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
Sonokeemilist sünteesi, mis on ultraheli kiiritamise sünteetilised reaktsioonid, kasutatakse laialdaselt nanoosakeste, näiteks hõbeda, kulla, magnetiidi, hüdroksüapatiit, klorokviin, perovskiit, Lateks ja paljud teised nanomaterjalid.
Ultraheli märg-keemiline süntees
Hõbeda nanoosakeste puhul on teada mitu ultraheli abil sünteesiteed. Allpool on esitatud ultraheli sünteesi marsruut, mis kasutab mett redutseerivate ja ligandi katmise ainetena. Meekomponendid, nagu glükoos ja fruktoos, vastutavad oma rolli eest nii katmise kui ka redutseerijana sünteesiprotsessis.
Nagu enamik levinumaid nanoosakeste sünteesi meetodeid, kuulub ultraheli nano-hõbeda süntees ka niiske keemia kategooriasse. Ultraheli soodustab hõbeda nanoosakeste tuumamist lahuses. Ultraheli edendatud tuumastumine toimub siis, kui hõbeda prekursor (hõbedaioonide kompleks), nt hõbenitraat (AgNO)3) või hõbeperkloraadi (AgClO)4), redutseeritakse redutseerija, näiteks mee juuresolekul kolloidseks hõbedaks. Tingimusel, et hõbedaioonide kontsentratsioon lahuses suureneb piisavalt, seonduvad lahustunud metallilised hõbedaioonid kokku ja moodustavad stabiilse pinna. Kui hõbedaioonide klaster on veel väike, on see negatiivse energiabilansi tõttu energeetiliselt ebasoodne seisund. Negatiivne energiabilanss tekib seetõttu, et lahustunud hõbedaosakeste kontsentratsiooni vähendamisel saadud energia on väiksem kui uue pinna loomiseks kulutatud energia.
Kui klaster jõuab kriitilise raadiuseni, mis on punkt, kus see muutub energeetiliselt soodsaks, on see piisavalt stabiilne, et jätkata kasvamist. Kasvufaasis hajub lahuse kaudu rohkem hõbeda aatomeid ja kinnitub pinnale. Kui lahustunud aatomhõbeda kontsentratsioon väheneb teatud punktini, saavutatakse tuumalävi nii, et aatomid ei saa stabiilse tuuma moodustamiseks kauem kokku seonduda. Sellel tuumalävel lakkab uute nanoosakeste kasv ja järelejäänud lahustunud hõbe imendub difusiooni teel lahuses kasvavatesse nanoosakestesse.
Sonikatsioon soodustab massiülekannet, s.t. klastrite niisutamist, mille tulemuseks on kiirem tuum. Täpselt kontrollitud ultrahelitöötlusega saab määrata nanoosakeste struktuuride kasvukiiruse, suuruse ja kuju.
Klõpsake siin, et lugeda lisateavet teise rohelise meetodi kohta nano-hõbeda ultraheli sünteesimiseks karrageeni abil!
Tavapäraste meetodite ja nanoosakeste sünteesi roheliste sünteesimeetodite võrdlus.
- 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
Materjalid: hõbenitraat (AgNO3) hõbeda lähteainena; mesi kui korkiv / redutseeriv aine; Vesi
Ultraheli seade: UP400St
Ultraheli sünteesi protokoll
Leiti, et parimad tingimused kolloidse hõbeda nanoosakeste sünteesiks on järgmised: Hõbenitraadi vähendamine ultraheli abil, mida vahendab looduslik mesi. Lühidalt öeldes puutus 20 ml mett (20 massiprotsenti) sisaldavat hõbenitraadi lahust (0,3 M) 30 minuti jooksul ümbritsevates tingimustes kokku suure intensiivsusega ultrahelikiirgusega. Ultraheliuuring viidi läbi sondi tüüpi ultrasonikaatoriga UP400S (400W, 24 kHz) sukeldatakse otse reaktsioonilahusesse.
Optimaalsetes tingimustes sünteesitud Ag-NP-de osakeste suuruse jaotus; hõbeda kontsentratsioonid (0,3 M), mee kontsentratsioonid (20 massiprotsenti) ja ultraheli kiiritusaeg (30 min)
pildi allikas: Oskuee et al. 2016
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.
Hõbeda nanoosakeste ultraheli sünteesi tulemus
Ultraheli edendatud, mee vahendatud süntees koos UP400St tulemuseks olid sfäärilised hõbeda nanoosakesed (Ag-NP), mille keskmine osakeste suurus oli umbes 11,8 nm. Hõbeda nanoosakeste ultraheli süntees on lihtne ja kiire ühe poti meetod. Vee ja mee kasutamine materjalidena muudab reaktsiooni kulutõhusaks 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 TEM-kujutis (A) ja selle osakeste suuruse jaotus (B).
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 sünteesiks
Hielscher Ultrasonics varustab võimsaid ja usaldusväärseid ultraheli protsessoreid sonokeemiliste rakenduste jaoks, sealhulgas sono-süntees ja sono-katalüüs. Ultraheli segamine ja hajutamine suurendab massiülekannet ja soodustab aatomite klastrite niisutamist ja järgnevat tuumamist, et sadestada nanoosakesi. Nanoosakeste ultraheli süntees on lihtne, kulutõhus, bioühilduv, reprodutseeritav, kiire ja ohutu meetod.
Hielscher Ultrasonics varustab võimsaid ja täpselt kontrollitavaid ultraheli protsessoreid nanomaterjalide tuumastamiseks ja sadestamiseks. Kõik digitaalsed seadmed on varustatud intelligentse tarkvara, värvilise puutetundliku ekraaniga, automaatse andmete salvestamisega sisseehitatud SD-kaardile ning neil on intuitiivne menüü kasutajasõbralikuks ja ohutuks kasutamiseks.
Hõlmates kogu võimsusvahemikku alates 50 vatti käeshoitavatest ultrasonikaatoritest laborile kuni 16 000 vatti võimsad tööstuslikud ultraheli süsteemid, on Hielscheril teie rakenduse jaoks ideaalne ultraheli seadistus. Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus võimaldab 24/7 operatsiooni raskeveokite ja nõudlikes keskkondades.
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!
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.
Faktid, mida tasub teada
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.
Nano-hõbe 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).
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.