Materiał Hybrydowy zawierający nanocząstki srebra

(PROJEKT NR P-143)

Nanocząstki srebra (nAg) to dobrze znany materiał antybakteryjny i bakteriostatyczny, wykorzystywany na szeroką skalę w różnych gałęziach przemysłu. Aktywność przeciw mikroorganizmom opiera się na działaniu na poziomie komórkowym – niewielki rozmiar nAg powoduje zaburzenie ciągłości błony komórkowej, a uwalniane z ich powierzchni jony srebra łączą się z naładowanymi ujemnie biocząsteczkami (m.in. białkami, DNA i RNA), skutecznie zaburzając procesy życiowe drobnoustrojów. Bakteriobójcze i bakteriostatyczne cechy nAg zależą od ich właściwości fizycznych – przede wszystkim rozmiaru. Przykładowo, nanocząstki o mniejszych rozmiarach generują więcej jonów srebra, podczas gdy agregacja pojedynczych nAg w większe grupy powoduje spadek ich właściwości bakteriobójczych.

Nanocząstki srebra są powszechnie wykorzystywane w przemyśle, w tym w tekstylnym. Niestety zastosowanie, a później eksploatacja materiału zawierającego nAg wiąże się z uwalnianiem ich do otoczenia, co może wpływać negatywnie na środowisko naturalne, a także np. zaburzać pracę biologicznych oczyszczalni ścieków. Z tego względu ważna jest kontrola uwalniania nanocząstek srebra do otoczenia.

Bezpieczeństwo stosowania nanocząstek, zarówno w odniesieniu do organizmu człowieka jak i środowiska, jest wciąż przedmiotem wielu badań. Ze względu na swój rozmiar nanocząstki mogą z łatwością pokonywać bariery wewnątrz organizmu, a także odkładać się w płucach i innych narządach, powodując zaburzenia ich funkcjonowania oraz stany zapalne. Potencjalne właściwości toksyczne stanowią barierę dla bezpośrednich zastosowań biomedycznych nAg, np. w biosensorach czy w obrazowaniu medycznym. Z tych powodów stopniowo wprowadzane są ograniczenia dotyczące stosowania nanomateriałów w bezpośrednim otoczeniu człowieka.

Opracowany w Uniwersytecie Jagiellońskim materiał oferuje rozwiązanie problemu uwalniania nAg przy zachowaniu wysokiej aktywności biologicznej nanocząstek. Materiał hybrydowy stanowią nanocząstki srebra umieszczone w matrycy, którą stanowią sferyczne mikrocząstki węglanu wapnia. Porowata matryca służy jako nośnik nAg i czynnik kontrolujący ich uwalnianie.

W proponowanym rozwiązaniu, dzięki zastosowaniu mikrosfer węglanu wapnia, nanocząstki srebra są zabezpieczone przed bezpośrednim kontaktem z otoczeniem, a proces ich uwalniania może być regulowany. Materiał hybrydowy może być przechowywany w formie suchego proszku, jak i w postaci zawiesiny koloidalnej w wodzie. Ponadto rozmiar i skład otrzymanych mikrocząstek może być kontrolowany za pomocą odpowiednio dobranych warunków syntezy.

Zalety oferowanej technologii są następujące:

• wysoka aktywność biologiczna przeciwko bakteriom i grzybom,
• przedłużone i kontrolowane dostarczanie nanocząstek srebra,
• możliwość stosowania w kontakcie ze skórą człowieka,
• długotrwałe uwalniane jonów srebra nawet w roztworach o kwaśnym pH,
• łatwe przechowywanie materiału, również w postaci suchej.

Skuteczność technologii została potwierdzona w badaniach z użyciem różnych szczepów bakterii i grzybów. Nowy materiał może znaleźć zastosowanie w przemyśle tekstylnym, m.in. do ochrony tkanin i wypełnień przed niekorzystnym wpływem mikroorganizmów; szczególnym przykładem jest puch gęsi wykorzystywany do produkcji kołder, poduszek, kurtek, kombinezonów itp. Ponadto przy pomocy materiału można nadać aktywność biologiczną roztworom i zawiesinom wykorzystywanym w przemyśle, takim jak lakiery, farby czy materiały budowlane.

