Mensintesis Nano-Silver dengan Madu dan Ultrasonik

Nano-perak digunakan untuk sifat anti-bakterinya untuk memperkuat bahan dalam kedokteran dan ilmu material. Ultrasonikasi memungkinkan sintesis nanopartikel perak bulat yang cepat, berkhasiat, aman, dan ramah lingkungan dalam air. Sintesis nanopartikel ultrasonik dapat dengan mudah diskalakan dari produksi kecil ke besar.

Sintesis Nano-Silver Koloid yang Dibantu Ultrasonik

Sintesis sonokimia, yang mengacu pada reaksi kimia yang difasilitasi oleh iradiasi ultrasonik, adalah metode yang banyak diterapkan untuk menghasilkan nanopartikel. Ini termasuk perak, emas, magnetit, hydroxyapatite, klorokuin, Perovskite, lateks dan banyak bahan nano lainnya.

Sintesis Kimia Basah Ultrasonik

Beberapa rute sintesis yang dibantu ultrasonik telah dikembangkan untuk memproduksi nanopartikel perak. Salah satu metode penting menggunakan madu sebagai zat pereduksi dan penutup. Komponen dalam madu, seperti glukosa dan fruktosa, bertindak secara sinergis dalam peran ini selama proses sintesis.
Mirip dengan banyak teknik sintesis nanopartikel, sintesis nano-perak ultrasonik termasuk dalam kategori kimia basah. Prosesnya dimulai dengan nukleasi nanopartikel perak dalam larutan. Selama sonikasi, prekursor perak (misalnya, perak nitrat (AgNO₃), atau perak perklorat (AgClO₄)) direduksi dengan adanya zat pereduksi, seperti madu, untuk menghasilkan perak koloid.

Mekanisme Nukleasi dan Pertumbuhan Perak Ultrasonik

Fase Nukleasi Awal: Saat konsentrasi ion perak terlarut meningkat, ion perak logam mulai mengikat untuk membentuk kelompok kecil. Pada tahap ini, gugus ini tidak stabil secara energik karena keseimbangan energi negatif. Energi yang dibutuhkan untuk membuat permukaan baru melebihi energi yang diperoleh dengan mengurangi konsentrasi perak terlarut.

• Radius Kritis: Ketika sebuah gugus mencapai ukuran tertentu (jari-jari kritis), prosesnya menjadi menguntungkan secara energik, menstabilkan kluster. Stabilitas ini memungkinkan cluster bertindak sebagai inti untuk pertumbuhan lebih lanjut.
• Fase Pertumbuhan: Selama pertumbuhan, atom perak tambahan berdifusi melalui larutan dan menempel pada permukaan nanopartikel yang sedang tumbuh. Pertumbuhan berlanjut sampai konsentrasi perak terlarut turun di bawah ambang nukleasi, menghentikan pembentukan inti baru.
• Difusi dan penyelesaian: Sisa perak terlarut dimasukkan ke dalam nanopartikel yang ada, menyelesaikan prosesnya.

Sonikasi mempercepat transfer massa, terutama proses pembasahan dan difusi, yang mengarah pada nukleasi yang lebih cepat dan pertumbuhan yang terkontrol. Dengan menyesuaikan parameter sonikasi secara tepat, seperti intensitas dan durasi, ukuran, laju pertumbuhan, dan bentuk nanopartikel dapat disetel dengan halus. Kontrol yang tepat ini memastikan struktur nanopartikel yang konsisten yang disesuaikan untuk aplikasi tertentu.

Sintesis yang dibantu ultrasonik menonjol sebagai pendekatan kimia yang efektif, terukur, dan hijau untuk menghasilkan nano-perak dengan sifat yang terdefinisi dengan baik, menawarkan keuntungan signifikan untuk beragam aplikasi dalam penelitian dan industri.

Klik di sini untuk membaca lebih lanjut tentang metode hijau lain untuk mensintesis nano-perak secara ultrasonik menggunakan karagenan!

