Σύνθεση νανο-αργύρου με μέλι και υπερήχους

Ο νανο-άργυρος χρησιμοποιείται για τις αντιβακτηριακές του ιδιότητες για την ενίσχυση των υλικών στην ιατρική και την επιστήμη των υλικών. Υπερήχους επιτρέπει μια ταχεία, αποτελεσματική, ασφαλής, και φιλική προς το περιβάλλον σύνθεση των σφαιρικών νανοσωματιδίων αργύρου στο νερό. Υπερήχων νανοσωματιδίων σύνθεση μπορεί εύκολα να κλιμακωθεί από μικρή σε μεγάλη παραγωγή.

Υπερήχων υποβοηθούμενη σύνθεση του κολλοειδούς νανο-αργύρου

Η ηχοχημική σύνθεση, η οποία αναφέρεται σε χημικές αντιδράσεις που διευκολύνονται από υπερηχητική ακτινοβολία, είναι μια ευρέως εφαρμοζόμενη μέθοδος για την παραγωγή νανοσωματιδίων. Αυτά περιλαμβάνουν ασήμι, χρυσό, μαγνητίτη, Υδροξυαπατίτη, χλωροκίνη, Περοβσκίτης, κόμμι και πολλά άλλα νανοϋλικά.

Υπερήχων υγρή-χημική σύνθεση

Πολλαπλές υπερηχητικά υποβοηθούμενες οδοί σύνθεσης έχουν αναπτυχθεί για την παραγωγή νανοσωματιδίων αργύρου. Μια αξιοσημείωτη μέθοδος χρησιμοποιεί το μέλι τόσο ως αναγωγικό όσο και ως προστατευτικό παράγοντα. Τα συστατικά του μελιού, όπως η γλυκόζη και η φρουκτόζη, δρουν συνεργιστικά σε αυτούς τους ρόλους κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύνθεσης.
Παρόμοια με πολλές τεχνικές σύνθεσης νανοσωματιδίων, η υπερηχητική σύνθεση νανο-αργύρου εμπίπτει στην κατηγορία της υγρής χημείας. Η διαδικασία αρχίζει με την πυρήνωση νανοσωματιδίων αργύρου μέσα σε ένα διάλυμα. Κατά τη διάρκεια της κατεργασίας με υπερήχους, ένας πρόδρομος άργυρος (π.χ., νιτρικό άργυρο (AgNO₃), ή υπερχλωρικό άργυρο (AgClO)₄)) μειώνεται παρουσία ενός αναγωγικού παράγοντα, όπως το μέλι, για την παραγωγή κολλοειδούς αργύρου.

Μηχανισμός υπερήχων πυρήνωση αργύρου και ανάπτυξης

Αρχική φάση πυρήνωσης: Καθώς η συγκέντρωση των διαλυμένων ιόντων αργύρου αυξάνεται, τα μεταλλικά ιόντα αργύρου αρχίζουν να δεσμεύονται για να σχηματίσουν μικρές συστάδες. Σε αυτό το στάδιο, αυτά τα σμήνη είναι ενεργειακά ασταθή λόγω αρνητικού ενεργειακού ισοζυγίου. Η ενέργεια που απαιτείται για τη δημιουργία νέων επιφανειών υπερβαίνει την ενέργεια που αποκτάται από τη μείωση της συγκέντρωσης διαλυμένου αργύρου.

• Κρίσιμη ακτίνα: Όταν ένα σύμπλεγμα φτάσει σε ένα συγκεκριμένο μέγεθος (την κρίσιμη ακτίνα), η διαδικασία γίνεται ενεργειακά ευνοϊκή, σταθεροποιώντας το σύμπλεγμα. Αυτή η σταθερότητα επιτρέπει στο σύμπλεγμα να λειτουργεί ως πυρήνας για περαιτέρω ανάπτυξη.
• Φάση ανάπτυξης: Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, επιπλέον άτομα αργύρου διαχέονται μέσω του διαλύματος και προσκολλώνται στην αναπτυσσόμενη επιφάνεια νανοσωματιδίων. Η ανάπτυξη συνεχίζεται έως ότου η συγκέντρωση του διαλυμένου αργύρου πέσει κάτω από το όριο πυρήνωσης, σταματώντας το σχηματισμό νέων πυρήνων.
• Διάχυση και ολοκλήρωση: Ο υπόλοιπος διαλυμένος άργυρος ενσωματώνεται στα υπάρχοντα νανοσωματίδια, ολοκληρώνοντας τη διαδικασία.

