سنتز نانو نقره با عسل و اولتراسونیک
نانو نقره به دلیل خواص ضد باکتریایی آن برای تقویت مواد در پزشکی و علم مواد استفاده می شود. امواج فراصوت اجازه می دهد تا سنتز سریع، موثر، ایمن و سازگار با محیط زیست از نانوذرات نقره کروی در آب. سنتز نانوذرات التراسونیک را می توان به راحتی از تولید کوچک به بزرگ مقیاس بندی کرد.
سنتز التراسونیک به کمک نانو نقره کلوئیدی
سنتز سونوشیمیایی، که به واکنش های شیمیایی تسهیل شده توسط تابش اولتراسونیک اشاره دارد، روشی است که به طور گسترده ای برای تولید نانوذرات استفاده می شود. اینها شامل نقره، طلا، مگنتیت، هیدروکسی آپاتیت، کلروکین، پروسکایت، لاتکس و بسیاری از مواد نانو دیگر.
سنتز التراسونیک مرطوب شیمیایی
چندین مسیر سنتز به کمک اولتراسونیک برای تولید نانوذرات نقره توسعه یافته است. یکی از روش های قابل توجه از عسل به عنوان یک عامل کاهنده و بسته بندی استفاده می کند. اجزای موجود در عسل، مانند گلوکز و فروکتوز، در طول فرآیند سنتز به طور هم افزایی در این نقش ها عمل می کنند.
مشابه بسیاری از تکنیک های سنتز نانوذرات، سنتز نانو نقره مافوق صوت در دسته شیمی مرطوب قرار می گیرد. این فرآیند با هسته سازی نانوذرات نقره در یک محلول آغاز می شود. در طول فراصوت, یک پیش ساز نقره (به عنوان مثال،, نیترات نقره (AgNO3)، یا پرکلرات نقره (AgClO4)) در حضور یک عامل کاهنده مانند عسل برای تولید نقره کلوئیدی کاهش می یابد.
مکانیسم هسته و رشد نقره ای اولتراسونیک
مرحله هسته زایی اولیه: با افزایش غلظت یون های نقره محلول، یون های نقره فلزی شروع به اتصال می کنند و خوشه های کوچکی را تشکیل می دهند. در این مرحله، این خوشه ها به دلیل تعادل انرژی منفی از نظر انرژی ناپایدار هستند. انرژی مورد نیاز برای ایجاد سطوح جدید از انرژی به دست آمده با کاهش غلظت نقره محلول بیشتر است.
- شعاع بحرانی: هنگامی که یک خوشه به اندازه خاصی (شعاع بحرانی) می رسد، فرآیند از نظر انرژی مطلوب می شود و خوشه را تثبیت می کند. این ثبات به خوشه اجازه می دهد تا به عنوان هسته ای برای رشد بیشتر عمل کند.
- مرحله رشد: در طول رشد، اتم های نقره اضافی از طریق محلول پخش می شوند و به سطح نانوذرات در حال رشد متصل می شوند. رشد تا زمانی ادامه می یابد که غلظت نقره محلول به زیر آستانه هسته کاهش یابد و تشکیل هسته های جدید را متوقف کند.
- انتشار و تکمیل: نقره محلول باقیمانده در نانوذرات موجود گنجانده می شود و فرآیند را تکمیل می کند.
فراصوت انتقال جرم، به ویژه فرآیندهای خیس کردن و انتشار را تسریع می کند که منجر به هسته سازی سریعتر و رشد کنترل شده می شود. با تنظیم دقیق پارامترهای فراصوت ، مانند شدت و مدت زمان ، اندازه ، سرعت رشد و شکل نانوذرات را می توان به خوبی تنظیم کرد. این کنترل دقیق ساختارهای نانوذره ای سازگار برای کاربردهای خاص را تضمین می کند.
سنتز به کمک التراسونیک به عنوان یک روش شیمی موثر ، مقیاس پذیر و سبز برای تولید نانو نقره با خواص کاملا مشخص ، ارائه مزایای قابل توجهی برای کاربردهای متنوع در تحقیقات و صنعت برجسته است.
