Argintul In Aplicatii Medicalew5.docx

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ Specializarea Echipamente și Sisteme Medicale

Argintul Nanoparticulele de argint Pielea electronică pe bază de nanoparticule de argint

Profesori:

Student:

Prof. Dr. Ing. Ecaterina Andronescu

Ceaușu Adina- Georgiana

As. Ing. Adrian Vasile Surdu

08. noiembrie.2018

Cuprins: Introducere..........................................................................................................................................3 Argintul ca agent antimicrobian..........................................................................................................4. Argintul metalic...................................................................................................................................4 Sulfadiazina de argint .........................................................................................................................5 Efectele dimensiunii si a formei nanoparticulelor in activitatea antimicrobiana................................5 Mecanisme de actiune.........................................................................................................................5 Mecanismul de actiune al argintului.......................................................................................5 Mecanismul de actiune a ionilor de argint (AgNO3).............................................................5 Efectele dimensiunii si a formei nanoparticulelor in activitatea antimicrobiana...................6 Nanoparticulele de argint....................................................................................................................7 Sinteza de AgNP..................................................................................................................................7 Sinteza fizică............................................................................................................................8 Sinteza chimică........................................................................................................................8 Sinteza biologică Toxicitatea Utilizarile nanoparticulelor de argint Dispozitive medicale invelite in argint Pansamentele cu argint Materiale textile acoperite in argint Alte aplicatii Proprietatile nanoparticulelor de argint Dimensiuni Forma si cristalinitate Stabilitatea Functionalizarea nanoparticulelor: Proprietati optice: Proprietatile antibacteriene Pielea electronica pe baza de nanoparticule de argint 2

Introducere

Argintul a fost folosit încă de la începutul timpurilor în formă de metal de argint, nitrat de argint, sulfadiazine de argint pentru tratamentul arsurilor, a rănilor şi a unor infecţii bateriene. Din cauza apariţiei a mai multor antibiotice, folosirea compuşilor pe bază de argint a fost respinsă considerabil de mult. Nanotehnologia a dobândit un impuls extraordinar în acest secol datorită capacităţii ei de a aduce metalele la o dimensiune nanometrica schimbându-şi astfel proprietăţile chimice, fizice şi optice. Argintul metalic sub forma de nanoparticule de argint a revenit remarcabil în atenţia noastră ca un potenţial agent antimicrobial. Folosirea nanoparticulelor de argint este foarte importantă din moment ce unele bacterii patogene au dezvoltat o rezistenţă la numeroase antibiotice. Prin urmare, nanoparticulele de argint apărut cu diverse aplicaţii medicale într-o gamă variată, de la pansamente pe bază de argint, dispozitive medicale îmbrăcate în argint sau nanogeluri, nanolotiuni s.a.m.d.

3

Argintul ca agent antimicrobial De mai multe decenii argintul a fost folosit în tratarea arsurilor şi a rănilor cronice. Cu 1000 de ani înainte de Hristor, argintul a fost folosit pentru face apă potabilă (Richard et al., 2002; Castellano et al., 2007). Nitratul de argint a fost folosit în forma lui solidă şi era cunoscut sub mai multe denumiri precum „lunar caustic” în engleză, „Lapis infernale” în latină şi „pierre infernale” în franceză (Klasen, 2000). În anul 1700, nitratul de argint a fost folosit pentru tratamentul bolilor venerice, a fistulelor glandelor salivare şi a abceselor oaselor (Klasen, 2000; Landsdown, 2002). În secolul 19 ţesutul ranular, format în timpul vindecării rănilor și focarelor inflamatorii, era înlăturat folosind nitratul de argint pentru a permite formarea de epiteliu şi cruste pe suprafaţa rănilor. Difertie concentraţii de nitrat de argint era folosit pentru tratarea rănilor proaspete (Castellano et al., 2007; Klasen, 2000). În 1881, Carl S.F. Crede a vindecat oftalmia picurând nitrat de argint în ochi. Fiul lui Crede a realizat comprese cu argint pentru grefarea pielii (Klasen, 2000; Landsdown, 2002). În anul 1940, după ce s-a introdus penicilina, s-a redus uzul argintului în tratamentul infecţiilor bacteriene (Hugo şi Russell, 1982; Demling şi DeSanţi, 2001; Chopra, 2007). Argintul a revenit în atenţia tuturor în anii 60 când Moyer a introdus folosirea nitratului de argint în procent de 0.5% în tratamentul arsurilor. El a sugerat faptul că această soluţie nu se amestecă cu poliferarea epidermala şi posedă proprietăţi antibacteriene împotriva stafilococului aureus, Pseudomonas aeruginosa şi Escherichia coli (Moyer et al., 1965; Bellinger and Conway, 1970). În anul 1968, nitratul de argint a fost combinat cu sulfonamidă pentru a forma o cremă cu sulfadiazina de argint care a servit drept agent antibacterial la scală largă şi a fost folosit în tratamentul arsurilor. Sulfadiazina de argint este eficientă împotriva bactriilor precum cea E coli, S. Aureus, Klebsiella sp., Pseudomonas sp. Din cauza apariţiei bacteriilor rezistente la antibiotice şi a limitărilor folosirii antibioticilor, clinicile s-au întors la pansamentele pentru răni cu o cantitate variată de argint (Gemmell et al., 2006; Chopra, 2007).

