Nano-gümüşün bal və ultrasəs ilə sintezi

Nano-gümüş, tibb və materialşünaslıqda materialları gücləndirmək üçün antibakterial xüsusiyyətlərinə görə istifadə olunur. Ultrasonikasiya suda sferik gümüş nanohissəciklərin sürətli, effektiv, təhlükəsiz və ətraf mühitə uyğun sintezinə imkan verir. Ultrasəs nanohissəciklərin sintezi kiçikdən böyük istehsala qədər asanlıqla miqyaslı ola bilər.

Kolloid Nano-Gümüşün Ultrasəslə Yardımlı Sintezi

Ultrasəs şüalanması ilə asanlaşdırılan kimyəvi reaksiyalara aid olan sonokimyəvi sintez, nanohissəciklərin istehsalı üçün geniş tətbiq olunan bir üsuldur. Bunlara gümüş, qızıl, maqnetit, hidroksiapatit, xlorokin, perovskit, lateks və bir çox digər nano-materiallar.

Ultrasəs yaş-kimyəvi sintez

Gümüş nanohissəciklərin istehsalı üçün ultrasəslə dəstəklənən çoxsaylı sintez marşrutları işlənib hazırlanmışdır. Diqqətəlayiq üsullardan biri baldan həm azaldıcı, həm də tıxanma agenti kimi istifadə olunur. Balın tərkibindəki qlükoza və fruktoza kimi komponentlər sintez prosesi zamanı bu rollarda sinergik şəkildə hərəkət edir.
Bir çox nanohissəciklərin sintezi üsullarına bənzər olaraq, ultrasəs nano-gümüş sintezi yaş kimya kateqoriyasına aiddir. Proses məhlulda gümüş nanohissəciklərin nüvələşməsi ilə başlayır. Sonikasiya zamanı gümüş prekursor (məsələn, gümüş nitrat (AgNO₃) və ya gümüş perklorat (AgClO₄)) kolloid gümüşü əldə etmək üçün bal kimi reduksiyaedici maddənin iştirakı ilə reduksiya edilir.

Ultrasonik Gümüş Nüvələşmə və Artım Mexanizmi

İlkin nüvələşmə mərhələsi: Həll edilmiş gümüş ionlarının konsentrasiyası artdıqca, metal gümüş ionları kiçik klasterlər yaratmaq üçün bağlanmağa başlayır. Bu mərhələdə bu qruplar mənfi enerji balansına görə enerji baxımından qeyri-sabitdir. Yeni səthlərin yaradılması üçün tələb olunan enerji həll olunmuş gümüş konsentrasiyasını azaltmaqla əldə edilən enerjini üstələyir.

• Kritik radius: Bir çoxluq müəyyən bir ölçüyə (kritik radius) çatdıqda, proses enerji baxımından əlverişli olur və klasteri sabitləşdirir. Bu sabitlik klasterin daha da böyüməsi üçün nüvə rolunu oynamağa imkan verir.
• Artım mərhələsi: Böyümə zamanı əlavə gümüş atomları məhlul vasitəsilə yayılır və böyüyən nanohissəciklərin səthinə yapışır. Artım, həll olunmuş gümüşün konsentrasiyası nüvələşmə həddinin altına düşənə qədər davam edir və yeni nüvələrin əmələ gəlməsini dayandırır.
• Diffuziya və tamamlama: Qalan həll edilmiş gümüş mövcud nanohissəciklərə daxil edilərək prosesi tamamlayır.

Sonication kütləvi köçürməni, xüsusən də ıslatma və diffuziya proseslərini sürətləndirir, bu da daha sürətli nüvələşməyə və idarə olunan böyüməyə səbəb olur. İntensivlik və müddət kimi sonikasiya parametrlərini dəqiq tənzimləməklə nanohissəciklərin ölçüsü, böyümə sürəti və forması incə şəkildə tənzimlənə bilər. Bu dəqiq nəzarət xüsusi tətbiqlər üçün uyğunlaşdırılmış ardıcıl nanohissəcik strukturlarını təmin edir.

Ultrasəslə dəstəklənən sintez, tədqiqat və sənayedə müxtəlif tətbiqlər üçün əhəmiyyətli üstünlüklər təklif edərək, yaxşı müəyyən edilmiş xassələrə malik nano-gümüş istehsal etmək üçün effektiv, genişlənə bilən və yaşıl kimya yanaşması kimi seçilir.

Karagenandan istifadə edərək nano-gümüşü ultrasəslə sintez etmək üçün başqa bir yaşıl üsul haqqında ətraflı oxumaq üçün buraya klikləyin!

