银纳米粒子：绿色合成及其抗菌活性外文翻译资料

 2022-07-08 03:07

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银纳米粒子：绿色合成及其抗菌活性

Virender K. Sharma Ria A. Yngard Yekaterina Lin

（佛罗里达理工学院化学系，美国 佛罗里达州32901，150西大学大道）

摘 要

本综述介绍了绿色合成方法制备银纳米颗粒(Ag NPs)的概况，该方法比涉及与环境毒性相关化学试剂的传统方法更有优势。绿色合成方法包括混合价态多金属氧酸盐法、多糖法、托伦试剂法、辐射法和生物学方法。混合价多金属氧酸盐方法在水中进行，所述水是环境友好的溶剂。在水中含有葡萄糖和淀粉的AgNO3溶液得到淀粉保护的AgNPs，可以整合到医疗应用中。托伦试剂工艺涉及Ag（NH3）2 的还原通过形成粒径为50-200nm的Ag NP膜的糖类，具有20-50nm量级的粒子的Ag水溶胶以及不同形状的Ag胶体粒子。通过HTAB（正十六烷基三甲基溴化铵）还原Ag（NH3）2 得到具有不同形态的Ag NPs：立方体形，三角形，线形和整齐的线形。通过Ag 离子的辐照射合成的Ag NPs不涉及还原剂并且是有吸引力的工序。植物提取物中的生态友好型生物有机体含有蛋白质，可作为还原剂和封端剂形成稳定和形状可控的银纳米粒子。聚合物-Ag和TiO2 -Ag纳米颗粒的合成工序也被给出。表面活性剂或聚合物修饰的Ag纳米粒子和Ag纳米粒子对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均表现出较高的抗菌活性。根据Ag NP与细菌细胞膜的相互作用来讨论Ag NP杀菌活性的机制。已显示含银过滤器在水和空气净化中具有抗菌性能。最后，简要讨论银纳米粒子对水生环境生态的人类和环境影响。

关键词

银胶体纳米粒子；环保合成；辐照；银-二氧化钛纳米粒子；抗菌

目 录

1、前言hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;84

2、银纳米粒子hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;84

3、绿色合成hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;84

3.1 、多糖法hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;84

3.2、托伦试剂法hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;85

3.3、辐照法hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;86

3.4、生物学方法hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;87

3.5、多金属氧酸盐法hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;87

4、Ag NPs及其在其他材料中的纳入hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;87

4.1、银掺杂羟基磷灰石hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;88

4.2、聚合物-银纳米粒子hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;88

4.2.1、聚(乙烯醇)-银纳米粒子hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;88

4.3、银纳米粒子对TiO2的影响hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;89

5、抗菌活性hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;89

5.1 、机制研究hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;89

5.2、抗击感染的斗争:Ag NPs及其在医学领域的融入hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;92

5.2.1、Ag NPs和HIVhellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;93

5.3、抗菌水过滤器hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;93

5.4、抗菌空气过滤器hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;93

6、影响hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;93

6.1、人类健康hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;93

6.2、生态环境hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;94

7、结束语hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;94

致谢hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;94

参考文献hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;hellip;94

1、前言

纳米材料和结构的应用，通常从1到100纳米（nm），是纳米科学和纳米技术的一个新兴领域。纳米材料可为太阳能转化、催化、医药和水处理等领域的技术和环境挑战提供解决方案[1,2]。这种不断增长的需求必须伴随着“绿色”合成方法。在全球减少产生的有害废物的努力中，“绿色”化学和化学过程正逐步与科学和工业的现代发展相结合。这些可持续发展过程的实施应采用绿色化学的12个基本原则[3-7]。这些原则旨在指导最大限度地减少不安全产品的使用并最大限度地提高化学过程的效率。因此，任何合成路线或化学过程都应该使用环境友好型溶剂和无毒化学品来解决这些原则[3]。

纳米材料与宏观尺寸的材料相比，往往表现出独特的物理、化学和生物学特性[8]。用于催化、电子学、光学、环境和生物技术等应用的贵金属纳米粒子的合成是一个长期受到关注的领域[9-15]。金、银和铜主要用于合成稳定的纳米粒子分散体，这些分散体可用于摄影、催化、生物标记、光子学、光电子学和表面增强拉曼散射（SERS）检测等领域[16,17 ]。另外，金属纳米颗粒在紫外-可见区域中具有表面等离子体共振吸收。由于其粒径小[18,19]，表面等离子体激元谱带由导带中自由电子的相干存在引起。谱带位移取决于粒子大小、化学环境、表面吸附物质和介电常数[20]。这些合成金属颗粒的独特特征是吸光度或波长的变化提供了颗粒大小、形状和颗粒间性质的测量方法[20,21]。此外，功能化的、生物相容的和惰性的纳米材料在癌症诊断和治疗中具有潜在的应用[22-26]。使用纳米材料已经完成了抗癌药物的靶向递送[22]。随着荧光和磁性纳米晶体的使用，肿瘤生物制剂的检测和监测已被验证[24,25]。