Argintul metalic Proprietatea antimicrobiala a argintului este dată de cantitatea de argint pur şi cantitatea de argint care este eliberată. Argintul în starea lui metalică este inert dar reacţionează când intră incontact cu umititatea pielii şi fluidul din rană se ionizează. Argintul ionizat este foarte reactiv leagadu-se 4

proteinele tisulare şi provocând schimbări strucrurale peretelui celulei bacteriene cât şi membranei nucleare duce la denaturarea şi, în cele din urmă, moartea celulei. Argintul se leagă, de asemenea, de ADN-ul şi ARN-ul bacteriei prin denaturarea şi inhibarea replicării bacteriene (Lansdown, 2002; Castellano et al., 2007).

Sulfadiazina de argint Sulfadiazina de argint (AgSD) este este folosită ca o cremă solubilă la apă în procent de 1%. Aceasta lucrează ca un antibiotic cu spectru larg de acţiune. Este folosită în special pentru tratarea arsurilor. AgSD este un rezervor de argint pentru rană care eliberează ionii de argint treptat. Toate tipurile de medicamente pe bază de sulfamidă au fost testate în combinaţie cu argintul iar dintre toate sulfadiazina s-a dovedit a fi cea mai eficientă. AgSD se leagă de componentele celulei, inclusiv de ADN, şi provoacă leziuni membranei (Atiyeh et al., 2007). Aceasta capătă proprietatea de a leza bacteriile prin legarea sa de perechile de la baza helixului ADN-ului, astfel inhibându-se transcripţia. Similar se leagă şi de molima ADN-ului (Fox şi Modak, 1974; Maple et al., 1992; Mcdonnell and Russell, 1999).

Mecanisme de acţiune Mecanismul de acţiune al argintului asupra microbilor nu este cunoscută încă dar mecanismele de acţiune ale argintului metalic, ale ionilor de argint şi ale nanoparticulelor de argint au fost sugerate de schimbările morfologice şi structurale provocate celulei bacteriene.

1. Mecanismul de acţiune al argintului Mecanismul de acţiune al argintului este în legătură cu acţiunea sa asupra componentele grupului tiolic găsit în enzimele respiratorii ale celulelor bacteriene. Argintul de leagă de peretele celulei bacteriene cât şi de membrana sa inhibând procesul de respiraţie (Klasen, 2000). În cazul bacteriei E.coli, argintul acţionează inhibând aspiraţia fosfatului şi expiraţia acestuia, a manitoului, a succinatului, prolinei şi a glutaminei din celulele E.coli (Rosenkranz and Carr, 1972; Bragg and Rainnie, 1974; Schreurs and Rosenberg, 1982; Haefili et al., 1984; Yamanaka et al., 2005).

