Sintetizacija nano-srebra sa medom i ultrazvukom

Nano-srebro se zbog svojih antibakterijskih svojstava koristi za ojačavanje materijala u medicini i nauci o materijalima. Ultrazvučna obrada omogućava brzu, efikasnu, sigurnu i ekološki prihvatljivu sintezu sfernih nanočestica srebra u vodi. Ultrazvučna sinteza nanočestica može se lako proširiti od male do velike proizvodnje.

Ultrazvučno potpomognuta sinteza koloidnog nano-srebra

Sonohemijska sinteza, koja se odnosi na hemijske reakcije olakšane ultrazvučnim zračenjem, je široko primenjena metoda za proizvodnju nanočestica. To uključuje srebro, zlato, magnetit, hidroksiapatit, hlorokin, perovskite, latex i mnogi drugi nanomaterijali.

Ultrazvučna mokra hemijska sinteza

Razvijeno je više puteva sinteze uz pomoć ultrazvuka za proizvodnju nanočestica srebra. Jedna značajna metoda koristi med kao sredstvo za redukciju i zatvaranje. Komponente meda, kao što su glukoza i fruktoza, djeluju sinergistički u ovim ulogama tokom procesa sinteze.
Slično mnogim tehnikama sinteze nanočestica, ultrazvučna nano-srebrna sinteza spada u kategoriju vlažne hemije. Proces počinje nukleacijom srebrnih nanočestica unutar otopine. Tokom sonikacije, srebrni prekursor (npr. srebrni nitrat (AgNO₃), ili srebrni perklorat (AgClO₄)) se redukuje u prisustvu redukcionog agensa, kao što je med, da bi se dobilo koloidno srebro.

Mehanizam ultrazvučne nukleacije i rasta srebra

Početna faza nukleacije: Kako koncentracija otopljenih iona srebra raste, metalni ioni srebra počinju da se vezuju i formiraju male klastere. U ovoj fazi, ovi klasteri su energetski nestabilni zbog negativnog energetskog bilansa. Energija potrebna za stvaranje novih površina premašuje energiju dobivenu smanjenjem koncentracije otopljenog srebra.

• kritični radijus: Kada klaster dostigne određenu veličinu (kritični radijus), proces postaje energetski povoljan, stabilizirajući klaster. Ova stabilnost omogućava klasteru da djeluje kao jezgro za dalji rast.
• Faza rasta: Tokom rasta, dodatni atomi srebra difundiraju kroz rastvor i vezuju se za rastuću površinu nanočestica. Rast se nastavlja sve dok koncentracija otopljenog srebra ne padne ispod praga nukleacije, zaustavljajući stvaranje novih jezgara.
• Difuzija i završetak: Preostalo otopljeno srebro se ugrađuje u postojeće nanočestice, dovršavajući proces.

Sonikacija ubrzava prijenos mase, posebno procese vlaženja i difuzije, što dovodi do brže nukleacije i kontroliranog rasta. Preciznim podešavanjem parametara sonikacije, kao što su intenzitet i trajanje, veličina, brzina rasta i oblik nanočestica mogu se fino podesiti. Ova precizna kontrola osigurava konzistentne strukture nanočestica prilagođene specifičnim primjenama.

Ultrazvučno potpomognuta sinteza ističe se kao efikasan, skalabilan i ekološki pristup za proizvodnju nano-srebra sa dobro definisanim svojstvima, nudeći značajne prednosti za različite primene u istraživanju i industriji.

Kliknite ovdje da pročitate više o još jednoj zelenoj metodi za ultrazvučnu sintetizaciju nano-srebra koristeći karagenan!

Sonikacija olakšava brzu, zelenu sintezu malih nanočestica srebra sa uskom distribucijom veličine.

Studija slučaja ultrazvučne nano-srebrne sinteze

Studija pod nazivom “Sinteza nanočestica srebra na bazi meda i uz pomoć ultrazvuka i njihovo antibakterijsko djelovanje” od Oskuee et al. (2016) istražuje jednostavnu i ekološki prihvatljivu metodu za sintetizaciju nanočestica srebra (Ag-NP) koristeći prirodni med kao sredstvo za redukciju i stabilizaciju. Proces, koji uključuje redukciju srebrnog nitrata (AgNO₃) pod ultrazvučnim zračenjem, karakteriziraju različiti parametri uključujući koncentraciju srebrnih jona, koncentraciju meda i vrijeme obrade ultrazvukom. Rezultirajući Ag-NP imaju prosječnu veličinu od oko 11,8 nm i pokazuju antibakterijska svojstva protiv patogenih bakterija kao što su Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa i E. coli.
Studija naglašava prednosti upotrebe meda u sintezi nanočestica, naglašavajući njegovu zelenu, jeftinu i netoksičnu prirodu. Autori pokazuju da se veličina i prinos Ag-NP mogu kontrolirati podešavanjem parametara reakcije kao što su koncentracija srebra, sadržaj meda i trajanje ultrazvučne obrade. Pokazalo se da sintetizovani Ag-NP imaju efikasnu antibakterijsku aktivnost, posebno protiv E. coli i S. aureus, sa minimalnim inhibitornim koncentracijama (MIC) od približno 19,46 ppm. Ova metoda predstavlja potencijalnu primjenu za Ag-NP u medicinskim poljima, uključujući zacjeljivanje rana i kontrolu infekcija.

