ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group (ранее OSA) под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-10-116-128

УДК: УДК 535.8

Особенности синтеза наночастиц серебра и взаимодействия с дибутилфталатом в водных растворах для сенсорных применений

Ссылка для цитирования:

Кулагина А.С., Шугабаев Т., Евстропьев С.К., Кузнецов А., Убыйвовк Е.В., Шмаков С.В., Березовская Т.Н., Букатин А.С., Цырлин Г.Э., Данилов В.В. Особенности синтеза наночастиц серебра и взаимодействия с дибутилфталатом в водных растворах для сенсорных применений // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 10. С. 116–128. http://doi.org/10.17586/1023­-5086­-2023­-90-­10­-116­-128

 

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Предмет исследования — количественные и качественные особенности комплексообразования наночастиц металлического серебра и фталатов. Целью данной работы являлось определение условий формирования устойчивых комплексов наночастиц серебра с дибутилфталатом в водном растворе. Для достижения цели проведён полный цикл сравнительных исследований серебряных наночастиц от синтеза до установления возможности связывать дибутилфталат для дальнейшего создания на их основе доступного сенсора для определения различных фталатов в воде. Методы. Синтез наночастиц, модификация их поверхности нуклеотидами, а также соединение наночастиц с фталатами проводились химическими методами. Для исследования взаимодействия серебряных наночастиц с каждым компонентом органо­неорганического комплекса, а именно цитратом натрия (далее цитрат), уридин-5′-трифосфатом (далее уридин или УТФ), ионами меди (Cu2+) и дибутилфталатом (ДБФ) применялись методы оптической спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Основные результаты. Синтезированы наночастицы металлического серебра с использованием четырёх агентов, безопасных для человека, выступающих одновременно в роли восстановителя и стабилизатора (цитрат, полиэтиленгликоль, поливинилпирролидон, экстракт апельсина). Для дальнейшего применения в качестве сенсоров фталатов по параметрам стабильности и диапазону методов исследования были выбраны наночастицы, синтезированные с помощью цитрата натрия. Показано изменение лигандной оболочки наночастиц серебра молекулами уридина, а также образование химических связей между ними и фталатом с участием ионов меди. Впервые получены спектры комбинационного рассеяния и изображения просвечивающей электронной микроскопии комплексов Ag/УТФ­Cu2+­ДБФ, подтверждающие химическое связывание серебряных наночастиц и фталатов. Найдено оптимальное молярное соотношение наночастиц Ag/УТФ и ионов меди в растворе для последующего процесса комплексообразования. Практическая значимость. Впервые показано образование комплексов между дибутилфталатом и модифицированными наночастицами серебра в отсутствии спирта и каких­либо буферных растворов. Обнаружение фталатов с помощью наночастиц серебра представляет собой перспективную технологию создания простого наносенсора, обладающего дополнительно плазмонными и бактерицидными свойствами. Кроме чрезвычайно актуального сегодня экологического значения исследование гибридных систем на основе наночастиц Ag вносит вклад в развитие методов пассивации поверхности металлических наночастиц. В широком смысле проведённые исследования представляют интерес для развития технологий сенсорного детектирования органо­неорганических соединений.

Ключевые слова:

плазмонные наночастицы серебра, наносенсоры дибутилфталата в жидких средах, спектры комбинационного рассеяния, просвечивающая электронная микроскопия, модификация поверхности, уридин-5′-трифосфат, ионы двухвалентной меди

