纳米技术制造的肥皂厂是(银纳米粒子有何性质、合成方法、表征技术、应用领域和发展趋势)

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文|蓝桉

编辑|蓝桉

为了保护环境和应对工业化带来的危害，研究人员正专注于开发天然产物纳米粒子，其中银纳米粒子AgNPs展现出了极强的抗菌能力，引起了研究人员的一波关注。

随着纳米技术的发展，人们发现金属纳米粒子具有高比表面积、特殊的物理化学性质，有着多种应用前景。特别是在制药领域，银纳米粒子AgNPs就被广泛应用于靶向药物传递和诊断系统。

制备银纳米粒子AgNPs的方法包括化学合成、物理合成和生物合成技术。其中，绿色合成方法备受关注，因为它们无毒、环境友好且成本低廉。同时，控制AgNPs的尺寸和形状也是研究的重点。

然而，一些致病菌对AgNPs产生耐药性，促使我们需要持续研究新的合成方法。目前，利用天然草药和微生物合成AgNPs成为一种重要途径。这些天然草药和微生物易于获取，并且具有无毒和环境友好的特性。但AgNPs与细菌发生作用时，会引起细胞损伤和死亡。

因此，研究人员正在不断寻求新的绿色合成方法来克服耐药性问题，并且对于控制AgNPs的形状、尺寸和表面性质也进行了深入研究。接下来，就让我们一起探究银纳米粒子这种特殊的材料吧！

银纳米粒子

银纳米颗粒AgNPs是非常小的银粒子，大小通常在1到100纳米之间。它们具有特殊的电学、光学和磁学等性质，并且可以广泛应用于各个领域。

绿色化学是一种值得一提的方法，主要就是利用银纳米和天然生物分子，如多糖、托伦来制备AgNPs，以克服传统方法的缺点。这种方法生产出的AgNPs是环保、无毒且具有高效作用的。

而银离子是银的一种活性形式，当与还原剂接触时会发生电离并转化为这种形式。银离子与细菌的细胞壁结合，就会导致细菌的形态发生重大改变。

AgNPs会破坏细菌的RNA和DNA复制，进而直接让细菌死亡。由于银具有非常低浓度下的杀菌能力，被广泛应用到了医疗产品中。

需要绿色合成的银纳米

银是一种无毒的元素，它具有独特的热和电性质，随着银在纺织、塑料、医疗和其他行业中的新应用，特别是在外科手术、牙科、滤水器和消毒剂等领域，对银的需求可能会大幅度增加。

所以为了克服化学方法的缺点，绿色合成是一种新兴的方法，研究人员一般会利用无毒的天然草药来制备银纳米。例如，茶叶、葡萄籽和芦荟等植物提取物常被用于合成AgNPs。绿色合成的银纳米拥有多种优点，如无毒性、可控性、多功能性等等。

银纳米粒子的形状和特性还可以通过辐照、还原、电化学和化学合成等多种技术进行设计和控制。相较于传统的金属材料，银纳米粒子具有可定制的形状，并表现出特殊的性质，如对pH值和溶解离子的渗透性等。

银纳米粒子的较大比表面积使得每单位质量的纳米颗粒能够与周围环境更充分地接触，从而改善了与环境的相互作用时间。这个特点使得银纳米粒子在医疗保健、食品包装、纺织品、化妆品等各个行业中的市场需求迅速增加。

在医疗保健领域，银纳米粒子就被广泛应用于抗菌剂、伤口敷料、药物传递系统等方面。其抗菌特性能够有效地抑制微生物的生长，有助于预防感染和促进伤口愈合。

说到这里，那就不得不提到银纳米的作用机制了！

银纳米的作用机制

当银纳米颗粒AgNP进入细胞时，它们会释放银离子Ag+。这些离子会与细胞壁中含有硫和磷的化合物相互作用，导致细胞壁变得无序并形成小凹坑。

这些凹坑可以让离子和其他物质进入细胞，随而增加了细胞内的渗透压。随着内部压力的增加，细胞也开始膨胀，最终会导致细胞壁破裂和细胞溶解。

当细胞壁形成凹坑时，银纳米颗粒释放的银离子进入细胞，并进入线粒体，与硫醇基团相互作用并与NADPH脱氢酶结合，释放出活性氧化物ROS。这些在线粒体中产生的ROS与呼吸酶相互作用，破坏了细胞的ATP生成和呼吸过程。

其中形成的ROS还会与细胞成分中含有蛋白质、硫和磷的物质相互作用。此外，这些ROS还与DNA和RNA中的磷元素结合，抑制了细胞的复制和蛋白质合成。

当它们与DNA结合并积聚破坏蛋白质合成时，细胞就会死亡。另外，银纳米颗粒还可以通过诱导细胞自噬来起到作用。在低水平下，它们增加细胞的寿命和存活率，但当自噬水平升高时，就会导致细胞死亡。

银纳米粒子的抗菌活性对革兰氏阴性细菌比革兰氏阳性细菌更为有效。这是因为革兰氏阳性细菌具有较多的肽聚糖层和teichic酸存在于细胞壁中，而革兰氏阴性细菌则相对较少或没有肽聚糖层，并且含有更多的脂多糖。

但需要注意的是，银纳米粒子的抗菌机制是复杂的，它会受到细菌的特异性和银纳米粒子的物理化学性质的影响。因此，在实际应用中，需要综合考虑细菌类型、银纳米粒子的特性以及目标应用的具体需求，才能确定最合适的使用条件和浓度。

