મધ અને અલ્ટ્રાસોનિક્સ વડે નેનો-સિલ્વરનું સંશ્લેષણ

નેનો-સિલ્વરના બેક્ટેરિયારોધી ગુણધર્મોને કારણે તેનો ઉપયોગ ચિકિત્સા અને પદાર્થ વિજ્ઞાનમાં સામગ્રીઓને વધુ સક્ષમ બનાવવા માટે થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન વડે પાણીમાં ગોળાકાર ચાંદીના નેનોકણોનું ઝડપી, અસરકારક, સુરક્ષિત અને પર્યાવરણને અનુકૂળ સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક નેનોકણ સંશ્લેષણને નાના પાયાના ઉત્પાદનથી મોટા પાયાના ઉત્પાદન સુધી સરળતાથી વિસ્તારી શકાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક સહાયથી કોલોઇડલ નેનો-સિલ્વરનું સંશ્લેષણ

સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ એટલે અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ દ્વારા સુગમ બનતી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ; તે નેનોકણો ઉત્પન્ન કરવા માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે. તેમાં ચાંદી, સોનું, મેગ્નેટાઇટ, હાઇડ્રોક્સિએપેટાઇટ, પેરોવ્સ્કાઇટ, લેટેક્સ અને અન્ય ઘણી નેનોસામગ્રીઓનો સમાવેશ થાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ભીની રાસાયણિક પદ્ધતિથી સંશ્લેષણ

ચાંદીના નેનોકણો ઉત્પન્ન કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક સહાયવાળા અનેક સંશ્લેષણ માર્ગો વિકસાવવામાં આવ્યા છે. એક નોંધપાત્ર પદ્ધતિમાં મધનો ઉપયોગ અપચાયક અને કેપિંગ એજન્ટ બંને તરીકે થાય છે. મધમાં રહેલા ગ્લુકોઝ અને ફ્રુક્ટોઝ જેવા ઘટકો સંશ્લેષણ પ્રક્રિયા દરમિયાન આ ભૂમિકાઓમાં સહક્રિયાત્મક રીતે કાર્ય કરે છે.
નેનોકણોના સંશ્લેષણની અન્ય ઘણી પદ્ધતિઓની જેમ, અલ્ટ્રાસોનિક નેનો-સિલ્વર સંશ્લેષણ પણ ભીના રસાયણશાસ્ત્રની શ્રેણીમાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા દ્રાવણમાં ચાંદીના નેનોકણોના નાભિકનથી શરૂ થાય છે. સોનિકેશન દરમિયાન, ચાંદીના પૂર્વગામી પદાર્થનું (દા.ત., સિલ્વર નાઇટ્રેટ (AgNO₃), અથવા સિલ્વર પરક્લોરેટ (AgClO₄)) મધ જેવા અપચાયકની હાજરીમાં અપચય થાય છે, જેથી કોલોઇડલ ચાંદી ઉત્પન્ન થાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ચાંદીના નાભિકન અને વૃદ્ધિની કાર્યપદ્ધતિ

પ્રારંભિક નાભિકન તબક્કો: ઓગળેલા ચાંદીના આયનોની સાંદ્રતા વધતાં, ધાત્વિક ચાંદીના આયનો એકબીજા સાથે બંધાઈને નાના સમૂહો બનાવવાનું શરૂ કરે છે. આ તબક્કે, ઋણ ઊર્જા સંતુલનને કારણે આ સમૂહો ઊર્જાની દૃષ્ટિએ અસ્થિર હોય છે. નવી સપાટીઓ બનાવવા માટે જરૂરી ઊર્જા, ઓગળેલી ચાંદીની સાંદ્રતા ઘટાડવાથી પ્રાપ્ત થતી ઊર્જા કરતાં વધુ હોય છે.

• ક્રાંતિક ત્રિજ્યા: જ્યારે કોઈ સમૂહ ચોક્કસ કદે (ક્રાંતિક ત્રિજ્યા) પહોંચે છે, ત્યારે પ્રક્રિયા ઊર્જાની દૃષ્ટિએ અનુકૂળ બને છે અને સમૂહ સ્થિર થાય છે. આ સ્થિરતા સમૂહને આગળની વૃદ્ધિ માટે નાભિક તરીકે કાર્ય કરવા દે છે.
• વૃદ્ધિનો તબક્કો: વૃદ્ધિ દરમિયાન, ચાંદીના વધારાના પરમાણુઓ દ્રાવણમાં પ્રસરણ પામે છે અને વૃદ્ધિ પામતા નેનોકણની સપાટી સાથે જોડાય છે. ઓગળેલી ચાંદીની સાંદ્રતા નાભિકનની સીમા કરતાં નીચે ન આવે ત્યાં સુધી વૃદ્ધિ ચાલુ રહે છે; ત્યારબાદ નવા નાભિકોનું નિર્માણ અટકી જાય છે.
• પ્રસરણ અને પૂર્ણતા: બાકી રહેલી ઓગળેલી ચાંદી હાલના નેનોકણોમાં સમાવિષ્ટ થાય છે અને પ્રક્રિયા પૂર્ણ થાય છે.

