Gümüş nanohissəciklərin əldə edilməsi üçün yaşıl sonokimyəvi üsul
Gümüş nanohissəciklər (AgNPs) antimikrob xassələri, optik xassələri və yüksək elektrik keçiriciliyi sayəsində tez-tez istifadə olunan nanomateriallardır. Kappa-karaginandan istifadə edən sonokimyəvi üsul gümüş nanohissəciklərin hazırlanması üçün sadə, əlverişli və ekoloji cəhətdən təmiz sintez üsuludur. κ-karaginan təbii, ekoloji cəhətdən təmiz stabilizator kimi istifadə olunur, yüksək güclü ultrasəs isə yaşıl reduksiyaedici vasitə kimi çıxış edir.
Yaşıl kimya parametrlərə dəqiq nəzarət tələb edir. Nanomaterial mühəndislərimiz məhsul çıxımını maksimuma çatdırmaq, hissəciklərin morfologiyasına nəzarət etmək və yaşıl kimya prinsiplərinə tam uyğunluğu təmin etmək üçün düzgün sonotrodu, reaktor həndəsəsini və güc parametrlərini seçməyinizə kömək edəcəklər.
Ag+/κ-karaginan (solda) və ultrasəslə işlənmiş Ag/κ-karaginan (sağda). Ultrasəs emalı UP400S ilə 90min ərzində aparılmışdır.
[Elsupikhe et al. 2015]
Gümüş nanohissəciklərin yaşıl ultrasəs sintezi
Elsupikhe və həmmüəllifləri (2015) gümüş nanohissəciklərin (AgNPs) hazırlanması üçün ultrasəsin köməyi ilə həyata keçirilən yaşıl sintez üsulu işləyib hazırlamışlar. Sonokimyanın bir çox məhlul mühitində gedən kimyəvi reaksiyanı sürətləndirdiyi yaxşı məlumdur. Ultrasəs emalı təbii stabilizator kimi κ-karaginandan istifadə etməklə AgNPs sintez etməyə imkan verir. Reaksiya otaq temperaturunda gedir və heç bir qatışıq olmadan üzəmərkəzli kubik (fcc) kristal quruluşlu gümüş nanohissəciklər əmələ gətirir. κ-karaginanın qatılığı AgNPs-in hissəcik ölçüsü paylanmasına təsir göstərə bilər.
Ultrasəs emalı zamanı κ-karaginanla örtülmüş Ag-NPs-in yüklü qrupları arasındakı qarşılıqlı təsirin sxemi. [Elsupikhe et al. 2015]
Prosedur: Gümüş nanohissəciklərin dayanıqlı sintezi
- Ag-NPs κ-karaginan iştirakı ilə ultrasəsdən istifadə edilərək reduksiya olunan AgNO3 əsasında sintez edildi. Müxtəlif nümunələr əldə etmək üçün beş suspenziya 10 mL 0,1 M AgNO3 məhlulunun 40-mL κ-karaginana əlavə edilməsi ilə hazırlandı. İstifadə olunan κ-karaginan məhlullarının qatılığı müvafiq olaraq 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 və 0,3 wt% idi.
- Məhlullar 1h qarışdırıldı və nəticədə AgNO3/κ-karaginan əldə edildi.
- Sonra nümunələr intensiv ultrasəs şüalanmasına məruz qoyuldu: ultrasəs cihazı UP400S (400W, 24kHz) üçün amplituda 50% səviyyəsinə təyin edildi. Ultrasəs emalı otaq temperaturunda 90min ərzində tətbiq olundu. Mayelərin ultrasəslə emalı üçün istifadə edilən UP400S cihazının sonotrodu birbaşa reaksiya məhluluna salındı.
- Ultrasəs emalından sonra suspenziyalar 15min sentrifuqalandı və gümüş ionlarının qalıqlarını kənarlaşdırmaq üçün ikiqat distillə edilmiş su ilə dörd dəfə yuyuldu. Ag-NPs əldə etmək üçün çökdürülmüş nanohissəciklər vakuum altında 40°C temperaturda gecə boyunca quruduldu.
