Tudományos eredmények

 Az orvosi kutatások fényt derítettek az ezüst és a szervezetünket védő immunrendszer közötti szoros kapcsolatra. Dr. Gary Smith szerint a kolloid ezüst nélkülözhetetlen a szervezet védekezési rendszerében, az immunrendszer munkájának hanyatlása összefüggésbe hozható a test ezüsthiányával.

 Dr. Robert O. Becker vizsgálatai szerint az ezüst igen hatásos csontregeneráló is, törésnél 50%-al lerövidíti a gyógyulás idejét. Ezenkivül elősegíti a bőr és más finomszövetek újraképződését, ráadásul sterilen is tartja azokat. Ezen előnyös hatások miatt már 1930-ban vékony, baktériumölő ezüstfóliákat javasoltak sebkötöző anyagként, és használtak sikerrel. Napjainkban az USA sebészeti és égéskezelő klinikáinak 70%-ában alkalmaznak ezüstöt.

Nanotechnológia - az átalakulások tudománya

 

NANOSZERKEZETŰ ANYAGOK ÉS A KOLLOID ÁLLAPOT

Dékány Imre, az MTA levelező tagja, Szegedi Tudományegyetem Kolloidkémiai Tanszék MTA Nanoszerkezetű Anyagok Kutatócsoportja, i.dekany@chem.u-szeged.hu

Bevezetés

A kolloidok a finoman eloszlatott anyag egységei, amelyek dimenziói a nanométertől a mikrométer tartományig terjednek, és nagy felület/térfogat aránnyal rendelkeznek. Az elmúlt években megerősödtek azok a tendenciák, amelyek olyan struktúrák előállítását szorgalmazták, amelyeknek keletkezését és növekedését ellenőrizni tudjuk. Ehhez nyújt segítséget a fizika, amely a makroszkopikus szerkezetektől a miniatűr egységekig, minden dimenzió előállítását lehetővé teszi. A 90-es években azonban a nanotudományok kerültek előtérbe, amelyek olyan speciális tudományterületet jelentenek, amelyek a technológiai fejlődés új szakaszát követelik meg. Ez a fejlődés még tíz évvel ezelőtt sem volt előrelátható. A kolloidok és a határfelületek tudománya elsőrendűen multidiszciplináris terület, mivel a kémia különböző területein való megjelenésük mellett a fizika és a biológia szakterületét is érintik. Ilyenek a biomimetikus folyamatok, az önrendeződő szervezetek, a szenzorokkal működő új méréstechnikák, amelyek felhasználása eddig ismeretlen volt, a mesterséges sejtek, a DNS-chipek konstruálása, stb. Ezeket gyakorlatilag a gyógyszerészetben, az orvostudományban, az információs technológiában, a katalízisben, a modern kozmetikában, a korszerű lakk és festék és textiliparban, az új építőanyag és szerkezeti anyag kompozitok gyártásában és környezetbarát technológiákban hasznosítják.

