Способ получения супрамолекулярного геля, содержащего наночастицы серебра
Владельцы патента RU 2761210:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тверской государственный университет» (RU)
Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения супромолекулярной композиции на основе L-цистеина и соли серебра. Способ получения супрамолекулярной композиции на основе L-цистеина и соли серебра включает приготовление водных растворов L-цистеина с концентрацией 0,01 М/л и нитрита серебра с концентрацией 0,01 М/л, дальнейшее смешение полученных растворов производится с добавлением дистиллированной воды так, чтобы концентрация L-цистеина в смеси составляла 0,003 М, а мольное соотношение нитрита серебра и L-цистеина находилось в диапазоне 1,00-1,60, полученную смесь выдерживают при температуре 18-28°С в течение 4-12 часов в защищенном от света месте. Вышеописанный способ позволяет получить тиксотропный гидрогель желтого цвета, содержащий стабилизированные наночастицы серебра со средним диаметром от 10 до 50 нм. 6 ил., 2 пр.
Изобретение относится к области получения супрамолекулярных наноразмерных структур из серебра, а именно супрамолекулярного геля, содержащего наночастицы серебра, полученных в результате восстановления ионов серебра L-цистеином. Получаемая система может быть использована в медицине в качестве гель-спрея, содержащего наночастицы серебра, как антисептическое средство широкого спектра действия.
Известно получение различных наноразмерных структур на основе смешения раствора L-цистеина и нитрата серебра.
Так, RU 2423384, опубл. 10.07.2011, смешивают раствора L-цистеина и раствор нитрата серебра, так что концентрация L-цистеина в исходной смеси составляет от 1,14⋅10-4 до 1,17⋅10-2 M, а концентрация нитрата серебра в 1,2-2,0 раза превышает концентрацию L-цистеина. Выдерживают полученную смесь в термостате, защищенном от света, при температуре 10-60°С в течение 0,3-48,0 часов. Таким образом, получают водный раствор разветвленных фрактальных кластеров.
В RU 2432937, опубл. 10.11.2011, смешивают водный раствор L-цистеина концентрации 0,5⋅10-4 М до 1,17⋅10-2 М L-цистеина в 1 мл раствора и нитрат серебра, концентрация которого в 1,25 раза превышает концентрацию L-цистеина. Смесь оставляют вызревать в защищенном от света месте на 10 часов при комнатной температуре. Далее к полученному раствору кластеров добавляют водный раствор сульфата щелочного или щелочноземельного металла в таком количестве, чтобы содержание сульфата металла в смеси составляло от 2,5⋅10-4 М до 8⋅10-4 М в 1 мл. Смесь выдерживают в термостате при температуре 15-30°С в защищенном от света месте в течение 20 часов. Таким образом, получают низкоконцентрированные гели.
В RU 2526390, опубл. 20.08.2014, смешивают водные растворы нитрата серебра концентрации 0,00÷10,02 М/л и L-цистеина концентрации 0,00125÷0,04 М/л, при мольном соотношении нитрата серебра и L-цистеина в диапазоне 1,25÷2,00. Выдерживают смесь при температуре 15÷55°C в течение 0,34÷48,00 часов в защищенном от света месте. Полученный раствор супрамолекулярного полимера разбавляют водой в объемном соотношении 1:1 и добавляют водный раствор боргидрида натрия концентрации 0,003÷0,010 М/л при постоянном перемешивании. Таким образом, получают наночастицы серебра со средним гидродинамическим радиусом 20 нм.
К недостаткам известных способов получения наноразмерных структур можно отнести: невозможность одностадийного получения супрамолекулярного геля, содержащего наночастицы серебра; присутствие в получаемых композициях токсичных ионов, таких как нитрат, что ограничивает возможность медицинского применения.
Исследованием уровня техники установлено отсутствие способов получения супрамолекулярного геля, содержащего наночастицы серебра, на основе L-цистеина и нитрита серебра.
Технический результат настоящего изобретения заключается в получении тиксотропного геля, содержащего стабилизированные наночастицы серебра со средним диаметром от 10 до 50 нм.
Технический результат достигается в одну стадию смешением водного раствора L-цистеина, с концентрацией его в исходной смеси 0,01 М/л, с водным раствором нитрита серебра концентрации 0,01 М/л, таким образом, чтобы мольное соотношении L-цистеина и нитрита серебра и находилось в диапазоне 1,00 ÷ 1,60. При этом осуществляется образование слегка опалесцирующего раствора. При выдержке полученного раствора в защищенном от света месте в течение 4 ÷ 12 часов при температуре от 18 до 28°С получают прозрачный желтоватый тиксотропный гель.
