Silver containing colloidal lignin

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2017-04-24
Department
Major/Subject
Biotechnology
Mcode
CHEM3022
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
103+9
Series
Abstract
Silver containing colloidal lignin particles are an environmentally friendly alternative for silver nanoparticles in antimicrobial applications. The only reported method for preparing these particles however includes a 72 hour dialysis step and the particles release over 95% of the silver within the first 24 hours. The aim of this thesis was to circumvent the dialysis step by utilizing volatile organic solvents and to possibly modify the silver release profile with a novel way of binding silver. The preparation method was based on treating the phenolic hydroxyl and carboxylic acid groups of lignin with sodium methylate and introducing the silver nitrate in organic phase. The colloid formation into water then followed. The preparation steps were primarily assessed based on the visual appearance of the products. Furthermore, the inclusion of silver in the particles was studied with energy dispersive X-ray spectroscopy, the size distribution and zeta potential were determined with dynamic light scattering and the morphology and structural composition were analysed with transmission electron microscopy. Additionally, the release of silver ions from the particles was studied with ion selective electrode (ISE) and the antibacterial activity of the particles was tested against Escherichia coli. Silver was successfully included in the particles with this method. The silver was considered to occur as silver nanoparticles and as bound to the targeted groups. The most significant challenges in the method development were the heterogeneous size distribution and especially aggregation. These challenges remained unsolved. It was shown that by coating with poly (diallyldimethylammonium chloride) (PDAC) the surface charge of these particles can be reversed from negative to positive. Moreover, the ISE measurement revealed free silver ions in the dispersions and their concentrations correlated with the results of the antibacterial assay. The dispersions with the highest silver concentrations significantly inhibited the growth of E. coli.

Hopeaa sisältävät kolloidaaliset ligniini partikkelit ovat ympäristöystävällinen vaihtoehto hopeananopartikkeleille antimikrobialisissa sovelluksissa. Ainoa julkaistu valmistusmenetelmä sisältää kuitenkin 72 tunnin dialyysivaiheen ja partikkelit vapauttavat yli 95 % hopeasta ensimmäisen 24 tunnin aikana. Tämän diplomityön tavoitteena oli välttää dialyysivaihe käyttäen orgaanisia haihtuvia liuottimia sekä mahdollisesti muuttaa hopean vapautusprofiilia uudella tavalla sitoa hopeaa. Valmistusmenetelmä perustui ligniinin fenolisten hydroksyyliryhmien sekä karboksyylihapporyhmien käsittelemiseen natriummetylaatilla ja hopean liittämiseen orgaanisessa faasissa. Kolloidit muodostettiin tämän jälkeen vesifaasiin. Metodien vaiheita arvioitiin visuaalisten havaintojen perusteella. Hopean liittäminen varmistettiin energiadispersiivisellä röntgenspektroskopialla, kokojakauma ja zetapotentiaali määritettiin dynaamisen valonsironnan avulla ja morfologiaa sekä partikkelien rakenteellista koostumusta tutkittiin läpäisyelektronimikroskopian keinoin. Lisäksi hopeaionien vapauttamista tutkittiin ioniselektiivisellä elektrodilla (ISE) ja partikkelien antibakteerista vaikutusta tutkittiin Escherichia coli -bakteeria vastaan. Hopean liittäminen partikkeleihin tällä menetelmällä onnistui. Hopean ajatellaan esiintyneen partikkeleissa sekä hopeananopartikkeleina että sitoutuneena funktionaalisiin ryhmiin. Suurimmat haasteet menetelmäkehityksessä olivat heterogeeninen partikkelijakauma sekä erityisesti aggregaatio. Nämä haasteet jäivät vielä ratkaisematta. Työssä osoitettiin, että päällystämällä partikkelit poly (diallyylidimetyyliammoniumkloridilla) (PDAC), pintavaraus voidaan vaihtaa negatiivisesta positiiviseksi. ISE-mittaus osoitti dispersioiden sisältävän vapaita hopeaioneja ja niiden konsentraatiot vastasivat hyvin antibakteeristen kokeiden tuloksia. Ne partikkelidispersiot joiden hopeakonsentraatio oli suurin, inhiboivat merkittävästi E. coli -bakteerin kasvua.
Description
Supervisor
Kostiainen, Mauri
Thesis advisor
Lintinen, Kalle
Keywords
silver, lignin, colloid, antibacterial
Other note
Citation