Tənlik
- nH₂O —ultrasəs emalı–> +H + OH
- OH + RH –> R + H₂O
- AgNo₃–hidroliz–> Ag+ + NO₃–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –reduksiya–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Təhlil və nəticələr: Ultrasəslə sintez edilmiş gümüş nanohissəciklər
Nəticələri qiymətləndirmək üçün nümunələr ultrabənövşəyi və görünən işıq spektroskopiyası, rentgen şüalarının difraksiyası, FT-IR kimyəvi təhlili, TEM və SEM təsvirləri vasitəsilə təhlil edildi.
κ-karaginanın qatılığı artdıqca Ag-NPs-in sayı artdı. Ag/κ-karaginanın əmələ gəlməsi ultrabənövşəyi və görünən işıq spektroskopiyası ilə müəyyən edildi; səth plazmonlarının udulma maksimumu 402 ilə 420nm arasında müşahidə olundu. Rentgen şüalarının difraksiyası (XRD) təhlili Ag-NPs-in üzəmərkəzli kubik quruluşa malik olduğunu göstərdi. Furye çevirməli infraqırmızı (FT-IR) spektr κ-karaginanda Ag-NPs-in mövcudluğunu göstərdi. κ-karaginanın ən yüksək qatılığı üçün alınmış transmissiya elektron mikroskopiyası (TEM) təsviri orta hissəcik ölçüsü təxminən 4,21nm olan Ag-NPs-in paylanmasını göstərdi. Skanedici elektron mikroskopiyası (SEM) təsvirləri Ag-NPs-in sferik formasını nümayiş etdirdi. SEM təhlili göstərir ki, κ-karaginanın qatılığı artdıqca Ag/κ-karaginanın səthində dəyişikliklər baş verdi və nəticədə sferik formalı kiçik ölçülü Ag-NPs əldə edildi.
κ-karaginanın müxtəlif qatılıqlarında sonokimyəvi üsulla sintez edilmiş Ag/κ-karaginanın TEM təsvirləri və müvafiq ölçü paylanmaları. [0,1%, 0,2% və 0,3%, müvafiq olaraq (a, b, c)].
UP400S – Ag nanohissəciklərinin sonokimyəvi sintezi üçün istifadə olunan ultrasəs cihazı
Ədəbiyyat/İstinadlar
- 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.
Tez-tez verilən suallar: Gümüş nanohissəciklərin yaşıl sonokimyəvi sintezi
Ultrasəs gümüş nanohissəciklərin yaşıl sintezini necə yaxşılaşdırır?
Ultrasəs akustik kavitasiyanı yaradır, ekoloji cəhətdən təmiz vasitələrdən istifadə etməklə gümüş ionlarını sürətlə reduksiya edən lokal yüksək temperatur sahələri əmələ gətirir. Bu sonokimyəvi proses reaksiya kinetikasını sürətləndirir, bərabər nüvələnməyə kömək edir və hissəciklərin ölçüsünə və formasına dəqiq nəzarət etməyə imkan verir – bütün bunlar aqressiv kimyəvi maddələr və ya yüksək istilik enerjisi olmadan həyata keçirilir.
AgNPs üçün yaşıl sonokimyəvi üsulun əsas üstünlükləri hansılardır?
Yaşıl sonokimyəvi sintez toksik olmayan, ətraf mühit üçün zərərsiz gümüş nanohissəciklər istehsal etmək üçün ultrasəsi biouyğun reduksiyaedici və səthi örtən vasitələrlə (bitki ekstraktları, şəkərlər və ya polimerlər kimi) birləşdirir. Bu üsul enerji sərfini azaldır, sintez müddətini qısaldır, təhlükəli əlavə məhsulları aradan qaldırır və sabit ölçü paylanmasına malik yüksək dərəcədə stabil nanohissəciklər verir.
