Zeleni sonokemijski put do nanočestica srebra
Nanočestice srebra (AgNP) često su korišteni nanomaterijali zbog svojih antimikrobnih svojstava, optičkih svojstava i visoke električne vodljivosti. Sonokemijski put pomoću kapa karagenana jednostavna je, praktična i ekološki prihvatljiva metoda sinteze za pripremu nano čestica srebra. κ-karagenan se koristi kao prirodni ekološki stabilizator, dok ultrazvuk djeluje kao zeleni redukcijski agens.
Zelena ultrazvučna sinteza nanočestica srebra
Elsupikhe i sur. (2015) razvili su zeleni ultrazvučni potpomognuti sintezni put za pripremu nanočestica srebra (AgNP). Dobro je poznato da sonokemija potiče mnoge mokre kemijske reakcije. Sonikacija omogućuje sintetiziranje AgNP s κ-karagenanom kao prirodnim stabilizatorom. Reakcija teče na sobnoj temperaturi i proizvodi nanočestice srebra s fcc kristalnom strukturom bez ikakvih nečistoća. Na raspodjelu veličine čestica AgNP može utjecati koncentracija κ-karagenana.
Shema interakcije između Ag-NPs nabijenih skupina koje su zatvorene s κ-karagenanom pod sonikacijom. [Elsupikhe et al. 2015.]
Postupak
- Ag-NP su sintetizirani redukcijom AgNO3 pomoću ultrazvučne obrade u prisutnosti κ-karagenana. Za dobivanje različitih uzoraka pripremljeno je pet suspenzija, dodavanjem 10 mL 0,1 M AgNO3 na 40 ml κ-karagenana. Upotrijebljene otopine κ-karagenana bile su 0,1, 0,15, 0,20, 0,25, odnosno 0,3 tež.%.
- Otopine su miješane 1 sat da se dobije AgNO3/κ-karagenan.
- Zatim su uzorci bili izloženi intenzivnom ultrazvučnom zračenju: Amplituda ultrazvučnog uređaja UP400S (400 W, 24 kHz) postavljeno je na 50%. Sonikacija je primijenjena 90 minuta na sobnoj temperaturi. Sonotroda ultrazvučnih tekućinskih procesora UP400S je uronjen izravno u reakcijsku otopinu.
- Nakon sonikacije, suspenzije su centrifugirane 15 minuta i isprane dvostruko destiliranom vodom četiri puta kako bi se uklonio ostatak iona srebra. Istaložene nanočestice sušene su na 40°C pod vakuumom preko noći kako bi se dobile Ag-NP.
Jednadžba
- nH2O —sonikacija–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- Agbr3–hidroliza–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –smanjenja–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analiza i rezultati
Za procjenu rezultata uzorci su analizirani UV-vidljivom spektroskopskom analizom, rendgenskom difrakcijom, FT-IR kemijskom analizom, TEM i SEM slikama.
Broj Ag-NP raste s povećanjem koncentracije κ-karagenana. Stvaranje Ag/κ-karagenana određeno je UV-vidljivom spektroskopijom gdje je apsorpcijski maksimum površinskog plazmona uočen na 402 do 420 nm. Analiza rendgenske difrakcije (XRD) pokazala je da su Ag-NP kubične strukture usmjerene na lice. Infracrveni spektar Fourierove transformacije (FT-IR) pokazao je prisutnost Ag-NP u κ-karagenanu. Slika transmisijske elektronske mikroskopije (TEM) za najveću koncentraciju κ-karagenana pokazala je distribuciju Ag-NP s prosječnom veličinom čestica blizu 4,21 nm. Slike skenirane elektronske mikroskopije (SEM) ilustrirale su sferni oblik Ag-NP. SEM analiza pokazuje da je s povećanjem koncentracije κ-karagenana došlo do promjena na površini Ag/κ-karagenana, tako da Ag-NP male veličine sferičnog oblika dobiveni su.
TEM slike i odgovarajuće distribucije veličina za sonokemijski sintetiziran Ag/κ-karagenan pri različitim koncentracijama κ-karagenana. [0,1%, 0,2%, odnosno 0,3% (a, b, c)].
Ag+/κ-karagenan (lijevo) i sonicirani Ag/κ-karagenan (desno). Sonikacija je izvedena s UP400S tijekom 90 minuta. [Elsupikhe et al. 2015.]
