Zeleni sonohemijski put do srebrnih nanočestica
Srebrne nanočestice (AgNP) su često korišćeni nanomaterijali zbog svojih antimikrobnih svojstava, optičkih svojstava i visoke električne provodljivosti. Sonohemijski put pomoću kapa karagenana je jednostavan, zgodan i ekološki prihvatljiv metod sinteze za pripremu nano čestica srebra. κ-karagenan se koristi kao prirodni ekološki stabilizator, dok ultrazvuk djeluje kao zeleni redukcijski agens.
Zelena hemija zahtijeva preciznu kontrolu parametara. Naši inženjeri za nanomaterijale pomoći će vam pri izboru odgovarajućeg sonotrode-a, geometrije reaktora i postavki snage kako biste maksimalizirali prinos, kontrolisali morfologiju čestica i osigurali potpuno pridržavanje principa zelene hemije.
Ag+/κ-karagenan (lijevo) i sonikirani Ag/κ-karagenan (desno). Sonikacija je izvedena pomoću UP400S tokom 90 minuta.
[Elsupikhe i sar. 2015]
Zelena ultrazvučna sinteza srebrnih nanočestica
Elsupihe et al. (2015) razvili su zeleni put sinteze uz pomoć ultrazvuka za pripremu srebrnih nanočestica (AgNP). Poznato je da sonohemija promoviše mnoge vlažne hemijske reakcije. Sonikacija omogućava sintetizaciju AgNP sa κ-karagenanom kao prirodnim stabilizatorom. Reakcija teče na sobnoj temperaturi i proizvodi nanočestice srebra sa fcc kristalnom strukturom bez ikakvih nečistoća. Na raspodjelu veličine čestica AgNP-a može utjecati koncentracija κ-karagenana.
Šema interakcije između Ag-NP naelektrisanih grupa koje su zatvorene κ-karagenanom pod sonikacijom. [Elsupikhe et al. 2015]
Procedura: Održiva sinteza srebrnih nanočestica
- Ag-NP su sintetizirani redukcijom AgNO3 koristeći ultrazvučnu obradu u prisustvu κ-karagenana. Za dobijanje različitih uzoraka pripremljeno je pet suspenzija, dodavanjem 10 mL 0,1 M AgNO3 do 40-mL κ-karagenana. Korišćeni rastvori κ-karagenana bili su 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 i 0,3 tež%, respektivno.
- Rastvori su mešani 1 h da bi se dobio AgNO3/κ-karagenan.
- Zatim su uzorci bili izloženi intenzivnom ultrazvučnom zračenju: Amplituda ultrazvučnog uređaja UP400S (400W, 24kHz) je postavljeno na 50%. Sonikacija je primijenjena 90 minuta na sobnoj temperaturi. Sonotroda ultrazvučnih tečnih procesora UP400S je uronjen direktno u reakcionu otopinu.
- Nakon sonikacije, suspenzije su centrifugirane 15 minuta i isprane dvostruko destilovanom vodom četiri puta da bi se uklonio ostatak jona srebra. Precipitirane nanočestice su sušene na 40°C pod vakuumom preko noći da bi se dobili Ag-NP.
Jednačina
- nH₂O —sonication–> +H + OH
- OH + RH –> R + H₂O
- AgNo₃–hidroliza–> Ag+ + NO₃–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –smanjenja–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analiza i rezultati: Ultrazvučno sintetizirane srebrne nanočestice
Za procjenu rezultata, uzorci su analizirani UV-vidljivom spektroskopskom analizom, rendgenskom difrakcijom, FT-IR hemijskom analizom, TEM i SEM slikama.