Ultrasəs gümüş nanohissəciklərin ölçüsünə və morfologiyasına nəzarət edə bilərmi?
Bəli. Ultrasəs amplitudasını, tezliyini, güc sıxlığını və ultrasəs emalının müddətini tənzimləməklə istehsalçılar nüvələnmə və böyümə sürətlərini dəqiq tənzimləyə bilərlər. Bu, konkret biotibbi, elektronika və ya sənaye tətbiqlərinə uyğunlaşdırılmış, müxtəlif formalı (sferalar, kublar, üçbucaqlı lövhəciklər) 5–100 nm ölçülü AgNPs-in təkrarlana bilən istehsalına imkan verir.
Yaşıl ultrasəs sintezinin miqyası sənaye səviyyəsində AgNP istehsalı üçün artırıla bilərmi?
Tamamilə. Sənaye ultrasəs prosessorları fasiləsiz axınlı reaktorları dəstəkləyir; bu reaktorların miqyası laboratoriya partiyalarından tam istehsala qədər problemsiz artırıla bilir. Axın xəttində ultrasəs emalı kavitasiyanın bərabər paylanmasını, prosesin real vaxtda monitorinqini və partiyalar arasında sabitliyi təmin edir və beləliklə, böyük həcmli, ekoloji cəhətdən təmiz AgNP istehsalı üçün ideal olur.
Gümüş nanohissəciklərin ultrasəs sintezində hansı yaşıl reduksiyaedici vasitələr ən yaxşı nəticə verir?
Effektiv, ekoloji cəhətdən təmiz vasitələrə bitki ekstraktları (məsələn, aloe, yaşıl çay, sitrus qabıqları), karbohidratlar, amin turşuları, zülallar və bioloji parçalanan polimerlər daxildir. Ultrasəs onların reduksiyaedici və stabilləşdirici təsirinin səmərəliliyini artırır və yüksək məhsul çıxımını, kolloid stabilliyini və funksional göstəriciləri qorumaqla sintetik kimyəvi maddələrin tam əvəzlənməsinə imkan verir.
AgNPs üçün sonokimyəvi sintez ənənəvi kimyəvi üsullarla necə müqayisə olunur?
Ənənəvi kimyəvi üsullar çox vaxt toksik reduksiyaedicilərə (məsələn, natrium borohidridə) və ifrat pH səviyyələrinə əsaslanır və təhlükəli tullantılar əmələ gətirir. Yaşıl sonokimyəvi sintez təhlükəsiz, bərpa olunan materiallardan istifadə edir, ətraf mühit temperaturunda və ya mülayim temperatur şəraitində aparılır, emal müddətini əhəmiyyətli dərəcədə qısaldır və daha yaxşı dispersiyaya və daha uzun saxlanma müddətinə malik, daha təmiz və daha biouyğun nanohissəciklər istehsal edir.
Yaşıl ultrasəs üsulu ilə əldə edilmiş gümüş nanohissəciklər hansı sənaye sahələrinə fayda verir?
Yaşıl sonokimyəvi üsullarla sintez edilmiş AgNPs antimikrob örtüklərdə, tibbi cihazlarda, yaralara qulluqda, su filtrasiyasında, elastik elektronikada və dayanıqlı qablaşdırmada geniş istifadə olunur. Onların ekoloji cəhətdən təmiz istehsalı yüksək effektivlik və tənzimləyici orqanların qəbulunu təmin etməklə yanaşı, ciddi ekoloji və təhlükəsizlik standartlarına uyğunluğu təmin edir.
Gümüş nanohissəciklər nədir?
Gümüş nanohissəciklər 1nm ilə 100nm arasında ölçü ilə xarakterizə olunur. Tez-tez ‘gümüş’ kimi təsvir edilsələr də, bəzilərinin tərkibində gümüş oksidin payı yüksəkdir; bunun səbəbi səthdəki gümüş atomlarının həcmdəki gümüş atomlarına nisbətinin yüksək olmasıdır. Gümüş nanohissəciklər müxtəlif quruluşlarda ola bilər. Ən çox sferik gümüş nanohissəciklər sintez edilir, lakin rombşəkilli, səkkizbucaqlı hissəciklər və nazik təbəqələr də istifadə olunur.
