Voie sonochimique verte pour les nanoparticules d'argent
Les nanoparticules d'argent (AgNP) sont des nanomatériaux fréquemment utilisés en raison de leurs propriétés antimicrobiennes, de leurs propriétés optiques et de leur conductivité électrique élevée. La voie sonochimique utilisant le carraghénane kappa est une méthode de synthèse simple, pratique et respectueuse de l'environnement pour la préparation de nanoparticules d'argent. Le κ-carraghénane est utilisé comme stabilisateur naturel respectueux de l'environnement, tandis que les ultrasons de puissance agissent comme un agent réducteur vert.
Synthèse ultrasonique verte de nanoparticules d'argent
Elsupikhe et al. (2015) ont développé une voie de synthèse verte assistée par ultrasons pour la préparation de nanoparticules d'argent (AgNPs). La sonochimie est bien connue pour favoriser de nombreuses réactions de chimie humide. La sonication permet de synthétiser des AgNPs avec du κ-carraghénane comme stabilisateur naturel. La réaction se déroule à température ambiante et produit des nanoparticules d'argent avec une structure cristalline fcc sans aucune impureté. La distribution de la taille des particules d'argent peut être influencée par la concentration de κ-carraghénane.
Schéma de l'interaction entre les groupes chargés des Ag-NPs qui sont recouverts de κ-carraghénane sous sonication. [Elsupikhe et al. 2015]
Procédure
- Les Ag-NPs ont été synthétisées en réduisant les AgNO3 par ultrasons en présence de κ-carraghénane. Pour obtenir différents échantillons, cinq suspensions ont été préparées en ajoutant 10 ml de 0,1 M AgNO3 à 40 ml de κ-carraghénane. Les solutions de κ-carraghénane utilisées étaient respectivement de 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 et 0,3 % en poids.
- Les solutions ont été agitées pendant 1 heure pour obtenir des AgNO3/κ-carrageenan.
- Les échantillons ont ensuite été exposés à une irradiation ultrasonique intense : L'amplitude de l'appareil à ultrasons UP400S (400W, 24kHz) a été réglé à 50%. La sonication a été appliquée pendant 90 minutes à température ambiante. La sonotrode des processeurs de liquides à ultrasons UP400S a été immergé directement dans la solution de réaction.
- Après la sonication, les suspensions ont été centrifugées pendant 15 minutes et lavées avec de l'eau doublement distillée quatre fois pour éliminer les résidus d'ions d'argent. Les nanoparticules précipitées ont été séchées à 40°C sous vide pendant une nuit pour obtenir les Ag-NP.
Équation
- nH2O —Sonication–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNo3–hydrolyse–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –réductions–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analyse et résultats
Pour évaluer les résultats, les échantillons ont été analysés par spectroscopie UV-visible, diffraction des rayons X, analyse chimique FT-IR, images TEM et SEM.
Le nombre d'Ag-NPs a augmenté avec l'augmentation des concentrations de κ-carraghénane. La formation d'Ag/κ-carraghénane a été déterminée par spectroscopie UV-visible où le maximum d'absorption plasmonique de surface a été observé entre 402 et 420nm. L'analyse par diffraction des rayons X (XRD) a montré que les Ag-NPs ont une structure cubique à faces centrées. Le spectre infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) a indiqué la présence d'Ag-NPs dans le κ-carraghénane. L'image de microscopie électronique à transmission (TEM) pour la concentration la plus élevée de κ-carraghénane a montré la distribution des Ag-NPs avec une taille moyenne de particule proche de 4,21nm. Les images de microscopie électronique à balayage (MEB) illustrent la forme sphérique des Ag-NPs. L'analyse MEB montre qu'avec l'augmentation de la concentration en κ-carraghénane, des changements dans la surface de l'Ag/κ-carraghénane se sont produits, de sorte que Ag-NPs de petite taille et de forme sphérique ont été obtenus.
Images TEM et distributions de taille correspondantes pour les Ag/κ-carraghénanes synthétisés par voie sonochimique à différentes concentrations de κ-carraghénanes. [0,1 %, 0,2 % et 0,3 %, respectivement (a, b, c)].
Ag+/κ-carraghénane (à gauche) et Ag/κ-carraghénane sonifié (à droite). La sonication a été réalisée avec l'UP400S pendant 90 minutes. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – l'appareil à ultrasons utilisé pour la synthèse sonochimique de nanoparticules d'Ag
Images SEM pour Ag/κ-carraghénane à différentes concentrations de κ-carraghénane. [0,1 %, 0,2 % et 0,3 %, respectivement (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015]
Littérature/références
- Elsupikhe, Randa Fawzi ; Shameli, Kamyar ; Ahmad, Mansor B ; Ibrahim, Nor Azowa ; Zainudin, Norhazlin (2015) : Synthèse sonochimique verte de nanoparticules d'argent à des concentrations variables de κ-carraghénane. Nanoscale Research Letters 10. 2015.
