EZÜST NANORÉSZECSKÉK ELŐÁLLÍTÁSA ZÖLD SZINTÉZISSEL

Napjainkban a széles körű alkalmazási lehetőségeiknek köszönhetőn az ezüst nanorészecskék (AgNP, nanoezüst) előállítása és felhasználása iránti igény exponenciálisan nő (becsült termelés: több száz tonna/év)¹⁶². Az ezüst nanorészecskéket optikában, elektronikában, katalízisben, háztartási termékekben, ruházati cikkekben, kozmetikumokban, és az orvostudomány különböző területein egyre nagyobb mértékben használják^163,164. Rendkívül nagymértékű alkalmazásuk széles spektrumú antimikrobiális hatásuknak tulajdonítható, mivel képesek Gram negatív és Gram pozitív baktériumok, valamint patogén gombák elpusztítására, de emellett antivirális szerként is hatékonynak bizonyultak^165-167. A nanotechnológia innovatív eredményeinek köszönhetően új stratégiák alakultak ki a rákos megbetegedések terápiáját célzó fejlesztések területén is. Számos tanulmány bizonyítja az ezüst nanorészecskék kiemelkedő tumorellenes hatását, melyet az in vitro eredmények után több in vivo kísérleti rendszerben is megerősítettek166,168-172

.

A vas nanorészecskéknél ismertetett fizikai-kémiai eljárásokkal előállíthatók az ezüst nanorészecskék is. A fotokémiai, termikus, szonokémiai és mikrohullám alapú módszerek mellett a leggyakrabban az ezüst nanorészecskéket is kémiai redukcióval vagy elektrokémiai eljárásokkal állítják elő¹⁷³. Azonban ezen eljárások során gyakran toxikus vegyszereket használnak, így a környezetre és az egészségre ártalmasak¹⁷⁴. Például stabil nanoméretű ezüstöt tartalmazó kolloid oldat „bottom-up‖ kémiai előállításához is gyakran nátrium-borohidridet használnak redukálószerként¹⁷⁵. Mint már korábban bemutattuk, a nátrium-borohidrid alkalmazása amellett hogy meglehetősen költséges, oxidált bórvegyületek keletkezéséhez vezet, amelyek nehezen választhatóak el a kívánt nanorészecskéktől. Az ilyen nem kívánt kémiai anyagok jelenléte komoly korlátot jelenthet az előállított nanoméretű anyagok felhasználási lehetőségeiben és biológiai alkalmazásában. Ezek után nyilvánvaló, hogy az ezüst nanorészecskék esetében is szükség van a nanorészecskék olyan előállítási módjaira, amelyek innovatívak, kis költséggel járnak, környezetkímélők és kevesebb toxikus vegyszert használnak, valamint minimális mennyiségű veszélyes anyag keletkezésével járnak^137,175. Az utóbbi évtizedben számos, az ezüst nanorészecskék zöld szintéziséről szóló kutatás jelent meg, melyek a hagyományos kémiai eljárásoknál sokkal biztonságosabb, költséghatékonyabb és kisebb ökológiai lábnyommal rendelkező szintézismódszereket ismertettek¹⁷⁶. A vas nanorészecskékhez hasonlóan az ezüst nanorészecskéket is elő lehet állítani élő szervezetek vagy sejtalkotóik segítségével, azonban a növényeket alkalmazó zöld eljárások idő-, költség- és energiahatékonyabbak, továbbá a növények általában jobban

hozzáférhetőek, így ezen módszerek esetleges ipari méretben való kiterjesztése megoldható163,176,177

.

Shankar és munkatársai az elsők között számoltak be az ezüst nanorészecskék gyors, zöld úton történő előállításáról. Kísérleteik során nagymennyiségű ezüst nanorészecskét állítottak elő gólyaorr (Pelargonium graveolens) és indiai orgona (Azadirachta indica) leveléből készült növényi extraktum alkalmazásával, melyet ezüst-nitrát vizes oldatával kevertek össze^178,179. A szerzők az eljárás vitathatatlan előnyei közül a gyorsaságot emelték ki: a növényi kivonattal történő redukálás során sokkal gyorsabban alakultak ki a nanorészecskék, mint korábbi kísérleteik során, ahol mikroorganizmusokat használtak.