A nanoszerkezetű anyagokat a Wolfgang Ostwald-féle diszperz rendszer elmélet szerint a kolloid mérettartomány alsó határán találhatjuk. Az európai kolloidkémia egyik alapítója, Wolfgang Ostwald az 1914-ben megjelent Az elhanyagolt dimenziók világa című könyvében hangsúlyozta, hogy a molekuláris méretek és a mikroszkopikusan észlelhető rendszerek között léteznek olyan részecskehalmazok, amelyek a fény hullámhosszával nagyságrendben azonos méretűek. A Richard Zsigmondy által felfedezett ultramikroszkóppal már be is bizonyították (például a kolloid arany- és ezüstszolok - nanorészecskék - vizsgálatakor) a szubmikroszkópos diszkontinuitások, vagyis a kolloid részecskék létezését. Az Ostwald-féle definíció szerint a kolloid mérettartomány 1-500 nm között definiálható, de senki sem gondolhatott a húszas években arra, hogy ezen mérettartomány alsó határán az anyag eddig nem ismert, új tulajdonságokat mutathat. Mégis mintegy hat évtized telt el ismét, amikor a korszerű fizikai (ultranagy vákuum-technikai) vizsgálati módszerek lehetővé tették a néhány nanométer átmérőjű részecskék tanulmányozását, amelyekről kiderült, hogy új fizikai (például félvezető, optikai, mágneses, stb.) és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek (Yamanaka, 1987; Vinodgopal, 1995). A következőkben vizsgálatainkat elsősorban az 1-50 nm mérettartományban található nanorészecskékre terjesztjük ki, mivel ezen mérettartományban jelentős kölcsönhatások működnek a határfelületeken, és ezen határrétegek tulajdonságait ismerve juthatunk el a nanoszerkezetű anyagok előállításához és stabilizálásához (Kotov, 1996; Kotov, 1997). A diszperziós kolloidok előállításánál, a kinetikai állandóság vizsgálatánál nagyon lényeges a stabilizáló határrétegek szerkezete és kiterjedése. Az előállítási lehetőségeket tekintve technikailag az egyik legegyszerűbb rendszer a szilárdfolyadék, illetve a folyadék-folyadék határfelületet tartalmazó kolloid diszperzió. Mivel az adszorpciós réteg kiterjedése néhány nanométer, felvetődik a kérdés, hogy létrehozhatunk-e nanoszerkezetű anyagokat ezen erőtérben, kihasználva azt, hogy az adszorpció révén a legkülönbözőbb anyagok (ionok, molekulák, makromolekulák, tenzidek, stb.) feldúsulnak a felületen. Mint a következőkben látni fogjuk, a határfelületeken kiváló lehetőség nyílik az adszorpció miatt az ún. önrendeződő (vagy önszerveződő) struktúrák (ún. kvázi kétdimenziós szerkezetek) szabályozott létrehozására. Természetesen a vizsgált részecskék felületén lévő adszorpciós rétegben is lehetőség van a nanorészecskék előállítására, így a klasszikus értelemben vett diszperz rendszerekben (szolokban és szuszpenziókban) a szilárdfolyadék határfelületi rétegekben is mint "nanoreaktorokban" előállíthatók néhány nanométer átmérőjű részecskék.

Nanorészecskék előállíthatók folyadék-folyadék határfelületeken is. Ez a mérettartomány a kolloid rendszerek esetében az ún. mikroemulziók 100-200 nm-es tartománya. A mikroemulziók termodinamikailag stabilis rendszerek, amelyekben az egymással nem elegyedő két folyadékfázis tenzidek segítségével egymásban cseppek formájában diszpergálódott. A mikroemulzió cseppek tehát mint nanoreaktorok adnak teret a megfelelő átmérőjű részecskék szintézisének. A cseppek átmérője a tenzidvíz aránnyal szinte tetszőlegesen szabályozható. Ezért az előállítani kívánt nanorészecskék mérete a mikroemulzió összetételnek megfelelően változtatható (B. Nagy, 1983).

Nanorészecskék szintézise micellákban, mikroemulziókban és folyadékkristályokban

Micellák és mikroemulziók belső terében is előállíthatók a szabályozott és kívánt méretű kolloid részecskék (B. Nagy, 1983). Ebből a célból először egy szerves közegű (például toluol) mikroemulzió belső vizes cseppjeiben feloldjuk a nanorészecske képződéséhez szükséges egyik komponenst, majd ugyanazon összetételű mikroemulzió másik részében a másik reakciópartnert. A két mikroemulzió keverése után megkapjuk a cseppekben létrejövő terméket, a nanorészecskéket, amelyeket a cseppet stabilizáló tenzid molekulák szintén megvédenek az öszszetapadástól, vagyis szubmikroszkópos részecskéket kapunk.  

A cseppek, illetve a részecskék mérete a tenzid/víz arány változtatásával szisztematikusan szabályozható.

