Немного о нанотехнологических применениях экстрактов чая и веществ чайного листа
В 2019 г. в журнале Nature была опубликована статья Нила Сэвиджа, посвящённая использованию чая в нанотехнологиях. С полным текстом статьи можно ознакомиться здесь — https://www.nature.com/articles/d41586-019-00401-9 , а ниже я вкратце изложу её содержание.
Квантовые точки – это микроскопические (обычно от 2 до 10 нанометров) частицы попупроводника. При таких размерах становятся существенными квантовые эффекты. Свойства таких наночастиц – например, длина испускаемых при люминесценции световых волн – зависят от их размера и формы, и современные технологии позволяют точно контролировать их.
Использование квантовых точек открывает широкие перспективы в оптике, оптоэлектронике, микроэлектронике, полиграфии, энергетике, биологии и медицине. Квантовые точки уже применяются в качестве источников света в QLED-дисплеях, что позволяет значительно улучшить цветопередачу; они помогают повысить эффективность работы солнечных батарей; могут играть роль катализаторов при очистке промышленных отходов; способны проникать в раковые клетки и накапливаться в них, что можно использовать не только для обнаружения опухолей, но и для избирательного сдерживания их роста, с минимальными побочными эффектами для здоровых клеток. А ещё предполагается, что квантовые точки могут быть использованы в квантовых компьютерах, вычислительных устройствах, работа которых будет основана на принципах квантовой механики, и которые будут оперировать не битами (либо 1, либо 0), а кубитами (и 1, и 0 одновременно) – вот квантовые точки и могли бы эти кубиты представлять. Больше о квантовых точках можно узнать здесь — https://habr.com/ru/post/316810/ и здесь — https://biomolecula.ru/articles/kvantovye-tochki-nano.. , это очень увлекательная тема.
Квантовые точки обычно состоят всего лишь из 1-100 тысяч атомов и представляют собой кристаллы сульфида, селенида, теллурида или арсенида кадмия, свинца или индия – это ядро, покрытое оболочкой из соединений кадмия или цинка, а в биологии и медицине – ещё двумя слоями, обеспечивающими стабильность точек, их растворимость, доставку в клетки и т.д. В состав этих дополнительных слоёв могут входить, например, поверхностно-активные вещества и антитела.
И группа индийских и британских учёных обнаружила, что полифенолы и аминокислоты чая могут самопроизвольно образовывать такие слои вокруг кристаллов полупроводника, делая синтез квантовых точек простым и не требующим высоких температур, токсичных реагентов и особых приёмов. Это так называемый «зелёный синтез». Метаноловый экстракт чайных листьев инкубируется сначала три дня с сульфатом кадмия, а затем ещё четыре дня с сульфидом натрия – просто в темноте, при невысокой температуре. Вещества чая как бы обволакивают частицы образующегося сульфида кадмия, ограничивая их размер. Полученные таким образом квантовые точки обладали существенной антибактериальной активностью, давали высококонтрастные флуоресцентные изображения раковых клеток А549 и оказывали на них цитотоксический эффект, сопоставимый с цисплатином, известным противоопухолевым препаратом (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.8b00147 ). С учётом того, что полифенолы чая сами по себе могут обладать антиканцерогенными свойствами, такие квантовые точки – это противораковое оружие, одетое в оружие – и при этом менее опасное для организма. Изящная и очень многообещающая идея!
***
Учёные из Хэнаньского университета (Кайфэн, КНР) смогли получить наночастицы серебра путём нагревания экстракта чайных отходов с раствором нитрата серебра. Была продемонстрирована антибактериальная активность этих чайно-серебряных наночастиц в отношении золотистого стафилококка и кишечной палочки. Кроме того, они быстро и эффективно разлагали метиленовый синий и этиловый фиолетовый – органические красители, являющиеся модельными соединениями при разработке методов очистки промышленных отходов (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii.. ).
***
Их коллеги из Института исследования металлов в Шэньяне установили, что теанин (главная чайная аминокислота) и дубильная кислота (один из компонентов таннинов) способны стабилизировать мембраны из оксида графена без ущерба для их проницаемости. Оксид графена показал прекрасный потенциал в качестве материала для водоочистных и опреснительных наномембран, действующих как молекулярные сита. Такие мембраны недороги и просты в производстве, но, к сожалению, недостаточно продуктивны и быстро выходят из строя, расслаиваясь. Такие сшивающие реагенты, как йодоводородная кислота или гидразин, ухудшают их водопроницаемость, а соли алюминия снижают их устойчивость к действию кислот и щелочей. А улучшение водопроницаемости приводит к снижению качества фильтрации. В общем, мембраны из оксида графена в будущем смогут обеспечить мир чистой пресной водой, но сперва надо решить ряд технических проблем.
Так вот, применение теанина и дубильной кислоты как сшивающих и восстанавливающих реагентов позволяет увеличить межслойное расстояние в таких мембранах, благодаря чему скорость фильтрации возрастает в 10-1000 раз, но эффективность очистки не страдает, да ещё и срок службы многократно увеличивается (https://www.nature.com/articles/s41467-018-03919-0 ).
***
Даже не знаю, что восхищает меня больше – многообразие возможных применений чая или человеческая изобретательность.
Схематическое изображение квантовой точки, не чайной, а вообще.
Препарат квантовых точек из британско-индийского исследования. В обычном свете он золотистый, при воздействии ультрафиолетового излучения — ярко-розовый.
Схема британско-индийской работы.
Схема работы учёных из Хэнаньского университета.
23 февраля 2022 г.
Источник: Самая домашняя чайная «Сова и Панда» https://vk.com/club47905050
Антон Дмитращук https://vk.com/id183549038