סינתזה של ננו-כסף עם דבש ואולטרסאונד
ננו-כסף משמש בשל תכונותיו האנטי-בקטריאליות לחיזוק חומרים ברפואה ובמדעי החומרים. אולטרה-סוניקציה מאפשרת סינתזה מהירה, יעילה, בטוחה וידידותית לסביבה של ננו-חלקיקי כסף כדוריים במים. סינתזת ננו-חלקיקים על-קולית ניתנת להרחבה בקלות מייצור קטן לייצור גדול.
סינתזה בסיוע אולטרה-סאונד של ננו-כסף קולואידי
סינתזה סונוכימית, המתייחסת לתגובות כימיות המתאפשרות על ידי קרינה קולית, היא שיטה מיושמת באופן נרחב לייצור ננו-חלקיקים. אלה כוללים כסף, זהב, מגנטיט, הידרוקסיאפטיט, כלורוקין, פרובסקיט, לטקס וננו-חומרים רבים אחרים.
סינתזה כימית רטובה אולטראסונית
פותחו מספר מסלולי סינתזה בסיוע אולטרסאונד לייצור ננו-חלקיקי כסף. אחת השיטות הבולטות משתמשת בדבש הן כחומר מקטין והן כמכסה. רכיבים בדבש, כגון גלוקוז ופרוקטוז, פועלים בסינרגיה בתפקידים אלה במהלך תהליך הסינתזה.
בדומה לטכניקות רבות של סינתזת ננו-חלקיקים, סינתזת ננו-כסף על-קולית נופלת תחת הקטגוריה של כימיה רטובה. התהליך מתחיל בגרעין של ננו-חלקיקי כסף בתוך תמיסה. במהלך סוניקציה, קודמן כסף (למשל, כסף חנקתי (AgNO3), או כסף פרכלורט (AgClO4)) מופחת בנוכחות חומר מחזר, כגון דבש, כדי לייצר כסף קולואידי.
מנגנון של נוקלאציה וצמיחה של כסף אולטראסוני
שלב הנוקלציה הראשוני: ככל שהריכוז של יוני הכסף המומס עולה, יוני כסף מתכתיים מתחילים להיקשר וליצור אשכולות קטנים. בשלב זה, אשכולות אלה אינם יציבים מבחינה אנרגטית עקב מאזן אנרגיה שלילי. האנרגיה הדרושה ליצירת משטחים חדשים עולה על האנרגיה המתקבלת על ידי הפחתת ריכוז הכסף המומס.
- רדיוס קריטי: כאשר אשכול מגיע לגודל מסוים (הרדיוס הקריטי), התהליך הופך לחיובי מבחינה אנרגטית, ומייצב את הצביר. יציבות זו מאפשרת לצביר לשמש כגרעין לצמיחה נוספת.
- שלב הצמיחה: במהלך הצמיחה, אטומי כסף נוספים מתפזרים דרך התמיסה ומתחברים למשטח הננו-חלקיקים הגדל. הצמיחה נמשכת עד שריכוז הכסף המומס יורד מתחת לסף הגרעין, ועוצר את היווצרותם של גרעינים חדשים.
- דיפוזיה והשלמה: שאר הכסף המומס משולב בננו-חלקיקים קיימים, ומשלים את התהליך.
סוניקציה מאיצה את העברת המסה, במיוחד את תהליכי ההרטבה והדיפוזיה, מה שמוביל לגרעין מהיר יותר ולצמיחה מבוקרת. על ידי התאמה מדויקת של פרמטרי סוניקציה, כגון עוצמה ומשך, ניתן לכוונן בעדינות את הגודל, קצב הצמיחה והצורה של הננו-חלקיקים. בקרה מדויקת זו מבטיחה מבני ננו-חלקיקים עקביים המותאמים ליישומים ספציפיים.
סינתזה בסיוע אולטרה-סאונד בולטת כגישה כימית יעילה, ניתנת להרחבה וירוקה לייצור ננו-כסף עם תכונות מוגדרות היטב, ומציעה יתרונות משמעותיים ליישומים מגוונים במחקר ובתעשייה.
לחצו כאן כדי לקרוא עוד על שיטה ירוקה נוספת לסנתוז ננו-כסף באמצעות קרגינן!