Κατεργασία με υπερήχους επιταχύνει τη μεταφορά μάζας, ιδιαίτερα τις διαδικασίες διαβροχής και διάχυσης, η οποία οδηγεί σε ταχύτερη πυρήνωση και ελεγχόμενη ανάπτυξη. Με την ακριβή ρύθμιση των παραμέτρων υπερήχων, όπως η ένταση και η διάρκεια, το μέγεθος, ο ρυθμός ανάπτυξης, και το σχήμα των νανοσωματιδίων μπορεί να ρυθμιστεί με ακρίβεια. Αυτός ο ακριβής έλεγχος εξασφαλίζει συνεπείς δομές νανοσωματιδίων προσαρμοσμένες για συγκεκριμένες εφαρμογές.

Υπερήχων υποβοηθούμενη σύνθεση ξεχωρίζει ως μια αποτελεσματική, κλιμακούμενη, και πράσινη χημεία προσέγγιση για την παραγωγή νανο-αργύρου με καλά καθορισμένες ιδιότητες, προσφέροντας σημαντικά πλεονεκτήματα για ποικίλες εφαρμογές στην έρευνα και τη βιομηχανία.

Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με μια άλλη πράσινη μέθοδο για υπερήχων συνθέτουν νανο-ασήμι χρησιμοποιώντας καραγενάνη!

Κατεργασία με υπερήχους διευκολύνει την ταχεία, πράσινη σύνθεση μικρών νανοσωματιδίων αργύρου με στενή κατανομή μεγέθους.

Μελέτη περίπτωσης υπερήχων νανο-ασημένια σύνθεση

Η μελέτη με τίτλο “Σύνθεση νανοσωματιδίων αργύρου με βάση το μέλι και υπερήχων και τις αντιβακτηριακές τους δραστηριότητες” από τους Oskuee et al. (2016) διερευνά μια απλή και φιλική προς το περιβάλλον μέθοδο σύνθεσης νανοσωματιδίων αργύρου (Ag-NPs) χρησιμοποιώντας φυσικό μέλι τόσο ως αναγωγικό όσο και σταθεροποιητικό παράγοντα. Η διαδικασία, η οποία περιλαμβάνει τη μείωση του νιτρικού αργύρου (AgNO₃) υπό υπερηχητική ακτινοβολία, χαρακτηρίζεται από διάφορες παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένης της συγκέντρωσης ιόντων αργύρου, της συγκέντρωσης μελιού και του χρόνου υπερήχων. Τα προκύπτοντα Ag-NPs έχουν μέσο μέγεθος περίπου 11,8 nm και παρουσιάζουν αντιβακτηριακές ιδιότητες έναντι παθογόνων βακτηρίων όπως ο χρυσίζων σταφυλόκοκκος, η Pseudomonas aeruginosa και το E. coli.
Η μελέτη υπογραμμίζει τα οφέλη από τη χρήση μελιού στη σύνθεση νανοσωματιδίων, δίνοντας έμφαση στην πράσινη, χαμηλού κόστους και μη τοξική φύση του. Οι συγγραφείς αποδεικνύουν ότι το μέγεθος και η απόδοση των Ag-NPs μπορεί να ελεγχθεί με την προσαρμογή παραμέτρων αντίδρασης όπως η συγκέντρωση αργύρου, η περιεκτικότητα σε μέλι, και η διάρκεια υπερήχων. Τα συνθετικά Ag-NPs αποδείχθηκε ότι έχουν αποτελεσματική αντιβακτηριακή δράση, ιδιαίτερα έναντι των E. coli και S. aureus, με ελάχιστες ανασταλτικές συγκεντρώσεις (MIC) περίπου 19,46 ppm. Αυτή η μέθοδος παρουσιάζει μια πιθανή εφαρμογή για Ag-NPs σε ιατρικούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της επούλωσης τραυμάτων και του ελέγχου λοιμώξεων.