Gümüş nanohissəciklər tibbi tətbiqlərdə çox geniş istifadə olunur. Gümüş ionları bioaktivdir və güclü antimikrob və mikroböldürücü təsirlərə malikdir. Onların son dərəcə böyük səth sahəsi çoxsaylı liqandlarla koordinasiya əlaqələrinin yaranmasına imkan verir. Digər mühüm xüsusiyyətlər keçiricilik və unikal optik xassələrdir.
Keçiricilik xüsusiyyətlərinə görə gümüş nanohissəciklər tez-tez kompozitlərə, plastiklərə, epoksid materiallara və yapışdırıcılara daxil edilir. Gümüş hissəcikləri elektrik keçiriciliyini artırır; buna görə də gümüş pastaları və mürəkkəbləri elektronika istehsalında tez-tez istifadə olunur. Gümüş nanohissəciklər səth plazmonlarını dəstəklədiyinə görə AgNPs müstəsna optik xassələrə malikdir. Plazmonik gümüş nanohissəciklər sensorlarda, detektorlarda və səthlə gücləndirilmiş Raman spektroskopiyası (SERS) və səth plazmon sahəsi ilə gücləndirilmiş flüoressensiya spektroskopiyası (SPFS) kimi analitik avadanlıqlarda istifadə olunur.
Karaginan nədir?
Karaginan müxtəlif qırmızı dəniz yosunu növlərində rast gəlinən ucuz təbii polimerdir. Karaginanlar gel əmələ gətirmə, qatılaşdırma və stabilləşdirmə xassələrinə görə qida sənayesində geniş istifadə olunan xətti sulfatlaşdırılmış polisaxaridlərdir. Qida zülalları ilə güclü bağlanmalarına görə onların əsas tətbiq sahəsi süd və ət məhsullarıdır. Karaginanın sulfatlaşma dərəcəsi ilə fərqlənən üç əsas növü vardır. Kappa-karaginanda hər disaxaridə bir sulfat qrupu düşür. İota-karaginanda (ι-karaginan) hər disaxaridə iki sulfat düşür. Lambda-karaginanda (λ-karaginan) hər disaxaridə üç sulfat düşür.
Kappa-karaginan (κ-karaginan) D-qalaktoza və 3,6-anhidro-D-qalaktozadan ibarət sulfatlaşdırılmış polisaxaridin xətti quruluşuna malikdir.
κ-karaginan qida sənayesində, məsələn, gel əmələ gətirən vasitə kimi və teksturanın dəyişdirilməsi üçün geniş istifadə olunur. Məhsulun özlülüyünü artırmaq üçün dondurmada, qaymaqda, kəsmikdə, südlü kokteyllərdə, salat souslarında, şəkərli qatılaşdırılmış süddə, soya südündə və digər bitki südlərində, eləcə də souslarda əlavə kimi istifadə oluna bilər.
Bundan əlavə, κ-karaginana qeyri-qida məhsullarında da rast gəlinir: şampun və kosmetik kremlərdə qatılaşdırıcı kimi, diş məcununda (tərkib hissələrinin ayrılmasının qarşısını alan stabilizator kimi), yanğınsöndürmə köpüyündə (köpüyü yapışqan edən qatılaşdırıcı kimi), hava təravətləndirici gellərdə, ayaqqabı kremində (özlülüyü artırmaq üçün), biotexnologiyada hüceyrələri/fermentləri immobilizasiya etmək üçün, əczaçılıq məhsullarında (həblərdə/tabletlərdə qeyri-aktiv köməkçi maddə kimi), ev heyvanları yemində və s.
κ-karaginanın müxtəlif qatılıqlarında Ag/κ-karaginanın SEM təsvirləri. [0,1%, 0,2% və 0,3 %, müvafiq olaraq (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015]