સોનિકેશન દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણને, ખાસ કરીને ભીંજાવાની અને પ્રસરણની પ્રક્રિયાઓને, વેગ આપે છે, જેનાથી વધુ ઝડપી નાભિકન અને નિયંત્રિત વૃદ્ધિ થાય છે. સોનિકેશનના તીવ્રતા અને સમયગાળા જેવા પરિમાણોને ચોકસાઈથી સમાયોજિત કરીને નેનોકણોના કદ, વૃદ્ધિદર અને આકારને સૂક્ષ્મ રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય છે. આ ચોક્કસ નિયંત્રણ વિશિષ્ટ ઉપયોગો માટે અનુકૂળ બનાવેલી નેનોકણ રચનાઓમાં એકરૂપતા સુનિશ્ચિત કરે છે.

સુવ્યાખ્યાયિત ગુણધર્મો ધરાવતા નેનો-સિલ્વરના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિક સહાયથી થતું સંશ્લેષણ એક અસરકારક, ઉત્પાદનનો પાયો વધારી શકાય એવો અને હરિત રસાયણશાસ્ત્ર આધારિત અભિગમ તરીકે અલગ તરી આવે છે, જે સંશોધન અને ઉદ્યોગના વિવિધ ઉપયોગો માટે નોંધપાત્ર લાભો આપે છે.

કેરેજીનનનો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રાસોનિક રીતે નેનો-સિલ્વરનું સંશ્લેષણ કરવાની બીજી હરિત પદ્ધતિ વિશે વધુ વાંચવા માટે અહીં ક્લિક કરો!

સોનિકેશન સાંકડી કદ-વિતરણ શ્રેણી ધરાવતા ચાંદીના નાના નેનોકણોના ઝડપી, હરિત સંશ્લેષણને સુગમ બનાવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક નેનો-સિલ્વર સંશ્લેષણનો કેસ અભ્યાસ

Oskuee et al. (2016) દ્વારા કરવામાં આવેલો “મધ-આધારિત અને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-સહાયિત ચાંદીના નેનોકણોનું સંશ્લેષણ અને તેમની બેક્ટેરિયારોધી પ્રવૃત્તિઓ” શીર્ષકનો અભ્યાસ કુદરતી મધનો અપચાયક અને સ્થિરીકરણ એજન્ટ એમ બંને તરીકે ઉપયોગ કરીને ચાંદીના નેનોકણો (Ag-NPs) સંશ્લેષિત કરવાની એક સરળ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ પદ્ધતિની તપાસ કરે છે. આ પ્રક્રિયામાં અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ હેઠળ સિલ્વર નાઇટ્રેટ (AgNO₃)નું અપચય થાય છે અને ચાંદીના આયનોની સાંદ્રતા, મધની સાંદ્રતા અને સોનિકેશનનો સમય સહિતનાં વિવિધ પરિમાણો દ્વારા તેનું લક્ષણન કરવામાં આવે છે. પરિણામી Ag-NPsનું સરેરાશ કદ આશરે 11.8 nm હોય છે અને તેઓ Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa અને E. coli જેવા રોગકારક બેક્ટેરિયા સામે બેક્ટેરિયારોધી ગુણધર્મો દર્શાવે છે.
આ અભ્યાસ નેનોકણોના સંશ્લેષણમાં મધના ઉપયોગના ફાયદાઓ દર્શાવે છે અને તેની પર્યાવરણને અનુકૂળ, ઓછી કિંમતવાળી અને બિનઝેરી પ્રકૃતિ પર ભાર મૂકે છે. લેખકો દર્શાવે છે કે ચાંદીની સાંદ્રતા, મધનું પ્રમાણ અને સોનિકેશનનો સમયગાળો જેવા પ્રતિક્રિયાનાં પરિમાણોને સમાયોજિત કરીને Ag-NPsનું કદ અને ઉપજ નિયંત્રિત કરી શકાય છે. સંશ્લેષિત Ag-NPs ખાસ કરીને E. coli અને S. aureus સામે અસરકારક બેક્ટેરિયારોધી પ્રવૃત્તિ ધરાવતા હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું, જેમાં લઘુત્તમ અવરોધક સાંદ્રતાઓ (MIC) આશરે 19.46 ppm હતી. આ પદ્ધતિ ઘા રૂઝવવા અને ચેપના નિયંત્રણ સહિતનાં તબીબી ક્ષેત્રોમાં Ag-NPsના સંભવિત ઉપયોગને રજૂ કરે છે.