2. Mecanismul de acţiune a ionilor de argint (AgNO3) Acţiunea antimicrobiala a ionilor de argint nu este înţeleasă pe deplin însă efectul ionilor de argint asupra bacteriei poate fi observat din schimbările structurale şi morfologice aduse acesteia. Este sugerat faptul că atunci când moleculele de ADN sunt în starea de relaxare, replicarea sa poate fi provocată într-un mod efectiv dar când el este în formă condensată îşi pierde abilitatea de replicare. Prin urmare, când ionii de argint penetrează peretele celular al bacteriei, moleculele de ADN se 5

condensează şi îşi pierd abilitatea de a se replica, astfel bacteria moare. De asemenea, s-a remarcat faptul că metalele grele reacţionează cu proteinele prin ataşarea de grupul tiolic, inactivându-le (Liau et al., 1997; Feng et al., 2000).

3. Mecanismul de acţiune a nanoparticulelor de argint Nanoparticulele de argint au dovedit propietati antimicrobiene eficiente comparativ cu alte săruri datorită ariei de suprafaţă foarte mari care ofertă un contact mai bun cu microorganismele. Nanoparticulele se ataşează de membrana celulară a bacteriei pe care o penetrează. Membrana bacteriană conţine proteine pe bază de sulf iar nanoparticulele de argint interacţionează cu aceste proteine în celulă la fel de bine cum interacţionează cu componentele pe bază de fosfor, cum este şi ADNul. Când nanoparticulele de argint intră în celulă bacteriană formează o greutate moleculară mică în centrul bacteriei care conglomerează pentru a-şi proteja AND-ul de ionii de argint. Nanoparticulele atacă de cele mai multe ori lanţul respirator, diviziunea celulei ducând în cele din urmă la moartea sa. Nanoparticulele eliberează ioni de argint în celula bacteriană care întăreşte activitatea ei bactericidă (Feng et al., 2000; Sondi and Salopek-Sondi, 2004; Morones et al., 2005; Song et al., 2006). Efectele dimensiunii şi a formei nanoparticulelor în activitatea antimicrobiană Rezonanţa suprafatetei plasmonului joacă un rol important în determinarea spectrului optic de absorbţie a nanoparticulelor de metal care se reorientează spre o lungime de undă mai lungă odată cu creşterea dimensiunii particulei. Dimensiunea nanoparticulei implică o suprafaţă largă în contact cu celula bacteriană astfel, aceasta are un procentaj de interacţiune mai ridicat comparativ cu celulele mai mari (Kreibig and Vollmer, 1995; Mulvaney, 1996; Morones et al., 2005; Pal et al., 2007). Nanoparticulele mai mici de 10 nm interacţionează cu bacteria şi produce efecte electronice care îmbunătăţeşte reactivitatea nanoparticulelor. Astfel, se confirmă faptul că efectul bactericid al nanoparticulelor de argint este dependent de dimensiunea acestora (Raimondi et al., 2005; Morones et al., 2005). Eficacitatea antimicrobiala a nanoparticulelor depinde de forma acestora. De asemenea, acest lucru este confirmat de studiile inhibiţiei creşterii bacteriene provocată de nanoparticule de diferite dimensiuni (Morones et al., 2005). Conform studiilor lui Pal et al. (2007) nanoparticulele triunghiulare trunghiate provoacă o inhibiţie bacteriană cu un procentaj de 1 μg de argint în timp ce în cazul nanoparticulelor sferice este nevoie de 12,5 μg. Particulele în formă de bară au nevoie de o masă între 50 şi 100 μg de argint. Astfel, nanoparticulele de argint au diferite efecte asupra celulei bacteriene în funcţie de forma acesteia.

6

Nanoparticulele de argint Nanoparticulele de argint au în general cel puțin o dimensiune între 1 și 100nm. Pe măsură ce dimensiunea scade, raportul suprafață-volum crește dramatic, lucru care duce la schimbarea proprietăților sale fizice, chimice și biologice. Nanoparticulele de argint au fost folosite până în acest moment în principal în sistemul de sănătate. Recent, acestea au ajuns și în aplicațiile biomedicale datorită activității lor antibacteriene, antifunfiale, antivirale şi anti-inflamatorii. Nanoparticulele de argint au fost folosite la scară largă în diagnostice, tratamente, transport de medicamente cât și pentru dispozitivele contraceptive. Deoarece folosirea nanoparticulelor de argint este într-o continuă creștere, este nevoie de o înțelegere mai bună a interacțiilor lor biologice cât și a toxicității.

