Nano-hopean syntetisointi hunajan ja ultraäänen kanssa

Nano-hopeaa käytetään sen antibakteeristen ominaisuuksien vuoksi vahvistamaan materiaaleja lääketieteessä ja materiaalitieteessä. Ultrasonication mahdollistaa nopean, tehokkaan, turvallisen ja ympäristöystävällisen pallomaisen hopean nanohiukkasten synteesin vedessä. Ultraääninanohiukkassynteesi voidaan helposti skaalata pienestä suureen tuotantoon.

Kolloidisen nano-hopean ultraäänellä avustettu synteesi

Sonokemiallinen synteesi, joka viittaa ultraäänisäteilytyksen helpottamiin kemiallisiin reaktioihin, on laajalti käytetty menetelmä nanohiukkasten tuottamiseksi. Näitä ovat hopea, kulta, magnetiitti, hydroksiapatiitti, klorokiini, perovskiitti, lateksi ja monia muita nanomateriaaleja.

Ultraääni märkä-kemiallinen synteesi

Hopean nanohiukkasten tuottamiseksi on kehitetty useita ultraäänellä avustettuja synteesireittejä. Yksi merkittävä menetelmä käyttää hunajaa sekä pelkistävänä että sulkevana aineena. Hunajan komponentit, kuten glukoosi ja fruktoosi, toimivat synergistisesti näissä rooleissa synteesiprosessin aikana.
Kuten monet nanohiukkasten synteesitekniikat, ultraääni-nano-hopeasynteesi kuuluu märkäkemian luokkaan. Prosessi alkaa hopean nanohiukkasten nukleaatiolla liuoksessa. Sonikoinnin aikana hopeaprekursori (esim. hopeanitraatti (AgNO₃) tai hopeaperkloraatti (AgClO₄)) pelkistetään pelkistävän aineen, kuten hunajan, läsnä ollessa kolloidisen hopean tuottamiseksi.

Ultraäänihopean nukleaation ja kasvun mekanismi

Nukleaation alkuvaihe: Kun liuenneiden hopeaionien pitoisuus kasvaa, metalliset hopeaionit alkavat sitoutua muodostaen pieniä klustereita. Tässä vaiheessa nämä klusterit ovat energeettisesti epävakaita negatiivisen energiatasapainon vuoksi. Uusien pintojen luomiseen tarvittava energia ylittää energian, joka saadaan vähentämällä liuenneen hopean pitoisuutta.

• Kriittinen säde: Kun klusteri saavuttaa tietyn koon (kriittisen säteen), prosessi muuttuu energisesti suotuisaksi ja vakauttaa klusterin. Tämän vakauden ansiosta klusteri voi toimia ytimenä lisäkasvulle.
• Kasvuvaihe: Kasvun aikana lisää hopea-atomeja diffundoituu liuoksen läpi ja kiinnittyy kasvavaan nanohiukkaspintaan. Kasvu jatkuu, kunnes liuenneen hopean pitoisuus laskee nukleaatiokynnyksen alapuolelle, mikä pysäyttää uusien ytimien muodostumisen.
• Diffuusio ja valmistuminen: Jäljelle jäänyt liuennut hopea sisällytetään olemassa oleviin nanohiukkasiin prosessin loppuun saattamiseksi.

Sonikaatio nopeuttaa massansiirtoa, erityisesti kostutus- ja diffuusioprosesseja, mikä johtaa nopeampaan nukleaatioon ja hallittuun kasvuun. Säätämällä tarkasti sonikaatioparametreja, kuten intensiteettiä ja kestoa, nanohiukkasten kokoa, kasvunopeutta ja muotoa voidaan hienosäätää. Tämä tarkka ohjaus varmistaa yhdenmukaiset nanopartikkelirakenteet, jotka on räätälöity tiettyihin sovelluksiin.

Ultraäänellä avustettu synteesi erottuu tehokkaasta, skaalautuvasta ja vihreän kemian lähestymistavasta nano-hopean tuottamiseen, jolla on hyvin määritellyt ominaisuudet, mikä tarjoaa merkittäviä etuja erilaisille sovelluksille tutkimuksessa ja teollisuudessa.

Klikkaa tästä lukeaksesi lisää toisesta vihreästä menetelmästä nano-hopean ultraäänellä karrageenin avulla!