Коды OCIS: 280.4788, 300.6450, 240.6680

Список источников:
  1. Toxicological profile for di­n­butyl phthalate. Atlanta: Agency for toxic substances and disease registry, 2001. 225 p. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp135.pdf, свободный. Яз. англ. (дата обращения 1.03.2023)
  2. Dutta S., Haggerty D.K., Rappolee D.A., Ruden D.M. Phthalate exposure and long­term epigenomic consequences: A Review // Front Genet. 2020. V. 11. P. 405. https://www.doi.org/10.3389/fgene.2020.00405
  3. Майстренко В.Н., Клюев Н.А. Эколого­аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2012. 323 с.
  4. Кулагина А.С., Данилов В.В., Шилов В.Б. Водорастворимые КТ InP/ZnS как маркеры дибутилфталата. Влияние спирта на растворимость фталатов // Оптика и спектроскопия. 2021. Т. 129. № 6. С. 792–796. https://www.doi.org/10.21883/OS.2021.06.50995.1878­21
  5. Bošnir J., Puntarić D., Galić A., Škes I., Dijanić T., Klarić M., Grgić M., Curković M., Šmit Z. Migration of phthalates from containers into drinks and mineral water // Food Technol. Biotechnol. 2007. V. 45. № 1. P. 91–95.
  6. “МУК 4.1.3484­17. 4.1. Методы контроля. Химические факторы. Определение фталатов (диметилфталат, диэтилфталат, диметилтерефталат, дибутилфталат, ди(2­этилгексил)фталат, диоктилфталат) в алкогольной продукции методом хромато­масс­спектрометрии. Методические указания" (утв. Роспотребнадзором 20.09.2017). 20 с.
  7. Polyvinylpyrrolidone. Food safety commission of Japan: Risk assessment report — Food additives, 2013. 2 p. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.fsc.go.jp/english/evaluationreports/foodadditive/polyvinylpyrroridone_fs630.pdf, свободный. Яз. англ. (дата обращения 1.03.2023)
  8. Doty R.Ch., Tshikhudo T.R., Brust M., Fernig D.G. Extremely stable water­soluble Ag nanoparticles // Chem. Mater. 2005. V. 17. № 18. P. 4630–4635. https://www.doi.org/10.1021/cm0508017
  9. Li W., Guo Y., Zhang P. SERS­active silver nanoparticles prepared by a simple and green method // The J. of Phys. Chem. C. 2010. V. 114. № 14. P. 6413–6417. https://www.doi.org/10.1021/jp100526v
  10. Hyllested J.A., Palanco M.E., Hagen N., Mogensen K.B., Kneipp K. Green preparation and spectroscopic characterization of plasmonic silver nanoparticles using fruits as reducing agents // Beilstein J. Nanotechnol. 2015. V. 6. P. 293–299. https://www.doi.org/10.3762/bjnano.6.27
  11. Rodríguez­León E., Iñiguez­Palomares R., Navarro R.E., Herrera­Urbina R., Tanori J., Iñiguez­Palomares C., Maldonado A. Synthesis of silver nanoparticles using reducing agents obtained from natural sources (Rumex hymenosepalus extracts) // Nanoscale Res. Lett. 2013. V. 8. P. 318. https://www.doi.org/10.1186/1556­276X­8­318
  12. Evstropiev S.K., Nikonorov N.V., Saratovskii A.S., Dukelskii K.V., Vasiliev V.N., Karavaeva A.V., Soshnikov I.P. Photo­stimulated evolution of different structural forms of silver in solutions, composite and oxide coatings. // Journal of photochemistry and photobiology A: Photochemistry. 2020. V. 403. P. 112858. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2020.112858
  13. Li H., Xia H., Wang D., Tao X. Simple synthesis of monodisperse, quasi­spherical, citrate­stabilized silver nanocrystals in water // Langmuir. 2013. V. 29. № 16. P. 5074–5079. https://www.doi.org/10.1021/la400214x
  14. Решение о применении санитарных мер в Евразийском экономическом союзе. Евразийское экономическое сообщество, 2010. 2348 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://fsvps.gov.ru/fsvps­docs/ru/files/v­sfere­federalnogo­gosudarstvennogo­veterinarnogo­nadzora/normativnye­dokumenty/2­reshenie­komissii­tamozhennogo­soyuza­ot­28­05­2010­299­o­primenenii­sanitarnyh­mer.pdf, свободный. Яз. рус. (дата обращения 1.03.2023).