• Materijali: srebrni nitrat (AgNO₃) kao prekursor srebra; med kao sredstvo za zatvaranje / redukciju; vode
• Ultrazvučni uređaj: Sonikator tipa sonde UP400St

Protokol ultrazvučne sinteze

Najbolji uslovi za sintezu koloidnih nanočestica srebra su sljedeći: Redukcija srebrnog nitrata pod ultrazvučnom obradom posredovanom prirodnim medom. Ukratko, 20 ml rastvora srebrnog nitrata (0,3 M) koji je sadržavao med (20 tež%) je izloženo ultrazvučnom zračenju visokog intenziteta u ambijentalnim uslovima u trajanju od 30 minuta. Ultrazvučna obrada je izvedena ultrazvučnim aparatom tipa sonde UP400S (400W, 24 kHz) uronjenim direktno u reakcioni rastvor.
Med koji se koristi za hranu koristi se kao sredstvo za zatvaranje/stabilizaciju i redukciju, što čini vodenu otopinu za nukleaciju i istaložene nanočestice čistim i sigurnim za razne primjene.
Kako se vrijeme ultrazvučne obrade povećava, nanočestice srebra postaju manje i njihova koncentracija se povećava.
U vodenom rastvoru meda, ultrazvuk je ključni faktor koji utiče na formiranje nanočestica srebra. Parametri ultrazvuka kao što su amplituda, vrijeme i kontinuirani u odnosu na pulsirajući ultrazvuk su glavni faktori koji omogućavaju kontrolu veličine i količine srebrnih nanočestica.

Raspodjela veličine čestica Ag-NP sintetiziranih u optimalnim uvjetima; koncentracije srebra (0,3 M), koncentracije meda (20 tež%) i vremena ultrazvučnog zračenja (30 min)
izvor slike: ©Oskuee et al. 2016

Rezultat ultrazvučne sinteze srebrnih nanočestica

Ultrazvučno promovirana, medom posredovana sinteza sa sonikatorom UP400St rezultirala je sfernim nanočesticama srebra (Ag-NP) sa prosječnom veličinom čestica od oko 11,8 nm. Ultrazvučna sinteza srebrnih nanočestica je jednostavna i brza metoda u jednoj posudi. Upotreba vode i meda kao materijala, čini reakciju isplativom i izuzetno ekološki prihvatljivom.
Predstavljena tehnika ultrazvučne sinteze upotrebom meda kao redukcionog i zatvarača može se proširiti na druge plemenite metale, poput zlata, paladija i bakra, što nudi razne dodatne primjene od medicine do industrije.

Raspodjela veličine čestica Ag-NP sintetiziranih u optimalnim uvjetima; koncentracije srebra (0,3 M), koncentracije meda (20 wt%) i vrijeme ultrazvučnog zračenja (30 min)
Studija i slika: ©Oskuee et al. 2016

Utjecaj na nukleaciju i veličinu čestica ultrazvukom

Ultrazvuk omogućava proizvodnju nanočestica kao što su nanočestice srebra prilagođene potrebama. Tri opšte opcije sonikacije imaju važne efekte na izlaz:
Inicijalna sonikacija: Kratka primjena ultrazvučnih valova na prezasićenu otopinu može pokrenuti zasijavanje i formiranje jezgara. Kako se sonikacija primjenjuje samo u početnoj fazi, naknadni rast kristala se odvija nesmetano što rezultira većim kristalima.
Kontinuirana sonikacija: Kontinuirano zračenje prezasićene otopine rezultira malim kristalima jer ultrazvučna obrada bez prekida stvara mnogo jezgri što rezultira rastom mnogih malih kristala.
pulsna sonikacija: Impulsni ultrazvuk podrazumijeva primjenu ultrazvuka u određenim intervalima. Precizno kontrolisan unos ultrazvučne energije omogućava da se utiče na rast kristala kako bi se dobila prilagođena veličina kristala.

Ultrasonikatori visokih performansi za sintezu nanočestica

Hielscher Ultrasonics nudi snažne, pouzdane ultrazvučne procesore dizajnirane za napredne sonohemijske aplikacije, uključujući sono-sintezu i sono-katalizu. Ultrazvučno miješanje i dispergiranje značajno poboljšava prijenos mase, potiče vlaženje atomskih klastera i olakšava njihovu kasniju nukleaciju, što dovodi do efikasnog taloženja nanočestica. Ultrazvučna sinteza je prepoznata kao jednostavna, isplativa, biokompatibilna, reproducibilna, brza i sigurna metoda za proizvodnju visokokvalitetnih nanomaterijala. (Pročitajte više o sonohemijskoj sintezi perovskita i ZnO nanostrukture!)

Hielscher ultrasonikatori su projektovani za preciznu kontrolu, omogućavajući optimalne uslove za nukleaciju i rast nanomaterijala. Ovi digitalni uređaji imaju inteligentni softver, ekran u boji osjetljiv na dodir i intuitivan meni za siguran i lak rad. Uz to, dolaze s automatskim snimanjem podataka na ugrađenu SD karticu, osiguravajući besprijekornu dokumentaciju procesa.

Sa sveobuhvatnim rasponom sistema — od kompaktnih ručnih ultrasonikatora od 50 W za laboratorijsku upotrebu do robusnih industrijskih sistema od 16.000 W — Hielscher pruža idealno ultrazvučno rješenje za svaku primjenu. Dizajnirana za izdržljivost, Hielscher ultrazvučna oprema je napravljena da radi kontinuirano u teškim uslovima, čak iu zahtjevnim okruženjima, osiguravajući pouzdane performanse 24/7.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:

Poređenje konvencionalnih metoda i metoda zelene sinteze sinteze nanočestica.