الطريق السونوكيميائي الأخضر إلى جسيمات الفضة النانوية

كثيرا ما تستخدم جسيمات الفضة النانوية (AgNPs) المواد النانوية بسبب خصائصها المضادة للميكروبات وخصائصها البصرية والتوصيل الكهربائي العالي. الطريق الكيميائي باستخدام كاراجينان كابا هو طريقة تخليق بسيطة ومريحة وصديقة للبيئة لإعداد جزيئات الفضة النانوية. يستخدم κ-carrageenan كمثبت طبيعي صديق للبيئة ، بينما تعمل الموجات فوق الصوتية للطاقة كعامل اختزال أخضر.

حسّن سير عمل عملية التخليق الصوتي الكيميائي لديك!
تتطلب الكيمياء الخضراء تحكماً دقيقاً في المعلمات. سيساعدك مهندسو المواد النانوية لدينا في اختيار السونوترويد المناسب، وهندسة المفاعل، وإعدادات الطاقة، من أجل تعظيم العائد، والتحكم في شكل الجسيمات، وضمان الامتثال التام لمبادئ الكيمياء الخضراء.

التوليف الكيميائي للجسيمات النانوية الفضية (AgNPs) مع الموجات فوق الصوتية UP400S

كاراجينان Ag+/κ- (يسار) وكاراجينان Ag/κ- المعالج بالموجات فوق الصوتية (يمين). أُجريت المعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز UP400S لمدة 90 دقيقة.
[إلسوبيخي وآخرون، 2015]

التوليف بالموجات فوق الصوتية الخضراء للجسيمات النانوية الفضية

Elsupikhe et al. (2015) طوروا مسار توليف أخضر بمساعدة الموجات فوق الصوتية لإعداد جسيمات الفضة النانوية (AgNPs). من المعروف أن Sonochemistry تعزز العديد من التفاعلات الكيميائية الرطبة. يتيح Sonication توليف AgNPs مع κ-carrageenan كمثبت طبيعي. يعمل التفاعل في درجة حرارة الغرفة وينتج جسيمات نانوية فضية ذات بنية بلورية fcc بدون أي شوائب. يمكن أن يتأثر توزيع حجم الجسيمات ل AgNPs بتركيز κ-carrageenan.

التوليف الكيميائي الأخضر للفضة NPs. (اضغط للتكبير!)

مخطط التفاعل بين المجموعات المشحونة Ag-NPs التي توجت ب κ-carrageenan تحت صوتنة. [Elsupikhe et al. 2015]

الإجراء: التخليق المستدام لجسيمات الفضة النانوية

تم تصنيع Ag-NPs عن طريق تقليل AgNO₃ باستخدام الموجات فوق الصوتية في وجود κ-الكاراجينان. للحصول على عينات مختلفة ، تم تحضير خمسة معلقات ، بإضافة 10 مل من 0.1 M AgNO₃ إلى 40 مل κ-كاراجينان. كانت محاليل κ-carrageenan المستخدمة 0.1 و 0.15 و 0.20 و 0.25 و 0.3٪ بالوزن٪ على التوالي.
تم تقليب الحلول لمدة 1 ساعة للحصول على AgNO₃/κ-كاراجينان.
بعد ذلك ، تعرضت العينات للإشعاع بالموجات فوق الصوتية المكثفة: سعة جهاز الموجات فوق الصوتية UP400S (400 واط ، 24 كيلو هرتز) تم ضبطه على 50٪. تم تطبيق Sonication لمدة 90 دقيقة في درجة حرارة الغرفة. سونوترودي من المعالجات السائلة بالموجات فوق الصوتية UP400S مغمورة مباشرة في محلول التفاعل.
بعد صوتنة ، تم الطرد المركزي للتعليق لمدة 15 دقيقة وغسلها بالماء المقطر المزدوج أربع مرات لإزالة بقايا أيون الفضة. تم تجفيف الجسيمات النانوية المترسبة عند 40 درجة مئوية تحت الفراغ طوال الليل للحصول على Ag-NPs.