Возможное использование геля, получаемого заявляемым способом: в медицине и оториноларингологии, в качестве противораковых препаратов, в ветеринарии и других медицинских применениях. Оптимальные размеры наночастиц серебра при таком применении лежат в диапазоне от 10 до 50 нм.
Преимущество заявляемого способа по сравнению с известными способами заключается в: получении супрамолекулярного геля, содержащего наночастицы серебра, в одну стадию, без введения посторонних ионов, таких как, например, сульфат; возможность получения наночастиц серебра, стабилизированных аминокислотой, без использования дополнительных стабилизаторов; для реализации способа не требуется введение восстановителей, облучение и т.д. Возможность медицинского применения подчеркивается отсутствием в заявляемой композиции посторонних токсичных ионов, что достигается использованием в заявляемом способе нитрита серебра. При этом, при смешении исходных реагентов, из заявляемой композиции выводится нитрит ион, за счет протекания реакции диазотирования аминогруппы L-цистеина с выделением азота.
Изобретение иллюстрируется Фиг. 1-6.
Фиг. 1. УФ-спектры L-цистеин/AgNO2 системы при толщине слоя раствора 1мм и 25°С, концентрации L-цистеина в конечном растворе 0,003 М, нитрита серебра 0,003 М: 1 - после мгновенного смешения компонентов; 2 - через 20 минут от начала смешения; 3 - через 3 часа от начала смешения.
Фиг. 2. Вязкостные свойства системы. а - зависимость вязкости системы от времени; б -поведение гидрогеля сразу после встряхивания; концентрация L-цистеина в конченом растворе 0,003 М, нитрита серебра 0,003 М, 25 °С.
Фиг. 3. Микроснимки образцов гелей при различном увеличении: а - концентрация L-цистеина в конченом растворе 0,003 М, нитрита серебра 0,003 М; б - концентрация L-цистеина в конченом растворе 0,003 М, нитрита серебра 0,00375 М.
Фиг. 4. Электронограмма образца гидрогеля. Концентрация L-цистеина в конченом растворе 0,003 М, нитрита серебра 0,018 М.
Фиг. 5. Профиль элементного анализа: а - раствора L-цистеина; б - геля; концентрация L-цистеина в конченом растворе 0,003 М, нитрита серебра 0,003 М.
Фиг. 6. ИК-спектры поглощения образцов: 1 - L-цистеина; 2 - геля; концентрация L-цистеина в конченом растворе 0,003 М, нитрита серебра 0,003 М.
В заявляемом способе происходит образование L-цистеин/Ag+ комплексов, из которых вследствие окислительно-восстановительной реакции образуются цистеин-стабилизированные наночастицы серебра. Одновременно с этим, из слабой азотистой кислоты в кислой среде, формируется нитрозоний катион, что определяет протекание реакции диазотирования амино-группы L-цистеина. Общая схема реакции диазотирования:
R-NH3+ + NO2- = R-OH + H2O + N2
Одновременное протекание этих химических превращений позволяет в одну стадию получать гидрогель, формирующийся in situ, содержащий стабильные наночастицы серебра. При этом существует возможность варьирования размеров наночастиц серебра от 10 до 50 нм и более, которые также формируются in situ, за счет изменения соотношения исходных компонентов.
Вследствие реакции диазотирования, в системе практически не остается токсичных анионов, таких как нитрит, что снижает общую токсичность заявляемой системы.
Протекание вышеуказанных реакций подтверждается УФ-спектрами раствора, полученного при смешении исходных реагентов. Так при мгновенном смешении исходных компонентов наблюдаются две полосы поглощения при 280 и 354 нм, которые соответствуют формированию L-цистеин/Ag+ комплексов и акватированному нитрит-иону соответственно (Фиг. 1, кривая 1). Через 20 минут от начала смешения данные полосы пропадают (Фиг. 1, кривая 2). Через 3 часа наблюдаются новые полосы поглощения при 315 и 395 нм, которые соответствуют L-цистеину, аргентофильным взаимодействиям и плазмонному резонансу в наночастицах серебра, соответственно (Фиг. 1, кривая 3). При мольном соотношении L-цистеина к нитриту серебра 1,60 формировался из раствора гидрогель, имеющий более желтую окраску, а полоса поглощения, отвечающая плазмонному резонансу в наночастицах серебра, сдвигалась до 413 нм, что свидетельствует о росте концентрации наночастиц серебра и увеличении их размера.
