Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Ruta sonoquímica para la producción verde de nanopartículas de plata

Las nanopartículas de plata (AGNPS) se utilizan con frecuencia los nanomateriales debido a sus propiedades anti-microbianas, propiedades ópticas y alta conductividad eléctrica. La ruta sonoquímica usando carragenina kappa es un método de síntesis simple, conveniente y respetuoso del medio ambiente para la preparación de nanopartículas de plata. kappa-carragenina se utiliza como estabilizador natural, ecológico, mientras que los ultrasonidos de potencia actúa como un agente reductor verde.

Verde ultrasónico Síntesis de nanopartículas de plata

Elsupikhe et al. (2015) han desarrollado una ruta de síntesis ecológica asistida por ultrasonidos para la preparación de nanopartículas de plata (AgNP). La Sonochemistry es conocida por promover muchas reacciones químicas húmedas. La sonicación permite sintetizar AgNPs con κ-carragenano como estabilizador natural. La reacción se realiza a temperatura ambiente y produce nanopartículas de plata con estructura de cristal fcc sin impurezas. La distribución del tamaño de partícula de los AgNP puede estar influenciada por la concentración de κ-carragenano.

Síntesis sonoquímica verde de los NP plateados. (¡Click para agrandar!)

Esquema de interacción entre los grupos cargados de Ag-NP que están tapados con κ-carragenano bajo sonicación. [Elsupikhe et al. 2015]

Procedimiento

    Los Ag-NP se sintetizaron reduciendo AgNO3 utilizando ultrasonicación en presencia de κ-carragenina. Para obtener diferentes muestras, se prepararon cinco suspensiones, mediante la adición de 10 ml de 0,1 M AgNO3 a 40 ml κ-carragenina. Las soluciones κ-carragenina utilizadas fueron 0,1, 0,15, 0,20, 0,25, y 0,3% en peso, respectivamente.
    Las soluciones se agitaron durante 1 hora para obtener AgNO3/ Κ-carragenina.
    A continuación, las muestras se expusieron a irradiación ultrasónica intensa: La amplitud del dispositivo ultrasónico UP400S (400W, 24 kHz) se establece en 50%. La sonicación se aplicó durante 90 min a temperatura ambiente. El sonotrodo de los procesadores de líquidos ultrasónicos UP400S se sumergió directamente en la solución de reacción.
    Después de la sonicación, las suspensiones se centrifugaron durante 15 min y se lavaron con agua destilada doble cuatro veces para eliminar el residuo de iones de plata. Las nanopartículas precipitadas se secaron a 40 ° C bajo vacío durante la noche para obtener el Ag-NPs.

Ecuación

  1. Nueva Hampshire2O —Sonicación–> + H + OH
  2. OH + RH –> R + H2O
  3. AgNO3–hidrólisis–> Ag+ + NO3
  4. R + Ag+ —> ° Ag + R’ + H+
  5. ag+ + H –reducciones–> Ag °
  6. ag+ + H2O —> Ag ° + OH + H+

Análisis y Resultados

Para evaluar los resultados, las muestras se analizaron mediante análisis espectroscópico UV-visible, de difracción de rayos X, análisis químico FT-IR, TEM y imágenes de SEM.
El número de Ag-NP aumentó con el aumento de las concentraciones de κ-carragenano. La formación de Ag / κ-carragenano se determinó mediante espectroscopía UV-visible donde el máximo de absorción de plasmón superficial se observó a 402 a 420 nm. El análisis de difracción de rayos X (XRD) mostró que los Ag-NP son de una estructura cúbica centrada en la cara. El espectro infrarrojo de transformada de Fourier (FT-IR) indicó la presencia de Ag-NP en κ-carragenano. La imagen del microscopio electrónico de transmisión (TEM) para la concentración más alta de κ-carragenano mostró la distribución de NP-Ag con un tamaño de partícula promedio cercano a 4.21 nm. Las imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) ilustraron la forma esférica de las Ag-NP. El análisis SEM muestra que con el aumento de la concentración de κ-carragenano, se produjeron cambios en la superficie de Ag / κ-carragenano, de modo que de pequeño tamaño Ag-NPs con forma esférica se obtuvieron.

imágenes TEM de sonochemically sintetizado Ag / κ-carragenina. (¡Click para agrandar!)

imágenes de TEM y distribuciones de tamaño correspondientes para sonochemically sintetizado Ag / κ-carragenano a diferentes concentraciones de κ-carragenina. [0,1%, 0,2% y 0,3%, respectivamente (a, b, c)].

sonochemical síntesis de nanopartículas de plata (AGNPS) con el ultrasonicador UP400S

Ag + / κ-carragenina (izquierda) y se sonicó Ag / κ-carragenina (derecha). La sonicación se realizó con los UP400S durante 90 min. [Elsupikhe et al. 2015]

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Homogeneizador ultrasónico UP400S (clic para ampliar)

UP400S – el dispositivo ultrasónico utilizado para la síntesis sonoquímica de nanopartículas de Ag

Imágenes de SEM de nanopartículas de plata por ultrasonidos sintetizados (Haga clic para agrandar!)