Sonikaatio helpottaa pienten hopeananohiukkasten nopeaa, vihreää synteesiä, jolla on kapea kokojakauma.

Tapaustutkimus ultraääninano-hopeasynteesistä

Tutkimuksen nimi oli “Hopean nanohiukkasten hunajapohjainen ja ultraääniavusteinen synteesi ja niiden antibakteeriset vaikutukset” (2016) tutkii yksinkertaista ja ympäristöystävällistä menetelmää hopean nanohiukkasten (Ag-NP) syntetisoimiseksi käyttämällä luonnollista hunajaa sekä pelkistävänä että stabiloivana aineena. Prosessille, johon liittyy hopeanitraatin (AgNO₃) vähentäminen ultraäänisäteilytyksessä, on tunnusomaista erilaiset parametrit, kuten hopeaionipitoisuus, hunajapitoisuus ja sonikaatioaika. Tuloksena olevien Ag-NP: iden keskimääräinen koko on noin 11,8 nm ja niillä on antibakteerisia ominaisuuksia patogeenisiä bakteereja, kuten Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa ja E. coli, vastaan.
Tutkimus korostaa hunajan käytön etuja nanohiukkassynteesissä korostaen sen vihreää, edullista ja myrkytöntä luonnetta. Kirjoittajat osoittavat, että Ag-NP: iden kokoa ja saantoa voidaan hallita säätämällä reaktioparametreja, kuten hopeapitoisuutta, hunajapitoisuutta ja sonikaatioaikaa. Syntetisoiduilla Ag-NP:illä osoitettiin olevan tehokas antibakteerinen vaikutus, erityisesti E. colia ja S. aureusta vastaan, ja pienimmät inhiboivat pitoisuudet (MIC) olivat noin 19,46 ppm. Tämä menetelmä tarjoaa potentiaalisen sovelluksen Ag-NP: ille lääketieteen aloilla, mukaan lukien haavan paraneminen ja infektioiden hallinta.

• Materiaalit: hopeanitraatti (AgNO₃) mukaisesti hopean lähtöaineena; hunaja korkkina / pelkistävänä aineena; Vesi
• Ultraäänilaite: Koetintyyppinen sonikaattori UP400St

Ultraäänisynteesiprotokolla

Parhaat olosuhteet kolloidisten hopeananohiukkasten syntetisoimiseksi havaittiin seuraaviksi: Hopeanitraatin pelkistäminen ultraäänellä luonnollisen hunajan välittämänä. Lyhyesti sanottuna 20 ml hopeanitraattiliuosta (0.3 M), joka sisälsi hunajaa (20 painoprosenttia), altistettiin korkean intensiteetin ultraäänisäteilylle ympäristöolosuhteissa 30 minuutin ajan. Ultraääni suoritettiin koetintyyppisellä ultraäänilaitteella UP400S (400W, 24 kHz) upotettuna suoraan reaktioliuokseen.
Elintarvikelaatuista hunajaa käytetään sulkemis- / stabilointi- ja pelkistysaineena, mikä tekee vesipitoisesta nukleaatioliuoksesta ja saostuneista nanohiukkasista puhtaita ja turvallisia moninaisiin sovelluksiin.
Kun ultraääniaika kasvaa, hopean nanohiukkaset pienenevät ja niiden pitoisuus paranee.
Vesipitoisessa hunajaliuoksessa ultrasonication on keskeinen tekijä, joka vaikuttaa hopean nanohiukkasten muodostumiseen. Sonikaatioparametrit, kuten amplitudi, aika ja jatkuva vs. sykkivä ultraääni, ovat tärkeitä tekijöitä, jotka mahdollistavat hopean nanohiukkasten koon ja määrän hallinnan.

Optimaalisissa olosuhteissa syntetisoitujen Ag-NP:iden hiukkaskokojakauma; hopeapitoisuudet (0,3 M), hunajapitoisuudet (20 paino%) ja ultraäänisäteilytysajat (30 min)
kuvan lähde: ©Oskuee et al. 2016

Hopean nanohiukkasten ultraäänisynteesin tulos

Ultraäänellä edistetty, hunajavälitteinen synteesi sonikaattorilla UP400St johti pallomaisiin hopean nanohiukkasiin (Ag-NP), joiden keskimääräinen hiukkaskoko on noin 11,8 nm. Hopean nanohiukkasten ultraäänisynteesi on yksinkertainen ja nopea yhden kattilan menetelmä. Veden ja hunajan käyttö materiaaleina tekee reaktiosta kustannustehokkaan ja poikkeuksellisen ympäristöystävällisen.
Esitetty ultraäänisynteesitekniikka, jossa käytetään hunajaa pelkistävänä ja sulkevana aineena, voidaan laajentaa muihin jalometalleihin, kuten kultaan, palladiumiin ja kupariin, joka tarjoaa erilaisia lisäsovelluksia lääkkeestä teollisuuteen.