معادلة

لا يوجد ماء —صوتنة–> +H + OH
أوه + رطوبة نسبية –> R + H₂O
No₃–التحلل–> Ag⁺ + NO₃⁻^–
R + Ag⁺ —> Ag ° + R’ + ح⁺
Ag⁺ + ح –التخفيضات–> Ag°
Ag⁺ + ح₂O —> Ag ° + OH + H⁺

التحليل والنتائج: جسيمات الفضة النانوية المُصنَّعة بالموجات فوق الصوتية

لتقييم النتائج ، تم تحليل العينات عن طريق التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المرئية ، وحيود الأشعة السينية ، والتحليل الكيميائي FT-IR ، وصور TEM و SEM.
ازداد عدد جسيمات الفضة النانوية (Ag-NPs) مع ارتفاع تركيزات الكاراجينان κ. تم تحديد تكوين مركب Ag/κ-كاراجينان بواسطة التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية، حيث لوحظت القيمة القصوى لامتصاص البلازمون السطحي في النطاق من 402 إلى 420 نانومتر. وأظهر تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) أن جسيمات الفضة النانوية (Ag-NPs) ذات بنية مكعبة مركزية الوجوه. وأشار طيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR) إلى وجود جسيمات الفضة النانوية (Ag-NPs) في الكاراجينان كيتا. وأظهرت صورة المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) لأعلى تركيز من الكاراجينان كيتا توزيع جسيمات الفضة النانوية (Ag-NPs) بحجم جسيم متوسط يقارب 4.21 نانومتر. وأوضحت صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) الشكل الكروي لجسيمات الفضة النانوية. ويُظهر تحليل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أنه مع زيادة تركيز الكاراجينان κ، حدثت تغيرات في سطح مركب الفضة/الكاراجينان κ، مما أدى إلى الحصول على جسيمات فضية نانوية صغيرة الحجم ذات شكل كروي.

صور TEM لمركب بالموجات فوق الصوتية Ag / κ-carrageenan. (اضغط للتكبير!)

صور TEM وتوزيعات الحجم المقابلة للكاراجينان Ag / κ-carrageenan المركب كيميائيا بتركيزات مختلفة من κ-carrageenan. [0.1٪ و 0.2٪ و 0.3٪ على التوالي (أ ، ب ، ج)].

UP400S الخالط بالموجات فوق الصوتية (اضغط للتكبير!)

UP400S – جهاز الموجات فوق الصوتية المستخدم في التوليف الكيميائي للجسيمات النانوية Ag

<قوي>توسيع نطاق إنتاج الجسيمات النانوية الخضراء باستخدام الموجات فوق الصوتية الموفرة للطاقة!</strong>
Transition from benchtop to continuous manufacturing with Hielscher's industrial sonicators. Achieve consistent AgNP size distribution, reduce chemical and solvent usage, and meet your sustainability targets without compromising yield or quality.

يرجى استخدام النموذج أدناه ، إذا كنت ترغب في طلب معلومات إضافية حول التجانس بالموجات فوق الصوتية. سنكون سعداء لنقدم لك نظام الموجات فوق الصوتية تلبية الاحتياجات الخاصة بك.

عنوان البريد الإلكتروني (مطلوب)

رقم الهاتف

اسم

المنتج أو مجال الاهتمام

الأدب / المراجع

Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Green sonochemical synthesis of silver nanoparticles at varying concentrations of κ-carrageenan. Nanoscale Research Letters 10. 2015.
Reza Kazemi Oskuee, Azhar Banikamali, Bibi Sedigheh Fazly Bazzaz, Hasan Ali Hosseini, and Majid Darroudi (2016): Honey-Based and Ultrasonic-Assisted Synthesis of Silver Nanoparticles and Their Antibacterial Activities. Journal of Nanoscience and Nanotechnology Vol. 16, 7989–7993, 2016.
Bose, Rahul & Roychoudhury, Piya & Pal, Ruma (2021): In-situ green synthesis of fluorescent silica–silver conjugate nanodendrites using nanoporous frustules of diatoms: an unprecedented approach. Bioprocess and Biosystems Engineering 44, 2021
I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011): Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.

الأسئلة الشائعة: التخليق الصوتي الكيميائي الصديق للبيئة لجسيمات الفضة النانوية

كيف يُحسّن الموجات فوق الصوتية عملية التخليق الأخضر لجسيمات الفضة النانوية؟

الموجات فوق الصوتية تُحدث التجويف الصوتي، مما يؤدي إلى تكوين بؤر محلية تعمل على تقليل أيونات الفضة بسرعة باستخدام عوامل صديقة للبيئة. وتعمل هذه العملية الكيميائية الصوتية على تسريع حركية التفاعل، وتعزز التبلور المنتظم، وتتيح التحكم الدقيق في حجم الجسيمات وشكلها — كل ذلك دون استخدام مواد كيميائية قاسية أو طاقة حرارية عالية.