- תגובה פשוטה של סיר אחד
- כספת
- תהליך מהיר
- עלות נמוכה
- מדרגיות ליניארית
- ידידותי לסביבה, כימיה ירוקה

UP400ST – אולטרסאונד רב עוצמה של 400 וואט לסינתזה סונוכימית של ננו-חלקיקים
מקרה בוחן של סינתזת ננו-כסף על-קולית
כותרת המחקר “סינתזה מבוססת דבש ובסיוע אולטראסוני של ננו-חלקיקי כסף ופעילותם האנטי-בקטריאלית” מאת Oskuee et al. (2016) בוחן שיטה פשוטה וידידותית לסביבה לסנתזה של ננו-חלקיקי כסף (Ag-NPs) באמצעות דבש טבעי כחומר מקטין ומייצב. התהליך, הכולל הפחתה של חנקת כסף (AgNO₃) תחת קרינה קולית, מאופיין בפרמטרים שונים כולל ריכוז יוני כסף, ריכוז דבש וזמן סוניקציה. הגודל הממוצע של Ag-NPs המתקבל הוא כ-11.8 ננומטר והם מציגים תכונות אנטי-בקטריאליות נגד חיידקים פתוגניים כמו Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa ו-E. coli.
המחקר מדגיש את היתרונות של שימוש בדבש בסינתזת ננו-חלקיקים, תוך שימת דגש על אופיו הירוק, הזול והלא רעיל. המחברים מראים כי ניתן לשלוט בגודל ובתפוקה של Ag-NPs על ידי התאמת פרמטרים של תגובה כגון ריכוז כסף, תכולת דבש ומשך סוניקציה. Ag-NPs המסונתזים הוכחו כבעלי פעילות אנטיבקטריאלית יעילה, במיוחד נגד E. coli ו- S. aureus, עם ריכוזים מעכבים מינימליים (MIC) של כ- 19.46 ppm. שיטה זו מציגה יישום פוטנציאלי עבור Ag-NPs בתחומים רפואיים, כולל ריפוי פצעים ובקרת זיהומים.
- חומרים: כסף חנקתי (AgNO3) כמבשר כסף; דבש כמכסה / סוכן חיזור; מים
- מכשיר אולטראסוני: סוניק מסוג בדיקה UP400St
פרוטוקול סינתזה קולי
התנאים הטובים ביותר לסנתזה של ננו-חלקיקי כסף קולואידיים נמצאו כדלקמן: הפחתת חנקת כסף תחת אולטרה-סוניקציה בתיווך דבש טבעי. בקצרה, 20 מ"ל של תמיסת כסף חנקתי (0.3 מטר) המכילה דבש (20 wt%) נחשפו לקרינת אולטרסאונד בעוצמה גבוהה בתנאי סביבה במשך 30 דקות. Ultrasonication בוצע עם ultrasonicator סוג בדיקה UP400S (400W, 24 קילוהרץ) שקוע ישירות לתוך פתרון התגובה.
דבש באיכות מזון משמש כמכסה/ייצוב וחומר מחזרים, מה שהופך את תמיסת הנוקלציה המימית ואת הננו-חלקיקים המואצים לנקיים ובטוחים ליישומים רבים.
ככל שזמן האולטרסוניקציה גדל, חלקיקי הכסף הופכים קטנים יותר וריכוזם משתפר.
בתמיסת הדבש המימית, אולטרה-סוניקציה היא גורם מפתח המשפיע על היווצרות ננו-חלקיקי כסף. פרמטרים של סוניקציה כגון משרעת, זמן ואולטרסאונד רציף לעומת פועם הם גורמים עיקריים המאפשרים לשלוט בגודל ובכמות של ננו-חלקיקי הכסף.