Образование геля подтверждается существенным ростом вязкости раствора, полученного смешением исходных реагентов (Фиг. 2). Вязкость системы растет со временем и через 3 часа выходит на постоянное значение (Фиг. 2а). При встряхивании гидрогеля он переходил в состояние раствора (Фиг. 2б), а при последующем нахождении его в состоянии покоя около 1 суток снова образовывался гель, что доказывает его тиксотропные свойства.
Пространственная сетка геля, построенная из L-цистеин/Ag+ комплексов - серые области и L-цистеин/Ag0 наночастиц серебра - темные области (Фиг. 3 а и б), наблюдается на снимках, полученных на просвечивающем электронном микроскопе, образцов, полученных смещением исходных реагентов в различных пропорциях.
Наличие наночастиц серебра в образце подтверждается электронограммой (Фиг. 4). На электронограмме наблюдаются характерные для наночастиц серебра дифракционные кольца 111, 200, 220, 311 и рефлексы.
Из анализа профиля элементного анализа, полученного на просвечивающем электронном микроскопе, показывает, что в ходе реакции количество азота значительного уменьшается (Фиг. 5). При этом соотношение серы к серебру соответствует мольным концентрациям исходных компонентов.
На основании анализа ИК-спектров поглощения образцов можно сделать вывод, что в полученном геле отсутствуют полосы поглощения, соответствующие колебаниям амино-группы (Фиг. 6).
Таким образом, инструментальными методами исследования подтверждается достижение технического результата заявляемым способом.
Способ осуществляется следующим образом.
Приготовляются водные растворы L-цистеина концентрации 0,01 М/л и нитрита серебра концентрации 0,01 М/л.
Получение геля.
Смешивают водный раствор L-цистеина с водным раствором нитрита серебра так, чтобы концентрация L-цистеина в смеси составляла 0,003 М, а отношение молярных концентраций нитрита серебра к L-цистеину в смеси находилось в диапазоне от 1,00 до 1,60. Далее смесь оставляют в защищенном от света месте при температуре 18-28°С на 4-12 часов для формирования геля.
Примеры реализации заявляемого способа.
0,6 мл. 0,01 М водного раствора L-цистеина смешивают с 0,6 мл 0,01 М водного раствора нитрита серебра, добавляют 0,8 мл дистиллированной воды, так что концентрация L-цистеина в смеси составляет 0,003 М, а отношение молярных концентраций нитрита серебра к L-цистеину в смеси составляет 1,00. Полученную смесь оставляют в защищенном от света месте при температуре 25°С на 10 часов для формирования геля. Получают супрамолекулярный гель, содержащий наночастицы серебра размером 10-50 нм (Фиг. 3а).
0,6 мл. 0,01 М водного раствора L-цистеина смешивают с 0,75 мл 0,01 М водного раствора нитрита серебра, добавляют 0,65 мл дистиллированной воды, так что концентрация L-цистеина в смеси составляет 0,003 М, а отношение молярных концентраций нитрита серебра к L-цистеину в смеси составляет 1,25. Полученную смесь оставляют в защищенном от света месте при температуре 25°С на 10 часов для формирования геля. Получают супрамолекулярный гель, содержащий наночастицы серебра размером 10-50 нм, однако концентрация наночастиц в этом случае выше, чем в первом случае (Фиг. 3б).
Изобретение позволяет получить супрамолекулярный тиксотропный гель, содержащий наночастицы серебра, пригодный для применения в целях медицины. Заявляемый способ может быть реализован на стандартном оборудовании химической лаборатории.
Способ получения супрамолекулярной композиции на основе L-цистеина и соли серебра, включающий смешивание раствора L-цистеина и раствора соли серебра, выдержку полученной смеси в защищенном от света месте при комнатной или повышенной температуре в течение нескольких часов; характеризующийся получением супрамолекулярного геля, содержащего наночастицы серебра; отличающийся тем, что концентрации водных растворов L-цистеина и соли серебра - 0,01 М/л; причем в качестве соли серебра используется нитрит серебра; при этом дальнейшее смешение полученных растворов производится с добавлением дистиллированной воды так, чтобы концентрация L-цистеина в смеси составляла 0,003 М, а мольное соотношение нитрита серебра и L-цистеина находилось в диапазоне 1,00-1,60; кроме того, температура выдержки смеси - 18-28°С, а продолжительность выдержки 4-12 часов.