ما هي المزايا الرئيسية للطريقة الصوت-كيميائية الصديقة للبيئة في إنتاج جزيئات الفضة النانوية (AgNPs)؟

يجمع التخليق الصوتي-الكيميائي الصديق للبيئة بين الموجات فوق الصوتية وعوامل الاختزال والتغطية المتوافقة حيوياً (مثل المستخلصات النباتية أو السكريات أو البوليمرات) لإنتاج جسيمات نانوية من الفضة غير سامة وصديقة للبيئة. وتقلل هذه الطريقة من استهلاك الطاقة، وتقصّر مدة التخليق، وتقضي على المنتجات الثانوية الخطرة، وتنتج جسيمات نانوية عالية الاستقرار ذات توزيع حجمي متسق.

هل يمكن للموجات فوق الصوتية التحكم في حجم وشكل جسيمات الفضة النانوية؟

نعم. من خلال ضبط سعة الموجات فوق الصوتية وترددها وكثافة طاقتها ومدة التعرض لها، يمكن للمصنعين ضبط معدلات تكوين النوى ونموها بدقة. وهذا يتيح إنتاج جسيمات الفضة النانوية (AgNPs) ذات أحجام تتراوح بين 5 و100 نانومتر بأشكال متنوعة (كروية، مكعبة، صفائح مثلثة) بشكل قابل للتكرار، ومصممة خصيصًا لتطبيقات طبية حيوية أو إلكترونية أو صناعية محددة.

هل يمكن توسيع نطاق التخليق الأخضر بالموجات فوق الصوتية لإنتاج جزيئات الفضة النانوية (AgNP) على نطاق صناعي؟

بالتأكيد. تدعم أجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية مفاعلات التدفق المستمر التي يمكن توسيع نطاقها بسلاسة من الدفعات المختبرية إلى التصنيع الكامل. ويضمن المعالجة بالموجات فوق الصوتية المدمجة في خط الإنتاج توزيعًا متجانسًا للتجويف، ومراقبة العملية في الوقت الفعلي، واتساقًا بين الدفعات، مما يجعلها مثالية لتصنيع جزيئات النانوية الزراعية (AgNP) بكميات كبيرة وبطريقة صديقة للبيئة.

ما هي عوامل الاختزال الخضراء الأكثر فعالية في تخليق جسيمات الفضة النانوية باستخدام الموجات فوق الصوتية؟

ومن بين العوامل الفعالة الصديقة للبيئة المستخلصات النباتية (مثل الصبار والشاي الأخضر وقشور الحمضيات)، والكربوهيدرات، والأحماض الأمينية، والبروتينات، والبوليمرات القابلة للتحلل البيولوجي. وتعمل الموجات فوق الصوتية على تعزيز كفاءتها في عملية الاختزال والتثبيت، مما يتيح الاستعاضة الكاملة عن المواد الكيميائية الاصطناعية مع الحفاظ على العائد العالي، والاستقرار الغرواني، والأداء الوظيفي.

كيف يقارن التخليق الصوتي الكيميائي بالطرق الكيميائية التقليدية في إنتاج جزيئات الفضة النانوية (AgNPs)؟

غالبًا ما تعتمد الطرق الكيميائية التقليدية على عوامل اختزال سامة (مثل بوروهيدريد الصوديوم)، وقيم pH متطرفة، كما أنها تنتج نفايات خطرة. أما التخليق الصوتي الكيميائي الصديق للبيئة فيستخدم مواد آمنة ومتجددة، ويعمل في درجات حرارة محيطة أو معتدلة، ويقلل وقت المعالجة بشكل كبير، وينتج جسيمات نانوية أنظف وأكثر توافقًا مع الأنسجة الحية، مع تميزها بقدرة تشتت فائقة وعمر تخزيني أطول.

ما هي الصناعات التي تستفيد من جسيمات الفضة النانوية الخضراء المُنتجة بالموجات فوق الصوتية؟

تُستخدم جزيئات الفضة النانوية (AgNPs) المُصنَّعة عبر الطرق الصوتية الكيميائية الصديقة للبيئة على نطاق واسع في الطلاءات المضادة للميكروبات، والأجهزة الطبية، والعناية بالجروح، وترشيح المياه، والإلكترونيات المرنة، والتغليف المستدام. ويضمن إنتاجها الصديق للبيئة الامتثال للمعايير البيئية ومعايير السلامة الصارمة، مع توفير أداء عالٍ وقبول من الجهات التنظيمية.

