Nano-hõbeda sünteesimine mee ja ultraheliga
Nano-hõbedat kasutatakse selle antibakteriaalsete omaduste tõttu, et tugevdada materjale meditsiinis ja materjaliteaduses. Ultraheli võimaldab sfääriliste hõbeda nanoosakeste kiiret, tõhusat, ohutut ja keskkonnasõbralikku sünteesi vees. Ultraheli nanoosakeste sünteesi saab hõlpsasti skaleerida väikesest suurest tootmisest.
Kolloidse nano-hõbeda ultraheli abil süntees
Sonokeemiline süntees, mis viitab ultraheli kiiritamisega hõlbustatud keemilistele reaktsioonidele, on laialdaselt kasutatav meetod nanoosakeste tootmiseks. Nende hulka kuuluvad hõbe, kuld, magnetiit, hüdroksüapatiit, klorokviin, perovskiit, Lateks ja paljud teised nanomaterjalid.
Ultraheli märg-keemiline süntees
Hõbeda nanoosakeste tootmiseks on välja töötatud mitu ultraheli abil sünteesiteed. Üks märkimisväärne meetod kasutab mett nii redutseeriva kui ka katva ainena. Mees sisalduvad komponendid, nagu glükoos ja fruktoos, toimivad sünteesiprotsessi ajal nendes rollides sünergiliselt.
Sarnaselt paljude nanoosakeste sünteesi tehnikatega kuulub ultraheli nano-hõbeda süntees märgkeemia kategooriasse. Protsess algab hõbeda nanoosakeste tuumaga lahuses. Ultrahelitöötluse ajal on hõbeda prekursor (nt hõbenitraat (AgNO)3) või hõbeperkloraadi (AgClO)4)) väheneb redutseerija, näiteks mee juuresolekul, et toota kolloidhõbedat.
Ultraheli hõbedase tuuma ja kasvu mehhanism
Esialgne tuumastumise faas: Kui lahustunud hõbedaioonide kontsentratsioon suureneb, hakkavad metallilised hõbedaioonid seonduma väikeste klastrite moodustamiseks. Selles etapis on need klastrid negatiivse energiabilansi tõttu energeetiliselt ebastabiilsed. Uute pindade loomiseks vajalik energia ületab lahustunud hõbeda kontsentratsiooni vähendamisel saadud energia.
- Kriitiline raadius: Kui klaster saavutab kindla suuruse (kriitilise raadiuse), muutub protsess energeetiliselt soodsaks, stabiliseerides klastrit. See stabiilsus võimaldab klastril toimida edasise kasvu tuumana.
- Kasvufaas: Kasvu ajal hajuvad täiendavad hõbeda aatomid läbi lahuse ja kinnituvad kasvavale nanoosakeste pinnale. Kasv jätkub seni, kuni lahustunud hõbeda kontsentratsioon langeb alla tuumaläve, peatades uute tuumade moodustumise.
- Difusioon ja lõpetamine: Ülejäänud lahustunud hõbe lisatakse olemasolevatesse nanoosakestesse, lõpetades protsessi.
Sonikatsioon kiirendab massiülekannet, eriti niisutamis- ja difusiooniprotsesse, mis viib kiirema tuumastumiseni ja kontrollitud kasvuni. Ultrahelitöötluse parameetreid, nagu intensiivsus ja kestus, täpselt reguleerides saab nanoosakeste suurust, kasvukiirust ja kuju peenhäälestada. See täpne kontroll tagab järjepidevad nanoosakeste struktuurid, mis on kohandatud konkreetsete rakenduste jaoks.
Ultraheli abil süntees paistab silma tõhusa, skaleeritava ja rohelise keemia lähenemisviisina nano-hõbeda tootmiseks, millel on täpselt määratletud omadused, pakkudes olulisi eeliseid mitmekesiste rakenduste jaoks teadusuuringutes ja tööstuses.