The number of Ag-NPs increased with increasing κ-carrageenan concentrations. The formation of Ag/κ-carrageenan was determined by UV-visible spectroscopy where the surface plasmon absorption maximum was observed at 402 to 420nm. The X-ray diffraction (XRD) analysis showed that the Ag-NPs are of a face-centered cubic structure. The Fourier transform infrared (FT-IR) spectrum indicated the presence of Ag-NPs in κ-carrageenan. Transmission electron microscopy (TEM) image for the highest concentration of κ-carrageenan showed the distribution of Ag-NPs with an average particle size near to 4.21nm. Scan electron microscopy (SEM) images illustrated the spherical shape of the Ag-NPs. The SEM analysis shows that with increasing κ-carrageenan concentration, changes in the surface of Ag/κ-carrageenan occurred, so that small-sized Ag-NPs with spherical shape were obtained.
TEM slike i odgovarajuće distribucije veličine za sonohemijski sintetizovani Ag/κ-karagenan pri različitim koncentracijama κ-karagenana. [0,1%, 0,2% i 0,3%, respektivno (a, b, c)].
UP400S – ultrazvučni uređaj koji se koristi za sonohemijsku sintezu nanočestica Ag
Literatura/Reference
- 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.
Frequently Asked Questions: Green Sonochemical Synthesis of Silver Nanoparticles
How does ultrasound improve the green synthesis of silver nanoparticles?
Ultrasound drives acoustic cavitation, creating localized hotspots that rapidly reduce silver ions using eco-friendly agents. This sonoechemical process accelerates reaction kinetics, promotes uniform nucleation, and enables precise control over particle size and shape–all without harsh chemicals or high thermal energy.
Koje su glavne prednosti zelene sonokemijske metode za AgNPs?
Zelena sonokemijska sinteza kombinuje ultrazvuk sa biokompatibilnim redukujućim i pokrivnim agensima (poput biljnih ekstrakata, šećera ili polimera) kako bi se proizvele netoksične, ekološki prihvatljive srebrne nanopčice. Ova metoda smanjuje potrošnju energije, skraćuje vrijeme sinteze, eliminiše štetne nusproizvode i daje vrlo stabilne nanopčice sa dosljednom distribucijom veličine.
Može li ultrazvuk kontrolisati veličinu i morfologiju srebrnih nanopčica?
Yes. By adjusting ultrasonic amplitude, frequency, power density, and sonication time, manufacturers can finely tune nucleation and growth rates. This enables reproducible production of AgNPs from 5–100 nm in various shapes (spheres, cubes, triangular plates), tailored to specific biomedical, electronic, or industrial applications.
Is ultrasonic green synthesis scalable for industrial AgNP production?
Absolutely. Industrial ultrasonic processors support continuous flow-through reactors that seamlessly scale from lab batches to full manufacturing. Inline sonication ensures uniform cavitation distribution, real-time process monitoring, and batch-to-batch consistency, making it ideal for high-volume, eco-friendly AgNP manufacturing.
Koji zeleni redukcioni agensi najbolje funkcionišu sa ultrazvučnom sintezom srebrnih nanočestica?
Efektivni ekološki prihvatljivi agensi uključuju biljne ekstrakte (npr. aloja, zeleni čaj, kore citrusa), ugljene hidrate, amino kiseline, proteine i biorazgradive polimere. Ultrazvuk poboljšava njihovu redukcionu i stabilizacijsku efikasnost, omogućavajući potpuno zamjenu sintetičkih hemikalija uz održavanje visokog prinosa, koloidne stabilnosti i funkcionalnih performansi.
Kako se sonokemijska sinteza upoređuje sa tradicionalnim hemijskim metodama za AgNPs?
Konvencionalni hemijski procesi često se oslanjaju na toksične reduktore (npr. natrijum-borohidrid), ekstremni pH i generišu opasan otpad. Zeleni sonokemijski sinteza koristi sigurne, obnovljive materijale, radi na sobnoj ili blagoj temperaturi, značajno skraćuje vrijeme obrade i proizvodi čistije, biokompatibilnije nanoparticles s boljom disperzijom i vijekom trajanja.
Koje industrije imaju koristi od zelenih ultrazvučnih srebrnih nanoparticles?