Informations de base
sonochimie
Lorsque des ultrasons puissants sont appliqués à des réactions chimiques en solution (à l'état liquide ou boueux), ils fournissent une énergie d'activation spécifique due à un phénomène physique, connu sous le nom de cavitation acoustique. La cavitation crée des forces de cisaillement élevées et des conditions extrêmes telles que des températures et des vitesses de refroidissement très élevées, des pressions et des jets de liquide. Ces forces intenses peuvent déclencher des réactions et détruire les forces d'attraction des molécules en phase liquide. De nombreuses réactions sont connues pour bénéficier de l'irradiation ultrasonique, par exemple la sonolyse, voie sol-gelSynthèse sonochimique de palladium, latex, hydroxyapatite et de nombreuses autres substances. Pour en savoir plus sonochemistry here!
nanoparticules d'argent
Les nanoparticules d'argent se caractérisent par une taille comprise entre 1 et 100 nm. Bien qu'elles soient souvent décrites comme étant de l'"argent", les nanoparticules d'argent se caractérisent par leur taille.’ Certaines sont composées d'un pourcentage élevé d'oxyde d'argent en raison de leur ratio élevé d'atomes d'argent en surface par rapport aux atomes d'argent en masse. Les nanoparticules d'argent peuvent avoir différentes structures. Le plus souvent, des nanoparticules d'argent sphériques sont synthétisées, mais des feuilles diamantées, octogonales et minces sont également utilisées.
Les nanoparticules d'argent sont très utilisées dans les applications médicales. Les ions d'argent sont bioactifs et ont de puissants effets antimicrobiens et germicides. Leur surface extrêmement grande permet la coordination de nombreux ligands. D'autres caractéristiques importantes sont la conductivité et des propriétés optiques uniques.
En raison de leurs caractéristiques conductrices, les nanoparticules d'argent sont souvent incorporées dans les composites, les plastiques, les époxy et les adhésifs. Les particules d'argent augmentent la conductivité électrique ; c'est pourquoi les pâtes et les encres d'argent sont fréquemment utilisées dans la fabrication de produits électroniques. Comme les nanoparticules d'argent supportent les plasmons de surface, les AgNP ont des propriétés optiques exceptionnelles. Les nanoparticules d'argent plasmoniques sont utilisées pour les capteurs, les détecteurs et les équipements analytiques tels que la spectroscopie Raman améliorée par la surface (SERS) et la spectroscopie de fluorescence améliorée par les champs de plasmons de surface (SPFS).
carraghénane
Le carraghénane est un polymère naturel bon marché que l'on trouve dans diverses espèces d'algues rouges. Les carraghénanes sont des polysaccharides sulfatés linéaires largement utilisés dans l'industrie alimentaire pour leurs propriétés gélifiantes, épaississantes et stabilisantes. Ils sont principalement utilisés dans les produits laitiers et les produits à base de viande, en raison de leur forte liaison aux protéines alimentaires. Il existe trois variétés principales de carraghénanes, qui diffèrent par leur degré de sulfatation. La kappa-carraghénane possède un groupe sulfate par disaccharide. La carraghénine Iota (ι-carraghénine) possède deux sulfates par disaccharide. La carraghénine lambda (λ-carraghénine) contient trois sulfates par disaccharide.
Le carraghénane kappa (κ-carraghénane) a une structure linéaire de polysaccharide sulfaté de D-galactose et de 3,6-anhydro-D-galactose.
Le κ- carraghénane est largement utilisé dans l'industrie alimentaire, par exemple comme agent gélifiant et pour modifier la texture. On le trouve comme additif dans les crèmes glacées, les crèmes, le fromage blanc, les milk-shakes, les vinaigrettes, les laits condensés sucrés, le lait de soja, etc. & d'autres laits végétaux et des sauces pour augmenter la viscosité du produit.
En outre, le κ-carraghénane peut être trouvé dans des produits non alimentaires tels que l'épaississant dans les shampooings et les crèmes cosmétiques, dans le dentifrice (comme stabilisateur pour empêcher la séparation des constituants), la mousse anti-incendie (comme épaississant pour rendre la mousse collante), les gels désodorisants, le cirage (pour augmenter la viscosité), dans la biotechnologie pour immobiliser les cellules/enzymes, dans les produits pharmaceutiques (comme excipient inactif dans les pilules/comprimés), dans les aliments pour animaux de compagnie, etc.