Bal və ultrasəs ilə nanogümüşün sintezi
Nanogümüş antibakterial xüsusiyyətlərinə görə tibbdə və materialşünaslıqda materialları möhkəmləndirmək üçün istifadə olunur. Ultrasəslə emal suda sferik gümüş nanohissəciklərinin sürətli, effektiv, təhlükəsiz və ekoloji cəhətdən əlverişli sintezinə imkan verir. Nanohissəciklərin ultrasəslə sintezini kiçik istehsal miqyasından böyük istehsal miqyasına asanlıqla keçirmək mümkündür.
Ultrasəsin köməyi ilə kolloidal nanogümüşün sintezi
Ultrasəs şüalanmasının asanlaşdırdığı kimyəvi reaksiyaları ifadə edən sonokimyəvi sintez nanohissəciklərin istehsalı üçün geniş tətbiq olunan üsuldur. Bunlara gümüş, qızıl, maqnetit, hidroksiapatit, perovskit, lateks və bir çox digər nanomateriallar daxildir.
Ultrasəslə yaş kimyəvi sintez
Gümüş nanohissəciklərinin istehsalı üçün ultrasəsin köməyi ilə həyata keçirilən bir çox sintez yolu işlənib hazırlanmışdır. Diqqətəlayiq üsullardan birində bal həm reduksiyaedici, həm də səthi örtən agent kimi istifadə olunur. Balın tərkibindəki qlükoza və fruktoza kimi komponentlər sintez prosesində bu funksiyaları sinergetik şəkildə yerinə yetirir.
Bir çox nanohissəcik sintezi texnikası kimi, nanogümüşün ultrasəslə sintezi də yaş kimya kateqoriyasına aiddir. Proses məhlul daxilində gümüş nanohissəciklərinin nüvələrinin yaranması ilə başlayır. Ultrasəslə emal zamanı kolloidal gümüş əldə etmək üçün gümüş prekursoru (məsələn, gümüş nitrat (AgNO3) və ya gümüş perxlorat (AgClO4)) bal kimi reduksiyaedici agentin iştirakı ilə reduksiya olunur.
Ultrasəslə gümüş nüvələrinin yaranması və böyüməsi mexanizmi
İlkin nüvələşmə mərhələsi: Həll olmuş gümüş ionlarının konsentrasiyası artdıqca, metal gümüş ionları birləşərək kiçik klasterlər əmələ gətirməyə başlayır. Bu mərhələdə həmin klasterlər mənfi enerji balansına görə energetik baxımdan qeyri-sabitdir. Yeni səthlər yaratmaq üçün tələb olunan enerji həll olmuş gümüşün konsentrasiyasının azalması hesabına əldə olunan enerjidən çoxdur.
- Kritik radius: Klaster müəyyən ölçüyə (kritik radiusa) çatdıqda proses energetik baxımdan əlverişli olur və klaster sabitləşir. Bu sabitlik klasterin sonrakı böyümə üçün nüvə rolunu oynamasına imkan verir.
- Böyümə mərhələsi: Böyümə zamanı əlavə gümüş atomları məhlulda diffuziya edərək böyüyən nanohissəciyin səthinə birləşir. Böyümə həll olmuş gümüşün konsentrasiyası nüvələşmə həddindən aşağı düşənə qədər davam edir və bu zaman yeni nüvələrin yaranması dayanır.
- Diffuziya və tamamlanma: Qalan həll olmuş gümüş mövcud nanohissəciklərin tərkibinə daxil olur və proses tamamlanır.
Ultrasəslə emal kütlə ötürülməsini, xüsusilə islanma və diffuziya proseslərini sürətləndirir; bu isə daha sürətli nüvələşməyə və idarə olunan böyüməyə gətirib çıxarır. İntensivlik və müddət kimi ultrasəslə emal parametrlərini dəqiq tənzimləməklə nanohissəciklərin ölçüsünü, böyümə sürətini və formasını incə şəkildə nizamlamaq mümkündür. Bu dəqiq nəzarət konkret tətbiqlərə uyğunlaşdırılmış, bir-birinə uyğun nanohissəcik strukturlarını təmin edir.
Ultrasəsin köməyi ilə sintez dəqiq müəyyən edilmiş xüsusiyyətlərə malik nanogümüşün istehsalı üçün effektiv, miqyaslandırıla bilən və yaşıl kimyaya əsaslanan yanaşma kimi seçilir və tədqiqatda və sənayedə müxtəlif tətbiqlər üçün əhəmiyyətli üstünlüklər təklif edir.