התפלגות גודל חלקיקים של Ag-NPs מסונתז בתנאים אופטימליים; ריכוזי כסף (0.3 מטר), ריכוזי דבש (20 ואט), וזמני קרינה על-קולית (30 דקות)
מקור התמונה: ©Oskuee et al. 2016
תוצאה של סינתזה קולית של ננו-חלקיקי כסף
הסינתזה האולטרה-סונית בתיווך הדבש עם הסוניקטור UP400St הביאה לננו-חלקיקי כסף כדוריים (Ag-NPs) עם גודל חלקיקים ממוצע של כ-11.8nm. הסינתזה העל-קולית של ננו-חלקיקי הכסף היא שיטה פשוטה ומהירה של סיר אחד. השימוש במים ודבש כחומרים, הופך את התגובה לחסכונית וידידותית במיוחד לסביבה.
הטכניקה המוצגת של סינתזה קולית באמצעות דבש כמו חומר חיזור מכסה ניתן להרחיב מתכות אצילות אחרות, כגון זהב, פלדיום, נחושת, אשר מציעה יישומים נוספים שונים מן הרפואה לתעשייה.

התפלגות גודל חלקיקים של Ag-NPs מסונתז בתנאים אופטימליים; ריכוזי כסף (0.3 מטר), ריכוזי דבש (20 ואט), וזמן קרינה על-קולית (30 דקות)
מחקר ותמונה: ©Oskuee et al. 2016
השפעה על נוקלציה וגודל חלקיקים על ידי סוניקציה
אולטרסאונד מאפשר ייצור ננו-חלקיקים כגון ננו-חלקיקי כסף המותאמים לדרישות. לשלוש אפשרויות כלליות של סוניקציה יש השפעה חשובה על הפלט:
סוניקציה ראשונית: היישום הקצר של גלי אולטרסאונד לתמיסה סופר-רוויה יכול ליזום זריעה והיווצרות של גרעינים. מכיוון שסוניקציה מיושמת רק בשלב הראשוני, צמיחת הגביש שלאחר מכן מתקדמת ללא הפרעה וכתוצאה מכך נוצרים גבישים גדולים יותר.
סוניקציה רציפה: הקרינה המתמשכת של התמיסה הסופר-רוויה גורמת לגבישים קטנים, שכן האולטרסוניקציה הבלתי פוסקת יוצרת גרעינים רבים וכתוצאה מכך גדלה גבישים קטנים רבים.
סוניקציה פועמת: אולטרסאונד פועם פירושו יישום של אולטרסאונד במרווחים קבועים. קלט מבוקר במדויק של אנרגיה קולית מאפשר להשפיע על צמיחת הגביש על מנת לקבל גודל גבישי מותאם.
אולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים לסינתזה של ננו-חלקיקים
Hielscher Ultrasonics מציעה מעבדים קוליים חזקים ואמינים המיועדים ליישומים סונוכימיים מתקדמים, כולל סינתזה סונו-קטליזה. ערבוב ופיזור על-קוליים משפרים באופן משמעותי את העברת המסה, מקדמים את הרטבת צבירי האטומים ומקלים על הגרעין הבא שלהם, מה שמוביל למשקעים יעילים של ננו-חלקיקים. סינתזה קולית מוכרת כשיטה פשוטה, חסכונית, תואמת ביולוגית, ניתנת לשחזור, מהירה ובטוחה לייצור ננו-חומרים באיכות גבוהה. (קרא עוד על סינתזה סונוכימית של Perovskite ו ננו-מבנים ZnO!)
האולטרסאונד של Hielscher מתוכנן לבקרה מדויקת, המאפשר תנאים אופטימליים לנוקלציה וצמיחה של ננו-חומרים. מכשירים דיגיטליים אלה כוללים תוכנה חכמה, צג מגע צבעוני ותפריט אינטואיטיבי לפעולה בטוחה וידידותית למשתמש. בנוסף, הם מגיעים עם הקלטת נתונים אוטומטית בכרטיס SD מובנה, מה שמבטיח תיעוד תהליך חלק.
עם מגוון מקיף של מערכות - מאולטרסאונד ידני קומפקטי של 50 וואט לשימוש מעבדה ועד מערכות תעשייתיות חזקות של 16,000 וואט - Hielscher מספקת את הפתרון הקולי האידיאלי לכל יישום. מיועד לעמידות, ציוד קולי Hielscher בנוי לפעול ברציפות בתנאים כבדים, גם בסביבות תובעניות, הבטחת ביצועים אמינים 24/7.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
---|---|---|
1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!