Sonication dar ölçülü paylanma ilə kiçik gümüş nanohissəciklərin sürətli, yaşıl sintezini asanlaşdırır.

Ultrasonik Nano-Gümüş Sintezinin Case Study

adlı araşdırma “Gümüş nanohissəciklərin bal əsaslı və ultrasəs köməyi ilə sintezi və onların antibakterial aktivliyi” Oskuee et al. (2016) həm azaldıcı, həm də stabilləşdirici agent kimi təbii baldan istifadə edərək gümüş nanohissəciklərin (Ag-NPs) sintezi üçün sadə və ekoloji cəhətdən təmiz metodu araşdırır. Ultrasəs şüalanması altında gümüş nitratın (AgNO₃) azaldılmasını nəzərdə tutan proses, gümüş ionunun konsentrasiyası, bal konsentrasiyası və sonikasiya müddəti daxil olmaqla müxtəlif parametrlərlə xarakterizə olunur. Yaranan Ag-NP-lərin orta ölçüsü təxminən 11,8 nm-dir və Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa və E. coli kimi patogen bakteriyalara qarşı antibakterial xüsusiyyətlər nümayiş etdirir.
Tədqiqat, nanohissəciklərin sintezində baldan istifadənin faydalarını vurğulayaraq, onun yaşıl, ucuz və toksik olmayan təbiətini vurğulayır. Müəlliflər Ag-NP-lərin ölçüsü və məhsuldarlığının gümüş konsentrasiyası, bal tərkibi və sonication müddəti kimi reaksiya parametrlərini tənzimləməklə idarə oluna biləcəyini nümayiş etdirirlər. Sintezləşdirilmiş Ag-NP-lərin, xüsusilə E. coli və S. aureus-a qarşı effektiv antibakterial fəaliyyətə malik olduğu, minimum inhibitor konsentrasiyaları (MİK) təxminən 19,46 ppm olduğu göstərilmişdir. Bu üsul yaraların sağalması və infeksiyaya nəzarət də daxil olmaqla tibb sahələrində Ag-NP-lərin potensial tətbiqini təqdim edir.

• Materiallar: gümüş nitrat (AgNO₃) gümüş prekursoru kimi; qapaqlayıcı / azaldıcı agent kimi bal; su
• Ultrasəs cihazı: Zond tipli sonikator UP400St

Ultrasonik Sintez Protokolu

Koloidal gümüş nanohissəciklərin sintezi üçün ən yaxşı şərtlər aşağıdakılar olduğu aşkar edilmişdir: Təbii balın vasitəçiliyi ilə ultrasəslə gümüş nitratın azaldılması. Qısaca, bal (20 wt%) olan 20 ml gümüş nitrat məhlulu (0,3 M) ətraf mühit şəraitində 30 dəqiqə ərzində yüksək intensivlikli ultrasəs şüalanmasına məruz qaldı. Ultrasonikasiya birbaşa reaksiya məhluluna batırılmış UP400S (400W, 24 kHz) zond tipli ultrasəs cihazı ilə həyata keçirilmişdir.
Qida dərəcəli bal, sulu nüvələşmə məhlulunu və çökmüş nanohissəcikləri təmiz və manifold tətbiqləri üçün təhlükəsiz edən qapaqlayıcı/sabitləşdirici və azaldıcı vasitə kimi istifadə olunur.
Ultrasəsləmə vaxtı artdıqca gümüş nanohissəciklər kiçilir və onların konsentrasiyası artır.
Sulu bal məhlulunda ultrasəs gümüş nanohissəciklərin əmələ gəlməsinə təsir edən əsas amildir. Amplituda, vaxt və davamlı və pulsasiya edən ultrasəs kimi sonikasiya parametrləri gümüş nanohissəciklərin ölçüsünü və miqdarını idarə etməyə imkan verən əsas amillərdir.

Optimal şəraitdə sintez edilən Ag-NP-lərin hissəcik ölçüsünün paylanması; gümüş konsentrasiyası (0,3 M), bal konsentrasiyası (20 wt%) və ultrasəs şüalanma vaxtları (30 dəq)
şəkil mənbəyi: ©Oskuee et al. 2016

Gümüş nanohissəciklərin ultrasəs sintezinin nəticəsi

Ultrasonik olaraq təşviq edilən, UP400St sonikatoru ilə bal vasitəçiliyi ilə sintez, orta hissəcik ölçüsü təxminən 11.8nm olan sferik gümüş nanohissəciklər (Ag-NPs) ilə nəticələndi. Gümüş nanohissəciklərin ultrasəs sintezi sadə və sürətli bir qazan üsuludur. Material kimi su və baldan istifadə reaksiyanı qənaətcil və son dərəcə ekoloji cəhətdən təmiz edir.
Baldan reduksiya və qapaq kimi istifadə edilən ultrasəs sintezinin təqdim olunan texnikası tibbdən sənayeyə müxtəlif əlavə tətbiqlər təklif edən qızıl, palladium və mis kimi digər nəcib metallara da şamil edilə bilər.

