शहद और Ultrasonics के साथ नैनो-चांदी संश्लेषण

नैनो-चांदी का उपयोग चिकित्सा और सामग्री विज्ञान में सामग्री को मजबूत करने के लिए इसके एंटी-बैक्टीरियल गुणों के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिकेशन पानी में गोलाकार चांदी नैनोकणों के तेजी से, प्रभावोत्पादक, सुरक्षित और पर्यावरण के अनुकूल संश्लेषण की अनुमति देता है। अल्ट्रासोनिक नैनोपार्टिकल संश्लेषण को आसानी से छोटे से बड़े उत्पादन तक बढ़ाया जा सकता है।

कोलाइडल नैनो-सिल्वर के अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त संश्लेषण

सोनोकेमिकल संश्लेषण, जो अल्ट्रासोनिक विकिरण द्वारा सुगम रासायनिक प्रतिक्रियाओं को संदर्भित करता है, नैनोकणों के उत्पादन के लिए एक व्यापक रूप से लागू विधि है। इनमें चांदी, सोना, मैग्नेटाइट, हाइड्रोक्सीपाटाइट, क्लोरोक्वीन, पेरोव्स्काइट, लेटेक्‍स और कई अन्य नैनो-सामग्री।

अल्ट्रासोनिक गीला-रासायनिक संश्लेषण

चांदी नैनोकणों के उत्पादन के लिए कई अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त संश्लेषण मार्ग विकसित किए गए हैं। एक उल्लेखनीय विधि शहद को कम करने और कैपिंग एजेंट दोनों के रूप में नियोजित करती है। शहद में घटक, जैसे ग्लूकोज और फ्रुक्टोज, संश्लेषण प्रक्रिया के दौरान इन भूमिकाओं में सहक्रियात्मक रूप से कार्य करते हैं।
कई नैनोपार्टिकल संश्लेषण तकनीकों के समान, अल्ट्रासोनिक नैनो-सिल्वर संश्लेषण गीले रसायन विज्ञान की श्रेणी में आता है। प्रक्रिया एक समाधान के भीतर चांदी नैनोकणों के न्यूक्लियेशन के साथ शुरू होती है। सोनिकेशन के दौरान, एक चांदी अग्रदूत (जैसे, सिल्वर नाइट्रेट (एग्नो)₃), या सिल्वर परक्लोरेट (AgClO₄)) कोलाइडयन चांदी का उत्पादन करने के लिए शहद जैसे एक कम करने वाले एजेंट की उपस्थिति में कम हो जाता है।

अल्ट्रासोनिक सिल्वर न्यूक्लियेशन और विकास का तंत्र

प्रारंभिक न्यूक्लियेशन चरण: जैसे-जैसे विघटित चांदी के आयनों की सांद्रता बढ़ती है, धात्विक चांदी के आयन छोटे समूहों को बनाने के लिए बाध्य होने लगते हैं। इस स्तर पर, ये क्लस्टर नकारात्मक ऊर्जा संतुलन के कारण ऊर्जावान रूप से अस्थिर होते हैं। नई सतहों को बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा भंग चांदी एकाग्रता को कम करके प्राप्त ऊर्जा से अधिक है।

• क्रांतिक त्रिज्या: जब एक क्लस्टर एक विशिष्ट आकार (महत्वपूर्ण त्रिज्या) तक पहुंचता है, तो प्रक्रिया ऊर्जावान रूप से अनुकूल हो जाती है, क्लस्टर को स्थिर करती है। यह स्थिरता क्लस्टर को आगे के विकास के लिए एक नाभिक के रूप में कार्य करने की अनुमति देती है।
• विकास चरण: विकास के दौरान, अतिरिक्त चांदी के परमाणु समाधान के माध्यम से फैलते हैं और बढ़ते नैनोपार्टिकल सतह से जुड़ते हैं। विकास तब तक जारी रहता है जब तक कि भंग चांदी की एकाग्रता न्यूक्लियेशन थ्रेशोल्ड से नीचे नहीं जाती है, नए नाभिक के गठन को रोकती है।
• प्रसार और समापन: शेष भंग चांदी को मौजूदा नैनोकणों में शामिल किया जाता है, प्रक्रिया को पूरा करता है।