Optimaalisissa olosuhteissa syntetisoitujen Ag-NP: iden hiukkaskokojakauma; hopeapitoisuudet (0,3 M), hunajapitoisuudet (20 paino-%) ja ultraäänisäteilytysaika (30 min)
Tutkimus ja kuva: ©Oskuee et al. 2016

Nukleaation ja hiukkaskoon vaikuttaminen sonikaatiolla

Ultraääni mahdollistaa tarpeisiin räätälöityjen nanohiukkasten, kuten hopean nanohiukkasten, tuottamisen. Kolmella yleisellä sonikaatiovaihtoehdolla on tärkeitä vaikutuksia tuotokseen:
Alkuperäinen sonikaatio: Ultraääniaaltojen lyhyt levittäminen ylikyllästettyyn liuokseen voi aloittaa ytimien kylvämisen ja muodostumisen. Koska sonikaatiota käytetään vain alkuvaiheessa, seuraava kiteiden kasvu etenee esteettömästi, mikä johtaa suurempiin kiteisiin.
Jatkuva sonikaatio: Ylikyllästetyn liuoksen jatkuva säteilytys johtaa pieniin kiteisiin, koska keskeyttämätön ultrasonication luo paljon ytimiä, mikä johtaa monien pienten kiteiden kasvuun.
Pulssi sonikaatio: Pulssi-ultraääni tarkoittaa ultraäänen käyttöä määrätyin väliajoin. Tarkasti kontrolloitu ultraäänienergian syöttö mahdollistaa kiteen kasvun vaikuttamisen räätälöidyn kidekoon saamiseksi.

Korkean suorituskyvyn ultraääniastiat nanohiukkasten synteesiin

Hielscher Ultrasonics tarjoaa suuritehoisia, luotettavia ultraääniprosessoreita, jotka on suunniteltu edistyneisiin sonokemiallisiin sovelluksiin, mukaan lukien sono-synteesi ja sonokatalyysi. Ultraäänisekoitus ja dispergointi tehostavat merkittävästi massansiirtoa, edistävät atomiklustereiden kostistumista ja helpottavat niiden myöhempää ytimen muodostumista, mikä johtaa nanohiukkasten tehokkaaseen saostumiseen. Ultraäänisynteesi tunnustetaan yksinkertaiseksi, kustannustehokkaaksi, bioyhteensopivaksi, toistettavaksi, nopeaksi ja turvalliseksi menetelmäksi korkealaatuisten nanomateriaalien tuottamiseksi. (Lue lisää perovskiitin sonokemiallisesta synteesistä ja ZnO-nanorakenteet!)

Hielscher-ultraääniastiat on suunniteltu tarkkaan hallintaan, mikä mahdollistaa optimaaliset olosuhteet nanomateriaalien nukleaatiolle ja kasvulle. Näissä digitaalisissa laitteissa on älykäs ohjelmisto, värillinen kosketusnäyttö ja intuitiivinen valikko turvallista ja käyttäjäystävällistä käyttöä varten. Lisäksi niissä on automaattinen tietojen tallennus sisäänrakennetulle SD-kortille, mikä varmistaa saumattoman prosessin dokumentoinnin.

Kattava valikoima järjestelmiä - pienikokoisista 50 watin kädessä pidettävistä ultraäänilaitteista laboratoriokäyttöön vankkoihin 16 000 watin teollisuusjärjestelmiin - Hielscher tarjoaa ihanteellisen ultraääniratkaisun jokaiseen sovellukseen. Kestäväksi suunniteltu Hielscher-ultraäänilaite on rakennettu toimimaan jatkuvasti raskaissa olosuhteissa, jopa vaativissa ympäristöissä, mikä takaa luotettavan suorituskyvyn 24/7.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Nanohiukkassynteesin tavanomaisten menetelmien ja vihreän synteesin menetelmien vertailu.