Nano-ezüst szintetizálása mézzel és ultrahanggal
A nano-ezüstöt antibakteriális tulajdonságai miatt használják az anyagok megerősítésére az orvostudományban és az anyagtudományban. Az ultrahangos kezelés lehetővé teszi a gömb alakú ezüst nanorészecskék gyors, hatékony, biztonságos és környezetbarát szintézisét vízben. Az ultrahangos nanorészecske-szintézis könnyen méretezhető a kis termeléstől a nagy termelésig.
A kolloid nano-ezüst ultrahanggal segített szintézise
A szonokémiai szintézist, amely ultrahangos besugárzás alatt szintetikus reakciók, széles körben használják nanorészecskék, például ezüst, arany, magnetit, hidroxiapatit, klorokin, perovszkit, latex és sok más nanoanyag.
Ultrahangos nedves-kémiai szintézis
Az ezüst nano-részecskék esetében számos ultrahanggal segített szintézis útvonal ismert. Az alábbiakban egy ultrahangos szintézis útvonalat mutatunk be, amely mézet használ redukáló és ligandum fedőszerként. A mézkomponensek, mint például a glükóz és a fruktóz felelősek a szintézis folyamatában mind a záró-, mind a redukálószer szerepéért.
A nanorészecske-szintézis leggyakoribb módszereihez hasonlóan az ultrahangos nano-ezüst szintézis is a nedves kémia kategóriájába tartozik. Az ultrahangos kezelés elősegíti az ezüst nano-részecskék nukleációját egy oldatban. Az ultrahanggal támogatott nukleáció akkor fordul elő, amikor egy ezüst prekurzor (ezüstion komplex), pl. ezüst-nitrát (AgNO3) vagy ezüst-perklorát (AgClO4), redukálószer, például méz jelenlétében kolloid ezüstre redukálódik. Azzal a feltétellel, hogy az ezüstionok koncentrációja az oldatban eléggé megnő, az oldott fémes ezüstionok egymáshoz kötődnek és stabil felületet képeznek. Amikor az ezüstionok halmaza még kicsi, a negatív energiamérleg miatt energetikailag kedvezőtlen állapot. A negatív energiamérleg azért következik be, mert az oldott ezüstrészecskék koncentrációjának csökkentésével nyert energia alacsonyabb, mint az új felület létrehozásával felhasznált energia.
Amikor a halmaz eléri a kritikus sugarat, amely az a pont, amikor energetikailag kedvezővé válik, elég stabil ahhoz, hogy tovább növekedjen. A növekedési fázis során több ezüstatom diffundál az oldaton keresztül, és a felülethez kapcsolódik. Amikor az oldott atomi ezüst koncentrációja egy bizonyos pontra csökken, a nukleációs küszöböt úgy érik el, hogy az atomok nem tudnak hosszabb ideig kötődni egymáshoz, hogy stabil magot képezzenek. Ezen a nukleációs küszöbön az új nanorészecskék növekedése megszűnik, és a fennmaradó oldott ezüst diffúzióval abszorbeálódik az oldatban növekvő nanorészecskékbe.
A szonikálás elősegíti a tömegátadást, azaz a klaszterek nedvesítését, ami gyorsabb nukleációt eredményez. Pontosan szabályozott szonikálással meghatározható a nano-részecske szerkezetek növekedési sebessége, mérete és alakja.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni egy másik zöld módszerről a nano-ezüst ultrahangos szintetizálására karragénnel!
A nanorészecskeszintézis hagyományos módszereinek és zöld szintézis módszereinek összehasonlítása.