ما هي جسيمات الفضة النانوية؟

تتميز جسيمات الفضة النانوية بحجم يتراوح بين 1 نانومتر و 100 نانومتر. بينما توصف في كثير من الأحيان بأنها "فضية’ يتكون بعضها من نسبة كبيرة من أكسيد الفضة بسبب نسبتها الكبيرة من ذرات الفضة السطحية إلى السائبة. يمكن أن تظهر جسيمات الفضة النانوية بهياكل مختلفة. الأكثر شيوعا ، يتم تصنيع جسيمات الفضة النانوية الكروية ، ولكن يتم أيضا استخدام صفائح الماس والمثمن والرقيقة.
تتكرر جسيمات الفضة النانوية بشكل كبير في التطبيقات الطبية. أيونات الفضة نشطة بيولوجيا ولها تأثيرات قوية مضادة للميكروبات ومبيد للجراثيم. تسمح مساحة سطحها الكبيرة للغاية بتنسيق العديد من الروابط. الخصائص الهامة الأخرى هي الموصلية والخصائص البصرية الفريدة.
لخصائصها الموصلة ، غالبا ما يتم دمج جسيمات الفضة النانوية في المركبات والبلاستيك والإيبوكسي والمواد اللاصقة. جزيئات الفضة تزيد من التوصيل الكهربائي. لذلك كثيرا ما تستخدم المعاجين والأحبار الفضية في تصنيع الإلكترونيات. نظرا لأن جسيمات الفضة النانوية تدعم البلازمونات السطحية ، فإن AgNPs لها خصائص بصرية رائعة. تستخدم جسيمات الفضة النانوية البلازمونية لأجهزة الاستشعار وأجهزة الكشف والمعدات التحليلية مثل مطيافية رامان المحسنة السطحية (SERS) ومطيافية الفلورة المعززة بمجال البلازمون السطحي (SPFS).

ما هو الكاراجينان؟

الكاراجينان هو بوليمر طبيعي رخيص ، يوجد في أنواع مختلفة من الأعشاب البحرية الحمراء. الكاراجينان عبارة عن عديد السكاريد الخطية الكبريتية التي تستخدم على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية ، لخصائصها في التبلور والسماكة والتثبيت. تطبيقها الرئيسي هو في منتجات الألبان واللحوم ، بسبب ارتباطها القوي بالبروتينات الغذائية. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الكاراجينان ، والتي تختلف في درجة الكبريتات. يحتوي Kappa-carrageenan على مجموعة كبريتات واحدة لكل ثنائي السكاريد. يحتوي أيوتا-كاراجينان (ι-carrageenen) على كبريتين لكل ثنائي السكاريد. يحتوي كاراجينان لامدا (λ-carrageenen) على ثلاث كبريتات لكل ثنائي السكاريد.
يحتوي كابا كاراجينان (κ-carrageenan) على بنية خطية من عديد السكاريد الكبريتي من D-galactose و 3،6-anhydro-D-galactose.
κ- يستخدم الكاراجينان على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية ، على سبيل المثال كعامل تبلور وتعديل الملمس. يمكن العثور عليها كمادة مضافة في الآيس كريم والقشدة والجبن القريش والميلك شيك وتوابل السلطة والحليب المكثف المحلى وحليب الصويا & حليب نباتي آخر ، وصلصات لزيادة لزوجة المنتج.
علاوة على ذلك ، يمكن العثور على κ-carrageenan في المنتجات غير الغذائية مثل مثخن في الشامبو والكريمات التجميلية ، في معجون الأسنان (كمثبت لمنع فصل المكونات) ، رغوة مكافحة الحرائق (كمثخن للتسبب في أن تصبح الرغوة لزجة) ، جل معطر الجو ، تلميع الأحذية (لزيادة اللزوجة) ، في التكنولوجيا الحيوية لشل حركة الخلايا / الإنزيمات ، في المستحضرات الصيدلانية (كسواغ غير نشط في الحبوب / الأقراص) ، في أغذية الأليفة وما إلى ذلك.

صور SEM لجسيمات الفضة النانوية المركبة بالموجات فوق الصوتية (انقر للتكبير!)

صور SEM ل Ag / κ-carrageenan بتركيزات مختلفة من κ-carrageenan. [0.1٪ و 0.2٪ و 0.3٪ على التوالي (أ ، ب ، ج)]. [Elsupikhe et al. 2015]