Imágenes de SEM de Ag / κ-carragenina a diferentes concentraciones de κ-carragenina. [0,1%, 0,2% y 0,3%, respectivamente (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015]

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Información básica

Sonoquímica

Cuando potente ultrasonido se aplica a reacciones químicas en solución (líquido o estado de suspensión), que proporciona energía de activación específica debido a un fenómeno físico, conocido como cavitación acústica. La cavitación crea fuerzas de cizallamiento elevadas y condiciones extremas, tales como temperaturas muy altas y velocidades de enfriamiento, presiones y chorros de líquido. Estas fuerzas intensas pueden iniciar reacciones y destruir las fuerzas de atracción de moléculas en la fase líquida. Numerosas reacciones son conocidas para beneficiarse de irradiación ultrasónica, por ejemplo, sonólisis, sol-gel ruta, La síntesis de sonoquímica de paladio, látex, hidroxiapatita y muchas otras sustancias. Leer más sobre sonoquímica aquí!

Las nanopartículas de plata

nano-partículas de plata se caracterizan por un tamaño de entre 1 nm y 100 nm. Aunque con frecuencia se describe como ‘plata’ algunos están compuestos de un gran porcentaje de óxido de plata debido a su gran proporción de átomos de plata de superficie a granel. Las nanopartículas de plata pueden aparecer con diferentes estructuras. Más comúnmente, las nanopartículas de plata esféricas se sintetizan, pero también se utilizan de diamante, hojas octogonales y delgadas.
Las nanopartículas de plata son muy frecuentados en aplicaciones médicas. Los iones de plata son bioactivos y tienen fuertes efectos antimicrobianos y germicidas. Su muy gran superficie permite la coordinación de numerosos ligandos. Otras características importantes son la conductividad y las propiedades ópticas únicas.
Por sus características conductoras, las nanopartículas de plata incorporan a menudo en materiales compuestos, plásticos, resinas epoxi y adhesivos. Las partículas de plata aumentan la conductividad eléctrica; Por lo tanto, pastas y tintas de plata se utilizan con frecuencia en la fabricación de productos electrónicos. Dado que las nanopartículas de plata apoyan plasmones de superficie, AGNPS tienen excelentes propiedades ópticas. nanopartículas de plata plasmónicas se utilizan para los sensores, detectores y equipos analíticos tales como Enhanced Superficie Raman Spectroscopy (SERS) y la superficie mejorada-Field Plasmon Fluorescence Spectroscopy (PESA).

carragenina

La carragenina es un polímero natural barato, que se encuentra en varias especies de algas rojas. Los carragenanos son polisacáridos sulfatados lineales que se utilizan ampliamente en la industria alimentaria, para su gelificación, espesantes y propiedades estabilizantes. Su principal aplicación es en los productos lácteos y la carne, debido a su fuerte unión a proteínas de los alimentos. Hay tres variedades principales de carragenina, que difieren en su grado de sulfatación. Kappa-carragenano tiene un grupo sulfato por disacárido. Iota carragenano (ι-carragenano) tiene dos sulfatos por disacárido. Lambda carragenina (λ-carragenano) tiene tres sulfatos por disacárido.
Kappa carragenina (κ-carragenano) tiene una estructura lineal de polisacárido sulfatado de D-galactosa y 3,6-anhidro-D-galactosa.
carragenina κ- es ampliamente utilizado en la industria alimentaria, por ejemplo, como agente gelificante y para la modificación de la textura. Se puede encontrar como aditivo en helado, crema, queso cottage, batidos, aderezos para ensaladas, leches condensadas azucaradas, leche de soja & otras leches vegetales y salsas para aumentar la viscosidad del producto.
Además, κ-carragenina se puede encontrar en productos no alimenticios tales como espesante en champú y cosméticos cremas, en pasta de dientes (como estabilizador para evitar constituyentes de separación), espuma de extinción de incendios (como espesante para causar espuma para convertirse en pegajoso), geles ambientadores , betún para zapatos (para aumentar la viscosidad), en la biotecnología para inmovilizar células / enzimas, en productos farmacéuticos (como excipiente inactivo en píldoras / tabletas), en alimentos para mascotas, etc.