Sinteza de AgNP Pentru a obţine nanoparticule de argint s-au folosit diferite metode de sinteză de-a lungul timpului. Metodele fizice și chimice convenționale s-au dovedit a fi foarte scumpe și distrugătoare pe când nanoparticulele de argint biologic preparate au oferit o producţie mare, solibilitate și stabilitate înaltă. Comparativ cu metodele sintetice de sinteză a nanoparticulelor de argint, metodele biologice sunt mai simple, rapide, nontoxice, de încredere și pot produce particule cu formă binedefinită cât și cu o morfologie în condiții optime pentru studii.

Sinteza fizică Evaporarea/condensarea și ablația sunt tehnicile fizice principale de derivare a nanoparticulelor din probele de metal. Tehnica de evaporare foloseșteun tub de frunal la presiune atmosferică pentru a produce nanoparticule de argint, deși tuburile convenționale au mai multe dezavantaje precum consumul mare de energie şi au nevoie de o perioadă mare de timp pentru a ajunge în punctul de stabilitate termică. Sinteza laser implcă ablația metalelor în soluție reactivi chimici, care duce la coloide pure de nanoargint. Concentrația și morfologia nanoargintului sunt influențate de laser și de numărul de repetări. Cu cât fluența laserului și timpul de acțiune este mai mari, cu atât particulele sunt mai mari și au o concentatie mai mare.

Sinteză chimică În sintez a chimică se folosește apă sau un solvent organic pentru prepararea nanoparticulelor de argint. Acest proces de obicei implică trei mari componente precum precursori metalici, agenţi reducători și agenți de stabilizare. În principaș, micșorarea sărurilor de argint inplică două etape: 7

formarea de nuclee și creșterea ulterioară. În general, nanomaterialele de argint se pot obține prin două metode cea descendentă și ce ascendentă. Metoda descendentă este o măcinare sau o șlefuire a metalului brut cu o stabilizare ulterioară folosind agenți de protecție. Metoda ascendentă include o reducere chimică, metode electrochimice. Avantajele majore al eacestui tip de sinteză sunt randamentul ridicat, prețul scăzut și uşurinţa obținerii producției, în ciuda folosirii agenților chimici reducători. Dezavantajul principal este reprezentat de costul său foarte ridicat. În plus, materialele folosite pentru sinteza de AgNP, precum citratul, borohidrura sau acidul boric, sunt toxice și periculoase. În afară de aceste dezavantaje, particulele obținute nu se așteaptă să fie pure deoarece pe suprafața lor se sedimentează chimicale. De asemenea, este foarte greu să se prepare nanoparticule de argint cu o formă bine definită, necesitându-se un pas suplimentar pentru a se preveni agregarea particulelor. Metodele chimice folosesc tehnici precum sinteza criochimica, ablația laser, descompunerea termică, reducția chimică.

Sinteza biologică

Sinteza biologică a nanoargintului a intrat în atenția cercetătorilor datorită nevoii mari de metode de sintezică prietenoase mediului. A fost nevoie de o metodă care să folosească reactivi toxici. Posibilul mecanism de sinteză biologică include reduceri enzimatice și non-enzimatice. Reducerile enzimatice sunt deseori foarte greoaie, procesul putând să dureze între 24 și 120 de ore. Reducerea non-enximatică e similară cu reducerea chimică dat agentul de reducere și stabilizatorul sunt, în acest caz, microorganisme sauplante. Acest procedeu este de obicei unul foarte rapid (câteva minute) și poate face față parametrilor extremi, precum pH-ul sau temperatură înaltă, care accelerează sinteză.

8

Avantajul principal al sintezei biologice îl reprezintă natura solvenților și a reactivilor. Mai mult decât atât, nanoparticulele de argint obținute prin acest procedeu sunt mult mai stabile și își păstrează această stare o perioadă mai lungă. Pe de altă parte, dezavantajul metodei este procesul de purificare. Acesta poate produce bacterii patologice care pot cauza la rândul lor contaminări.