सोनिकेशन बड़े पैमाने पर हस्तांतरण को तेज करता है, विशेष रूप से गीला और प्रसार प्रक्रियाएं, जिससे तेजी से न्यूक्लियेशन और नियंत्रित विकास होता है। तीव्रता और अवधि जैसे सोनीशन मापदंडों को ठीक से समायोजित करके, नैनोकणों के आकार, विकास दर और आकार को बारीक रूप से ट्यून किया जा सकता है। यह सटीक नियंत्रण विशिष्ट अनुप्रयोगों के अनुरूप लगातार नैनोपार्टिकल संरचनाओं को सुनिश्चित करता है।

अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त संश्लेषण अच्छी तरह से परिभाषित गुणों के साथ नैनो-चांदी के उत्पादन के लिए एक प्रभावी, स्केलेबल और हरे रंग की रसायन विज्ञान दृष्टिकोण के रूप में खड़ा है, जो अनुसंधान और उद्योग में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है।

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सोनिकेशन एक संकीर्ण आकार वितरण के साथ छोटे चांदी नैनोकणों के तेजी से, हरे रंग के संश्लेषण की सुविधा प्रदान करता है।

अल्ट्रासोनिक नैनो-सिल्वर संश्लेषण का केस स्टडी

अध्ययन का शीर्षक “चांदी नैनोकणों और उनकी जीवाणुरोधी गतिविधियों के हनी-आधारित और अल्ट्रासोनिक-सहायता प्राप्त संश्लेषण” (2016) प्राकृतिक शहद का उपयोग करके चांदी के नैनोकणों (एजी-एनपी) को कम करने और स्थिर करने वाले एजेंट दोनों के रूप में संश्लेषित करने के लिए एक सरल और पर्यावरण के अनुकूल विधि की पड़ताल करता है। प्रक्रिया, जिसमें अल्ट्रासोनिक विकिरण के तहत सिल्वर नाइट्रेट (एग्नो ₃) की कमी शामिल है, को सिल्वर आयन एकाग्रता, शहद एकाग्रता और सोनिकेशन समय सहित विभिन्न मापदंडों की विशेषता है। परिणामी एजी-एनपी का औसत आकार लगभग 11.8 एनएम है और स्टैफिलोकोकस ऑरियस, स्यूडोमोनास एरुगिनोसा और ई कोलाई जैसे रोगजनक बैक्टीरिया के खिलाफ जीवाणुरोधी गुण प्रदर्शित करते हैं।
अध्ययन नैनोपार्टिकल संश्लेषण में शहद का उपयोग करने के लाभों पर प्रकाश डालता है, इसकी हरी, कम लागत वाली और गैर विषैले प्रकृति पर जोर देता है। लेखकों का प्रदर्शन है कि एजी-एनपी के आकार और उपज को चांदी की एकाग्रता, शहद सामग्री और सोनीशन अवधि जैसे प्रतिक्रिया मापदंडों को समायोजित करके नियंत्रित किया जा सकता है। संश्लेषित एजी-एनपी को प्रभावी जीवाणुरोधी गतिविधि के अधिकारी के रूप में दिखाया गया था, विशेष रूप से ई. कोलाई और एस. ऑरियस के खिलाफ, लगभग 19.46 पीपीएम की न्यूनतम निरोधात्मक सांद्रता (एमआईसी) के साथ। यह विधि घाव भरने और संक्रमण नियंत्रण सहित चिकित्सा क्षेत्रों में एजी-एनपी के लिए एक संभावित अनुप्रयोग प्रस्तुत करती है।

• सामग्री: सिल्वर नाइट्रेट (एग्नो₃) चांदी अग्रदूत के रूप में; कैपिंग / कम करने वाले एजेंट के रूप में शहद; पानी
• अल्ट्रासोनिक डिवाइस: जांच-प्रकार sonicator UP400St