فراصوت سنتز سریع و سبز نانوذرات کوچک نقره را با توزیع اندازه باریک تسهیل می کند.
- واکنش ساده یک گلدان
- امن
- روند سریع
- کم هزینه
- مقیاس پذیری خطی
- سازگار با محیط زیست، شیمی سبز
UP400St – یک مافوق صوت 400 وات قدرتمند برای سنتز سونوشیمیایی نانو ذرات
مطالعه موردی سنتز نانو نقره اولتراسونیک
این مطالعه با عنوان “سنتز نانوذرات نقره بر پایه عسل و اولتراسونیک و فعالیت ضد باکتریایی آن ها” توسط Oskuee و همکاران (2016) یک روش ساده و سازگار با محیط زیست را برای سنتز نانوذرات نقره (Ag-NPs) با استفاده از عسل طبیعی به عنوان یک عامل کاهنده و تثبیت کننده بررسی می کند. این فرآیند، که شامل کاهش نیترات نقره (AgNO₃) تحت تابش مافوق صوت، با پارامترهای مختلفی از جمله غلظت یون نقره، غلظت عسل و زمان فراصوت مشخص می شود. نانوذرات نقره به دست آمده دارای اندازه متوسط حدود 8/11 نانومتر هستند و خواص ضد باکتریایی علیه باکتری های بیماری زا مانند استافیلوکوکوس اورئوس، سودوموناس آئروژینوزا و اشریشیا کلی از خود نشان می دهند.
این مطالعه مزایای استفاده از عسل در سنتز نانوذرات را برجسته می کند و بر ماهیت سبز، کم هزینه و غیر سمی آن تأکید می کند. نویسندگان نشان می دهند که اندازه و عملکرد نانوذرات نقره را می توان با تنظیم پارامترهای واکنش مانند غلظت نقره، محتوای عسل و مدت زمان فراصوت کنترل کرد. نشان داده شد که نانوذرات نقره سنتز شده دارای فعالیت ضد باکتریایی موثر، به ویژه علیه اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس، با حداقل غلظت مهاری (MIC) تقریبا 46/19 پی پی ام هستند. این روش کاربرد بالقوه ای را برای نانوذرات نقره در زمینه های پزشکی از جمله ترمیم زخم و کنترل عفونت ارائه می دهد.
- مواد: نیترات نقره (AgNO3) به عنوان پیش ساز نقره؛ عسل به عنوان عامل بسته بندی / کاهش؛ آب
- دستگاه اولتراسونیک: پروب نوع فراصوت UP400St
پروتکل سنتز التراسونیک
بهترین شرایط برای سنتز نانوذرات نقره کلوئیدی به شرح زیر یافت شد: کاهش نیترات نقره تحت امواج فراصوت با واسطه عسل طبیعی. به طور خلاصه، 20 میلی لیتر محلول نیترات نقره (3/0 مولار) حاوی عسل (20 درصد وزنی) به مدت 30 دقیقه در معرض پرتودهی امواج فراصوت با شدت بالا در شرایط محیطی قرار گرفت. امواج فراصوت با اولتراسونیک نوع پروب UP400S (400W، 24 کیلوهرتز) غوطه ور به طور مستقیم در راه حل واکنش انجام شد.
عسل درجه مواد غذایی به عنوان عامل پوشاننده / تثبیت کننده و احیا کننده استفاده می شود که محلول هسته سازی آبی و نانوذرات رسوب شده را برای کاربردهای چندگانه تمیز و ایمن می کند.
با افزایش زمان امواج فراصوت ، نانوذرات نقره کوچکتر می شوند و غلظت آنها افزایش می یابد.
در محلول عسل آبی، امواج فراصوت یک عامل کلیدی است که بر تشکیل نانوذرات نقره تأثیر می گذارد. پارامترهای فراصوت مانند دامنه، زمان و سونوگرافی پیوسته در مقابل ضربان دار از عوامل اصلی هستند که امکان کنترل اندازه و کمیت نانوذرات نقره را فراهم می کنند.