Tenzidek vizes oldatában a töménység növelésével folyadékkristályos szerkezetű szmektikus rétegek keletkeznek, melyek lamellái között például ezüst nanorészecskék stabilizálhatók, illetve állíthatók elő. A 3. A ábrán az ezüst nanorészecskéket Na-oleáttal hidrofobizáljuk, majd a hidrofobizált ezüst beépül a folyadékkristály lamellák közé. A 3. B ábrán a folyadékkristályos rendszerben ezüstnitrát formájába visszük be a prekurzor ionokat, majd a szobahőmérsékleten történő redukcióval a tenzid lamellák stabilizálják a fém nanorészecskéket.

Ultravékony nanofilmek és önszerveződő kolloid rendszerek

Az adszorpciós jelenségek tanulmányozása és a határfelületi rétegek szerkezetének, valamint a részecskék közötti kölcsönhatások megismerése lehetőséget ad arra, hogy különböző lamellás szerkezetű anyagokból (például agyagásványokból vagy grafitoxidból) - melyek vastagsága kb. 1 nm - ultravékony filmeket állítsunk elő. A lamellák az adszorpciós erők hatása miatt önrendeződésre képesek, és a rétegszámtól függően 5-100 nm vastagságú rétegek állíthatók elő sík felületen (Kotov, 1996). A 4. ábrán negatív töltésű üvegfelületre adszorbeáltatunk pozitív felületi töltéssel rendelkező fémhidroxid nanorészecskéket, majd szárítás után ezeket negatív felületi töltéssel rendelkező rétegszilikát (hektorit) szuszpenzióba merítjük. Ezáltal a felületen mintegy 5 nm vastagságú kettősréteg képződik. A film stabilitását a különböző rétegekben lévő ellentétes töltések biztosítják.

A folyamat ciklikus ismétlésével 30-50 réteg vihető fel az üveg felületre, amelynek réteges orientációja röntgendiffrakciós kísérlettel igazolható. Kalcinálás után cinkoxid nanorészecskék keletkeznek a stabilizáló szilikátlamellák között, amelyek mint kiváló fotokatalizátorok alkalmazhatók. Az óndioxidról közismert, hogy kiváló félvezető és szenzor alapanyag. Így például szolgél eljárással savas közegben pozitív felületi töltésű ónhidroxid nanorészecskéket állíthatunk elő, majd a rétegszilikátokkal való stabilizálás utáni kalcinálással ón-dioxid/rétegszilikát nanofilmek készíthetők.

Nanofilmek preparálásához nemcsak kolloid részecskéket, hanem makromolekulás kolloidokat is használhatunk. Előnyösen alkalmazhatók a töltéssel rendelkező polimerek vagy polielektrolitok. Így például kationos polimerekkel grafit-oxidból polimer/grafit-oxid ultravékony nanofilmeket készíthetünk, amelyeket szobahőmérsékleten hidrazinos oldatban részlegesen vagy teljesen grafittá redukálhatunk. Ez a nanotechnológiai eljárás lehetővé teszi, hogy 20-50 nm vastagságú, rendezett grafit filmeket állítsunk elő, amelyek vezetőképessége a redukció mértékével szabályozható. Ezen grafit nano-film felületi szerkezetére vonatkozó AFM képet az 5. ábrán mutatjuk be. 

A réteges szerkezetű szilikát ásványok kiválóan alkalmasak arra, hogy felületükön és interlamelláris terükben néhány nanométer átmérőjű részecskéket állítsunk elő kolloid szuszpenziókban. Az eljárásokban fontos szerepet töltenek be a stabilizálószerek, amelyek a kialakult nanorészecskéket megóvják az aggregációs folyamatoktól, így igen kicsi (néhány nanométer mérettartományba eső) részecskék előállítása is elérhetővé válik. A természetes agyagásványok (montmorillonit, hektorit, szaponit, stb.) azért alkalmasak erre a célra, mert jól duzzadnak vizes közegben, és így nagy belső felülettel rendelkeznek. A szilikátlemezek negatív töltésűek, és így felületükön töltéskompenzáló kationok (például Na⁺, Ca²⁺, stb.) találhatók, amelyek például nemesfém kationokra cserélhetők (Dékány, 1999; Papp, 2001a; Papp, 2001b; Dékány, 1996).