अल्ट्रासोनिक संश्लेषण प्रोटोकॉल

कोलाइडयन चांदी नैनोकणों को संश्लेषित करने के लिए सबसे अच्छी स्थिति निम्नलिखित पाई गई: प्राकृतिक शहद द्वारा मध्यस्थता अल्ट्रासोनिकेशन के तहत चांदी नाइट्रेट को कम करना। संक्षेप में, शहद (20 डब्ल्यूटी%) युक्त चांदी नाइट्रेट समाधान (0.3 एम) के 20 मिलीलीटर 30 मिनट के लिए परिवेश की स्थिति के तहत उच्च तीव्रता अल्ट्रासाउंड विकिरण के संपर्क में था। अल्ट्रासोनिकेशन जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर UP400S (400W, 24 kHz) के साथ सीधे प्रतिक्रिया समाधान में डूबे हुए किया गया था।
खाद्य-ग्रेड शहद का उपयोग कैपिंग/स्थिर करने और कम करने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है, जो जलीय न्यूक्लियेशन घोल और अवक्षेपित नैनोकणों को कई गुना अनुप्रयोगों के लिए स्वच्छ और सुरक्षित बनाता है।
जैसे-जैसे अल्ट्रासोनिकेशन का समय बढ़ता है, चांदी के नैनोकण छोटे हो जाते हैं और उनकी एकाग्रता बढ़ जाती है।
जलीय शहद समाधान में, अल्ट्रासोनिकेशन एक महत्वपूर्ण कारक है जो चांदी के नैनो-कणों के गठन को प्रभावित करता है। आयाम, समय और निरंतर बनाम स्पंदित अल्ट्रासाउंड जैसे सोनिकेशन पैरामीटर प्रमुख कारक हैं जो चांदी के नैनो-कणों के आकार और मात्रा को नियंत्रित करने की अनुमति देते हैं।

इष्टतम स्थितियों में संश्लेषित एजी-एनपी के कण आकार वितरण; चांदी सांद्रता (0.3 एम), शहद सांद्रता (20 डब्ल्यूटी%), और अल्ट्रासोनिक विकिरण बार (30 मिनट)
चित्र स्रोत: ©ओस्कुई एट अल

चांदी नैनोकणों के अल्ट्रासोनिक संश्लेषण का परिणाम

अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित, सोनिकेटर UP400St के साथ शहद-मध्यस्थता संश्लेषण के परिणामस्वरूप गोलाकार चांदी नैनो-कण (एजी-एनपी) लगभग 11.8nm के औसत कण आकार के साथ हुए। चांदी नैनो-कणों का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण एक सरल और तेज़ एक-पॉट विधि है। सामग्री के रूप में पानी और शहद का उपयोग, प्रतिक्रिया को लागत प्रभावी और असाधारण रूप से पर्यावरण के अनुकूल बनाता है।
शहद को कम करने और कैपिंग एजेंट के रूप में उपयोग करके अल्ट्रासोनिक संश्लेषण की प्रस्तुत तकनीक को सोने, पैलेडियम और तांबे जैसे अन्य महान धातुओं तक बढ़ाया जा सकता है, जो दवा से उद्योग तक विभिन्न अतिरिक्त अनुप्रयोग प्रदान करता है।

इष्टतम स्थितियों में संश्लेषित एजी-एनपी के कण आकार वितरण; चांदी सांद्रता (0.3 एम), शहद सांद्रता (20 डब्ल्यूटी%), और अल्ट्रासोनिक विकिरण समय (30 मिनट)
अध्ययन और चित्र: ©ओस्कुई एट अल।

Sonication द्वारा न्यूक्लियेशन और कण आकार को प्रभावित करना

अल्ट्रासाउंड नैनो-कणों के उत्पादन के लिए सक्षम बनाता है जैसे कि चांदी के नैनो-कण आवश्यकताओं के अनुरूप होते हैं। सोनीशन के तीन सामान्य विकल्पों का आउटपुट पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है:
प्रारंभिक सोनीशन: एक सुपरसैचुरेटेड समाधान के लिए अल्ट्रासाउंड तरंगों का छोटा अनुप्रयोग नाभिक के बीजारोपण और गठन को शुरू कर सकता है। चूंकि सोनिकेशन केवल प्रारंभिक चरण के दौरान लागू होता है, बाद में क्रिस्टल विकास निर्बाध रूप से आगे बढ़ता है जिसके परिणामस्वरूप बड़े क्रिस्टल होते हैं।
सतत सोनिकेशन: सुपरसैचुरेटेड समाधान के निरंतर विकिरण के परिणामस्वरूप छोटे क्रिस्टल होते हैं क्योंकि अनपॉज्ड अल्ट्रासोनिकेशन बहुत सारे नाभिक बनाता है जिसके परिणामस्वरूप कई छोटे क्रिस्टल का विकास होता है।
स्पंदित सोनिकेशन: स्पंदित अल्ट्रासाउंड का अर्थ है निर्धारित अंतराल में अल्ट्रासाउंड का अनुप्रयोग। अल्ट्रासोनिक ऊर्जा का एक सटीक नियंत्रित इनपुट एक अनुरूप क्रिस्टल आकार प्राप्त करने के लिए क्रिस्टल विकास को प्रभावित करने की अनुमति देता है।

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नैनोपार्टिकल संश्लेषण के पारंपरिक तरीकों और हरे संश्लेषण के तरीकों की तुलना।