Sonikasi memfasilitasi sintesis nanopartikel perak kecil yang cepat dan hijau dengan distribusi ukuran yang sempit.

Studi Kasus Sintesis Nano-Perak Ultrasonik

Studi yang berjudul “Sintesis nanopartikel perak berbasis madu dan ultrasonik dan aktivitas antibakterinya” oleh Oskuee et al. (2016) mengeksplorasi metode sederhana dan ramah lingkungan untuk mensintesis nanopartikel perak (Ag-NPs) menggunakan madu alami sebagai zat pereduksi dan penstabil. Proses ini, yang melibatkan pengurangan perak nitrat (AgNO₃) di bawah iradiasi ultrasonik, ditandai dengan berbagai parameter termasuk konsentrasi ion perak, konsentrasi madu, dan waktu sonikasi. Ag-NP yang dihasilkan memiliki ukuran rata-rata sekitar 11,8 nm dan menunjukkan sifat antibakteri terhadap bakteri patogen seperti Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, dan E..
Studi ini menyoroti manfaat menggunakan madu dalam sintesis nanopartikel, menekankan sifatnya yang hijau, berbiaya rendah, dan tidak beracun. Penulis menunjukkan bahwa ukuran dan hasil Ag-NP dapat dikontrol dengan menyesuaikan parameter reaksi seperti konsentrasi perak, kandungan madu, dan durasi sonikasi. Ag-NP yang disintesis terbukti memiliki aktivitas antibakteri yang efektif, terutama terhadap E. dan S. aureus, dengan konsentrasi penghambatan minimum (MIC) sekitar 19,46 ppm. Metode ini menghadirkan aplikasi potensial untuk Ag-NP di bidang medis, termasuk penyembuhan luka dan pengendalian infeksi.

• Bahan: perak nitrat (AgNO₃) sebagai prekursor perak; madu sebagai agen capping / reducent; Air
• Perangkat ultrasonik: Sonikator tipe probe UP400St

Protokol Sintesis Ultrasonik

Kondisi terbaik untuk mensintesis nanopartikel perak koloid ditemukan sebagai berikut: Mengurangi perak nitrat di bawah ultrasonikasi yang dimediasi oleh madu alami. Secara singkat, 20 ml larutan perak nitrat (0,3 M) yang mengandung madu (20 wt%) dipaparkan iradiasi ultrasound intensitas tinggi dalam kondisi sekitar selama 30 menit. Ultrasonikasi dilakukan dengan ultrasonicator tipe probe UP400S (400W, 24 kHz) yang direndam langsung ke dalam larutan reaksi.
Madu food grade digunakan sebagai zat capping / stabilizing dan reduceing, yang membuat larutan nukleasi berair dan nanopartikel yang diendapkan bersih dan aman untuk aplikasi bermacam-macam.
Ketika waktu ultrasonikasi meningkat, nanopartikel perak menjadi lebih kecil dan konsentrasinya ditingkatkan.
Dalam larutan madu berair, ultrasonikasi merupakan faktor kunci yang mempengaruhi pembentukan partikel nano perak. Parameter sonikasi seperti amplitudo, waktu dan ultrasound kontinu vs berdenyut adalah faktor utama yang memungkinkan untuk mengontrol ukuran dan kuantitas partikel nano perak.

Distribusi ukuran partikel Ag-NP yang disintesis dalam kondisi optimal; konsentrasi perak (0,3 M), konsentrasi madu (20 wt%), dan waktu iradiasi ultrasonik (30 menit)
sumber gambar: ©Oskuee et al. 2016

Hasil sintesis ultrasonik nanopartikel perak

Sintesis yang dimediasi madu yang dipromosikan secara ultrasonik dengan sonicator UP400St menghasilkan partikel nano perak bulat (Ag-NP) dengan ukuran partikel rata-rata sekitar 11,8nm. Sintesis ultrasonik dari partikel nano perak adalah metode satu pot yang sederhana dan cepat. Penggunaan air dan madu sebagai bahan, membuat reaksi hemat biaya dan sangat ramah lingkungan.
Teknik sintesis ultrasonik yang disajikan menggunakan madu sebagai zat pereduksi dan pembatasan dapat diperluas ke logam mulia lainnya, seperti emas, paladium, dan tembaga, yang menawarkan berbagai aplikasi tambahan dari obat-obatan hingga industri.