A különböző félvezető és átmeneti fém nanorészecskék előállítására számos olyan módszer ismert, amelyek a részecskék stabilizálásához és a méret szabályzásához asszociációs kolloidokat (micellákat, mikroemulziókat, Langmuir-Blodgett filmeket vagy egyéb önrendeződő rendszereket) használnak fel (Kotov, 1997; Dékány, 1999; Papp, 2001a). Az ismert szintézismódszerek között mind organikus, mind vizes közegben lejátszódó reakciók találhatók. Az eljárásokban fontos szerepet töltenek be a stabilizálószerek, amelyek a kialakult nanorészecskéket megóvják az aggregációs folyamatoktól, így igen kicsi (néhány nanométer méretű) részecskék előállítása is elérhetővé válik. A legtöbb esetben polimereket, alkilammónium sókat, tenzideket hasznáknak stabilizálószerként, amelyek segítségével kis részecskeméretű szolokat szintetizálnak.

Korábbi munkáinkban mi a szilárd/folyadék határfelületű adszorpciós réteget, mint "nanofázisú reaktort" alkalmaztuk nanokristályos félvezetők (CdS, ZnS, TiO₂) előállítására illetve az agyagásvánnyal való stabilizálására (Papp, 2001b; Dékány, 1996; Szűcs, 2001). Az eljárás lényege az, hogy a folyadékban diszpergált szilárd részecskék felületén lévő rétegben adszorbeáltatjuk a nanokristályos anyag prekurzor ionjait, és a szintézist a megfelelő redukálószer (alkoholok, hidrazin, stb.) bevitelével a felületi rétegben hajtjuk végre. A prekurzorok oldékonyságát úgy állítjuk be a diszperziós közeg megválasztásával, hogy ebben a prekurzor ionok gyakorlatilag ne oldódjanak. Ha az oldékonyság nem jelentős a folyadékfázisban, akkor a prekurzor ionok preferáltan adszorbeálódnak a szilárd felületen, és a tömbfázisban koncentárciójuk közel zérus lesz. Ezt az eljárást kontrollált kolloid szintézisnek is tekinthetjük, amely lényegesen különbözik a fémkatalizátorok előállításához ismert impregnálásos technikától. A nanofázisú reaktor alkalmazásának lényege éppen az, hogy a diszperziós közegben mint tömbfázisban nem képződik részecske. Különösen jó lehetőséget biztosítanak a fenti eljárásokhoz a réteges szerkezetű sziliátlamellák, mivel a prekurzorok adszorpciója és az azt követő nanorészecskeképződés és -növekedés a lamellák közötti interlamelláris térben sztérikus okok miatt is korlátozott. Ha például negatív töltésű rétegszilikát lamellák között ónhidroxid nanokolloid szol részecskéket adszorbeáltatunk, ún. heterokoaguláció történik. Vagyis a kolloid diszperz rendszerben önként végbemegy az az önrendeződő folyamat, amelyet az előzőekben a nanofilmek előállításánál bemutattunk. A heterokoaguláció során keletkezett ónhidroxid/rétegszilikát kompozit kalcinálásával óndioxid rétegszilikát nanokompozit fotokatalizátort vagy szenzor alapanyagot állíthatunk elő. 