Utilizările nanoparticulelor de argint Dispozitive medicale învelite în argint Dispozitivele medicale învelite în ioni de argint său argint metalic au generat rezultate dezamăgitoare în testele clinice. Motivul acestui lucru poate fi inactivarea argintului metalic atunci când intră în contact cu plasma din sânge şi lipsa durabilităţii a învelişurilor. Argintul metalic a eşuat de asemenea în îmbunătăţirea activităţii antimicrobiale (Riley et al., 1995, Everaet et al., 1998). Furno et al. (2004) a demonstrat că îmbibarea dispozitivelor medicale polimerice în nanoparticule de argint este benefică pentru creşterea efectului lor antimicrobial. Discurile de silicon cu o grosime de 0.45 mm au fost utilizate ca biomaterial înmuiat în astfel de nanoparticule. Argintul era sintetizat în conditi anaerobice şi formarea de nanoparticule a fost confirmată de TEM. Discurile îmbibate cu nanoparticule de argint au fost împărţite în două seturi, spălate şi nespălate şi imersate în plasmă de la oameni cu o concentraţie de 50%.

Pansamentele cu argint Pansamentele au un rol foarte important în tratarea rănilor (Leaper, 2006). În timpurile noastre, evoluţia agenţilor patogeni a devenit o problemă majoră şi pansamentele nou concepute au fost o descoperire importantă în tratarea rănilor şi a infecţiilor. Proprietatiile antibacteriene şi toxicitatea argintului asupra microorganismelor este bine cunoscută. Astfel, argintul este folosit acum în agenţi de acoperire externă, pansamente pentru răni, etc. (Duran et al., 2007) Pansamentele cu argint folosesc sisteme de eliberare a argintului în diferite concentraţii. Diferiţi factori precum distribuţia 9

argintului în pansament, forma sa chimică şi fizică, afinitatea pansamentului de a se umezi influenţează de asemenea distrugerea microorganismelor (Chopra, 2007).

Materiale textile acoperite în argint În ultimele decenii, cercetătorii au devenit tot mai interesaţi de dezvoltarea materialelor textile ce conţin agenţi antimicrobieni. Oamenii au fost încurajaţi sa folosească nanoparticule de argint în diferite materiale textile deoarece acesta nu este toxic şi are proprietăţi antimicrobiene. Astfel, s-au realizat fibre de material cu nanoparticule de argint dar din analiza la microscopul electronic s-a ajuns la concluzia că nanoparticulele încorporate în învelişul fibrelor au proprietăţi antibacteriene mai seminificative comparativ cu materialele ce conţin în esenţă nanoparticule de argint (Yeo and Jeong, 2003). S-au obţinut rezultate similare atunci când s-au folosit nanoparticule de argint în poliester neţesut. S-a raportat faptul că materialele textile acoperite cu nanoparticule de argint au activitate antibacteriană împotriva stafilococului auriu (Duran et al., 2007).

Alte aplicaţii Argintul este cunoscut pentru proprietăţile sale antimicrobiene puternice atât în formă metalică cât şi sub formă de nanoparticule. Astfel, s-au descoperit numeroase aplicaţii în diferite domenii precum: 

Cimenturi osoase pentru inhibarea poliferarii bacteriilor,



Materiale dentare,



Implanturi cardiovasculare,



Inhibator pentru replicarea HIV-ului de tip 1,



Tratarea dermatitei şi a acneei,



Tratamentul cancerului,



Pielea electronică.

Proprietăţile nanoparticulelor de argint Toxicitatea Putem observa toxicitatea argintului în forma folosită în cazul bolii argyria, doar pentru plăgile mari şi când se foloseşte o cantitate mare de ioni de argint pentru pansament. Nu s-au raportat până în prezent alergii la argint (Leaper, 2006). În majoritatea studiilor nanoparticulele de argint s-au dovedit a fi non toxice dar din cauza dimensiunii lor mici şi variabile acestea par a fi nocive mediului înconjurător (Braydich-Solle et al., 2005). Hussain et al. (2005) a studiat toxicitatea nanoparticulelor de diferite mărimi folosind linia de celule regăsită în ficaul şoarecilor. Autorii au 10

descoperit faptul că după expunerea timp de 24 de ore, celulele mitocondriale aveau o dimensiune anormală, contracţii celulare şi o formă iregulată. În studiile de citotoxicitate a nanoparticulelor de argint susţinut de către Brud (2007) s-au analizat 5 tipuri diferite de pansamente găsite pe piaţă. În acest studiu s-a descoperit faptul că 3 din pansamente au avut efecte asupra culturilor de keratinocite şi a celor de fibroblasti. Braydich-Stolle (2005) a raportat toxicitatea nanoparticulelor de argint asupra celulelor C18-4, celule stem spermatogoniale. Din acest studiu, s-a concluzionat faptul că citotoxicitatea nanoparticulelor de argint asupra activităţii mitocondriale creşte odată cuconcentratia acestora.