  15. Stolyarchuk M.V., Sidorov A.I. Electronic absorption spectra of neutral and charged silver molecular clusters // Opt. Spectrosc. 2018. V. 125. № 3. P. 305–310. https://www.doi.org/10.1134/S0030400X18090229
  16. Turkevich J., Stevenson P.S., Hiller J. A Study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold // Faraday Soc. 1951. V. 11. P. 55–75. https://www.doi.org/10.1039/DF9511100055
  17. Krajczewski J., Joubert V., Kudelski A. Light­induced transformation of citrate­stabilized silver nanoparticles: photochemical method of increase of SERS activity of silver colloids // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2014. V. 456. P. 41–48. https://www.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2014.05.005
  18. Baca S.G., Filippova I.G., Gherco O.A., Gdaniec M., Simonov Yu.A., Gerbeleu N.V., Franz P., Basler R., Decurtins S. Nickel(II)­, cobalt(II)­, copper(II)­, and zinc(II)­phthalate and 1­methylimidazole coordination compounds: synthesis, crystal structures and magnetic properties // Inorganica Chimica Acta. 2004. V. 357. № 12. P. 3419–3429.
  19. Helmut S., Naumann C.F., Prijs B.A. Comparison on the coordination tendency towards Cu2+ of the base moieties in guanosine, inosine and adenosine 5'­triphosphates // Eur. J. Biochem. 1974. V. 46. P. 589–593. https://www.doi.org/10.1111/j.1432­1033.1974.tb03654.x
  20. Lomozik L., Jastrzab R. Non­covalent and coordination interactions in Cu(II) systems with uridine, uridine 59­monophosphate and triamine or tetramine as biogenic amine analogues in aqueous solutions // Journal of Inorganic Biochemistry. 2003. V. 97. P. 179–190. https://www.doi.org/10.1016/S0162­0134(03)00276­9
  21. Storhoff J.J., Elghanian R., Mirkin C.A., Letsinger R.L. Sequence­dependent stability of DNA­modified gold nanoparticles // Langmuir. 2002. V. 18. № 17. P. 6666–6670. https://doi.org/10.1021/la0202428
  22. Satyavolu N.S.R., Loh K.Y., Tan L.H., Lu Y. Discovery of and insights into DNA “Codes” for tunable morphologies of metal nanoparticles // Small. 2019. V. 15. P. 1900975. https://doi.org/10.1002/smll.201900975
  23. Zhang M., Liu Yu­Q., Ye B.­Ce. Rapid and sensitive colorimetric visualization of phthalates using UTP­modified gold nanoparticles cross­linked by copper(II) // Chem. Commun. 2011. V. 47. P. 11849–11851. https://www.doi.org/10.1039/c1cc14772b
  24. García M.A. Surface plasmons in metallic nanoparticles: fundamentals and applications // Journal of Physics D: Applied Physics. 2011. V. 44. № 28. P. 283001. https://doi.org/10.1088/0022­3727/44/28/283001
  25. Cai Y., Piao X., Gao W., Zhang Z., Nie E., Sun Z. Large­scale and facile synthesis of silver nanoparticles via a microwave method for a conductive pen // RSC Adv. 2007. V. 7. P. 34041. https://www.doi.org/10.1039/C7RA05125E
  26. Mukherjee P., Roy M., Mandal B.P., Dey G.K., Mukherjee P.K., Ghatak J., Tyagi A.K., Kale S.P. Green synthesis of highly stabilized nanocrystalline silver particles by a non­pathogenic and agriculturally important fungus T. Asperellum // Nanotechnology. 2008. V. 19. P. 075103–075110. https://doi.org/10.1088/0957­4484/19/7/075103
  27. Tingzhu J., Zhang W., Li N., Liu X., Han L., Dai W. Surface characterization and corrosion behavior of 90/10 copper­nickel alloy in marine environment // Materials. 2019. V. 12. P. 1869. https://www.doi.org/10.3390/ma12111869