توليف نانو الفضة مع العسل والموجات فوق الصوتية
يستخدم النانو سيلفر لخصائصه المضادة للبكتيريا لتعزيز المواد في الطب وعلوم المواد. يسمح Ultrasonication لتوليف سريع وفعال وآمن وصديق للبيئة من الجسيمات النانوية الفضة كروية في الماء. يمكن تحجيم تخليق الجسيمات النانوية بالموجات فوق الصوتية بسهولة من الإنتاج الصغير إلى الكبير.
التوليف بمساعدة الموجات فوق الصوتية من الفضة النانوية الغروية
التخليق الكيميائي الصوتي ، والذي يشير إلى التفاعلات الكيميائية التي يسهلها التشعيع بالموجات فوق الصوتية ، هو طريقة مطبقة على نطاق واسع لإنتاج الجسيمات النانوية. وتشمل هذه الفضة والذهب والمغنتيت ، هيدروكسيباتيت, ْكْلُورُوكِين, البيروفسكايت, اللاتكس والعديد من المواد النانوية الأخرى.
التوليف الكيميائي الرطب بالموجات فوق الصوتية
تم تطوير طرق توليف متعددة بمساعدة الموجات فوق الصوتية لإنتاج جزيئات الفضة النانوية. تستخدم إحدى الطرق البارزة العسل كعامل اختزال وسد. تعمل مكونات العسل ، مثل الجلوكوز والفركتوز ، بشكل تآزري في هذه الأدوار أثناء عملية التوليف.
على غرار العديد من تقنيات تخليق الجسيمات النانوية ، يندرج تخليق الفضة النانوية بالموجات فوق الصوتية تحت فئة الكيمياء الرطبة. تبدأ العملية بتنوي جزيئات الفضة النانوية داخل المحلول. أثناء الصوتنة ، سلائف الفضة (على سبيل المثال ، نترات الفضة (AgNO3)، أو بيركلورات الفضة (AgClO4)) في وجود عامل اختزال ، مثل العسل ، لإنتاج الفضة الغروية.
آلية تنوي الفضة بالموجات فوق الصوتية والنمو
مرحلة التنوي الأولية: مع زيادة تركيز أيونات الفضة الذائبة ، تبدأ أيونات الفضة المعدنية في الارتباط لتشكيل مجموعات صغيرة. في هذه المرحلة ، تكون هذه المجموعات غير مستقرة من الناحية النشطة بسبب توازن الطاقة السلبي. تتجاوز الطاقة المطلوبة لإنشاء أسطح جديدة الطاقة المكتسبة عن طريق تقليل تركيز الفضة المذابة.
- نصف القطر الحرج: عندما تصل المجموعة إلى حجم معين (نصف القطر الحرج) ، تصبح العملية مواتية بالطاقة ، مما يؤدي إلى استقرار المجموعة. يسمح هذا الاستقرار للكتلة بالعمل كنواة لمزيد من النمو.
- مرحلة النمو: أثناء النمو ، تنتشر ذرات الفضة الإضافية عبر المحلول وتلتصق بسطح الجسيمات النانوية المتنامية. يستمر النمو حتى ينخفض تركيز الفضة الذائبة إلى ما دون عتبة التنوي ، مما يوقف تكوين نوى جديدة.
- الانتشار والإكمال: يتم دمج الفضة الذائبة المتبقية في الجسيمات النانوية الموجودة ، لإكمال العملية.
تعمل الصوتنة على تسريع نقل الكتلة ، وخاصة عمليات الترطيب والانتشار ، مما يؤدي إلى تنوي أسرع ونمو متحكم فيه. من خلال ضبط معلمات الصوتنة بدقة ، مثل الشدة والمدة ، يمكن ضبط حجم الجسيمات النانوية ومعدل نموها وشكلها بدقة. يضمن هذا التحكم الدقيق هياكل الجسيمات النانوية المتسقة المصممة لتطبيقات محددة.
يبرز التوليف بمساعدة الموجات فوق الصوتية كنهج كيميائي فعال وقابل للتطوير والأخضر لإنتاج الفضة النانوية بخصائص محددة جيدا ، مما يوفر مزايا كبيرة للتطبيقات المتنوعة في البحث والصناعة.
يسهل الصوتنة التخليق السريع والأخضر لجزيئات الفضة النانوية الصغيرة ذات التوزيع الضيق للحجم.
