Vihreä sonokemiallinen reitti hopean nanohiukkasiin
Hopean nanohiukkasia (AgNP) käytetään usein nanomateriaaleina niiden antimikrobisten ominaisuuksien, optisten ominaisuuksien ja korkean sähkönjohtavuuden vuoksi. Kappa-karrageenia käyttävä sonokemiallinen reitti on yksinkertainen, kätevä ja ympäristöystävällinen synteesimenetelmä hopean nanohiukkasten valmistamiseksi. κ-karrageenia käytetään luonnollisena ympäristöystävällisenä stabilointiaineena, kun taas tehon ultraääni toimii vihreänä pelkistävänä aineena.
Hopean nanohiukkasten vihreä ultraäänisynteesi
(2015) ovat kehittäneet vihreän ultraäänellä avustetun synteesireitin hopean nanohiukkasten (AgNP) valmistamiseksi. Sonokemian tiedetään edistävän monia märkäkemiallisia reaktioita. Sonikaatio mahdollistaa AgNP: iden syntetisoimisen κ-karrageenilla luonnollisena stabilointiaineena. Reaktio toimii huoneenlämpötilassa ja tuottaa hopean nanohiukkasia, joilla on fcc-kiderakenne ilman epäpuhtauksia. AgNP: iden hiukkaskokojakaumaan voi vaikuttaa κ-karrageenin pitoisuus.
Ag-NP: n ladattujen ryhmien välinen vuorovaikutuskaavio, jotka on rajattu κ-karrageenilla sonikaatiossa. [Elsupikhe et ai., 2015]
Menettely
- Ag-NP: t syntetisoitiin pelkistämällä AgNO: ta3 käyttämällä ultrasonicationia κ-karrageenin läsnä ollessa. Eri näytteiden saamiseksi valmistettiin viisi suspensiota lisäämällä 10 ml 0,1 M AgNO: ta3 kunnes 40 ml κ-karrageenia. Käytetyt κ-karrageeniliuokset olivat vastaavasti 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 ja 0,3 paino-%.
- Liuoksia sekoitettiin 1 tunnin ajan AgNO:n saamiseksi3/κ-karrageeni.
- Sitten näytteet altistettiin voimakkaalle ultraäänisäteilylle: Ultraäänilaitteen amplitudi UP400S (400W, 24kHz) asetettiin 50%: iin. Sonikaatiota käytettiin 90 minuutin ajan huoneenlämpötilassa. Ultraääninesteprosessorien sonotrode UP400S upotettiin suoraan reaktioliuokseen.
- Sonikoinnin jälkeen suspensiot sentrifugoitiin 15 minuutin ajan ja pestiin kaksinkertaisella tislatulla vedellä neljä kertaa hopeaionijäännöksen poistamiseksi. Saostuneet nanohiukkaset kuivattiin 40 °C:ssa tyhjiössä yön yli Ag-NP:iden saamiseksi.
Yhtälö
- NH2O —Ultraäänellä–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNo3–hydrolyysi–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –Vähennykset–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analyysi ja tulokset
Tulosten arvioimiseksi näytteet analysoitiin UV-näkyvällä spektroskooppisella analyysillä, röntgendiffraktiolla, FT-IR-kemiallisella analyysillä, TEM- ja SEM-kuvilla.
Ag-NP:iden määrä kasvoi κ-karrageenipitoisuuksien kasvaessa. Ag/κ-karrageenin muodostuminen määritettiin UV-näkyvällä spektroskopialla, jossa pintaplasmonin absorptiomaksimi havaittiin 402–420 nm:ssä. Röntgendiffraktioanalyysi (XRD) osoitti, että Ag-NP: t ovat kasvokeskeisiä kuutiorakenteita. Fourier-muunnosinfrapunaspektri (FT-IR) osoitti Ag-NP: iden läsnäolon κ-karrageenissa. Lähetyselektronimikroskopia (TEM) -kuva suurimmalle κ-karrageenipitoisuudelle osoitti Ag-NP: iden jakautumisen, joiden keskimääräinen hiukkaskoko oli lähellä 4,21 nm. Skannauselektronimikroskopian (SEM) kuvat havainnollistivat Ag-NP: iden pallomaista muotoa. SEM-analyysi osoittaa, että κ-karrageenipitoisuuden kasvaessa tapahtui muutoksia Ag/κ-karrageenin pinnalla siten, että pienikokoiset Ag-NP: t, joilla on pallomainen muoto saatiin.
TEM-kuvat ja vastaavat kokojakaumat sonokemiallisesti syntetisoidulle Ag/κ-karrageenille κ-karrageenin eri pitoisuuksilla. [0,1 %, 0,2 % ja 0,3 % (a, b, c)].
Ag+/κ-karrageeni (vasemmalla) ja sonikoitu Ag/κ-karrageeni (oikealla). Sonikaatio suoritettiin UP400S: llä 90 minuutin ajan. [Elsupikhe et ai., 2015]
UP400S – ultraäänilaite, jota käytetään Ag-nanohiukkasten sonokemialliseen synteesiin
SEM-kuvat Ag/κ-karrageenille κ-karrageenin eri pitoisuuksina. [0,1 prosenttia, 0,2 prosenttia ja 0,3 prosenttia (a, b, c)]. [Elsupikhe et ai., 2015]
Kirjallisuus/viitteet
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, eikä Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Hopean nanohiukkasten vihreä sonokemiallinen synteesi κ-karrageenin vaihtelevissa pitoisuuksissa. Nanomittakaavan tutkimuskirjeet 10. 2015.