- Egyszerű egyedényes reakció
- Biztonságos
- gyors folyamat
- alacsony költség
- lineáris méretezhetőség
- környezetbarát, zöld kémia
UP400ST – 400 wattos erős ultrahangos készülék nanorészecskék szonokémiai szintéziséhez
Esettanulmány ultrahangos nano-ezüst szintézisről
Anyagok: ezüst-nitrát (AgNO3) ezüst prekurzorként; méz mint fedő / redukálószer; Víz
Ultrahangos készülék: UP400ST
Ultrahangos szintézis protokoll
A kolloid ezüst nanorészecskék szintézisének legjobb feltételei a következők voltak: Az ezüst-nitrát csökkentése ultrahangos kezelés alatt természetes méz által közvetített. Röviden, 20 ml mézet tartalmazó ezüst-nitrát oldatot (0,3 M) (20 tömeg%) nagy intenzitású ultrahangos besugárzásnak tettünk ki környezeti körülmények között 30 percig. Az ultrahangos kezelést szonda típusú ultrahangosítóval végeztük UP400S (400W, 24 kHz) közvetlenül a reakcióoldatba merítve.
Az optimális körülmények között szintetizált Ag-NP-k részecskeméret-eloszlása; ezüstkoncentráció (0,3 M), mézkoncentráció (20 tömeg%) és ultrahangos besugárzási idő (30 perc)
kép forrása: Oskuee et al. 2016
Az élelmiszer-minőségű mézet fedő / stabilizáló és redukálószerként használják, amely a vizes nukleációs oldatot és a kicsapódott nanorészecskéket tisztává és biztonságossá teszi sokféle alkalmazáshoz.
Ahogy az ultrahangos idő növekszik, az ezüst nanorészecskék kisebbek lesznek, és koncentrációjuk fokozódik.
A vizes mézoldatban az ultrahangos kezelés kulcsfontosságú tényező, amely befolyásolja az ezüst nano-részecskék képződését. Az ultrahangos paraméterek, mint például az amplitúdó, az idő és a folyamatos vs pulzáló ultrahang fő tényezők, amelyek lehetővé teszik az ezüst nano-részecskék méretének és mennyiségének szabályozását.
Az ezüst nanorészecskék ultrahangos szintézisének eredménye
Az ultrahanggal elősegített, méz által közvetített szintézis a UP400ST gömb alakú ezüst nanorészecskéket (Ag-NP) eredményezett, amelyek átlagos részecskemérete körülbelül 11,8 nm volt. Az ezüst nanorészecskék ultrahangos szintézise egyszerű és gyors egyedényes módszer. A víz és a méz anyagként való felhasználása költséghatékonnyá és kivételesen környezetbaráttá teszi a reakciót.
Az ultrahangos szintézis bemutatott technikája, amely mézet használ redukáló- és zárószerként, kiterjeszthető más nemesfémekre, például aranyra, palládiumra és rézre, amely különféle kiegészítő alkalmazásokat kínál az orvostudománytól az iparig.
TEM-kép (A) és szemcseméret-eloszlása (B) optimális körülmények között szintetizált Ag-NP-kből.
A nukleáció és a részecskeméret befolyásolása szonikálással
Az ultrahang lehetővé teszi nanorészecskék, például ezüst nanorészecskék előállítását az igényekhez igazítva. Az ultrahangos kezelés három általános lehetősége fontos hatással van a kimenetre:
Kezdeti szonikálás: Az ultrahanghullámok rövid alkalmazása egy túltelített oldatra elindíthatja a magok vetését és kialakulását. Mivel az ultrahangos kezelést csak a kezdeti szakaszban alkalmazzák, a következő kristálynövekedés akadálytalanul folytatódik, ami nagyobb kristályokat eredményez.
Folyamatos szonikálás: A túltelített oldat folyamatos besugárzása kis kristályokat eredményez, mivel a szünet nélküli ultrahangos kezelés sok magot hoz létre, ami sok kis kristály növekedését eredményezi.
Pulzáló szonikáció: Az impulzusos ultrahang az ultrahang meghatározott időközönként történő alkalmazását jelenti. Az ultrahangos energia pontosan szabályozott bevitele lehetővé teszi a kristálynövekedés befolyásolását annak érdekében, hogy testreszabott kristályméretet kapjon.
Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek szintézishez
A Hielscher Ultrasonics erőteljes és megbízható ultrahangos processzorokat szállít szonokémiai alkalmazásokhoz, beleértve a sono-szintézist és a sono-katalízist. Az ultrahangos keverés és diszpergálás növeli a tömegátadást, és elősegíti az atomklaszterek nedvesítését és az azt követő nukleációt a nanorészecskék kicsapódása érdekében. A nanorészecskék ultrahangos szintézise egyszerű, költséghatékony, biokompatibilis, reprodukálható, gyors és biztonságos módszer.
A Hielscher Ultrasonics erőteljes és pontosan szabályozható ultrahangos processzorokat szállít a nanoanyagok nukleációjához és kicsapódásához. Minden digitális eszköz intelligens szoftverrel, színes érintőképernyővel, automatikus adatrögzítéssel rendelkezik a beépített SD-kártyán, és intuitív menüvel rendelkezik a felhasználóbarát és biztonságos kezelés érdekében.
A teljes teljesítménytartományt lefedve 50 wattos kézi ultrahangos készülékek a laboratóriumban egészen 16 000 wattig erős ipari ultrahangos rendszerek, Hielscher ideális ultrahangos beállítás az Ön alkalmazásához. A Hielscher ultrahangos berendezésének robusztussága lehetővé teszi az 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetben.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Irodalom/Hivatkozások
- 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.
Tények, amelyeket érdemes tudni
Ezüst nanorészecskék
Az ezüst nanorészecskék ezüstrészecskék, amelyek mérete 1 nm és 100 nm között van. Az ezüst nanorészecskék rendkívül nagy felülettel rendelkeznek, ami nagyszámú ligandum koordinációját teszi lehetővé.
Az ezüst nanorészecskék egyedülálló optikai, elektromos és termikus tulajdonságokkal rendelkeznek, ami rendkívül értékessé teszi őket az anyagtudományban és a termékfejlesztésben, pl. fotovoltaika, elektronika, vezetőképes tinták, biológiai/kémiai érzékelők.
Egy másik alkalmazás, amely már széles körben elterjedt, az ezüst nanorészecskék használata antimikrobiális bevonatokhoz, és sok textília, billentyűzet, sebkötöző és orvosbiológiai eszköz tartalmaz ezüst nanorészecskéket, amelyek folyamatosan alacsony szintű ezüstionokat bocsátanak ki, hogy védelmet nyújtsanak a baktériumok ellen.
Nano-ezüst a textíliákban
Az ezüst nanorészecskéket a textilgyártásban alkalmazzák, ahol az Ag-NP-ket hangolható színekkel, antibakteriális képességekkel és öngyógyító szuperhidrofób tulajdonságokkal rendelkező pamutszövetek előállítására használják. Az ezüst nanorészecskék antibakteriális tulajdonsága lehetővé teszi olyan szövetek előállítását, amelyek lebontják a baktériumokból származó szagokat (pl. Izzadságszag).
Antibakteriális bevonat gyógyszerekhez és orvosi ellátáshoz
Az ezüst nanorészecskék antibakteriális, gombaellenes és antioxidáns tulajdonságokkal rendelkeznek, ami érdekessé teszi őket gyógyszerészeti és orvosi alkalmazásokban, például fogászati munkákban, sebészeti alkalmazásokban, sebgyógyító kezelésekben és orvosbiológiai eszközökben. A kutatások kimutatták, hogy az ezüst nanorészecskék (Ag-nP-k) gátolják a különböző baktériumtörzsek, például a Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Citrobacter koseri, Salmonella typhii, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Vibrio parahaemolyticus és Candida albicans gombák növekedését és szaporodását. Az antibakteriális / gombaellenes hatást úgy érik el, hogy ezüst nanorészecskék diffundálnak a sejtekbe, és Ag/Ag+ ionokat kötnek a mikrobiális sejtek biomolekuláihoz, így működésük megszakad.