影响AgNP杀菌潜力的因素

银纳米颗粒AgNP的大小和形状以及其反应性是影响其杀菌能力的主要因素。当AgNP的尺寸变小时，其表面积就会相对地增大，与体积之间的比例也会迅速增加。

银纳米颗粒与细菌之间的相互作用能够通过多种方式发挥其杀菌作用，这包括抑制细菌细胞壁合成和干扰细菌内部的硫醇酶基团反应，阻止生物膜的形成，插入DNA碱基之间，附着于细菌细胞膜表面，干扰细菌的信号传导以及与细菌的蛋白质结合等。这些作用能够协同发挥，使银纳米颗粒表现出多种杀菌机制。

AgNP的表征

为了研究银纳米颗粒AgNP的性质，我们可以使用不同的实验方法进行分析。例如使用紫外-可见分光光度计来观察样品的视觉和量热外观，在合成AgNP之前，硝酸银是无色的，而草药提取物可能有一定的颜色。

当硝酸银与草药提取物反应形成AgNP后，溶液就会呈现黄棕色，并且在紫外可见范围（约400-475nm）内会出现特定的吸收峰，这是表面等离子产生共振现象的证明。

我们还可以通过使用红外光谱仪，确定AgNP和草药提取物中存在的主要官能团，这种分析可以帮助我们了解化合物的结构和特征。

而X射线衍射技术则用于确定物质的晶相和晶胞尺寸，无论是晶体结构还是非晶态结构。只要通过X射线衍射实验，我们就可以确定AgNP的晶体结构和晶胞尺寸。

通过简单的了解AgNP之后，接下来就让我们来看看在生活中它有何应用吧！

银纳米的应用

银纳米粒子已经获得了多个认可机构的批准，其中，含有磺胺嘧啶银的银纳米粒子已被应用到了药物中，用于烧伤的治疗，以预防感染。此外，银纳米粒子还广泛应用于各种消费品中，如常见的就有痤疮霜和除臭喷雾剂。

银纳米粒子的抗菌性能受到多个因素的影响，包括粒子的尺寸、环境条件（如尺寸、pH值、浓度）以及表面上的封装物质。近期的研究还报道了银纳米粒子与氨苄青霉素（一种常用的抗生素）联合使用时，其抗菌活性协同效应的改善。

因此，银纳米粒子在纳米技术领域有着广泛的应用前景，并已经被证明在抗菌和防止感染方面具有潜力。这些认可机构的批准为银纳米粒子的使用提供了一定的安全性和有效性保证。

已经证明银纳米粒子在非细胞毒性浓度下对HIV-1具有抗病毒活性，但其抗HIV活性的具体机制尚未完全明确。研究发现，通过鼻内给小鼠银纳米颗粒治疗可以提高小鼠的存活率，降低肺部病毒滴度水平，减轻肺部病理损伤，并显著提高感染H3N2流感病毒后的存活率，这表明银纳米粒子在小鼠的存活中扮演着重要角色。

根据其尺寸和表面电荷，生物制备的银纳米粒子还可以抑制HSV-1和HSV-2以及人类副流感病毒类型3的活性。使用非细胞毒性浓度的银纳米粒子处理vero细胞可以显著抑制小反刍动物糊状病毒（PPRV）的复制。这种抑制病毒复制的机制是由于银纳米粒子与病毒核的相互作用。

一种叫做单宁酸的物质能够合成不同尺寸的银纳米粒子，并且能够通过与病毒直接相互作用来降低HSV-2的感染性，阻止病毒的附着、渗透和进一步传播。

银纳米粒子已经显示出了对多种病毒具有抗病毒活性的潜力，这可能是通过与病毒的相互作用来实现的。然而，具体的机制还需要进一步的研究来完全理解。

研究发现，银纳米粒子在胃肠道中还具有治疗应用的潜力。胃细胞对银纳米粒子敏感，可以利用银纳米粒子对放射线进行治疗，并且这些粒子可以绕过胃，在小肠中释放药物。

除了与健康相关的应用，银纳米粒子也可以作为优秀的催化剂。它们被用于减少卤化有机污染物，并增强有机染料的漂白能力。管状银纳米粒子具有非常强的催化活性，因此可以用作催化剂。

在水处理中，通过生物合成方法制备的银纳米粒子可用于微生物的抑制和灭活，例如大肠杆菌和粪肠球菌等。这些银纳米粒子可以在硝酸纤维素膜过滤器上生物合成，用于最有前途的水处理方法。

未来的前景

银纳米粒子AgNPs在医疗保健系统和治疗传染病方面有很多潜在应用。它们被视为治疗许多耐药细菌感染的药物，并且以其抗炎特性而受到赞誉。

此外，AgNPs在电化学、生物化学、纳米棱镜合成、服装、洗涤剂和肥皂工业等生物和研究领域也有广泛的应用。它们常被用于设计净水系统和手术器械。

目前，Ag-NPs在人工植入物中的使用也开创了新的时代，它减少了对抗生素的需求。研究表明，Ag-NPs在开发新的药物剂型方面具有潜力，并且可以用于治疗膀胱炎等炎症，在医疗保健系统中有广泛应用。

AgNPs令人印象深刻的生物活性是其在未来研究中关键的研究领域。为了控制银的释放并提高在医疗和机械设备中使用的AgNP的稳定性，广泛研究银的释放和使用方法。

银纳米粒子具有广泛的医疗保健应用，包括治疗耐药细菌感染、抗炎作用、生物传感器和医疗器械等领域。它们被认为是未来药物研究和医疗技术发展的重要组成部分。

这些研究致力于探索银纳米粒子的特殊性质，并开发它们在各个领域的实际应用。希望未来能通过采用绿色化学方法来制备更多的纳米粒子，以减少对环境的不良影响！