Ultrasəslə emal dar ölçü paylanmasına malik kiçik gümüş nanohissəciklərinin sürətli, yaşıl sintezini asanlaşdırır.
- bir reaksiya qabında aparılan sadə reaksiya
- təhlükəsiz
- sürətli proses
- aşağı xərc
- xətti miqyaslandırma imkanı
- ekoloji cəhətdən əlverişli, yaşıl kimya
UP400St – nanohissəciklərin sonokimyəvi sintezi üçün 400 vatt gücündə ultrasəs cihazı
Nanogümüşün ultrasəslə sintezinə dair konkret tədqiqat
Oskuee və həmmüəlliflərinin (2016) «Bal əsasında və ultrasəsin köməyi ilə gümüş nanohissəciklərinin sintezi və onların antibakterial aktivliyi» adlı tədqiqatı təbii baldan həm reduksiyaedici, həm də sabitləşdirici agent kimi istifadə etməklə gümüş nanohissəciklərinin (Ag-NPs) sintezi üçün sadə və ekoloji cəhətdən əlverişli üsulu araşdırır. Ultrasəs şüalanması altında gümüş nitratın (AgNO₃) reduksiyasını əhatə edən proses gümüş ionlarının konsentrasiyası, balın konsentrasiyası və ultrasəslə emal müddəti daxil olmaqla müxtəlif parametrlərlə səciyyələnir. Əldə olunan Ag-NPs orta hesabla təxminən 11,8 nm ölçüyə malikdir və Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa və E. coli kimi patogen bakteriyalara qarşı antibakterial xüsusiyyətlər göstərir.
Tədqiqat nanohissəciklərin sintezində baldan istifadənin üstünlüklərini vurğulayaraq onun ekoloji cəhətdən əlverişli, ucuz və toksik olmayan təbiətini önə çəkir. Müəlliflər gümüşün konsentrasiyası, balın miqdarı və ultrasəslə emal müddəti kimi reaksiya parametrlərini tənzimləməklə Ag-NPs ölçüsünü və çıxımını idarə etməyin mümkün olduğunu göstərirlər. Sintez edilmiş Ag-NPs xüsusilə E. coli və S. aureus-a qarşı effektiv antibakterial aktivliyə malik olduğu göstərilmişdir; minimum inhibəedici konsentrasiyalar (MIC) təxminən 19,46 ppm təşkil etmişdir. Bu üsul Ag-NPs üçün yaraların sağalması və infeksiyalara nəzarət daxil olmaqla tibb sahələrində potensial tətbiq imkanı təqdim edir.
- Materiallar: gümüş nitrat (AgNO3) gümüş prekursoru kimi; bal səthi örtən / reduksiyaedici agent kimi; su
- Ultrasəs cihazı: Zond tipli ultrasəs cihazı UP400St
Ultrasəslə sintez protokolu
Kolloidal gümüş nanohissəciklərinin sintezi üçün ən yaxşı şərtlərin aşağıdakılar olduğu müəyyən edilmişdir: təbii balın vasitəçiliyi ilə ultrasəslə emal altında gümüş nitratın reduksiyası. Qısaca, tərkibində bal (20 wt%) olan 20 ml gümüş nitrat məhlulu (0,3 M) ətraf mühit şəraitində 30 min ərzində yüksək intensivlikli ultrasəs şüalanmasına məruz qoyulmuşdur. Ultrasəslə emal birbaşa reaksiya məhluluna batırılmış zond tipli ultrasəs cihazı UP400S (400W, 24 kHz) ilə həyata keçirilmişdir.
Qida keyfiyyətli bal səthi örtən / sabitləşdirici və reduksiyaedici agent kimi istifadə olunur; bu da sulu nüvələşmə məhlulunu və çökdürülmüş nanohissəcikləri müxtəlif tətbiqlər üçün təmiz və təhlükəsiz edir.
Ultrasəslə emal müddəti artdıqca gümüş nanohissəcikləri kiçilir və onların konsentrasiyası artır.
Balın sulu məhlulunda ultrasəslə emal gümüş nanohissəciklərinin yaranmasına təsir edən əsas amildir. Amplituda, müddət və fasiləsiz yaxud impuls rejimli ultrasəs kimi ultrasəslə emal parametrləri gümüş nanohissəciklərinin ölçüsünü və miqdarını idarə etməyə imkan verən əsas amillərdir.