מעבד אולטרסאונד תעשייתי UIP16000 (16kW) לסינתזה בקנה מידה גדול של ננו-חלקיקי כסף.
ספרות/מקורות
- Reza Kazemi Oskuee, Azhar Banikamali, Bibi Sedigheh Fazly Bazzaz, Hasan Ali Hosseini, Majid Darroudi (2016): Honey-Based and Ultrasonic-Assisted Synthesis of Silver Nanoparticles and Their Antibacterial Activities. Journal of Nanoscience and Nanotechnology Vol. 16, 7989–7993, 2016.
- Eranga Roshan Balasooriya et al. (2017): Honey Mediated Green Synthesis of Nanoparticles: New Era of Safe Nanotechnology. Journal of Nanomaterials Volume 2017.
- D. Madhesh, S. Kalaiselvam (2014): Experimental Analysis of Hybrid Nanofluid as a Coolant. Procedia Engineering, Volume 97, 2014. 1667-1675.
עובדות שכדאי לדעת
מהם ננו-חלקיקי כסף?
ננו-חלקיקי כסף הם חלקיקי כסף בגודל שבין 1 ננומטר ל-100 ננומטר. לננו-חלקיקי כסף יש שטח פנים גדול במיוחד, המאפשר תיאום של מספר עצום של ליגנדות.
ננו-חלקיקי כסף מציעים תכונות אופטיות, חשמליות ותרמיות ייחודיות מה שהופך אותם לבעלי ערך רב עבור מדע החומרים ופיתוח מוצרים, כגון פוטו-וולטאיקה, אלקטרוניקה, דיו מוליך, חיישנים ביולוגיים / כימיים.
יישום נוסף, שכבר התבסס באופן נרחב, הוא השימוש בננו-חלקיקי כסף עבור ציפויים אנטי-מיקרוביאליים, וטקסטיל, מקלדות, תחבושות פצעים והתקנים ביו-רפואיים רבים מכילים כיום ננו-חלקיקי כסף המשחררים ברציפות רמה נמוכה של יוני כסף כדי לספק הגנה מפני חיידקים.
כיצד משתמשים בננו-כסף בטקסטיל?
ננו-חלקיקי כסף מיושמים בייצור טקסטיל, שם Ag-NPs משמשים לייצור בדי כותנה עם צבעים מתאימים, יכולות אנטיבקטריאליות ותכונות סופר-הידרופוביות המרפאות את עצמן. התכונה האנטיבקטריאלית של ננו-חלקיקי כסף מאפשרת לייצר בדים, אשר פוגעים בריח שמקורו בחיידקים (למשל, ריח זיעה).
האם ציפוי אנטי בקטריאלי לרפואה ולאספקה רפואית?
ננו-חלקיקי כסף מראים תכונות אנטי-בקטריאליות, אנטי-פטרייתיות ונוגדות חמצון, מה שהופך אותם למעניינים עבור יישומים פמצאוטיים ורפואיים, כגון עבודת שיניים, יישומים כירורגיים, טיפול בריפוי פצעים ומכשירים ביו-רפואיים. מחקרים הראו כי ננו-חלקיקי כסף (Ag-nPs) מעכבים גדילה וכפל של זני חיידקים שונים כגון Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Citrobacter koseri, Salmonella typhii, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Vibrio parahaemolyticus ופטרייה Candida albicans. ההשפעה האנטי-בקטריאלית / אנטי פטרייתית מושגת על ידי ננו-חלקיקי כסף המתפזרים לתאים וקושרים יוני Ag/Ag+ לביומומולקולות בתאי המיקרוביאליים כך שתפקודם משתבש.
מהו מבחן MIC?
בדיקת MIC (ריכוז מעכב מינימלי) קובעת את הריכוז הנמוך ביותר של חומר, כגון סוכן אנטי-מיקרוביאלי, הדרוש כדי לעכב את הצמיחה הנראית לעין של מיקרואורגניזם במבחנה. היא מבוצעת בדרך כלל באמצעות דילול סדרתי במדיום גידול נוזלי ומדידת צמיחת חיידקים לאחר הדגירה. קרא עוד על האופן שבו סוניקציה מאפשרת מבחני מיקרופון בעלי תפוקה גבוהה!