Ultrahelitöötlus hõlbustab kitsa suuruse jaotusega väikeste hõbeda nanoosakeste kiiret ja rohelist sünteesi.
- lihtne ühe poti reaktsioon
- Ohutu
- kiire protsess
- odav
- lineaarne mastaapsus
- keskkonnasõbralik, roheline keemia
UP400St – 400 vatti võimas ultrasonikaator nanoosakeste sonokeemiliseks sünteesiks
Ultraheli nano-hõbeda sünteesi juhtumiuuring
Uuring kandis pealkirja “Hõbeda nanoosakeste mesipõhine ja ultraheli abil süntees ja nende antibakteriaalne toime” (2016) uurib lihtsat ja keskkonnasõbralikku meetodit hõbeda nanoosakeste (Ag-NP) sünteesimiseks, kasutades looduslikku mett nii redutseeriva kui ka stabiliseeriva ainena. Protsessi, mis hõlmab hõbenitraadi (AgNO₃) vähendamist ultraheli kiiritamisel, iseloomustavad erinevad parameetrid, sealhulgas hõbedaioonide kontsentratsioon, mee kontsentratsioon ja ultrahelitöötluse aeg. Saadud Ag-NP-de keskmine suurus on umbes 11,8 nm ja neil on antibakteriaalsed omadused patogeensete bakterite nagu Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa ja E. coli vastu.
Uuringus tuuakse esile mee kasutamise eelised nanoosakeste sünteesil, rõhutades selle rohelist, odavat ja mittetoksilist olemust. Autorid näitavad, et Ag-NP-de suurust ja saagist saab kontrollida, reguleerides reaktsiooniparameetreid, nagu hõbeda kontsentratsioon, meesisaldus ja ultrahelitöötluse kestus. Sünteesitud Ag-NP-del oli efektiivne antibakteriaalne toime, eriti E. coli ja S. aureuse vastu, minimaalsete inhibeerivate kontsentratsioonidega (MIC) ligikaudu 19,46 ppm. See meetod kujutab endast potentsiaalset rakendust Ag-NP-de jaoks meditsiinivaldkondades, sealhulgas haavade paranemisel ja nakkuste tõrjel.
- Materjalid: hõbenitraat (AgNO3) hõbeda lähteainena; mesi kui korkiv / redutseeriv aine; Vesi
- Ultraheli seade: Sondi tüüpi songaator UP400St
Ultraheli sünteesi protokoll
Leiti, et parimad tingimused kolloidsete hõbeda nanoosakeste sünteesimiseks on järgmised: Hõbenitraadi redutseerimine loodusliku mee vahendatud ultraheli all. Lühidalt öeldes viidi 20 ml mett sisaldavat hõbenitraadi lahust (0,3 M), mis sisaldas mett (20 massiprotsenti), 30 minuti jooksul ümbritsevates tingimustes suure intensiivsusega ultrahelikiirgusega. Ultraheli viidi läbi sondi tüüpi ultrasonikaatoriga UP400S (400W, 24 kHz), mis oli sukeldatud otse reaktsioonilahusesse.
Toidukvaliteediga mett kasutatakse katmis- / stabiliseeriva ja redutseeriva ainena, mis muudab tuuma vesilahuse ja sadestunud nanoosakesed puhtaks ja ohutuks mitmesugusteks rakendusteks.
Kui ultraheli aeg suureneb, muutuvad hõbeda nanoosakesed väiksemaks ja nende kontsentratsioon suureneb.
Mesi vesilahuses on ultraheli võtmetegur, mis mõjutab hõbeda nanoosakeste moodustumist. Sonikatsiooniparameetrid, nagu amplituud, aeg ja pidev vs pulseeriv ultraheli, on peamised tegurid, mis võimaldavad kontrollida hõbeda nanoosakeste suurust ja kogust.
