Syntetiserende nanosølv med honning og ultralyd
Nano-sølv bruges til sine antibakterielle egenskaber til at styrke materialer i medicin og materialevidenskab. Ultralydbehandling giver mulighed for en hurtig, effektiv, sikker og miljøvenlig syntese af sfæriske sølvnanopartikler i vand. Ultralyd nanopartikel syntese kan nemt skaleres fra små til store produktion.
Ultralyd-assisteret syntese af kolloid nano-sølv
Sonokemisk syntese, som er syntetiske reaktioner under ultralydbestråling, er almindeligt anvendt til at producere nanopartikler såsom sølv, guld, magnetit, hydroxyapatit, Chloroquin, Perovskite, Latex og mange andre nanomaterialer.
Ultralyd våd-kemisk syntese
For sølv nano-partikler, flere ultralyd-assisteret syntese ruter er kendt. Nedenfor præsenteres en ultralydsynteserute ved hjælp af honning som reducerende og ligandcapping agenter. Honning komponenter såsom glukose og fruktose er ansvarlige for sin rolle som både capping og reducerende middel i synteseprocessen.
Ligesom de fleste almindelige metoder til nanopartikel syntese, den ultralyd nano-sølv syntese falder ind under kategorien af våd kemi, også. Ultralydbehandling fremmer nukleation af sølv nanopartikler i en opløsning. Ultralydfremmes-nukleationen opstår, når en sølvforløber (sølvionkompleks), f.eks.3) eller sølvperchlorat (AgClO4), reduceres til kolloidt sølv i nærvær af et reduktionsmiddel, såsom honning. Under forudsætning af, at koncentrationen af sølvioner i opløsningen øges nok, binder opløste metalliske sølvioner sig sammen og danner en stabil overflade. Når klyngen af sølvioner stadig er lille, er det en energisk ugunstig tilstand på grund af en negativ energibalance. Den negative energibalance opstår, da den energi, der opnås ved at reducere koncentrationen af opløste sølvpartikler, er lavere end den energi, der bruges ved at skabe en ny overflade.
Når klyngen når den kritiske radius, som er det punkt, når det bliver energisk gunstig, er det stabilt nok til at fortsætte med at vokse. I vækstfasen spredes flere sølvatomer gennem opløsningen og fastgøres til overfladen. Når koncentrationen af opløst atomsølv falder til et vist punkt, nås nukleationstærsklen, så atomerne ikke kan binde længere sammen for at danne en stabil kerne. Ved denne nukleationstærskel ophører væksten af nye nanopartikler, og det resterende opløste sølv absorberes ved diffusion i de voksende nanopartikler i opløsningen.
Sonikering fremmer masseoverførslen, dvs. Ved præcist kontrolleret sonikering kan nanopartikelstrukturernes vækstrate, størrelse og form bestemmes.
Klik her for at læse mere om en anden grøn metode til ultralyd syntetisere nano-sølv ved hjælp af carrageenan!
Sammenligning af konventionelle metoder og grønne syntesemetoder af nanopartikelsyntese.
- simpel one-pot reaktion
- sikker
- hurtig proces
- lavpris
- lineær skalerbarhed
- miljøvenlig, grøn kemi
UP400St – en 400 watt kraftfuld ultralydator til sonokemisk syntese af nanopartikler
Casestudie af ultralyd nano-sølv syntese
Materialer: sølvnitrat (AgNO3) som sølvforløber honning som capping / reduktion agent; Vand
Ultralydsenhed: UP400St
Ultralydsynteseprotokol
De bedste betingelser for at syntetisere kolloidsølv nanopartikler blev anset for at være følgende: Reduktion af sølvnitrat under ultralydbehandling medieret af naturlig honning. Kort sagt 20 ml sølvnitratopløsning (0,3 M) indeholdende honning (20 wt%) blev udsat for højintensiv ultralydbestråling under omgivende forhold i 30 min. Ultralydbehandling blev udført med en sonde-type ultralydsator UP400S (400 W, 24 kHz) nedsænket direkte i reaktionsopløsningen.
Partikelstørrelsesfordelingen af Ag-NPs syntetiseret under optimale forhold; sølvkoncentrationer (0,3 M), honningkoncentrationer (20 wt%) og ultralydbestrålingstid (30 min)
billedkilde: Oskuee et al. 2016
Mad-grade honning bruges som capping / stabiliserende og reducerende middel, hvilket gør den vandige nucleation løsning og de udfældede nanopartikler rene og sikre for mangfoldige applikationer.
Efterhånden som ultralydbehandlingstiden øges, bliver sølvnanopartiklerne mindre, og deres koncentration øges.
I den vandige honningopløsning er ultralydbehandling en nøglefaktor, der påvirker dannelsen af sølvnanopartikler. Sonikeringsparametre som amplitude, tid og kontinuerlig vs pulserende ultralyd er vigtige faktorer, der giver mulighed for at kontrollere størrelsen og mængden af sølvnanopartiklerne.