• Υλικά: νιτρικός άργυρος (AgNO₃) ως πρόδρομη ουσία αργύρου· μέλι ως μέσο κάλυψης / αναγωγής. Νερό
• Συσκευή υπερήχων: Υπερήχων τύπου καθετήρα UP400St

Πρωτόκολλο σύνθεσης υπερήχων

Οι καλύτερες συνθήκες για τη σύνθεση κολλοειδών νανοσωματιδίων αργύρου βρέθηκαν να είναι οι εξής: Μείωση νιτρικού αργύρου υπό υπερήχους που μεσολαβείται από φυσικό μέλι. Εν συντομία, 20 ml διαλύματος νιτρικού αργύρου (0,3 M) που περιείχε μέλι (20 wt%) εκτέθηκαν σε ακτινοβολία υπερήχων υψηλής έντασης υπό συνθήκες περιβάλλοντος για 30 λεπτά. Υπερήχους πραγματοποιήθηκε με τον υπερηχητικό τύπο καθετήρα UP400S (400W, 24 kHz) βυθισμένο απευθείας στο διάλυμα αντίδρασης.
Το μέλι κατάλληλο για τρόφιμα χρησιμοποιείται ως παράγοντας κάλυψης / σταθεροποίησης και αναγωγής, γεγονός που καθιστά το υδατικό διάλυμα πυρήνωσης και τα κατακρημνισμένα νανοσωματίδια καθαρά και ασφαλή για πολλαπλές εφαρμογές.
Καθώς αυξάνεται ο χρόνος υπερήχων, τα νανοσωματίδια αργύρου γίνονται μικρότερα και η συγκέντρωσή τους ενισχύεται.
Στο υδατικό διάλυμα μελιού, υπερήχους είναι ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει το σχηματισμό νανο-σωματιδίων αργύρου. Παράμετροι υπερήχων όπως το πλάτος, ο χρόνος και ο συνεχής έναντι παλλόμενου υπερήχου είναι σημαντικοί παράγοντες που επιτρέπουν τον έλεγχο του μεγέθους και της ποσότητας των νανοσωματιδίων αργύρου.

Κατανομή μεγέθους σωματιδίων των Ag-NPs που συντίθενται σε βέλτιστες συνθήκες. συγκεντρώσεις αργύρου (0,3 M), συγκεντρώσεις μελιού (20 wt%) και χρόνοι ακτινοβόλησης υπερήχων (30 λεπτά)
πηγή εικόνας: ©Oskuee et al. 2016

Αποτέλεσμα της υπερηχητικής σύνθεσης νανοσωματιδίων αργύρου

Η υπερηχητικά προωθημένη, μέλι-μεσολαβούμενη σύνθεση με τον υπερήχων UP400St οδήγησε σε σφαιρικά νανοσωματίδια αργύρου (Ag-NPs) με μέσο μέγεθος σωματιδίων περίπου 11.8nm. Η υπερηχητική σύνθεση των νανοσωματιδίων αργύρου είναι μια απλή και ταχεία μέθοδος ενός δοχείου. Η χρήση του νερού και του μελιού ως υλικά, καθιστά την αντίδραση οικονομικά αποδοτική και εξαιρετικά φιλική προς το περιβάλλον.
Η παρουσιαζόμενη τεχνική της υπερηχητικής σύνθεσης χρησιμοποιώντας μέλι ως παράγοντα μείωσης και κάλυψης μπορεί να επεκταθεί σε άλλα ευγενή μέταλλα, όπως ο χρυσός, το παλλάδιο και ο χαλκός, που προσφέρει διάφορες πρόσθετες εφαρμογές από την ιατρική στη βιομηχανία.