UP400S – ultrazvučni uređaj koji se koristi za sonokemijsku sintezu nanočestica Ag
SEM slike za Ag/κ-karagenan pri različitim koncentracijama κ-karagenana. [0,1 %, 0,2 %, odnosno 0,3 % (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015.]
Literatura/Reference
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015.): Zelena sonokemijska sinteza nanočestica srebra pri različitim koncentracijama κ-karagenana. Nanoscale Research Letters 10. 2015.
Osnovne informacije
Sonokemija
Kada se snažni ultrazvuk primijeni na kemijske reakcije u otopini (tekuće ili kašasto stanje), on daje specifičnu energiju aktivacije zbog fizičkog fenomena, poznatog kao akustična kavitacija. Kavitacija stvara velike sile smicanja i ekstremne uvjete kao što su vrlo visoke temperature i brzine hlađenja, tlakovi i mlaznice tekućine. Ove intenzivne sile mogu pokrenuti reakcije i uništiti privlačne sile molekula u tekućoj fazi. Poznato je da brojne reakcije imaju koristi od ultrazvučnog zračenja, npr. sonoliza, sol-gel put, sonokemijska sinteza paladij, lateks, hidroksiapatit i mnoge druge tvari. Pročitajte više o sonokemija ovdje!
nanočestice srebra
Nanočestice srebra karakterizira veličina između 1 nm i 100 nm. Iako se često opisuje kao "srebro".’ neki se sastoje od velikog postotka srebrnog oksida zbog velikog omjera površinskih i skupnih atoma srebra. Nanočestice srebra mogu se pojaviti s različitim strukturama. Najčešće se sintetiziraju sferne nanočestice srebra, no koriste se i dijamantni, osmerokutni i tanki listovi.
Nanočestice srebra vrlo su česte u medicinskim primjenama. Ioni srebra su bioaktivni i imaju snažno antimikrobno i germicidno djelovanje. Njihova iznimno velika površina omogućuje koordinaciju brojnih liganada. Druge važne karakteristike su vodljivost i jedinstvena optička svojstva.
Zbog svojih vodljivih svojstava, nanočestice srebra često se ugrađuju u kompozite, plastiku, epokside i ljepila. Čestice srebra povećavaju električnu vodljivost; stoga se srebrne paste i tinte često koriste u proizvodnji elektronike. Budući da nanočestice srebra podržavaju površinske plazmone, AgNP imaju izvanredna optička svojstva. Plazmonične nanočestice srebra koriste se za senzore, detektore i analitičku opremu kao što je Ramanova spektroskopija s površinskim pojačanjem (SERS) i fluorescentna spektroskopija s pojačanim poljem površinskog plazmona (SPFS).
karagenan
Karagenan je jeftin prirodni polimer koji se nalazi u raznim vrstama crvenih morskih algi. Karagenani su linearni sulfatni polisaharidi koji se naširoko koriste u prehrambenoj industriji zbog svojih svojstava želiranja, zgušnjavanja i stabilizacije. Glavna im je primjena u mliječnim i mesnim proizvodima, zbog snažnog vezanja na proteine hrane. Postoje tri glavne vrste karagenana, koje se razlikuju po stupnju sulfatizacije. Kapa-karagenan ima jednu sulfatnu grupu po disaharidu. Jota-karagenan (ι-carrageenen) ima dva sulfata po disaharidu. Lambda karagenan (λ-karagenen) ima tri sulfata po disaharidu.
Kapa karagenan (κ-karagenan) ima linearnu strukturu sulfatiranog polisaharida D-galaktoze i 3,6-anhidro-D-galaktoze.
κ- karagenan se široko koristi u prehrambenoj industriji, npr. kao sredstvo za želiranje i za modificiranje teksture. Može se naći kao dodatak sladoledu, vrhnju, svježem siru, milkshakeovima, preljevima za salate, zaslađenom kondenziranom mlijeku, sojinom mlijeku & ostala biljna mlijeka i umaci za povećanje viskoznosti proizvoda.
Nadalje, κ-karagenan se može naći u neprehrambenim proizvodima poput zgušnjivača u šamponima i kozmetičkim kremama, u pasti za zube (kao stabilizator za sprječavanje odvajanja sastojaka), pjeni za gašenje požara (kao zgušnjivač koji uzrokuje ljepljivost pjene), gelovima za osvježenje zraka , lak za cipele (za povećanje viskoznosti), u biotehnologiji za imobilizaciju stanica/enzima, u farmaceutici (kao neaktivni ekscipijent u pilulama/tabletama), u hrani za kućne ljubimce itd.