Optimaalsetes tingimustes sünteesitud Ag-NP-de osakeste suuruse jaotus; hõbeda kontsentratsioonid (0,3 M), mee kontsentratsioonid (20 massi%) ja ultraheli kiiritamise ajad (30 min)
pildi allikas: ©Oskuee et al. 2016
Hõbeda nanoosakeste ultraheli sünteesi tulemus
Ultraheli abil edendatud, mee vahendatud süntees sonikaatoriga UP400St andis tulemuseks sfäärilised hõbeda nanoosakesed (Ag-NP), mille osakeste keskmine suurus on umbes 11,8 nm. Hõbeda nanoosakeste ultraheli süntees on lihtne ja kiire ühe poti meetod. Vee ja mee kasutamine materjalidena muudab reaktsiooni kuluefektiivseks ja erakordselt keskkonnasõbralikuks.
Esitatud ultraheli sünteesi tehnikat, kasutades mett redutseeriva ja katva ainena, saab laiendada teistele väärismetallidele, nagu kuld, pallaadium ja vask, mis pakub mitmesuguseid täiendavaid rakendusi meditsiinist tööstusele.
Optimaalsetes tingimustes sünteesitud Ag-NP-de osakeste suuruse jaotus; hõbeda kontsentratsioonid (0,3 M), mee kontsentratsioonid (20 massiprotsenti) ja ultraheli kiiritusaeg (30 min)
Uuring ja pilt: ©Oskuee et al. 2016
Tuumade ja osakeste suuruse mõjutamine ultrahelitöötlusega
Ultraheli võimaldab toota nanoosakesi, näiteks hõbeda nanoosakesi, mis on kohandatud nõuetele. Kolmel üldisel ultrahelitöötluse võimalusel on väljundile oluline mõju:
Esialgne ultrahelitöötlus: Ultraheli lainete lühike rakendamine üleküllastunud lahusele võib algatada tuumade külvamise ja moodustumise. Kuna ultrahelitöötlust rakendatakse ainult algstaadiumis, toimub järgnev kristallide kasv takistamatult, mille tulemuseks on suuremad kristallid.
Pidev ultrahelitöötlus: Üleküllastunud lahuse pidev kiiritamine toob kaasa väikesed kristallid, kuna pausita ultraheliuuring tekitab palju tuumasid, mille tulemuseks on paljude väikeste kristallide kasv.
Impulss-ultrahelitöötlus: Impulss-ultraheli tähendab ultraheli rakendamist kindlaksmääratud intervallidega. Ultraheli energia täpselt kontrollitud sisend võimaldab mõjutada kristallide kasvu, et saada kohandatud kristallide suurus.
Suure jõudlusega ultrasonikaatorid nanoosakeste sünteesiks
Hielscher Ultrasonics pakub suure võimsusega usaldusväärseid ultraheliprotsessoreid, mis on mõeldud täiustatud sonokeemiliste rakenduste, sealhulgas sono-sünteesi ja sono-katalüüsi jaoks. Ultraheli segamine ja dispergeerimine suurendab oluliselt massiülekannet, soodustab aatomiklastrite märgumist ja hõlbustab nende hilisemat tuumade moodustumist, mis viib nanoosakeste tõhusa sadestumiseni. Ultraheli sünteesi peetakse lihtsaks, kulutõhusaks, bioühilduvaks, reprodutseeritavaks, kiireks ja ohutuks meetodiks kvaliteetsete nanomaterjalide tootmiseks. (Loe lähemalt perovskiidi sonokeemilise sünteesi kohta ja ZnO nanostruktuurid!)
Hielscheri ultrasonikaatorid on konstrueeritud täpseks kontrolliks, võimaldades optimaalseid tingimusi nanomaterjalide tuumastamiseks ja kasvuks. Nendel digitaalseadmetel on intelligentne tarkvara, värviline puuteekraan ja intuitiivne menüü ohutuks ja kasutajasõbralikuks kasutamiseks. Lisaks on neil automaatne andmete salvestamine sisseehitatud SD-kaardile, mis tagab sujuva protsessi dokumentatsiooni.