• સામગ્રી: સિલ્વર નાઇટ્રેટ (AgNO₃) ચાંદીના પૂર્વગામી પદાર્થ તરીકે; મધ સપાટી-આવરણ / અપચાયક એજન્ટ તરીકે; પાણી
• અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણ: પ્રોબ-પ્રકારનું સોનિકેટર UP400St

અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણની કાર્યવિધિ

કોલોઇડલ ચાંદીના નેનોકણોના સંશ્લેષણ માટેની શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓ નીચે મુજબ હોવાનું જણાયું હતું: કુદરતી મધ દ્વારા મધ્યસ્થિત અલ્ટ્રાસોનિકેશન હેઠળ સિલ્વર નાઇટ્રેટનું અપચય કરવું. સંક્ષેપમાં, મધ (20 wt%) ધરાવતા સિલ્વર નાઇટ્રેટના 20 ml દ્રાવણ (0.3 M)ને આસપાસના વાતાવરણની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ 30 min માટે ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વિકિરણના સંપર્કમાં રાખવામાં આવ્યું હતું. પ્રોબ-પ્રકારના અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP400S (400W, 24 kHz)ને સીધું પ્રતિક્રિયા દ્રાવણમાં ડુબાડીને અલ્ટ્રાસોનિકેશન કરવામાં આવ્યું હતું.
ખાદ્ય-ગ્રેડના મધનો સપાટી-આવરણ / સ્થિરીકરણ અને અપચાયક એજન્ટ તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે જલીય કેન્દ્રકન દ્રાવણ અને અવક્ષેપિત નેનોકણોને અનેકવિધ ઉપયોગો માટે સ્વચ્છ અને સુરક્ષિત બનાવે છે.
અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો સમય વધતાં ચાંદીના નેનોકણો નાના થાય છે અને તેમની સાંદ્રતા વધે છે.
મધના જલીય દ્રાવણમાં અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ ચાંદીના નેનોકણોની રચનાને પ્રભાવિત કરતું એક મુખ્ય પરિબળ છે. કંપવિસ્તાર, સમય અને સતત સામે સ્પંદિત અલ્ટ્રાસાઉન્ડ જેવા સોનિકેશન પરિમાણો ચાંદીના નેનોકણોના કદ અને જથ્થાને નિયંત્રિત કરવા દેતાં મુખ્ય પરિબળો છે.

શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓમાં સંશ્લેષિત Ag-NPsના કણકદનું વિતરણ; ચાંદીની સાંદ્રતાઓ (0.3 M), મધની સાંદ્રતાઓ (20 wt%) અને અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણના સમયગાળાઓ (30 min)
ચિત્રનો સ્રોત: ©Oskuee et al. 2016

ચાંદીના નેનોકણોના અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણનું પરિણામ

સોનિકેટર UP400St વડે અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી પ્રોત્સાહિત, મધ-મધ્યસ્થિત સંશ્લેષણથી આશરે 11.8nmના સરેરાશ કણકદવાળા ગોળાકાર ચાંદીના નેનોકણો (Ag-NPs) પ્રાપ્ત થયા હતા. ચાંદીના નેનોકણોનું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ એક સરળ અને ઝડપી એક-પાત્ર પદ્ધતિ છે. સામગ્રી તરીકે પાણી અને મધનો ઉપયોગ પ્રતિક્રિયાને ખર્ચની દૃષ્ટિએ કિફાયતી અને અસાધારણ રીતે પર્યાવરણને અનુકૂળ બનાવે છે.
મધનો અપચાયક અને સપાટી-આવરણ એજન્ટ તરીકે ઉપયોગ કરતી અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણની પ્રસ્તુત તકનીકને સોનું, પેલેડિયમ અને તાંબું જેવી અન્ય ઉમદા ધાતુઓ સુધી વિસ્તારી શકાય છે, જે ચિકિત્સાથી લઈને ઉદ્યોગ સુધીના વિવિધ વધારાના ઉપયોગો પૂરા પાડે છે.

શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓમાં સંશ્લેષિત Ag-NPsના કણકદનું વિતરણ; ચાંદીની સાંદ્રતાઓ (0.3 M), મધની સાંદ્રતાઓ (20 wt%) અને અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણનો સમયગાળો (30 min)
અભ્યાસ અને ચિત્ર: ©Oskuee et al. 2016

સોનિકેશન દ્વારા કેન્દ્રકન અને કણકદને પ્રભાવિત કરવું

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ જરૂરિયાતો અનુસાર અનુકૂલિત ચાંદીના નેનોકણો જેવા નેનોકણોનું ઉત્પાદન શક્ય બનાવે છે. સોનિકેશનના ત્રણ સામાન્ય વિકલ્પો ઉત્પાદન પર મહત્વપૂર્ણ અસરો કરે છે:
પ્રારંભિક સોનિકેશન: અતિસંતૃપ્ત દ્રાવણ પર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોનો ટૂંકા સમય માટે ઉપયોગ કરવાથી બીજારોપણ અને કેન્દ્રકોની રચના શરૂ થઈ શકે છે. સોનિકેશન માત્ર પ્રારંભિક તબક્કા દરમિયાન જ લાગુ કરવામાં આવતું હોવાથી, ત્યારબાદ સ્ફટિકોની વૃદ્ધિ અવરોધ વિના આગળ વધે છે અને પરિણામે મોટા સ્ફટિકો બને છે.
સતત સોનિકેશન: અતિસંતૃપ્ત દ્રાવણને સતત અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વિકિરણ આપવાથી નાના સ્ફટિકો બને છે, કારણ કે વિરામ વિના કરવામાં આવતું અલ્ટ્રાસોનિકેશન ઘણા કેન્દ્રકો બનાવે છે, જેના પરિણામે ઘણા નાના સ્ફટિકો વિકસે છે.
સ્પંદિત સોનિકેશન: સ્પંદિત અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો અર્થ નિર્ધારિત અંતરાલો પર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ લાગુ કરવું એવો થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જાનો ચોકસાઈથી નિયંત્રિત પુરવઠો સ્ફટિકોની વૃદ્ધિને પ્રભાવિત કરવાની સુવિધા આપે છે, જેથી જરૂરિયાત મુજબનું સ્ફટિક કદ મેળવી શકાય.

નેનોકણોના સંશ્લેષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટરો

Hielscher Ultrasonics સોનોસંશ્લેષણ અને સોનોકૅટાલિસિસ સહિતના અદ્યતન સોનોકેમિકલ ઉપયોગો માટે રચાયેલા ઉચ્ચ શક્તિવાળા, વિશ્વસનીય અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો પ્રદાન કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ અને વિખેરણ દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે, પરમાણુ સમૂહોના ભીનાશીકરણને પ્રોત્સાહન આપે છે અને ત્યારબાદ તેમના કેન્દ્રકનને સરળ બનાવે છે, જેના પરિણામે નેનોકણોનું કાર્યક્ષમ અવક્ષેપન થાય છે. ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા નેનોમટિરિયલ્સ ઉત્પન્ન કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણને સરળ, ખર્ચની દૃષ્ટિએ અસરકારક, જૈવસુસંગત, પુનરુત્પાદનક્ષમ, ઝડપી અને સલામત પદ્ધતિ તરીકે માન્યતા મળી છે. (પેરોવ્સ્કાઇટના સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ વિશે અને ZnO નેનોસંરચનાઓ વિશે વધુ વાંચો!)

Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો ચોકસાઈપૂર્વકના નિયંત્રણ માટે રચાયેલા છે, જે નેનોમટિરિયલ્સના કેન્દ્રકન અને વૃદ્ધિ માટે શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓ શક્ય બનાવે છે. આ ડિજિટલ ઉપકરણોમાં બુદ્ધિશાળી સોફ્ટવેર, રંગીન ટચ ડિસ્પ્લે અને સલામત તથા વપરાશકર્તાને અનુકૂળ સંચાલન માટે સહજ રીતે સમજી શકાય તેવું મેનુ હોય છે. વધુમાં, તેમાં બિલ્ટ-ઇન SD કાર્ડ પર આપમેળે ડેટા રેકોર્ડ કરવાની સુવિધા હોય છે, જે પ્રક્રિયાનું નિરંતર દસ્તાવેજીકરણ સુનિશ્ચિત કરે છે.

પ્રયોગશાળાના ઉપયોગ માટેના કોમ્પેક્ટ 50-વોટના હાથમાં પકડી શકાય એવા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોથી લઈને મજબૂત 16,000-વોટની ઔદ્યોગિક સિસ્ટમો સુધીની વ્યાપક શ્રેણી સાથે – Hielscher દરેક ઉપયોગ માટે આદર્શ અલ્ટ્રાસોનિક ઉકેલ પ્રદાન કરે છે. ટકાઉપણાને ધ્યાનમાં રાખીને રચાયેલાં Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો પડકારજનક વાતાવરણમાં પણ ભારે કાર્યભારની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ સતત કામ કરવા માટે બનાવવામાં આવ્યાં છે, જે 24/7 વિશ્વસનીય કામગીરી સુનિશ્ચિત કરે છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયાક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:

નેનોકણોના સંશ્લેષણની પરંપરાગત પદ્ધતિઓ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓની સરખામણી.