Oferowane rozwiązanie jest przedmiotem zgłoszenia patentowego, a na Wydziale Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego prowadzone są dalsze badania nad rozwojem przedstawionej technologii. Obecnie Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu poszukuje podmiotów zainteresowanych uzyskaniem licencji na opisany materiał oraz jego zastosowania.

Dalsze informacje:

dr Radosław Rudź                                                    tel. 12 663 3832, fax: 12 663 3831

Specjalista ds. Transferu Technologii                  e-mail: radosław.rudz@uj.edu.pl

CITTRU, Uniwersytet Jagielloński

www.cittru.uj.edu.pl

____________________________________________________________________________________________________

HYBRID MATERIAL CONTAINING Silver nanoparticles

(PROJECT No. P-143)

Silver nanoparticles (nAg) are well known for their antibacterial and bacteriostatic properties, widely used in various industries. Antimicrobial activity is based on the action at the cellular level - the small size of nAg causes disruption of the cell membrane, while silver ions released from the surface interact with negatively charged biomolecules (such as proteins, DNA and RNA), effectively disrupting the life processes of microorganisms. Bactericidal and bacteriostatic characteristics of nAg depend on their physical properties – most importantly on the size. For example, nanoparticles of smaller size produce more silver ions, while the aggregation of individual nAg in larger groups leads to decrease in their bactericidal properties.

Silver nanoparticles are widely used in industry, including textile industry. Unfortunately, application and usage of the nAg-containing material involves their release into the surroundings, which may adversely affect the environment and, for example, interfere with biological wastewater treatment plants. For this reason it is important to control the release of silver nanoparticles into the environment.

The safety of nanoparticle use, both in the human body and in the environment, is still the subject of numerous studies. Because of their size nanoparticles can easily cross the barriers within the body and accumulate in the lungs and other organs, which may affect their functioning and lead to inflammation. The potentially toxic properties of nAg have been limiting their direct biomedical applications, e.g. in biosensors or in medical imaging. For those reasons, restrictions on the use of nanomaterials in the immediate environment of man are gradually introduced.

The material developed at the Jagiellonian University offers a solution to uncontrolled release of nAg while maintaining high biological activity of nanoparticles. Hybrid material consists of silver nanoparticles constrained in a matrix based on spherical microparticles of calcium carbonate. The porous matrix serves as a carrier for nAg and a factor controlling their release.

In the offered solution, through the use of calcium carbonate microspheres, silver nanoparticles are protected from direct contact with the environment and the process of their release can be adjusted. Hybrid material can be stored in dry powder form or as colloidal suspension in water. In addition, the size and composition of the obtained microparticles can be controlled by appropriately selected conditions of synthesis.

Main advantages of the technology are as follows:

• high biological activity against bacteria and fungi,
• prolonged and controlled delivery of silver nanoparticles,
• the material can be used in contact with human skin,
• long-term release of silver ions even in solutions with acidic pH,
• easy storage of the material, also in dry form.

Efficacy of the technology has been confirmed in studies using different strains of bacteria and fungi. The new material can be used in the textile industry, e.g. to protect fabrics and fillings from the adverse effects of microorganisms; specific example of application is goose down used for production of quilts, pillows, jackets, winter suits etc. Moreover, the material can be used to confer biological activity to various solutions and suspensions used in industry, including varnishes, paints and construction materials.

The offered solution is subject to a patent application, while R&D efforts are continued at the Faculty of Chemistry of the Jagiellonian University. Currently the Centre for Innovation, Technology Transfer and University Development (CITTRU) is searching for companies and institutions interested in licensing of the material described above and its applications.

For detailed information please contact with:

Radosław Rudź, PhD – CITTRU UJ

Phone: +48 12 663 38 32, e-mail: radoslaw.rudz@uj.edu.pl