Laia valikut süsteeme - alates kompaktsetest 50-vatistest pihuarvutitest ultrasonikaatoritest laboratoorseks kasutamiseks kuni tugevate 16 000-vatiste tööstussüsteemideni - pakub Hielscher ideaalset ultraheli lahendust iga rakenduse jaoks. Vastupidavuse tagamiseks mõeldud Hielscheri ultraheli seadmed on ehitatud töötama pidevalt raskeveokite tingimustes, isegi nõudlikes keskkondades, tagades usaldusväärse jõudluse 24/7.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Tavapäraste meetodite ja nanoosakeste sünteesi roheliste sünteesimeetodite võrdlus.
Tööstuslik ultraheli protsessor UIP16000 (16kW) hõbeda nanoosakeste ulatuslikuks sünteesiks.
Kirjandus / viited
- 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.
- D. Madhesh, S. Kalaiselvam (2014): Experimental Analysis of Hybrid Nanofluid as a Coolant. Procedia Engineering, Volume 97, 2014. 1667-1675.
Faktid, mida tasub teada
Mis on hõbeda nanoosakesed?
Hõbeda nanoosakesed on hõbedaosakesed suurusega 1nm kuni 100nm. Hõbeda nanoosakestel on äärmiselt suur pindala, mis võimaldab koordineerida suurt hulka ligandeid.
Hõbeda nanoosakesed pakuvad ainulaadseid optilisi, elektrilisi ja termilisi omadusi, mis muudab need väga väärtuslikuks materjaliteaduse ja tootearenduse jaoks, nt fotogalvaanika, elektroonika, juhtivad tindid, bioloogilised / keemilised andurid.
Teine rakendus, mis on juba laialt levinud, on hõbeda nanoosakeste kasutamine antimikroobsete katete jaoks ning paljud tekstiilid, klaviatuurid, haavasidemed ja biomeditsiinilised seadmed sisaldavad nüüd hõbeda nanoosakesi, mis vabastavad pidevalt madala hõbedaioonide taseme, et pakkuda kaitset bakterite eest.
Kuidas kasutatakse nano-hõbedat tekstiilides?
Hõbeda nanoosakesi kasutatakse tekstiilitootmises, kus Ag-NP-sid kasutatakse häälestatavate värvide, antibakteriaalsete võimete ja iseparanevate superhüdrofoobsete omadustega puuvillakangaste valmistamiseks. Hõbeda nanoosakeste antibakteriaalne omadus võimaldab valmistada kangaid, mis lagundavad bakteritest saadud lõhna (nt higilõhn).
WHat on antibakteriaalne kate ravimite ja meditsiinitarvete jaoks?
Hõbeda nanoosakestel on antibakteriaalsed, seenevastased ja antioksüdatiivsed omadused, mis muudab need huvitavaks famatseutiliste ja meditsiiniliste rakenduste jaoks, nt hambaravi, kirurgilised rakendused, haavade paranemine ja biomeditsiinilised seadmed. Uuringud on näidanud, et hõbeda nanoosakesed (Ag-nPs) pärsivad erinevate bakteritüvede, nagu Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Citrobacter koseri, Salmonella typhii, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumoonia, Vibrio parahaemolyticus ja seene Candida albicans kasvu ja paljunemist. Antibakteriaalne / seenevastane toime saavutatakse hõbeda nanoosakestega, mis hajuvad rakkudesse ja seovad Ag / Ag + ioone mikroobirakkude biomolekulidega, nii et nende funktsioon on häiritud.
Mis on MIC-test?
MIC (minimaalne inhibeeriv kontsentratsioon) test määrab aine (nt antimikroobse aine) madalaima kontsentratsiooni, mis on vajalik mikroorganismi nähtava kasvu pärssimiseks in vitro. Seda tehakse tavaliselt seerialahjenduste abil vedelas kasvukeskkonnas ja mõõdetakse bakterite kasvu pärast inkubeerimist. Loe lähemalt, kuidas ultrahelitöötlus hõlbustab suure läbilaskevõimega MIC-teste!