Optimal şəraitdə sintez edilmiş Ag-NPs hissəciklərinin ölçü paylanması; gümüş konsentrasiyaları (0,3 M), bal konsentrasiyaları (20 wt%) və ultrasəs şüalanması müddətləri (30 min)
şəklin mənbəyi: ©Oskuee et al. 2016
Gümüş nanohissəciklərinin ultrasəslə sintezinin nəticəsi
UP400St ultrasəs cihazı ilə ultrasəsin sürətləndirdiyi, balın vasitəçiliyi ilə aparılan sintez nəticəsində orta hissəcik ölçüsü təxminən 11,8nm olan sferik gümüş nanohissəcikləri (Ag-NPs) əldə edilmişdir. Gümüş nanohissəciklərinin ultrasəslə sintezi bir reaksiya qabında aparılan sadə və sürətli üsuldur. Su və balın material kimi istifadəsi reaksiyanı iqtisadi cəhətdən səmərəli və müstəsna dərəcədə ekoloji cəhətdən əlverişli edir.
Baldan reduksiyaedici və səthi örtən agent kimi istifadə edən təqdim olunmuş ultrasəslə sintez texnikası qızıl, palladium və mis kimi digər nəcib metallara da tətbiq oluna bilər; bu isə tibbdən sənayeyə qədər müxtəlif əlavə tətbiq imkanları yaradır.
Optimal şəraitdə sintez edilmiş Ag-NPs hissəciklərinin ölçü paylanması; gümüş konsentrasiyaları (0,3 M), bal konsentrasiyaları (20 wt%) və ultrasəs şüalanması müddəti (30 min)
Tədqiqat və şəkil: ©Oskuee et al. 2016
Ultrasəslə emal vasitəsilə nüvələşməyə və hissəcik ölçüsünə təsir
Ultrasəs gümüş nanohissəcikləri kimi nanohissəcikləri tələblərə uyğun istehsal etməyə imkan verir. Ultrasəslə emalın üç ümumi variantı nəticəyə mühüm təsir göstərir:
İlkin ultrasəslə emal: Ultrasəs dalğalarının ifrat doymuş məhlula qısa müddət ərzində tətbiqi kristallaşma rüşeymlərinin və nüvələrin yaranmasına başlanğıc verə bilər. Ultrasəslə emal yalnız ilkin mərhələdə tətbiq olunduğundan, sonrakı kristal böyüməsi maneəsiz davam edir və nəticədə daha böyük kristallar yaranır.
Fasiləsiz ultrasəslə emal: İfrat doymuş məhlulun fasiləsiz şüalandırılması kiçik kristalların yaranması ilə nəticələnir, çünki fasiləsiz ultrasəslə emal çoxlu nüvə yaradır və bu, çox sayda kiçik kristalın böyüməsinə gətirib çıxarır.
İmpulslu ultrasəslə emal: İmpulslu ultrasəs ultrasəsin müəyyən edilmiş fasilələrlə tətbiqi deməkdir. Ultrasəs enerjisinin dəqiq idarə olunan daxil edilməsi tələb olunan kristal ölçüsünü əldə etmək üçün kristalların böyüməsinə təsir göstərməyə imkan verir.
Nanohissəciklərin sintezi üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazları
Hielscher Ultrasonics sonosintez və sonokataliz daxil olmaqla qabaqcıl sonokimyəvi tətbiqlər üçün nəzərdə tutulmuş yüksək güclü, etibarlı ultrasəs prosessorları təklif edir. Ultrasəslə qarışdırma və dispersləşdirmə kütlə ötürülməsini əhəmiyyətli dərəcədə artırır, atom klasterlərinin islanmasını təşviq edir və onların sonrakı nüvələşməsini asanlaşdıraraq nanohissəciklərin səmərəli çökdürülməsinə gətirib çıxarır. Ultrasəslə sintez yüksək keyfiyyətli nanomaterialların istehsalı üçün sadə, iqtisadi cəhətdən səmərəli, biouyğun, təkrarlana bilən, sürətli və təhlükəsiz üsul kimi tanınır. (Perovskitin sonokimyəvi sintezi və ZnO nanostrukturları haqqında daha ətraflı oxuyun!)
Hielscher ultrasəs cihazları dəqiq nəzarət üçün layihələndirilmişdir və nanomaterialların nüvələşməsi və böyüməsi üçün optimal şərait yaratmağa imkan verir. Bu rəqəmsal cihazlar təhlükəsiz və istifadəçi üçün rahat iş məqsədilə ağıllı proqram təminatı, rəngli sensor ekran və intuitiv menyu ilə təchiz olunmuşdur. Bundan əlavə, onlar daxili SD karta avtomatik məlumat yazılması funksiyasına malikdir və prosesin fasiləsiz sənədləşdirilməsini təmin edir.