توزیع اندازه ذرات نانوذرات نقره سنتز شده در شرایط بهینه; غلظت نقره (0.3 مولار)، غلظت عسل (20 درصد وزنی) و زمان تابش اولتراسونیک (30 دقیقه)
منبع تصویر: ©Oskuee و همکاران 2016
نتیجه سنتز اولتراسونیک نانوذرات نقره
التراسونیک ترویج, سنتز عسل واسطه با فراصوت UP400St منجر به نانو ذرات نقره کروی (نقره-NPs) با اندازه ذرات متوسط حدود 11.8 نانومتر. سنتز مافوق صوت نانو ذرات نقره یک روش ساده و سریع یک گلدان است. استفاده از آب و عسل به عنوان مواد، واکنش را مقرون به صرفه و فوق العاده سازگار با محیط زیست می کند.
تکنیک ارائه شده از سنتز اولتراسونیک با استفاده از عسل به عنوان عامل کاهنده و بسته بندی را می توان به فلزات نجیب دیگر مانند طلا، پالادیوم و مس گسترش داد، که ارائه می دهد کاربردهای مختلف اضافی از پزشکی به صنعت.
توزیع اندازه ذرات نانوذرات نقره سنتز شده در شرایط بهینه; غلظت نقره (0.3 مولار)، غلظت عسل (20 درصد وزنی) و زمان تابش اولتراسونیک (30 دقیقه)
مطالعه و تصویر: ©Oskuee و همکاران 2016
تاثیرگذاری هسته زایی و اندازه ذرات با استفاده از فراصوت
سونوگرافی امکان تولید نانوذرات مانند نانو ذرات نقره متناسب با نیازها را فراهم می کند. سه گزینه کلی فراصوت اثرات مهمی بر خروجی:
فراصوت اولیه: کاربرد کوتاه مدت امواج اولتراسوند در یک محلول فوق اشباع می تواند بذر و تشکیل هسته ها را آغاز کند. به عنوان فراصوت تنها در طول مرحله اولیه اعمال می شود، رشد کریستال پس از آن بدون مانع و در نتیجه کریستال های بزرگتر ادامه می یابد.
فراصوت مداوم: تابش مداوم از محلول فوق اشباع نتایج در کریستال های کوچک از سونوگرافی مکث نشده ایجاد بسیاری از هسته ها و در نتیجه رشد بسیاری از کریستال های کوچک.
فراصوت پالس: اولتراسوند پالسی به معنای استفاده از سونوگرافی در فواصل زمانی مشخص است. ورودی دقیق کنترل شده از انرژی مافوق صوت اجازه می دهد تا برای تحت تاثیر قرار رشد کریستال به منظور به دست آوردن یک اندازه کریستال مناسب.
اولتراسونیک با کارایی بالا برای سنتز نانوذرات
Hielscher مافوق صوت ارائه می دهد با قدرت بالا، پردازنده های مافوق صوت قابل اعتماد طراحی شده برای برنامه های کاربردی پیشرفته سونوکمیایی، از جمله سونو سنتز و سونو کاتالیز. اختلاط و پراکندگی مافوق صوت به طور قابل توجهی افزایش انتقال جرم، ترویج مرطوب شدن خوشه های اتم، و تسهیل هسته های بعدی آنها، منجر به رسوب کارآمد نانوذرات. سنتز اولتراسونیک به عنوان یک روش ساده، مقرون به صرفه، زیست سازگار، تکرارپذیر، سریع و ایمن برای تولید نانومواد با کیفیت بالا شناخته شده است. (درباره سنتز سونوشیمیایی پروسکایت بیشتر بخوانید . نانوساختارهای ZnO!)
مافوق صوت Hielscher برای کنترل دقیق مهندسی، امکان شرایط مطلوب برای هسته و رشد نانومواد. این دستگاه های دیجیتال دارای نرم افزار هوشمند، نمایشگر لمسی رنگی و منوی بصری برای عملکرد ایمن و کاربرپسند هستند. علاوه بر این، آنها دارای ضبط خودکار داده ها بر روی یک کارت SD داخلی هستند که مستندات فرآیند یکپارچه را تضمین می کنند.
