillanpä. Green synthesis and characterizations of silver and
gold nanoparticles using leaf extract of Rosa rugosa. Colloids and Surfaces A: Physicochem.
Eng. Aspects 364 (2010) 34–41.