Dimensiuni Proprietăţile unice ale nanoparticulelor se datorează dimensiunilor mici. Toate nanoparticulele au rapoartele de suprafata- volum relativ mari. Natura suprafeţei domină proprietăţile fizice precum solubilitata şi stabilitatea. Proprietăţile argintului la scară nano sunt diferite, de exemplu, din rezonanţa plasmonica a nanoparticulelor sferice de Ag rezultă capacitatea particulei de a împrăştia lumină vizibilă.

Forma şi cristalinitate Nanoparticulele de argint pot avea diferite mărimi şi forme în funcţie de metoda prin care au fost obţinute. De exemplu nanoparticulele de argint pot fi sintetizate prin diferite metode obtinuandu-se sfere, tije, fire, plăci etc.

Stabilitatea Fiind vorba de nanoparticule se cunoaşte faptul că suprafaţa lor specifică este foarte mare, deci reactivitatea lor este crescută. De aceea prevenirea agregării nanoparticulelor poate fi foarte dificilă în funcţie de aplicaţie.

Functionalizarea nanoparticulelor: Nanoparticulele de Ag utilizate în aplicaţiile biologice sunt, deobicei, acoperite cu polietilenglicol, albumină serică bovină, sau numeroare alte proteine, peptide şi oligonucleotide. Particulele pot fi functionalizate pentru a asigura grupe reactive (de exemplu: amino-, carboxil-) pentru o îmbinare ulterioară. Dioxidul de siliciu, oxidul de aluminiu şi dioxidul de titan cu o grosime precisă şi controlată pot fi folosite pentru a îngloba particulele, pentru a modifica proprietăţile optice, sau pentru a încorpora un strat fluorescent.

11

Proprietăţi optice: Nanoparticulele de Ag sunt extraordinar de eficiente în absorbţia şi difuzia luminii spre deosebire de alţi pigmenţi sau vopsele (culoarea depinde de formă şi mărimea particulelor), motiv pentru care se utilizează ca şi component funcţional în diferite produse şi senzori. Interacţia puternică a nanoparticulelor de Ag cu lumină are loc datorită conducţiei electronice de la suprafaţa metalului sub influenţa unor oscilaţii excitate de lumină la lungimile de undă specifice. Cunoscută sub numele de rezonanţă plasmonilor de suprafaţă (RPS), această rezonanţă rezultă din proprietăţile neobişnuite de absorbţie şi difuzie ale luminii. Când nanoparticulele de Ag sunt iluminate la 60 nm cu o lumină albă, ele apar ca nişte punctuleţe albastre strălucitoare pe un fundal negru. Lumina albastră se datorează peakurilor la 450 nm în RPS. O proprietate unică a nanoparticulelor sferice de Ag este că aceste lungimi de undă ale peak-urilor în RPS se pot schimba de la 400 nm (lumina violet) la 530 nm (lumina verde) prin schimbarea mărimii particulei

şi

indicelui

de

refracţie

în

apropierea suprafeţei particulei.

Proprietăţile antibacteriene Proprietăţile antibacteriene ale Ag metalic sunt cunoscute încă din timpurile străvechi. În concentraţii mici, Ag este sigur pentru celulele umane, dar letal pentru majoritatea bacteriilor şi virusurilor, de aceea este folosit ca dezinfectant al apei, al mâncării din viaţa de zi cu zi şi un controlor al infecţiilor în medicină. Este puţin probabil ca microorganismele sa dobândească rezistenţă la Ag prin mutaţii, deoarece ionii de Ag atacă un număr mare de proteine dintr-o celulă. Această proprietate valoroasă a devenit din ce în ce mai importantă datorită creşterii numărului de specii de bacterii patogenice care sunt rezistente la antibiotic. Proprietăţile bactericide ale Ag metalic sunt asociate cu oxidarea lentă şi eliberarea de ioni de Ag+ în mediu; prin urmare, sună 12

promiţător sa se folosească medicamente cu nano-Ag ca o clasă specială de agenţi antibacterieni. Datorită suprafeţei bine dezvoltate, nanoparticulele oferă efecte antibacteriene puternice, care asigură contactul maxim cu mediul. De asemenea, ele sunt suficient de mici şi capabile sa penetreze membrana celulară pentru a afecta procesul intracelular din interior.

