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 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
- 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
Za procjenu rezultata, uzorci su analizirani UV-vidljivom spektroskopskom analizom, rendgenskom difrakcijom, FT-IR hemijskom analizom, TEM i SEM slikama.
Broj Ag-NP se povećavao sa povećanjem koncentracije κ-karagenana. Formiranje Ag/κ-karagenana je određeno UV-vidljivom spektroskopijom gdje je uočen maksimum apsorpcije površinskog plazmona na 402 do 420 nm. Analiza difrakcije rendgenskih zraka (XRD) pokazala je da su Ag-NP kubične strukture usmjerene na lice. Infracrveni (FT-IR) spektar Fourierove transformacije ukazuje na prisustvo Ag-NP u κ-karagenanu. Slika transmisione elektronske mikroskopije (TEM) za najveću koncentraciju κ-karagenana pokazala je distribuciju Ag-NP sa prosječnom veličinom čestica blizu 4,21 nm. Slike skenirane elektronske mikroskopije (SEM) ilustrovale su sferni oblik Ag-NP. SEM analiza pokazuje da sa povećanjem koncentracije κ-karagenana dolazi do promjena na površini Ag/κ-karagenana, tako da Ag-NP male veličine sa sfernim oblikom su dobijeni.
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)].
Ag+/κ-karagenan (lijevo) i ultrazvučni Ag/κ-karagenan (desno). Sonikacija je izvedena sa UP400S tokom 90 minuta. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – ultrazvučni uređaj koji se koristi za sonohemijsku sintezu nanočestica Ag
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]
Literatura/Reference
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Zelena sonohemijska sinteza srebrnih nanočestica u različitim koncentracijama κ-karagenana. Pisma o istraživanju nanorazmjera 10. 2015.
Osnovne informacije
Sonochemistry
Kada se snažan ultrazvuk primjenjuje na kemijske reakcije u otopini (tečno ili muljno stanje), on daje specifičnu energiju aktivacije zbog fizičkog fenomena, poznatog kao akustična kavitacija. Kavitacija stvara velike sile smicanja i ekstremne uslove kao što su veoma visoke temperature i brzine hlađenja, pritisci i mlazovi tečnosti. Ove intenzivne sile mogu pokrenuti reakcije i uništiti privlačne sile molekula u tekućoj fazi. Poznato je da brojne reakcije imaju koristi od ultrazvučnog zračenja, npr. sonoliza, sol-gel put, sonohemijska sinteza paladijum, latex, hidroksiapatit i mnoge druge supstance. Pročitajte više o sonohemija ovde!
nanočestice srebra
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).
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.