- رد فعل بسيط وعاء واحد
- آمن
- عملية سريعة
- تكلفة منخفضة
- قابلية التوسع الخطي
- صديقة للبيئة, كيمياء خضراء
UP400St – الموجات فوق الصوتية قوية 400 واط للتوليف سونوكيميائي من الجسيمات النانوية
دراسة حالة لتوليف الفضة نانو بالموجات فوق الصوتية
الدراسة بعنوان “تخليق الجسيمات النانوية الفضية القائمة على العسل والموجات فوق الصوتية وأنشطتها المضادة للبكتيريا” بقلم Oskuee et al. (2016) يستكشف طريقة بسيطة وصديقة للبيئة لتصنيع جزيئات الفضة النانوية (Ag-NPs) باستخدام العسل الطبيعي كعامل اختزال واستقرار على حد سواء. تتميز العملية ، التي تنطوي على تقليل نترات الفضة (AgNO₃) تحت الإشعاع بالموجات فوق الصوتية ، بمعايير مختلفة بما في ذلك تركيز أيون الفضة وتركيز العسل ووقت الصوتنة. يبلغ متوسط حجم Ag-NPs الناتجة حوالي 11.8 نانومتر وتظهر خصائص مضادة للبكتيريا ضد البكتيريا المسببة للأمراض مثل المكورات العنقودية الذهبية و Pseudomonas aeruginosa و E. coli.
تسلط الدراسة الضوء على فوائد استخدام العسل في تخليق الجسيمات النانوية ، مع التركيز على طبيعته الخضراء ومنخفضة التكلفة وغير السامة. يوضح المؤلفون أنه يمكن التحكم في حجم وعائد Ag-NPs عن طريق ضبط معلمات التفاعل مثل تركيز الفضة ومحتوى العسل ومدة الصوتنة. تبين أن Ag-NPs المركبة تمتلك نشاطا فعالا مضادا للبكتيريا ، لا سيما ضد الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية ، مع تركيزات مثبطة دنيا (MIC) تبلغ حوالي 19.46 جزء في المليون. تقدم هذه الطريقة تطبيقا محتملا ل Ag-NPs في المجالات الطبية ، بما في ذلك التئام الجروح ومكافحة العدوى.
- المواد: نترات الفضة (AgNO3) كسلائف فضية ؛ العسل كعامل تغطية / اختزال ؛ الماء
- جهاز الموجات فوق الصوتية: مسبار نوع صوتي UP400St
بروتوكول التوليف بالموجات فوق الصوتية
تم العثور على أفضل الظروف لتخليق جزيئات الفضة النانوية الغروية هي كما يلي: تقليل نترات الفضة تحت الموجات فوق الصوتية بوساطة العسل الطبيعي. باختصار ، تعرض 20 مل من محلول نترات الفضة (0.3 متر) المحتوي على العسل (20 بالوزن ٪) للإشعاع بالموجات فوق الصوتية عالية الكثافة في الظروف المحيطة لمدة 30 دقيقة. تم إجراء الموجات فوق الصوتية باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP400S (400 واط ، 24 كيلو هرتز) مغمورة مباشرة في محلول التفاعل.
يستخدم العسل الغذائي كعامل تغطية / استقرار واختزال ، مما يجعل محلول التنوي المائي والجسيمات النانوية المترسبة نظيفة وآمنة للتطبيقات المتعددة.
مع زيادة وقت الموجات فوق الصوتية ، تصبح الجسيمات النانوية الفضية أصغر ويتم تعزيز تركيزها.
في محلول العسل المائي ، يعد ultrasonication عاملا رئيسيا يؤثر على تكوين جزيئات الفضة النانوية. تعد معلمات Sonication مثل السعة والوقت والموجات فوق الصوتية المستمرة مقابل الموجات فوق الصوتية النابضة من العوامل الرئيسية التي تسمح بالتحكم في حجم وكمية جزيئات الفضة النانوية.
توزيع حجم الجسيمات لنانوذرات Ag-NPs المركبة في الظروف المثلى ؛ تركيزات الفضة (0.3 م) ، تركيزات العسل (20 بالوزن) ، وأوقات التشعيع بالموجات فوق الصوتية (30 دقيقة)
مصدر الصورة: ©Oskuee et al. 2016
نتيجة التوليف بالموجات فوق الصوتية لجسيمات الفضة النانوية
نتج عن التوليف الذي تم الترويج له بالموجات فوق الصوتية بوساطة العسل مع جهاز الصوتنة UP400St جزيئات نانوية كروية من الفضة (Ag-NPs) بمتوسط حجم جسيمات يبلغ حوالي 11.8 نانومتر. التوليف بالموجات فوق الصوتية لجزيئات الفضة النانوية هو طريقة بسيطة وسريعة من وعاء واحد. إن استخدام الماء والعسل كمواد ، يجعل التفاعل فعالا من حيث التكلفة وصديقا للبيئة بشكل استثنائي.