Perustiedot
Sonokemia
Kun voimakasta ultraääntä käytetään kemiallisiin reaktioihin liuoksessa (nestemäinen tai lietetila), se antaa spesifisen aktivointienergian fysikaalisen ilmiön vuoksi, joka tunnetaan nimellä akustinen kavitaatio. Kavitaatio luo suuria leikkausvoimia ja äärimmäisiä olosuhteita, kuten erittäin korkeita lämpötiloja ja jäähdytysnopeuksia, paineita ja nestesuihkuja. Nämä voimakkaat voimat voivat käynnistää reaktioita ja tuhota molekyylien houkuttelevia voimia nestefaasissa. Lukuisten reaktioiden tiedetään hyötyvän ultraäänisäteilystä, esim. SOL-geelin reitti, sonokemiallinen synteesi palladium, lateksi, hydroksiapatiitti ja monia muita aineita. Lue lisää aiheesta Sonokemia täällä!
hopean nanohiukkaset
Hopean nanohiukkasille on tunnusomaista koko välillä 1 nm - 100 nm. Vaikka sitä kuvataan usein "hopeaksi"’ Jotkut koostuvat suuresta prosenttiosuudesta hopeaoksidia, koska niiden pinta-irtotavarana olevien hopea-atomien suhde on suuri. Hopean nanohiukkaset voivat esiintyä eri rakenteilla. Yleisimmin syntetisoidaan pallomaisia hopean nanohiukkasia, mutta käytetään myös timantti-, kahdeksankulmaisia ja ohuita levyjä.
Hopean nanohiukkaset ovat erittäin yleisiä lääketieteellisissä sovelluksissa. Hopeaionit ovat bioaktiivisia ja niillä on voimakkaita antimikrobisia ja bakteereja tuhoavia vaikutuksia. Niiden erittäin suuri pinta-ala mahdollistaa lukuisten ligandien koordinoinnin. Muita tärkeitä ominaisuuksia ovat johtavuus ja ainutlaatuiset optiset ominaisuudet.
Johtavien ominaisuuksiensa vuoksi hopean nanohiukkaset sisältyvät usein komposiitteihin, muoveihin, epoksiin ja liimoihin. Hopeahiukkaset lisäävät sähkönjohtavuutta; Siksi hopeatahnoja ja musteita käytetään usein elektroniikan valmistuksessa. Koska hopean nanohiukkaset tukevat pintaplasmoneja, AgNP: llä on erinomaiset optiset ominaisuudet. Plasmonisia hopeananohiukkasia käytetään antureihin, ilmaisimiin ja analyysilaitteisiin, kuten pintaparannettuun Raman-spektroskopiaan (SERS) ja pintaplasmonikenttään tehostettuun fluoresenssispektroskopiaan (SPFS).
karrageeni
Karrageeni on halpa luonnollinen polymeeri, jota löytyy erilaisista punaisista merilevistä. Karrageenit ovat lineaarisia sulfatoituja polysakkarideja, joita käytetään laajalti elintarviketeollisuudessa niiden hyytelöimis-, sakeuttamis- ja stabilointiominaisuuksien vuoksi. Niiden pääasiallinen käyttö on maitotuotteissa ja lihatuotteissa, koska ne sitoutuvat voimakkaasti elintarvikeproteiineihin. Karrageenia on kolme pääasiallista lajiketta, jotka eroavat sulfaatioasteestaan. Kappa-karrageenilla on yksi sulfaattiryhmä disakkaridia kohti. Iota-karrageenissa (ι-karrageeni) on kaksi sulfaattia disakkaridia kohti. Lambdakarrageenissa (λ-karrageeni) on kolme sulfaattia disakkaridia kohti.
Kappa-karrageenilla (κ-karrageeni) on lineaarinen rakenne D-galaktoosin ja 3,6-anhydro-D-galaktoosin sulfatoidusta polysakkaridista.
κ-karrageenia käytetään laajalti elintarviketeollisuudessa, esimerkiksi hyytelöimisaineena ja tekstuurin muokkaamiseen. Sitä löytyy lisäaineena jäätelöstä, kermasta, raejuustosta, pirtelöistä, salaattikastikkeista, makeutetuista tiivistetyistä maidoista, soijamaidosta & muut kasvimaidot ja kastikkeet tuotteen viskositeetin lisäämiseksi.
Lisäksi κ-karrageenia löytyy muista kuin elintarvikkeista, kuten sakeutusaineesta shampoossa ja kosmeettisissa voiteissa, hammastahnasta (stabilointiaineena ainesosien erottumisen estämiseksi), sammutusvaahdosta (sakeuttamisaineena, joka aiheuttaa vaahdon tahmeutta), ilmanraikastingeeleistä, kenkäkiillokkeesta (viskositeetin lisäämiseksi), solujen / entsyymien immobilisointiin tarkoitetusta biotekniikasta, lääkkeistä (inaktiivisena apuaineena pillereissä/tableteissa), lemmikkieläinten ruoassa jne.