מסלול סונוכימי ירוק לננו-חלקיקי כסף
ננו-חלקיקי כסף (AgNPs) משמשים לעתים קרובות ננו-חומרים בשל תכונותיהם האנטי-מיקרוביאליות, תכונותיהם האופטיות והמוליכות החשמלית הגבוהה שלהם. המסלול הסונוכימי באמצעות קאפה קרגינן הוא שיטת סינתזה פשוטה, נוחה וידידותית לסביבה להכנת ננו חלקיקי כסף. κ-Carrageenan משמש כמייצב טבעי ידידותי לסביבה, בעוד אולטרסאונד כוח פועל כחומר מקטין ירוק.
סינתזה על-קולית ירוקה של ננו-חלקיקי כסף
Elsupikhe et al. (2015) פיתחו מסלול סינתזה ירוק בסיוע אולטרה-סאונד להכנת ננו-חלקיקי כסף (AgNPs). סונוכימיה ידועה כמקדמת תגובות כימיות רטובות רבות. סוניקציה מאפשרת לסנתז AgNPs עם κ-carrageenan כמייצב טבעי. התגובה פועלת בטמפרטורת החדר ומייצרת ננו-חלקיקי כסף בעלי מבנה גבישי fcc ללא זיהומים. התפלגות גודל החלקיקים של AgNPs יכולה להיות מושפעת מריכוז κ-carrageenan.
סכמת אינטראקציה בין קבוצות טעונות Ag-NPs המכוסים κ-carrageenan תחת סוניקציה. [Elsupikhe et al. 2015]
פרוצדורה
- Ag-NPs סונתזו על ידי הפחתת AgNO3 באמצעות ultrasonication בנוכחות κ-carrageenan. כדי לקבל דגימות שונות, הוכנו חמישה מתלים, על ידי הוספת 10 מ"ל של 0.1 M AgNO3 ל 40-מ"ל κ-carrageenan. תמיסות κ-קרגינן ששימשו היו 0.1, 0.15, 0.20, 0.25 ו-0.3 wt%, בהתאמה.
- הפתרונות עוררו במשך שעה אחת כדי להשיג AgNO3/κ-carrageenan.
- לאחר מכן, הדגימות נחשפו לקרינה קולית אינטנסיבית: המשרעת של המכשיר העל-קולי UP400S (400W, 24kHz) הוגדר ל-50%. הסוניקציה יושמה במשך 90 דקות בטמפרטורת החדר. הסונוטרוד של מעבדי הנוזל האולטרסוניים UP400S היה שקוע ישירות בתמיסת התגובה.
- לאחר הסוניקציה, המתלים עברו צנטריפוגה למשך 15 דקות ונשטפו במים מזוקקים פעמיים ארבע פעמים כדי להסיר את שאריות היונים הכסופות. הננו-חלקיקים המושקעים יובשו בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס תחת ואקום במהלך הלילה כדי להשיג את ה-Ag-NPs.
משוואה
- nH2O —סוניקציה–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- אגנו3–הידרוליזה–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + ח+
- אג+ + ח –הפחתות–> Ag°
- אג+ + ח2O —> Ag° + OH + H+
ניתוח ותוצאות
כדי להעריך את התוצאות, הדגימות נותחו על ידי ניתוח ספקטרוסקופי UV-נראה, עקיפה של קרני רנטגן, ניתוח כימי FT-IR, תמונות TEM ו- SEM.
מספר Ag-NPs גדל עם עלייה בריכוזי κ-carrageenan. היווצרות Ag/κ-carrageenan נקבעה על ידי ספקטרוסקופיה נראית UV שבה ספיגת פלסמון פני השטח המקסימלית נצפתה ב 402 עד 420nm. ניתוח עקיפה של קרני רנטגן (XRD) הראה כי Ag-NPs הם בעלי מבנה מעוקב ממורכז פנים. ספקטרום האינפרא-אדום של התמרת פורייה (FT-IR) הצביע על נוכחות של Ag-NPs ב-κ-carrageenan. תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת (TEM) עבור הריכוז הגבוה ביותר של κ-carrageenan הראתה את ההתפלגות של Ag-NPs עם גודל חלקיקים ממוצע קרוב ל 4.21nm. תמונות של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) המחישו את הצורה הכדורית של ה-Ag-NPs. ניתוח SEM מראה כי עם עליית ריכוז κ-carrageenan, התרחשו שינויים בפני השטח של Ag/κ-carrageenan, כך ש Ag-NPs בגודל קטן עם צורה כדורית הושגו.
תמונות TEM והתפלגויות גודל תואמות עבור Ag/κ-carrageenan מסונתז סונוכימית בריכוזים שונים של κ-carrageenan. [0.1%, 0.2% ו-0.3%, בהתאמה (a, b, c)].