Pielea electronică pe bază de nanoparticule de argint Pielea este cel mai mare organ al corpului uman. Acesta simte presiunea, temperatura şi alţi stumuli externi sau condiţii. Imitarea abilităţii senzoriale a pielii umane prin intermediul electronicii este un subiect de cercetare inovativ care ar putea descoperi numeroase aplicaţii în robotică, inteligenţa artificială şi interfeţe om- maşinărie. Toate acestea ar putea promova dezvoltarea pielii electronice. Pentru a imita simţul tactil prin intermediul pielii electronice, şiruri de senzori de presiune flexibili şi extensibili sunt construiţi pe baza transducţiei mecanismului şi a designului structurii. Aceste şiruri pot localiza presiunea cu o rezoluţie mare şi oferi rapid un răspuns dincolo de percepţia umană. Capacitatea de a detecta temperatura şi umiditatea precum şi abilităţile de a se autorepara sunt de asemenea studiate pentru pielea electronică multifuncţională. Alte progrese recente în acest domeniu includ integrarea circuitelor flexibile cu o densitate mare pentru procesarea semnalelor, combinaţia tehnologiei wireless pentru detecţia senzatilor şi transferul energiei sau a datelor, cât şi dezvoltarea pielii artificiale care îşi asigură singură energia. Oportunităţile viitoare stau în fabricarea unei pieli artificiale foarte inteligente care poate simţi şi răspunde variaţiilor din mediul extern. 13

Pielea electronică poate fi utilizată atât în robotică cât și în interfețele computerelor deoarece are avantajul unic de a oferi posibilitatea percepției stimulilor unor sisteme pasive și inerte într-un mod clasic. E-skin poate percepe presiunea, lucru util în dezvoltarea viitorului. De exemplu, prin atașarea ei unei mâini proteice se va schimba drastic modul în care aceasta prinde lucruri. În prezent, protezele sunt programate să exercite o anumită presiune asupra corpurilor pentru o priză optimă. Prin atașarea unui material biometric, așa cum este și e-skin, totul se va întâmpla în timp real, înlăturându-se programarea protezei, aceasta ne mai forțând strângerea lucrurilor. Acest material poate fi folosit în crearea unor sisteme robotice inteligente care pot ajuta persoanele cu dizabilități să facă distincția dintre două corpuri ce au temperaturi diferite sau să cuprindă ușor lucruri fragile, spre exemplu.

Pielea electronică capabilă să se autorepare este noua inovație care este în atenția tuturor în momentul de față, Aceasta este creată dinr-o reţea de polimer numită polymină și

nanoparticule

de

argint.

Comparativ cu alte dispozitive aceasta se poate recicla integral şi poate fie reprocesată din nou. Acest lucrupoate reduce risipa energiei și probabil poate scădea costurile de fabricație. Datorită maleabilității ei, pielea electronică îşi poate schimba configurațiile. Acest

lucru

poate

evita

introducerea în exces de interfețe atunci când intră în contact cu suprafețe complexe sau neregulate. Această piele integrează senzori tactili, de flux, de temperatură și umiditate (fig. 1A). Senzorii sunt fabricați folosind polimeri conductivi obţinuţi prin încărcarea unor termorezistențe cu nanoparticule de argint. Acestea sunt integrate mai apoi in-un substrat de polymină prin presarea la căldură pentru a se asigura maleabilitatea, capabilitatea de a se autorepara cât și cea de a fi total reciclabilă. E-skin 14

a fost creată pentru a se mula pe orice tip de suprafață prin aplicarea unei presiuni și călduri moderate. În afară de acest caz, nanoparticulele de argint pot fi integrate și în senzorul pielii electronice dar doar sub formă de nanofire. Din cauza costului ridicat, folosirea nanofirelor obținute fie prin sinteză ascendentă, fie prin cea descendentă a fost destul de limitată până în anul 2014. De atunci, s-a descoperit faptul că nanofirele de argint pot susţine presiuni de până la 460%. Lucru dorit în interconexiuni extensible pentru transmiterea de semnal. Sistemul senzorului integrat poate măsura cu succex presiunea de contact exercitată de obiecte de diferite mărimi.