Optimal şəraitdə sintez edilən Ag-NP-lərin hissəcik ölçüsünün paylanması; gümüş konsentrasiyası (0,3 M), bal konsentrasiyası (20 wt%) və ultrasəs şüalanma müddəti (30 dəq)
Tədqiqat və şəkil: ©Oskuee et al. 2016

Sonikasiya ilə Nüvələşmə və Hissəcik Ölçüsünə Təsir

Ultrasəs tələblərə uyğunlaşdırılmış gümüş nanohissəciklər kimi nanohissəciklərin istehsalına imkan verir. Sonikasiyanın üç ümumi variantı nəticəyə mühüm təsir göstərir:
İlkin sonikasiya: Ultrasəs dalğalarının həddindən artıq doymuş bir həllə qısa tətbiqi nüvələrin əkilməsi və formalaşmasına başlaya bilər. Sonikasiya yalnız ilkin mərhələdə tətbiq olunduğundan, sonrakı kristal artımı maneəsiz davam edir və nəticədə daha böyük kristallar yaranır.
Davamlı Sonikasiya: Aşırı doymuş məhlulun davamlı şüalanması kiçik kristallara səbəb olur, çünki fasiləsiz ultrasəs çox sayda kiçik kristalların böyüməsi ilə nəticələnən çoxlu nüvələr yaradır.
Pulsed Sonikasiya: Pulsed ultrasəs ultrasəsin müəyyən aralıqlarla tətbiqi deməkdir. Ultrasəs enerjisinin dəqiq idarə olunan girişi xüsusi kristal ölçüsünü əldə etmək üçün kristalın böyüməsinə təsir göstərməyə imkan verir.

Nanohissəciklərin sintezi üçün yüksək performanslı ultrasəs cihazları

Hielscher Ultrasonics, sono-sintez və sono-kataliz də daxil olmaqla qabaqcıl sonokimyəvi tətbiqlər üçün nəzərdə tutulmuş yüksək güclü, etibarlı ultrasəs prosessorları təklif edir. Ultrasonik qarışdırma və dispersiya kütlə ötürülməsini əhəmiyyətli dərəcədə artırır, atom klasterlərinin islanmasını təşviq edir və onların sonrakı nüvələşməsini asanlaşdırır, nanohissəciklərin səmərəli çökməsinə səbəb olur. Ultrasəs sintezi yüksək keyfiyyətli nanomaterialların istehsalı üçün sadə, sərfəli, biouyğun, təkrarlana bilən, sürətli və təhlükəsiz üsul kimi tanınır. (Perovskitin sonokimyəvi sintezi haqqında daha çox oxuyun və ZnO nanostrukturları!)

Hielscher ultrasəs cihazları nanomateryalların nüvələşməsi və böyüməsi üçün optimal şərait yaradan dəqiq nəzarət üçün hazırlanmışdır. Bu rəqəmsal qurğular təhlükəsiz və istifadəçi dostu əməliyyat üçün ağıllı proqram təminatı, rəngli sensor displey və intuitiv menyuya malikdir. Bundan əlavə, onlar daxili SD kartda məlumatların avtomatik qeydi ilə gəlir və problemsiz proses sənədlərini təmin edir.

Sistemlərin hərtərəfli çeşidi ilə - laboratoriya istifadəsi üçün kompakt 50 vattlıq əl ultrasəs aparatlarından möhkəm 16,000 vattlıq sənaye sistemlərinə qədər - Hielscher hər bir tətbiq üçün ideal ultrasəs həllini təmin edir. Dayanıqlılıq üçün nəzərdə tutulmuş Hielscher ultrasəs avadanlığı 24/7 etibarlı performansı təmin edərək, hətta tələbkar mühitlərdə belə ağır yük şəraitində davamlı işləmək üçün qurulmuşdur.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:

Nanohissəciklərin sintezinin ənənəvi üsulları ilə yaşıl sintez üsullarının müqayisəsi.