با طیف گسترده ای از سیستم ها - از مافوق صوت دستی 50 وات جمع و جور برای استفاده آزمایشگاهی به سیستم های صنعتی قوی 16،000 وات - Hielscher راه حل اولتراسونیک ایده آل را برای هر برنامه فراهم می کند. طراحی شده برای دوام، تجهیزات اولتراسونیک Hielscher ساخته شده است به طور مداوم در شرایط سنگین، حتی در محیط های خواستار، اطمینان از عملکرد قابل اعتماد 24/7.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
مقایسه روش های مرسوم و روش های سنتز سبز سنتز نانوذرات.
پردازنده اولتراسونیک صنعتی UIP16000 (16 کیلو وات) برای سنتز در مقیاس بزرگ نانوذرات نقره.
ادبیات/منابع
- 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.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
نانوذرات نقره چیست؟
نانوذرات نقره ذراتی از نقره با اندازه بین 1 نانومتر تا 100 نانومتر هستند. نانوذرات نقره دارای سطح بسیار بزرگی هستند که امکان هماهنگی تعداد زیادی از لیگاندها را فراهم می کند.
نانوذرات نقره خواص نوری، الکتریکی و حرارتی منحصر به فردی را ارائه می دهند که آنها را برای علم مواد و توسعه محصول، به عنوان مثال، فتوولتائیک، الکترونیک، جوهرهای رسانا، سنسورهای بیولوژیکی / شیمیایی بسیار ارزشمند می کند.
کاربرد دیگر که قبلا به طور گسترده ای تثبیت شده است، استفاده از نانوذرات نقره برای پوشش های ضد میکروبی است و بسیاری از منسوجات، صفحه کلید، پانسمان زخم و دستگاه های زیست پزشکی اکنون حاوی نانوذرات نقره هستند که به طور مداوم سطح پایینی از یون های نقره را آزاد می کنند تا در برابر باکتری ها محافظت کنند.
چگونه از نانو نقره در منسوجات استفاده می شود؟
نانو ذرات نقره در تولید نساجی استفاده می شود، جایی که از نانوذرات نقره برای ساخت پارچه های پنبه ای با رنگ های قابل تنظیم، قابلیت های ضد باکتریایی و خواص فوق آبگریز خود ترمیم شونده استفاده می شود. خاصیت ضد باکتریایی نانوذرات نقره امکان تولید پارچه هایی را فراهم می کند که بوی مشتق شده از باکتری ها (به عنوان مثال، بوی عرق) را تخریب می کند.
پوشش ضد باکتری برای دارو و تجهیزات پزشکی چیست؟
نانوذرات نقره دارای ویژگی های ضد باکتریایی، ضد قارچی و آنتی اکسیدانی هستند که آنها را برای کاربردهای پزشکی و پزشکی، به عنوان مثال، کارهای دندانپزشکی، کاربردهای جراحی، درمان ترمیم زخم و دستگاه های زیست پزشکی جالب می کند. تحقیقات نشان داده است که نانوذرات نقره (Ag-nPs) از رشد و تکثیر سویه های مختلف باکتری مانند باسیلوس سرئوس، استافیلوکوکوس اورئوس، سیتروباکتر کوسری، سالمونلا تیفی، سودوموناس آئروژینوزا، اشریشیا کلی، کلبسیلا پنومونی، ویبریو پاراهمولیتیکوس و قارچ کاندیدا آلبیکنس جلوگیری می کنند. اثر ضد باکتریایی/ضد قارچی با انتشار نانوذرات نقره در سلول ها و اتصال یون های Ag/Ag+ به مولکول های زیستی سلول های میکروبی به دست می آید به طوری که عملکرد آنها مختل می شود.
سنجش MIC چیست؟
سنجش MIC (حداقل غلظت مهاری) کمترین غلظت یک ماده مانند یک عامل ضد میکروبی را تعیین می کند که برای مهار رشد قابل مشاهده یک میکروارگانیسم در شرایط آزمایشگاهی مورد نیاز است. معمولا با استفاده از رقت های سریال در محیط رشد مایع و اندازه گیری رشد باکتری ها پس از انکوباسیون انجام می شود. اطلاعات بیشتر در مورد چگونه فراصوت تسهیل سنجش میکروفون با توان بالا را تسهیل می کند!