Ag+/κ-carrageenan (משמאל) ו-Sonicated Ag/κ-carrageenan (מימין). סוניקציה בוצעה עם UP400S במשך 90 דקות. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – המכשיר העל-קולי המשמש לסינתזה סונוכימית של ננו-חלקיקי Ag
תמונות SEM עבור Ag/κ-carrageenan בריכוזים שונים של κ-carrageenan. [0.1%, 0.2% ו-0.3%, בהתאמה (A, B, C)]. [Elsupikhe et al. 2015]
ספרות/מקורות
- אלסופיכה, רנדה פאוזי; שמאלי, קמיר; אחמד, מנסור ב; איברהים, נור אזווה; זינודין, נורהאזלין (2015): סינתזה סונוכימית ירוקה של ננו-חלקיקי כסף בריכוזים משתנים של κ-carrageenan. מכתבי מחקר ננומטריים 10. 2015.
מידע בסיסי
סונוכימיה
כאשר אולטרסאונד רב עוצמה מוחל על תגובות כימיות בתמיסה (מצב נוזלי או תרחיץ), הוא מספק אנרגיית הפעלה ספציפית עקב תופעה פיזיקלית, המכונה קוויטציה אקוסטית. קביטציה יוצרת כוחות גזירה גבוהים ותנאים קיצוניים כגון טמפרטורות גבוהות מאוד וקצבי קירור, לחצים וסילונים נוזליים. כוחות אינטנסיביים אלה יכולים ליזום תגובות ולהשמיד כוחות אטרקטיביים של מולקולות בשלב הנוזלי. תגובות רבות ידועות כמועילות מקרינה קולית, למשל סונוליזה, מסלול סול-ג'לסינתזה סונוכימית של, פלדיום, לטקס, הידרוקסיאפטיט וחומרים רבים אחרים. לקריאה נוספת בנושא סונוכימיה כאן!
ננו-חלקיקי כסף
ננו-חלקיקי כסף מאופיינים בגודל של בין 1nm ל-100nm. בעוד שלעתים קרובות מתואר כ"כסף’ חלקם מורכבים מאחוז גדול של תחמוצת כסף בשל היחס הגדול שלהם של אטומי כסף משטח לצובר . ננו-חלקיקי כסף יכולים להופיע עם מבנים שונים. לרוב, ננו-חלקיקי כסף כדוריים מסונתזים, אך נעשה שימוש גם ביריעות יהלום, מתומן ודק.
ננו-חלקיקי כסף נפוצים מאוד ביישומים רפואיים. יוני הכסף הם ביו-אקטיביים ויש להם השפעות אנטי-מיקרוביאליות וחיידקיות חזקות. שטח הפנים הגדול מאוד שלהם מאפשר תיאום של ליגנדות רבות. מאפיינים חשובים נוספים הם מוליכות ותכונות אופטיות ייחודיות.
בשל תכונותיהם המוליכות, ננו-חלקיקי כסף משולבים לעתים קרובות בחומרים מרוכבים, פלסטיק, אפוקסי ודבקים. חלקיקי הכסף מגבירים את המוליכות החשמלית; לכן משחות כסף ודיו משמשים לעתים קרובות בייצור אלקטרוניקה. מכיוון שננו-חלקיקי כסף תומכים בפלזמונים על פני השטח, ל-AgNPs יש תכונות אופטיות יוצאות מן הכלל. ננו-חלקיקי כסף פלסמוני משמשים לחיישנים, גלאים וציוד אנליטי כגון ספקטרוסקופיית ראמאן משופרת על פני השטח (SERS) וספקטרוסקופיית פלואורסצנטיות משופרת שדה פני השטח (SPFS).
קרגינן
קרגינן הוא פולימר טבעי זול, המצוי במינים שונים של אצות אדומות. קרגיננים הם פוליסכרידים גופריתיים ליניאריים הנמצאים בשימוש נרחב בתעשיית המזון, בשל תכונות הג'ל, העיבוי והייצוב שלהם. היישום העיקרי שלהם הוא מוצרי חלב ובשר, בשל מחייב חזק שלהם חלבונים מזון. ישנם שלושה סוגים עיקריים של carrageenan, אשר נבדלים במידת הגופרית שלהם. לקאפה-קרגינן יש קבוצת סולפט אחת לכל דו-סוכר. Iota-carrageenan (ι-carrageenen) יש שני סולפטים לכל disaccharide. Lambda carrageenan (λ-carrageenen) יש שלושה סולפטים לכל disaccharide.
Kappa carrageenan (κ-carrageenan) יש מבנה ליניארי של פוליסכריד סולפט של D-גלקטוז ו 3,6-anhydro-D-גלקטוז.
κ- קרגינן נמצא בשימוש נרחב בתעשיית המזון, למשל כסוכן ג'לינג ולשינוי מרקם. ניתן למצוא אותו כתוסף בגלידה, שמנת, גבינת קוטג ', מילקשייק, רטבים לסלט, חלב מרוכז ממותק, חלב סויה & חלב צמחי אחר, ורטבים כדי להגדיל את צמיגות המוצר.
יתר על כן, ניתן למצוא κ-קרגינן במוצרים שאינם מזון כגון מסמיך בשמפו וקרמים קוסמטיים, במשחת שיניים (כמייצב למניעת הפרדת מרכיבים), קצף כיבוי אש (כמסמיך הגורם לקצף להיות דביק), ג'ל מטהר אוויר, משחת נעליים (להגברת צמיגות), בביוטכנולוגיה לשיתוק תאים/אנזימים, בתרופות (כמעורר לא פעיל בכדורים/טבליות), במזון לחיות מחמד וכו'.