Distribusi ukuran partikel Ag-NP yang disintesis dalam kondisi optimal; konsentrasi perak (0,3 M), konsentrasi madu (20 wt%), dan waktu iradiasi ultrasonik (30 menit)
Studi dan gambar: ©Oskuee et al. 2016

Mempengaruhi Nukleasi dan Ukuran Partikel dengan Sonikasi

Ultrasonografi memungkinkan produksi partikel nano seperti partikel nano perak yang disesuaikan dengan kebutuhan. Tiga opsi umum sonikasi memiliki efek penting pada output:
Sonikasi awal: Aplikasi singkat gelombang ultrasound ke larutan jenuh dapat memulai penyemaian dan pembentukan inti. Karena sonikasi hanya diterapkan pada tahap awal, pertumbuhan kristal berikutnya berlangsung tanpa hambatan menghasilkan kristal yang lebih besar.
Sonikasi Kontinu: Iradiasi terus menerus dari larutan jenuh menghasilkan kristal kecil karena ultrasonikasi yang tidak dijeda menciptakan banyak inti yang mengakibatkan pertumbuhan banyak kristal kecil.
Sonikasi Berdenyut: USG berdenyut berarti penerapan USG dalam interval yang ditentukan. Input energi ultrasonik yang dikontrol dengan tepat memungkinkan untuk mempengaruhi pertumbuhan kristal untuk mendapatkan ukuran kristal yang disesuaikan.

Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Sintesis Nanopartikel

Hielscher Ultrasonics menawarkan prosesor ultrasonik bertenaga tinggi dan andal yang dirancang untuk aplikasi sonokimia tingkat lanjut, termasuk sintesis sono dan katalisis sono. Pencampuran dan pendispersian ultrasonik secara signifikan meningkatkan perpindahan massa, meningkatkan pembasahan kelompok atom, dan memfasilitasi nukleasi selanjutnya, yang mengarah pada pengendapan nanopartikel yang efisien. Sintesis ultrasonik diakui sebagai metode yang sederhana, hemat biaya, biokompatibel, dapat direproduksi, cepat, dan aman untuk memproduksi nanomaterial berkualitas tinggi. (Baca lebih lanjut tentang sintesis sonokimia Perovskite dan Struktur nano ZnO!)

Ultrasonicators Hielscher direkayasa untuk kontrol yang tepat, memungkinkan kondisi optimal untuk nukleasi dan pertumbuhan nanomaterial. Perangkat digital ini memiliki perangkat lunak cerdas, layar sentuh berwarna, dan menu intuitif untuk pengoperasian yang aman dan ramah pengguna. Selain itu, mereka dilengkapi dengan perekaman data otomatis pada kartu SD bawaan, memastikan dokumentasi proses yang mulus.

Dengan rangkaian sistem yang komprehensif - mulai dari ultrasonicator genggam 50 watt yang ringkas untuk penggunaan laboratorium hingga sistem industri 16.000 watt yang kuat - Hielscher memberikan solusi ultrasonik yang ideal untuk setiap aplikasi. Dirancang untuk daya tahan, peralatan ultrasonik Hielscher dibuat untuk beroperasi terus menerus dalam kondisi tugas berat, bahkan di lingkungan yang menuntut, memastikan kinerja yang andal 24/7.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Perbandingan metode konvensional dan metode sintesis hijau sintesis nanopartikel.