Κατανομή μεγέθους σωματιδίων των Ag-NPs που συντίθενται σε βέλτιστες συνθήκες. συγκεντρώσεις αργύρου (0,3 M), συγκεντρώσεις μελιού (20 wt%) και χρόνος ακτινοβολίας υπερήχων (30 λεπτά)
Μελέτη και εικόνα: ©Oskuee et al. 2016

Επηρεάζοντας την πυρήνωση και το μέγεθος των σωματιδίων με υπερήχους

Ο υπέρηχος επιτρέπει την παραγωγή νανοσωματιδίων όπως νανοσωματίδια αργύρου προσαρμοσμένα στις απαιτήσεις. Τρεις γενικές επιλογές υπερήχων έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην παραγωγή:
Αρχική κατεργασία με υπερήχους: Η σύντομη εφαρμογή κυμάτων υπερήχων σε ένα υπερκορεσμένο διάλυμα μπορεί να ξεκινήσει τη σπορά και το σχηματισμό πυρήνων. Καθώς η κατεργασία με υπερήχους εφαρμόζεται μόνο κατά τη διάρκεια του αρχικού σταδίου, η επακόλουθη ανάπτυξη κρυστάλλων προχωρά ανεμπόδιστα με αποτέλεσμα μεγαλύτερους κρυστάλλους.
Συνεχής κατεργασία με υπερήχους: Η συνεχής ακτινοβόληση του υπερκορεσμένου διαλύματος έχει ως αποτέλεσμα μικρούς κρυστάλλους, καθώς η παύση υπερήχων δημιουργεί πολλούς πυρήνες με αποτέλεσμα την ανάπτυξη πολλών μικρών κρυστάλλων.
Παλμική υπερήχηση: Παλμικό υπερηχογράφημα σημαίνει την εφαρμογή υπερήχων σε καθορισμένα χρονικά διαστήματα. Μια επακριβώς ελεγχόμενη είσοδος υπερηχητικής ενέργειας επιτρέπει να επηρεάσει την ανάπτυξη κρυστάλλων, προκειμένου να επιτευχθεί ένα προσαρμοσμένο μέγεθος κρυστάλλου.

Υπερήχων υψηλής απόδοσης για σύνθεση νανοσωματιδίων

Hielscher Υπέρηχοι προσφέρει υψηλής ισχύος, αξιόπιστοι επεξεργαστές υπερήχων σχεδιασμένοι για προηγμένες sonochemical εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της sono-σύνθεσης και sono-κατάλυσης. Υπερήχων ανάμειξη και διασπορά ενισχύσει σημαντικά τη μεταφορά μάζας, να προωθήσει την διαβροχή των συστάδων ατόμων, και να διευκολύνει την επακόλουθη πυρήνωση τους, οδηγώντας στην αποτελεσματική κατακρήμνιση των νανοσωματιδίων. Υπερήχων σύνθεση αναγνωρίζεται ως μια απλή, οικονομικά αποδοτική, βιοσυμβατή, αναπαραγώγιμη, ταχεία, και ασφαλής μέθοδος για την παραγωγή υψηλής ποιότητας νανοϋλικών. (Διαβάστε περισσότερα για τη sonochemical σύνθεση του Perovskite και Νανοδομές ZnO!)

Hielscher υπερήχων έχουν σχεδιαστεί για ακριβή έλεγχο, επιτρέποντας τις βέλτιστες συνθήκες για την πυρήνωση και την ανάπτυξη των νανοϋλικών. Αυτές οι ψηφιακές συσκευές διαθέτουν έξυπνο λογισμικό, έγχρωμη οθόνη αφής και ένα διαισθητικό μενού για ασφαλή και φιλική προς το χρήστη λειτουργία. Επιπλέον, έρχονται με αυτόματη εγγραφή δεδομένων σε ενσωματωμένη κάρτα SD, εξασφαλίζοντας απρόσκοπτη τεκμηρίωση διαδικασίας.

Με μια ολοκληρωμένη σειρά συστημάτων - από συμπαγείς φορητούς υπερήχους 50 watt για εργαστηριακή χρήση σε ισχυρά βιομηχανικά συστήματα 16.000 watt - Hielscher παρέχει την ιδανική λύση υπερήχων για κάθε εφαρμογή. Σχεδιασμένο για ανθεκτικότητα, Hielscher υπερήχων εξοπλισμός είναι χτισμένο για να λειτουργεί συνεχώς υπό συνθήκες βαρέως τύπου, ακόμη και σε απαιτητικά περιβάλλοντα, εξασφαλίζοντας αξιόπιστη απόδοση 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:

Σύγκριση συμβατικών μεθόδων και μεθόδων πράσινης σύνθεσης νανοσωματιδίων.