Senzorul conţine trei straturi: două straturi de polidimetiloxan (silicon) ce are incluse filme subțiri formate din benzi tot din silicon la care sunt atașate legături de nanofire de argint. Stratul din mijloc este format dintr-un amestec de pudră de nichel amestecată cu silicon pentru măsurarea forței de contact.

15

Componentele piezorezistive ale filmului sunt inserate între două straturi de silicon, fiecare având la rândul ei rânduri paralele de nanofire de argint încapsulate în silicon. Aceste rânduri sunt conductorare și stau în contact cu filmul piezoelectric. Ele pot suporta deformări mare în timp de păstrează o conductivitate bună. Elastomreul de silicon și pudră de nichel este cel mai flexibilsi mai confortabil material compozit piezorezistiv. Mai mult decât atât, senzorul poate acoperi la rândul său o suprafață neplanară sau curbată precum pielea artificială. Concluzii Nanoparticulele de argint au aplicabilități importante în vaste domenii precum medicina, robotică, ingineria textilelor, biotehnologie, științe bioinginerești, electronice, optică etc. Principalul lor rol este acela de a inhiba acțiunea agenţilor patogeni microbieni acestea au vaste metode de obținere, atât sintetice cât și naturale. În ciuda faptului că la început sitetizarea nanoparticulelor de argint era ocolită, metodele au evoluat şi au devenit mai accesibile și din punct de vedere financiar. Aceste particule au proprietăți fizice și chimice speciale, comparativ cu materialele brute de bază din care au provenit aceste nanoparticule; aceasta se datorează suprafeței mari de contact pe care o posedă și efectelor care au loc la nivel cuantic și care sunt rezultatul structurilor electronice specifice respectivelor nanoparticule. În viitor nanoparticulele de argint vor deveni esențiale în varii domenii de activitate și, sper eu, va îmbunătăţi viața oamenilor.

Bibliograife 

https://biofotonica.ro/ce-sunt-nanoparticulele/



Liangpeng Ge, Qingtao Li,Meng Wang, Jun Ouyang, Xiaojian Li, și Malcolm MQ Xing, Nanosilver particles in medical applications: synthesis, performance, and toxicity, articol publicat

online

pe

data

de

06.05.2014,

accesat

pe

site-ul

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4037247/ 

Zhanan Zou1, Chengpu Zhu, Yan Li, Xingfeng Lei, Wei Zhang și Jianliang Xiao, Rehealable, fully recyclable, and malleable electronic skin enabled by dynamic covalent thermoset nanocomposite, vol.4, nr.2, articol publicat onlie pe data de 09.02.2018, accesat online de pe site-ul http://advances.sciencemag.org/content/4/2/eaaq0508



https://www.descopera.org/pielea-electronica-e-skin/



Bryan Calderón-Jiménez, Monique E. Johnson, Antonio R. Montoro Bustos, Karen E. Murphy, Michael R. Winchester și José R. Vega Baudrit, Silver Nanoparticles: Technological Advances, Societal Impacts, and Metrological Challenges, articol publicat 16

online

pe

data

de

21.02.2017,

accesat

de

pe

site-ul

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5318410/ 

Wang, H. P., Zhou, Debao, Cao, Jianguo, Lindeke, Richard, [ASME ASME 2013 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems - Snowbird, Utah, USA (Monday 16 September 2013)] Volume 1: Development and Characterization of Multifunctional Materials; Modeling, Simulation and Control of Adaptive Systems; Integrated System Design and Implementation - A Skin-Like Pressure Sensor Array Based on Silver Nanowires and Conductive Elastomer, publicat în septembrie 2013, accesat de pe site-ul http://booksc.xyz/book/49294343/533fee



Xiandi Wang , Lin Dong , Hanlu Zhang , Ruomeng Yu , Caofeng Pan , și Zhong Lin Wang, Recent Progress in Electronic Skin, articol publicat online pe data de 14.07.2015, accesat de pe site-ul https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201500169

17