Наночастицы серебра все чаще обнаруживаются в окружающей среде – и в научных лабораториях, занятых экологическими изысканиями. Обладая многими полезными свойствами, особенно в качестве антибактериальных и противогрибковых средств, наночастицы этого металла все шире используются в различных промышленных и потребительских товарах. Это вызывает обеспокоенность тем, что происходит с ними при попадании в окружающую среду. Новое исследование раскрывает эту проблему с неожиданной стороны: наночастицы серебра, вероятно, может создавать сама Природа.

Группа ученых из Технологического института Флориды (Florida Institute of Technology, FIT), Университета штата Нью-Йорк (State University of New York, SUNY) в Буффало и Национального института стандартов и технологии (National Institute of Standards and Technology, NIST) сообщает, что, при наличии источника ионов серебра, естественные гуминовые кислоты синтезируют стабильные наночастицы этого металла.

«Наш коллега, Вирендер Шарма [Virender Sharma] прочитал статью, в которой говорилось об использовании вина для образования наночастиц. Он подумал, что на основе аналогичной химии нам удастся получить наночастицы серебра с помощью гуминовых кислот», – объясняет химик из FIT Мэри Сон (Mary Sohn). «Мы использовали осадочные гуминовые кислоты из одной из наших рек и были очень рады увидеть характерный желтый цвет наночастиц».

Чтобы подтвердить присутствие наночастиц серебра, образцы были отправлены в SUNY и NIST для точного анализа.

Полученное с помощью трансмиссионного электронного микроскопа изображение наночастиц серебра,
образовавшихся из ионов серебра в растворе гуминовых кислот. Кислоты стремятся «изолировать» наночастицы
(видно на фотографии как бледное облако), сохраняя их в состоянии коллоидной суспензии и не давая слипаться.
(Фото: SUNY, Buffalo)

Гуминовые кислоты – сложная смесь многих органических кислот, образующихся в процессе разложения органического вещества. Хотя их состав разнится от места к месту и от сезона к сезону, гуминовые кислоты находятся в окружающей среде повсеместно. Наночастицы металлов, объясняет Роберт Мак-Каспи (Robert MacCuspie) из NIST, обладают характерным цветом, напрямую зависящим от их размера. (Этот эффект называется поверхностным плазмонным резонансом и объясняется колебанием поверхностных электронов наночастиц с одинаковой частотой). Наночастицы серебра  – желтовато-коричневые.

Ученые смешали ионы серебра с гуминовыми кислотами из нескольких источников при различных температурах и концентрациях и обнаружили, что кислоты из речной воды или донных осадков образовывали определяемые наночастицы серебра при комнатной температуре за период всего от двух до четырех дней. Более того, гуминовые кислоты, по всей видимости, стабилизируют наночастицы, покрывая их и предотвращая слипание в более крупные частицы металла.

(Фото: pubs.acs.org)

«Мы считаем этот процесс практически идентичным синтезу наночастиц в лаборатории», комментирует результаты Мак-Каспи, за исключением того, что в лабораторном процессе, как правило, используется лимонная кислота при повышенных температурах.

«Это застало нас врасплох, так как значительная часть наших исследований сфокусирована на том, как наночастицы серебра растворяются при попадании в окружающую среду и выделяют ионы серебра», – продолжает Мас-Каспи.

Многие биологи объясняют токсичность наночастиц, а именно это и является причиной их использования в качестве антибактериальных и противогрибковых средств, большой площадью их поверхности, что делает их эффективным источником ионов серебра. Но теперь у ученых появились основания предположить, «что может существовать своего рода естественный цикл, в ходе которого некоторые ионы возвращаются в наночастицы». Кроме того, это исследование помогает объяснить нахождение наночастиц серебра в таким местах, как старые районы добычи этого металла, которые вряд ли подвергаются воздействию наночастиц, сделанных человеком, но отличаются значительными концентрациями ионов серебра.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что существует возможность непосредственного образования наночастиц серебра в природных условиях из источников ионов серебра, подразумевая, что не все находящиеся в природных водах наночастицы этого металла имеют антропогенное происхождение.

Аннотация к статье Humic Acid-Induced Silver Nanoparticle Formation Under Environmentally Relevant Conditions