A kaolinit részecskék mint kiváló kerámiai alapanyagok hasznosíthatóságát mutatjuk be nanoszerkezetű fém-kerámia kompozitok előállítása céljából. Így például ha a kaolinit lamelláit dimetil-szulfoxiddal történő interkalációs reakcióban elemi lamellákra hasítjuk, akkor az interlamelláris térbe fémionok vihetők be. Az ábrán bemutatott ezüst-ionok mind fény hatására, mind szobahőmérsékleten redukálószerek hatására ezüst nanoklaszterekké alakulnak, amelyek beépülnek a lamellák közé. Megállapítható, hogy a lamellák között nagy gyakorisággal (14-16 nm) átmérőjű ezüst nanorészecskék foglalnak helyet.

A Pd-nanorészecskék is előállíthatók rétegszilikátokon, ha a prekurzorokat ioncsere adszorpcióval megkötöttük a felületen. Az adszorpciós izoterma ismeretében számítottuk ki a szükséges prekurzor anyagmennyiégét. A redukálószerként használt etanol mennyiségét az etanol(1)-víz(2) elegyad-szorpciós többletizotermája és a nanofázisú reaktor megfelelő összetételének ismeretében számítottuk ki (Dékány, 1996; Szűcs, 2001). Vizes közegben makromolekulás stabilizálással is előállítottunk Pd nanorészecskéket. A szintézishez nemionos polimereket is használtunk. A 9. ábrán sematikus áttekintést mutatunk be a fém nanorészecskék kolloid módszerekkel történő stabilizálási lehetőségeire. Így a prekurzorokból homogén nukleációval előállíthatunk néhány nanométeres átmérőjű polimerrel stabilizált fém nanorészecskéket. Heterogén nukleációval valamilyen réteges szerkezetű adszorbens felületén, illetve interlamelláris terében szintén előállíthatunk nanorészecske/hordozó kompozitokat. A két módszer kombinációjával viszont rendkívül stabil - az interlamelláris térben polimerrel védett - nemesfém/polimer/rétegszilikát kompozitokat állíthatunk elő.

A félvezető nanorészecskék a gyakorlatban jól alkalmazhatók környezetre káros szervesanyagok fotooxidációs lebontására. Az erre a célra előállított TiO₂, ZnO és SnO₂ nanorészecskék kiválóan alkalmasak például montmorillonit hordozókon talaj és víztisztításra. A fotokatalitikus aktivitás növelhető, ha a látható fény spektrumában abszorbeáló félvezetőkből, például vanádiumpentoxidból a felületre heterokoagulációval felviszünk 0,01-0,1% mennyiséget. Erre vonatkozóan láthatunk a 10. ábrán egy TEM felvételt, amelyen a vanádium-pentoxid mint nanoszerkezetű kolloid, szálas formában kötődik a felülethez.

Összefoglalás

A nanoszerkezetű anyagok előállítása és határfelületi rétegek tanulmányozása sok tekintetben összefüggő feladat megoldását jelenti. Az adszorpciós réteg szerkezetének ismeretében lehetőség van a rétegben nanorészecskék előállítására és stabilizálására, ha réteges szerkezetű hordozókat alkalmazunk adszorbensként. A félvezető vagy nemesfém nanorészecskéket különböző hordozókon stabilizátorokkal és azok nélkül állítottuk elő 2-10 nm mérettartományban. A részecskék jelenlétét TEM és XRD módszerekkel igazoltuk. A nanorészecskékkel borított felületi rétegek szerkezetét AFM technikával jellemeztük. A félvezető fémoxid nanorészecskéket rétegszilikátokba is beépítettük, és ezen nanokompozitok kiváló fotokatalitikus tulajdonságokat mutatnak, amelyek a napenergia felhasználását teszik lehetővé környezetre káros szerves anyagok lebontása céljából.

Köszönetet mondok munkatársaimnak: Papp Szilviának, Patakfalvi Ritának, Mogyorósi Károlynak, Német Józsefnek, Szabó Tamásnak és Körösi Lászlónak kiváló kísérleti munkájukért, a NATO Tudomány a Békéért programnak, az OM és az OTKA pályázati programjainak kutatásaim anyagi támogatásáért.