Egyéb növényi kivonatot is használtak már redukáló- és stabilizálószerként ezüst nanorészecskék előállítása során, például közönséges kámforfa (Cinnamomum camphora), citromfű (Melissa officinalis), közönséges paprika (Capsicum annuum), vöröskérgű fenyő (Pinus desiflora), páfrányfenyő (Ginko biloba), japán liliomfa (Magnolia kobus), keleti platán (Platanus orientalis) és bortermelő szőlő (Vitis vinifera) kivonatát alkalmazták már sikeresen^177,180. Ezek a növények nagy mennyiségben tartalmaznak olyan aktív összetevőket (pl. polifenolok, flavonoidok), amelyek alkalmasak a fémionok redukciójára^152,181. Baharara és munkatársai szerint az ezüst ionok redukálásáért a növényi kivonatokban lévő fenolos csoportok és a fehérjék a felelősek¹⁸². Ajita és csoportja kimutatta, hogy a növényi kivonatok aktív komponenseiben (flavonoidok, terpenoidok, fenolok, fehérjék) lévő hidroxil- és karbonilcsoportoknak tulajdonítható az ezüst ionok redukciója¹⁸³. Továbbá bemutatták, hogy a fehérjék és peptidek védőbevonatot képeznek a részecskék körül, ezáltal növelik a partikulumok stabilitását és megelőzik az aggregációjukat. Nadagouda és munkatársai kávé és tea extraktum segítségével elsőként állítottak elő ezüst nanorészecskéket¹⁸⁴. Munkájukban bemutatták, hogy a növényi kivonatok alkalmazása mellett nem volt szükség egyéb stabilizálószerre, a növényi kivonatok aktív összetevői szolgáltak mind redukáló-, mind stabilizálószerként a szintézis során. Ezt az egyszerű, egylépéses szintézismódszert kiterjesztették palládium, arany és platina nanorészecskék előállítására is. A részecskék kialakulási mechanizmusát a vas nanorészecskéknél bemutatott lépésekre bontották: 1) a fémionok a biomolekulákkal komplexet képeznek, 2) a fémionok elemi fémmé redukálódnak, 3) a 2. lépéssel párhuzamosan a biomolekula oxidálódik és stabilizálja a kialakult nanorészecskéket. Pörkölt kávé (Coffea arabica), zöld tea és fekete tea vizes-alkoholos oldatával is állítottak már elő ezüst nanorészecskéket181,185,186. A szerzők megállapították, hogy a kivonatokban lévő koffein és teofillin felelősek az előállított nanorészecskék

stabilizálásáért. Dhand és munkatársai szerint a kávé komponensei közül a klorogénsav a legfőbb fenolos komponens, ami szerepet játszik az ezüst ionok redukciójában¹⁸¹.

A kiindulási fém-só oldat és Aloe vera növényi kivonat koncentrációjának változtatásával előállított ezüst nanorészecskék alak- és méretszelektivitását érték el Chandran és munkatársai¹⁸⁷. Loo csoportja zöld tea kivonatával állított elő kerekded ezüst nanorészecskéket¹⁸⁶. Kísérleteik során megfigyelték, hogy a kivonatok koncentrációjának növelésével a nanorészecskék mérete csökkent, miközben a számuk nőtt¹⁸⁸.

A különböző zöld szintézisekkel előállított ezüst nanorészecskék eltérő biológiai rendszerekre gyakorolt hatását is többen vizsgálták. A különböző teafélékkel előállított ezüst nanorészecskéknél megfigyelt profilaktikus hatást Moulton és munkatársai a részecskék felületén jelenlévő antioxidáns csoportoknak tulajdonították¹⁸⁹. Fekete teával előállított nanorészecskék biológiai hatásainak vizsgálatakor kiderült, hogy a részecskék gátolják humán emlőrák (MCF-7) sejtek növekedését és a gátló hatás fordítottan arányos a részecskemérettel¹⁶⁹. Mikrobiológiai tesztek során megfigyelték, hogy a zöld teával előállított részecskék kevésbé bizonyultak toxikusnak E. coli ellen, mint a tisztán kémiai úton előállított, nem stabilizált részecskék¹⁹⁰. A megfigyelt kisebb mértékű toxicitást a nagyobb stabilitással magyarázták, mivel kevesebb ezüst ion tudott felszabadulni a nanorészecskék felszínéről, amit a növény aktív komponensei stabilizáltak. Hasonló eredményről számoltak be Ajita és munkatársai, vizsgálatukban a kisebb méretű nanorészecskék bizonyultak hatásosabbnak a tesztelt mikroorganizmusok ellen.

Egy 2016-ban megjelent összefoglaló tanulmányban kifejtették, hogy a különböző kivonatokkal előállított részecskék antimikrobiális hatása nemcsak a kialakult nanorészecskék méretétől és alakjától függ, hanem a szintézis során alkalmazott redukáló- és stabilizálószertől is¹⁶³.

Habár a nanorészecskék zöld úton történő előállítása kiemelt figyelmet kapott az utóbbi évtizedben, csak kevés tanulmányban vizsgálták, illetve hasonlították össze az előállított nanorészecskék komplex (antibakteriális, antifungális, antivirális és citotoxikus) biológiai aktivitását, különös tekintettel a szintézis során alkalmazott különböző növényi kivonatok hatásának függvényében. Azonban a zöld úton előállított ezüst nanorészecskék mindennapi életben történő biztonságos használatához nagyon fontos felmérnünk, hogy a szintézis során használt, esetünkben növényi eredetű anyagok milyen hatással vannak a kialakult részecskék későbbi felhasználásakor, elsősorban az élő rendszerekre nézve. Az alkalmazás előtt ezért a nanorészecskék átfogó vizsgálata szükséges, hogy fel tudjuk mérni az élő rendszerekben tanúsított viselkedésüket és hatásukat.