AgNPs sintetizirani putem zelenih sonokemijskih metoda široko se koriste u antimikrobnim premazima, medicinskim uređajima, njezi rana, filtraciji vode, fleksibilnoj elektronici i održivoj ambalaži. Njihova ekološki prihvatljiva proizvodnja osigurava usklađenost sa strogim standardima zaštite okoliša i sigurnosti, istovremeno pružajući visoke performanse i regulatorno prihvatanje.
Šta su srebrni nanoparticles?
Srebrne nanočestice karakteriše veličina između 1nm i 100nm. Iako se često opisuje kao 'srebrni’ neki se sastoje od velikog procenta srebrnog oksida zbog velikog omjera atoma srebra površine i mase. Srebrne nanočestice mogu se pojaviti s različitim strukturama. Najčešće se sintetišu sferične nanočestice srebra, ali se koriste i dijamantski, osmougaoni i tanki listovi.
Srebrne nanočestice su veoma rasprostranjene u medicinskim aplikacijama. Srebrni joni su bioaktivni i imaju jaka antimikrobna i germicidna dejstva. Njihova izuzetno velika površina omogućava koordinaciju brojnih liganada. Druge važne karakteristike su provodljivost i jedinstvena optička svojstva.
Zbog svojih provodljivih karakteristika, nanočestice srebra često su ugrađene u kompozite, plastiku, epokside i lepkove. Čestice srebra povećavaju električnu provodljivost; stoga se srebrne paste i mastila često koriste u proizvodnji elektronike. Pošto nanočestice srebra podržavaju površinske plazmone, AgNP imaju izvanredna optička svojstva. Plazmonske nanočestice srebra koriste se za senzore, detektore i analitičku opremu kao što su površinska ramanska spektroskopija (SERS) i površinska plazmonska fluorescentna spektroskopija (SPFS).
Šta je karagenan?
Karagenan je jeftin prirodni polimer, koji se nalazi u raznim vrstama crvenih morskih algi. Karagenani su linearni sulfatni polisaharidi koji se široko koriste u prehrambenoj industriji zbog svojih svojstava za želiranje, zgušnjavanje i stabilizaciju. Njihova glavna primjena je u mliječnim i mesnim proizvodima, zbog snažnog vezivanja za proteine hrane. Postoje tri glavne varijante karagenana, koje se razlikuju po stepenu sulfatizacije. Kapa-karagenan ima jednu sulfatnu grupu po disaharidu. Jota-karagenan (ι-carrageenen) ima dva sulfata po disaharidu. Lambda karagenan (λ-karagenen) ima tri sulfata po disaharidu.
Kapa karagenan (κ-karagenan) ima linearnu strukturu od sulfatnog polisaharida D-galaktoze i 3,6-anhidro-D-galaktoze.
κ-karagenan se široko koristi u prehrambenoj industriji, npr. kao sredstvo za želiranje i za modifikaciju teksture. Može se naći kao aditiv u sladoledu, pavlaci, svježem siru, milkšejkovima, preljevima za salatu, zaslađenom kondenzovanom mlijeku, sojinom mlijeku & ostala biljna mlijeka i umaci za povećanje viskoznosti proizvoda.
Nadalje, κ-karagenan se može naći u neprehrambenim proizvodima kao što su zgušnjivač u šamponima i kozmetičkim kremama, u pasti za zube (kao stabilizator za sprječavanje odvajanja sastojaka), pjeni za gašenje požara (kao zgušnjivač koji uzrokuje da pjena postane ljepljiva), gelovima za osvježivač zraka , krema za cipele (za povećanje viskoznosti), u biotehnologiji za imobilizaciju ćelija/enzima, u farmaceutskim proizvodima (kao neaktivni ekscipijens u pilulama/tabletama), u hrani za kućne ljubimce itd.
SEM slike za Ag/κ-karagenan pri različitim koncentracijama κ-karagenana. [0,1%, 0,2% i 0,3% (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015]