Laboratoriya istifadəsi üçün yığcam 50 vattlıq əl ultrasəs cihazlarından möhkəm 16.000 vattlıq sənaye sistemlərinə qədər geniş sistem çeşidi ilə Hielscher hər bir tətbiq üçün ideal ultrasəs həllini təqdim edir. Davamlılıq üçün layihələndirilmiş Hielscher ultrasəs avadanlığı hətta çətin mühitlərdə belə ağır iş şəraitində fasiləsiz işləmək üçün hazırlanmışdır və 24/7 etibarlı işləməyi təmin edir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında təsəvvür yaradır:
| Partiyanın həcmi | Axın sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | bu cihazlardan ibarət klaster: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Nanohissəcik sintezinin ənənəvi üsulları ilə yaşıl sintez üsullarının müqayisəsi.
Sənaye ultrasəs prosessoru UIP16000 (16kW) gümüş nanohissəciklərinin genişmiqyaslı sintezi üçün.
Ədəbiyyat/İstinadlar
- 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.
Bilməyə dəyər faktlar
Gümüş nanohissəcikləri nədir?
Gümüş nanohissəcikləri ölçüsü 1nm ilə 100nm arasında olan gümüş hissəcikləridir. Gümüş nanohissəcikləri son dərəcə böyük səth sahəsinə malikdir və bu, çox sayda liqandın koordinasiyasına imkan verir.
Gümüş nanohissəcikləri unikal optik, elektrik və istilik xüsusiyyətləri təklif edir; bu da onları materialşünaslıq və məhsulların hazırlanması, məsələn, fotovoltaika, elektronika, keçirici mürəkkəblər, bioloji / kimyəvi sensorlar üçün olduqca dəyərli edir.
Artıq geniş yayılmış başqa bir tətbiq gümüş nanohissəciklərinin antimikrob örtüklərdə istifadəsidir. Hazırda bir çox tekstil məhsulu, klaviatura, yara sarğısı və biotibbi cihaz bakteriyalardan qorunmanı təmin etmək üçün davamlı olaraq az miqdarda gümüş ionları buraxan gümüş nanohissəcikləri ehtiva edir.
Nanogümüş tekstildə necə istifadə olunur?
Gümüş nanohissəcikləri tekstil istehsalında tətbiq olunur; burada Ag-NPs tənzimlənə bilən rənglərə, antibakterial imkanlara və özünü bərpa edən superhidrofob xüsusiyyətlərə malik pambıq parçaların hazırlanması üçün istifadə edilir. Gümüş nanohissəciklərinin antibakterial xüsusiyyəti bakteriyaların yaratdığı qoxunu (məsələn, tər qoxusunu) parçalayan parçalar istehsal etməyə imkan verir.
Tibb və tibbi ləvazimatlar üçün antibakterial örtük nədir?
Gümüş nanohissəcikləri antibakterial, göbələk əleyhinə və antioksidativ xüsusiyyətlər göstərir; bu da onları əczaçılıq və tibbi tətbiqlər, məsələn, stomatoloji işlər, cərrahi tətbiqlər, yaraların sağaldılması və biotibbi cihazlar üçün maraqlı edir. Tədqiqatlar gümüş nanohissəciklərinin (Ag-nPs) Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Citrobacter koseri, Salmonella typhii, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Vibrio parahaemolyticus kimi müxtəlif bakteriya ştammlarının və Candida albicans göbələyinin böyüməsini və çoxalmasını inhibə etdiyini göstərmişdir. Antibakterial / göbələk əleyhinə təsir gümüş nanohissəciklərinin hüceyrələrə diffuziyası və Ag/Ag+ ionlarının mikrob hüceyrələrindəki biomolekullara bağlanaraq onların funksiyasını pozması ilə əldə edilir.
MIC analizi nədir?
MIC (minimum inhibəedici konsentrasiya) analizi antimikrob agent kimi bir maddənin mikroorqanizmin in vitro görünən böyüməsini inhibə etmək üçün tələb olunan ən aşağı konsentrasiyasını müəyyən edir. Bu analiz adətən maye qida mühitində ardıcıl durulaşdırmalar aparmaqla və inkubasiyadan sonra bakterial böyüməni ölçməklə həyata keçirilir. Ultrasəslə emalın yüksək nümunə emal məhsuldarlığına malik MIC analizlərini necə asanlaşdırdığı haqqında daha ətraflı oxuyun!