يمكن تمديد التقنية المقدمة للتوليف بالموجات فوق الصوتية باستخدام العسل كعامل اختزال وتغطية لتشمل المعادن النبيلة الأخرى ، مثل الذهب والبلاديوم والنحاس ، والتي تقدم تطبيقات إضافية مختلفة من الطب إلى الصناعة.
توزيع حجم الجسيمات من Ag-NPs توليفها في الظروف المثلى ؛ تركيزات الفضة (0.3 م) ، تركيزات العسل (20 بالوزن) ، ووقت التشعيع بالموجات فوق الصوتية (30 دقيقة)
دراسة وصورة: ©Oskuee et al. 2016
التأثير على التنوي وحجم الجسيمات عن طريق الصوتنة
تتيح الموجات فوق الصوتية إنتاج جزيئات النانو مثل جزيئات الفضة النانوية المصممة خصيصا لتلبية المتطلبات. ثلاثة خيارات عامة للصوتنة لها تأثيرات مهمة على الإخراج:
سونيشن الأولي: يمكن أن يؤدي التطبيق القصير للموجات فوق الصوتية إلى محلول مفرط التشبع إلى بدء البذر وتكوين النوى. كما يتم تطبيق صوتنة فقط خلال المرحلة الأولية، ويستمر نمو البلورة اللاحقة دون عوائق مما يؤدي إلى بلورات أكبر.
صوتنة مستمرة: ينتج عن التشعيع المستمر للمحلول الفائق التشبع بلورات صغيرة لأن الموجات فوق الصوتية غير المتوقفة مؤقتا تخلق الكثير من النوى مما يؤدي إلى نمو العديد من البلورات الصغيرة.
صوتنة نابضة: الموجات فوق الصوتية النبضية تعني تطبيق الموجات فوق الصوتية في فترات محددة. يسمح الإدخال الذي يتم التحكم فيه بدقة للطاقة فوق الصوتية بالتأثير على نمو البلورات من أجل الحصول على حجم بلوري مخصص.
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتخليق الجسيمات النانوية
Hielscher الموجات فوق الصوتية تقدم عالية الطاقة, معالجات الموجات فوق الصوتية موثوق بها مصممة للتطبيقات سونوكيميائية المتقدمة, بما في ذلك sono-synthesis و sono-catalysis. يعمل الخلط والتشتيت بالموجات فوق الصوتية على تعزيز نقل الكتلة بشكل كبير ، وتعزيز ترطيب مجموعات الذرة ، وتسهيل تنويها اللاحق ، مما يؤدي إلى ترسيب الجسيمات النانوية بكفاءة. يتم التعرف على التوليف بالموجات فوق الصوتية كطريقة بسيطة وفعالة من حيث التكلفة ومتوافقة حيويا وقابلة للتكرار وسريعة وآمنة لإنتاج مواد نانوية عالية الجودة. (اقرأ المزيد عن التخليق الكيميائي فوق الصوتية للبيروفسكايت و الهياكل النانوية ZnO!)
تم تصميم أجهزة الموجات فوق الصوتية Hielscher للتحكم الدقيق ، مما يتيح الظروف المثلى للتنوي ونمو المواد النانوية. تتميز هذه الأجهزة الرقمية ببرامج ذكية وشاشة ملونة تعمل باللمس وقائمة سهلة الاستخدام للتشغيل الآمن وسهل الاستخدام. بالإضافة إلى ذلك ، تأتي مع تسجيل تلقائي للبيانات على بطاقة SD مدمجة ، مما يضمن توثيق عملية سلسة.
مع مجموعة شاملة من الأنظمة - من أجهزة الموجات فوق الصوتية المحمولة المدمجة 50 واط للاستخدام المختبري إلى الأنظمة الصناعية القوية 16,000 واط - يوفر Hielscher الحل المثالي بالموجات فوق الصوتية لكل تطبيق. تم تصميم معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher من أجل المتانة ، للعمل بشكل مستمر في ظل ظروف الخدمة الشاقة ، حتى في البيئات الصعبة ، مما يضمن أداء موثوقا به 24/7.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
مقارنة بين الطرق التقليدية وطرق التوليف الأخضر لتخليق الجسيمات النانوية.