通常，金属纳米粒子可以通过物理和化学方法制备和稳定;化学还原、电化学技术和光化学还原等化学方法被广泛使用[27,28]。研究表明，金属纳米粒子的尺寸、形态、稳定性和性质（化学和物理）受到实验条件、金属离子与还原剂相互作用的动力学以及金属纳米粒子对稳定剂的吸附过程的强烈影响[ 21,22]。因此，控制尺寸、形态、稳定性和性能的合成方法的设计已成为一个重要的研究领域[29]。

2、银纳米粒子

银被广泛认为是甲醇氧化成甲醛和乙烯氧化成环氧乙烷的催化剂[30]。在美国，2000年消费的银超过4times;106吨。由于具有独特的性质，如良好的导电性、化学稳定性、催化活性和抗菌活性[31]，胶体银特别引人关注。例如，银胶体是表面增强光谱学（SERS）的有用基质，因为它部分需要导电表面[19,32,33]。此外，将银离子暴露于光下会将它们还原成3-5个银原子簇，这会催化增加约108个原子使其在潜在图像中变得可见[34]。

化学还原法是制备银纳米粒子（Ag NPs）作为稳定的胶体分散体在水或有机溶剂中最常用的方法[35,36]。常用的还原剂是硼氢化物、柠檬酸盐、抗坏血酸盐和元素氢[37-45]。银离子（Ag ）在水溶液中的还原通常产生粒径几纳米的胶体银[36]。最初，用Ag 离子还原各种配合物会导致形成银原子（Ag0），然后团聚成为低聚簇[46]。这些团簇最终导致形成胶体Ag颗粒[46]。当胶体颗粒比可见光波长小得多时，溶液呈黄色，在380-400nm范围内有强烈的光谱带，在吸收光谱中有较长波长的其他光谱不太强烈或只有较小的光谱带[19,32,33]。这个频带归因于粒子中电子气体的集体激发，表面电子密度的周期性变化（表面等离子体吸收）[47-49]。

以前的研究表明，使用强还原剂如硼氢化物，会产生有点单分散的小颗粒，但较大颗粒的产生难以控制[50,51]。使用较弱的还原剂（如柠檬酸盐）导致减慢速度较慢，但​​尺寸分布并不狭窄[37,38,52]。银纳米粒子的控制合成基于两步还原法[51]。在这种技术中，使用强还原剂来生产小的Ag颗粒，通过用更弱的还原剂进一步还原，在第二步中扩大了这些颗粒[37]。不同的研究报道了第二步中从约20-45nm到120-170nm的颗粒增大[53-55]。此外，最初的溶胶不可重现，需要专用设备[39]。因此通常通过化学还原方法合成纳米颗粒通常在稳定剂存在下进行，以防止胶体不需要的附聚。

绿色合成银纳米粒子涉及三个主要步骤，必须根据绿色化学的观点进行评估，包括（1）选择溶剂介质，（2）选择环境友好的还原剂，以及（3）选择无毒物质银纳米粒子的稳定性[7]。基于这种方法，我们已经审查了绿色化学类型的银纳米合成过程。聚合物-Ag NPs和Ag NPS在TiO2上的合成也归因于它们的工业和环境重要性。最后，介绍了一些Ag纳米粒子的抗菌活性，并给出了一些机理实例，简要讨论银纳米粒子对人类健康和环境的影响。

3、绿色合成

3.1、多糖法

在这种方法中，使用水作为环境良性溶剂和多糖作为封端剂制备Ag NPs，或者在一些情况下，多糖同时用作还原剂和封端剂。例如，在温和加热的系统中，用淀粉作为封端剂和beta;-D-葡萄糖作为还原剂合成淀粉-Ag NPs[7]。溶液混合物中的淀粉避免使用相对有毒的有机溶剂[56]。另外，淀粉和Ag NP之间的结合相互作用很弱，并且在较高温度下可以逆转，从而允许分离合成的颗粒。

在具有双重多糖功能的情况下，Ag纳米颗粒通过纳米淀粉模板内部的Ag 还原合成，图1。模板中广泛的氢键网络提供了表面钝化或防止纳米​​粒子聚集[7,57]。此外，通过使用负电荷的肝素作为还原/稳定剂，通过将AgNO3和肝素的溶液加热至70℃达约8小时来合成Ag NPs[58]。这些Ag纳米粒子的透射电镜图像显示随着AgNO3和肝素浓度的增加，粒径也增加[58]。此外，肝素浓度的变化改变了Ag NP的大小和形态，表明肝素必须表现为成核控制剂和稳定剂[58]。Ag纳米颗粒非常稳定，两个月后没有聚集迹象[58]。

图1、淀粉银纳米颗粒的典型TEM图像。比例尺对应于20nm（经美国化学学会许可从[7]复制）。

在另一项研究中，通过在15psi和121℃下对AgNO3和淀粉（封端剂/还原剂）的溶液进行高压灭菌5分钟来合成稳定的Ag NPs（10-34nm）[59]。在约25℃下，Ag NP在溶液中稳定三个

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