Resultat af ultralydsyntese af sølvnanopartikler
Den ultralydsfremmede, honningmedierede syntese med UP400St resulterede i sfæriske sølvnanopartikler (Ag-NPs) med en gennemsnitlig partikelstørrelse på ca. 11,8 n m. Ultralydsyntesen af sølvnanopartiklerne er en enkel og hurtig one-pot-metode. Brugen af vand og honning som materialer gør reaktionen omkostningseffektiv og særdeles miljøvenlig.
Den præsenterede teknik ultralydsyntese ved hjælp af honning som reducerende og capping agent kan udvides til andre ædle metaller, såsom guld, palladium og kobber, som tilbyder forskellige ekstra anvendelse fra medicin til industri.
TEM-billede (A) og dets partikelstørrelsesfordeling (B) af Ag-NPs syntetiseret under optimale forhold.
Påvirke nukleation og partikelstørrelse ved sonikering
Ultralyd gør det muligt for produktion af nanopartikler såsom sølv nanopartikler skræddersyet til krav. Tre generelle muligheder for sonikering har vigtige virkninger på output:
Indledende sonikering: Den korte anvendelse af ultralydbølger til en overmættet opløsning kan indlede såning og dannelse af kerner. Da sonikering kun anvendes i den indledende fase, fortsætter den efterfølgende krystalvækst uhindret, hvilket resulterer i større krystaller.
Kontinuerlig Sonikering: Den kontinuerlige bestråling af den overmættede opløsning resulterer i små krystaller, da den ustandsede ultralydbehandling skaber en masse kerner, hvilket resulterer i væksten af mange små krystaller.
Pulserende sonikering: Pulserende ultralyd betyder anvendelse af ultralyd i bestemte intervaller. En præcist kontrolleret indgang af ultralydsenergi gør det muligt at påvirke krystalvæksten for at opnå en skræddersyet krystalstørrelse.
Højtydende ultralydapparater til syntese
Hielscher Ultrasonics leverer kraftfulde og pålidelige ultralydsprocessorer til sonokemiske applikationer, herunder sonosyntese og sono-katalyse. Ultralydblanding og dispergning øger masseoverførslen og fremmer befugtning og efterfølgende kernedannelse af atomklynger for at udfælde nanopartikler. Ultralydsyntese af nanopartikler er en enkel, omkostningseffektiv, biokompatibel, reproducerbar, hurtig og sikker metode.
Hielscher Ultrasonics leverer kraftfulde og præcist kontrollerbare ultralydsprocessorer til nukleation og udfældning af nanomaterialer. Alle digitale enheder er udstyret med intelligent software, farvet touch display, automatisk dataoptagelse på et indbygget SD-kort og har en intuitiv menu for brugervenlig og sikker drift.
Dækker den komplette effekt område fra 50 watt håndholdte ultralydapparater til laboratoriet op til 16.000 watt kraftfulde industrielle ultralydsystemer, Hielscher har den ideelle ultralyd setup til din ansøgning. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved kraftig og krævende miljøer.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:
| Batch Volumen | Strømningshastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml / min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 til 100 l | 2 til 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 til 100 l / min | UIP16000 |
| na | større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg Os!
High-Power ultralyd homogenisatorer fra Lab til Pilot og Industriel vægt.
Litteratur / Referencer
- 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.
Fakta Værd at vide
Sølv nanopartikler
Sølv nanopartikler er partikler af sølv med størrelsen mellem 1nm og 100nm. Sølvnanopartikler har et ekstremt stort overfladeareal, som gør det muligt at koordinere et stort antal ligander.
Sølv nanopartikler tilbyder unikke optiske, elektriske og termiske egenskaber, som gør dem meget værdifulde for materialevidenskab og produktudvikling, fx fotovoltaik, elektronik, ledende blæk, biologiske / kemiske sensorer.
En anden applikation, som allerede er blevet bredt etableret, er brugen af sølv nanopartikler til antimikrobielle belægninger, og mange tekstiler, tastaturer, sårbandager, og biomedicinsk udstyr indeholder nu sølv nanopartikler, der løbende frigive et lavt niveau af sølv ioner til at yde beskyttelse mod bakterier.
Nano-sølv i tekstiler
Sølv nano-partikler anvendes til tekstilfremstilling, hvor Ag-NPs bruges til at fremstille bomuldsstoffer med afstemmelige farver, antibakterielle evner, og selvhelbredende superhydrofobe egenskaber. Den antibakterielle egenskab af sølv nano-partikler gør det muligt at fremstille stoffer, som nedbryder bakterier-afledt lugt (f.eks sved lugt).
Anti-bakteriel belægning til medicin og medicinsk forsyning
Sølv nano-partikler viser anti-bakterielle, anti-svampe og antioxidative egenskaber, hvilket gør dem interessante for phamaceutiske og medicinske anvendelser, fx dental arbejde, kirurgiske applikationer, sårheling behandling, og biomedicinsk udstyr. Forskning har vist, at sølv nano-partikler (Ag-nPs) hæmmer vækst og multiplikation af forskellige bakteriestammer såsom Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Citrobacter koseri, Salmonella typhii, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella lungebetændelse, Vibrio parahaemolyticus og fungus Candida albicans. Den antibakterielle / anti-svampe effekt opnås ved sølv nano-partikler spreder sig til celler og bindende Ag / Ag + ioner til biomolekyler i de mikrobielle celler, således at deres funktion er afbrudt.