معالج بالموجات فوق الصوتية الصناعية UIP16000 (16 كيلو واط) لتخليق الجسيمات النانوية الفضية على نطاق واسع.
الأدب / المراجع
- Reza Kazemi Oskuee, Azhar Banikamali, Bibi Sedigheh Fazly Bazzaz, Hasan Ali Hosseini, 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.
- Eranga Roshan Balasooriya et al. (2017): Honey Mediated Green Synthesis of Nanoparticles: New Era of Safe Nanotechnology. Journal of Nanomaterials Volume 2017.
- D. Madhesh, S. Kalaiselvam (2014): Experimental Analysis of Hybrid Nanofluid as a Coolant. Procedia Engineering, Volume 97, 2014. 1667-1675.
حقائق تستحق المعرفة
ما هي جزيئات الفضة النانوية؟
جسيمات الفضة النانوية هي جزيئات من الفضة يتراوح حجمها بين 1 نانومتر و 100 نانومتر. تحتوي جسيمات الفضة النانوية على مساحة سطح كبيرة للغاية ، مما يسمح بتنسيق عدد كبير من الروابط.
توفر جسيمات الفضة النانوية خصائص بصرية وكهربائية وحرارية فريدة مما يجعلها ذات قيمة عالية لعلوم المواد وتطوير المنتجات ، على سبيل المثال ، الخلايا الكهروضوئية والإلكترونيات والأحبار الموصلة وأجهزة الاستشعار البيولوجية / الكيميائية.
تطبيق آخر ، أصبح راسخا بالفعل على نطاق واسع ، هو استخدام جسيمات الفضة النانوية للطلاء المضاد للميكروبات ، والعديد من المنسوجات ولوحات المفاتيح وضمادات الجروح والأجهزة الطبية الحيوية تحتوي الآن على جسيمات الفضة النانوية التي تطلق باستمرار مستوى منخفضا من أيونات الفضة لتوفير الحماية ضد البكتيريا.
كيف يتم استخدام الفضة النانوية في المنسوجات؟
يتم تطبيق جزيئات الفضة النانوية على تصنيع المنسوجات ، حيث يتم استخدام Ag-NPs لتصنيع الأقمشة القطنية بألوان قابلة للضبط ، وقدرات مضادة للبكتيريا ، وخصائص فائقة الشفاء ذاتية الاستنماء. تسمح الخاصية المضادة للبكتيريا لجزيئات الفضة النانوية بتصنيع الأقمشة التي تحلل الرائحة المشتقة من البكتيريا (مثل رائحة العرق).
ما هو طلاء مضاد للبكتيريا للأدوية والمستلزمات الطبية؟
تظهر جزيئات الفضة النانوية خصائص مضادة للبكتيريا ومضادة للفطريات ومضادة للأكسدة ، مما يجعلها مثيرة للاهتمام للتطبيقات الطبية والطبية ، على سبيل المثال ، عمل الأسنان ، والتطبيقات الجراحية ، وعلاج التئام الجروح ، والأجهزة الطبية الحيوية. أظهرت الأبحاث أن جزيئات الفضة النانوية (Ag-nPs) تمنع نمو وتكاثر سلالات البكتيريا المختلفة مثل Bacillus cereus و Staphylococcus aureus و Citrobacter koseri و Salmonella typhii و Pseudomonas aeruginosa و Escherichia coli و Klebsiella pneumonia و Vibrio parahaemolyticus والفطريات المبيضات البيض. يتم تحقيق التأثير المضاد للبكتيريا / المضادة للفطريات عن طريق جزيئات الفضة النانوية المنتشرة في الخلايا وربط أيونات Ag / Ag + بالجزيئات الحيوية في الخلايا الميكروبية بحيث تتعطل وظيفتها.
ما هو اختبار الميكروفوني؟
يحدد اختبار MIC (الحد الأدنى للتركيز المثبط) أدنى تركيز لمادة ما ، مثل عامل مضاد للميكروبات ، مطلوب لتثبيط النمو المرئي للكائن الحي الدقيق في المختبر. يتم إجراؤه بشكل شائع باستخدام التخفيفات التسلسلية في وسط نمو السائل وقياس نمو البكتيريا بعد الحضانة. اقرأ المزيد حول كيفية تسهيل الصوتنة فحوصات الميكروفون عالية الإنتاجية!