Kulcsszavak: kolloid állapot, reakciók nanométeres tartományban, önszerveződés, nanoreaktorok, nanorészecskék határfelületeken

IRODALOM:

B. Nagy János - Gourgue, A. - Derouane, Eric G. (1983) Preparation of Monodispersed Nickel Boride Catalysts Using Reversed Micellar Systems. Studies in Surface Science and Catalysis 16, 193-201.

Dékány Imre - Túri L. - Galbács G. - Fendler, J. H. (1999): Cadmium Ion Adsorption Controls the Growth of CdS Nanoparticles on Layered Montmorillonite and Calumite Surfaces. Journal of Colloid and Interface Science. 213, 584-591.

Dékány Imre - Nagy L. - Turi L. - Király Z. - Kotov, N. A. - Fendler, J. H. (1996): Preparation and Characterization of CdS and ZnS Particles in Nanophase Reactors Provided by Binary Liquids Adsorbed at Colloidal Silica Particles. Langmuir. 12, 15, 3709-3715.

Kotov, Nicholas A. - Dékány Imre - Fendler János H. (1996): Ultrathin Graphite Oxide-Polyelectrolyte Composites Prepared by Self-Assembly: Transition between Conductive and Non-Conductive States. Advanced Materials. 8, 8, 637-641.

Kotov, Nicholas A. - Haraszti T. - Túri L. - Zavala G - Geer, R. E. - Dékány I. - Fendler J. H. (1997): Mechanism of and Defect Formation in the Self-Assembly of Polymeric Polycation-Montmorillonite Ultrathin Films. Journal of the American Chemical Society. 119, 6821-6832.

Papp Szilvia - Szűcs Anna - Dékány Imre (2001a): Preparation of Pd Nanoparticles Stabilized by Polymers and Layered Silicate. Applied Clay Science. 19, 155-172,

Papp Szilvia - Szűcs Anna - Dékány Imre (2001b): Colloid Synthesis of Monodisperse Pd Nano-particles in Layered Silicates. Solid State Ionics. 141- 42, 169-176.

Szűcs Anna - Haraszti T. - Dékány I. - Fendler, J. H. (2001): Measurements of Interaction Forces Between Polycations, Between Clay Nanoplatteles and Between Polycations and Clay Nanoplateles by Atomic Force Microscopy. Journal of Physical Chemistry B. 105, 10579-10587.

Vinodgopal, Kizhanipuram - Kamat, Prashant V. (1995): Enhached Rates of Photocatalyitic Degradation of an Azo Dye Using SnO2/TiO2 Coupled Semiconductor. Environmental Science and Technology. 29, 841-845.

Yamanaka, Shoji - Nishihara, T. - Hattori, M. - Suzuki, Y. (1987): Preparation and Properties of Titania Pillared Clay. Materials Chemistry and Physics. 17, 1-2, 87-101.

Tehát az orvosi kutatások fényt derítettek az ezüst és a szervezetünket védő immunrendszer közötti szoros kapcsolatra. Dr. Gary Smith egzakt módon bebizonyította, hogy a kolloid ezüst nélkülözhetetlen a szervezet védekezési rendszerében, illetve az immunrendszer munkájának hanyatlása összefüggésbe hozható a test ezüsthiányával.

Ha Önt meggyőzték a tudományos eredmények,

rendelje meg itt és most: 06-30-6874347 !

   

  Egészségére!

Oldal: Tudományos megközelítésben az ezüstvíz gyógyhatásáról!
Nano Silver - Ezüstvíz - Kolloid oldat - Ezüst kolloid - natur antibiotikum - © 2008 - 2024 - virusstop.hupont.hu

Az, hogy weboldal ingyen annyit jelent, hogy minden ingyenes és korlátlan: weboldal ingyen.

ÁSZF | Adatvédelmi Nyilatkozat