Via sonica verde alle nanoparticelle d'argento
Le nanoparticelle d'argento (AgNPs) sono nanomateriali spesso utilizzati per le loro proprietà antimicrobiche, ottiche e di elevata conducibilità elettrica. La via sicochimica che utilizza la kappa-carragenina è un metodo di sintesi semplice, conveniente e rispettoso dell'ambiente per la preparazione di nanoparticelle d'argento. La κ-carragenina è utilizzata come stabilizzatore naturale ecologico, mentre gli ultrasuoni agiscono come agente riducente ecologico.
Sintesi ecologica a ultrasuoni di nanoparticelle d'argento
Elsupikhe et al. (2015) hanno sviluppato una via di sintesi verde assistita da ultrasuoni per la preparazione di nanoparticelle di argento (AgNPs). La sonicazione è ben nota per promuovere molte reazioni chimiche umide. La sonicazione consente di sintetizzare AgNPs con κ-carragenina come stabilizzatore naturale. La reazione avviene a temperatura ambiente e produce nanoparticelle di argento con struttura cristallina fcc senza impurità. La distribuzione granulometrica delle AgNPs può essere influenzata dalla concentrazione di κ-carragenina.
Schema dell'interazione tra i gruppi carichi delle Ag-NPs ricoperte di κ-carragenina sotto sonicazione. [Elsupikhe et al. 2015].
Procedura
- Le Ag-NPs sono state sintetizzate riducendo AgNO3 mediante ultrasuoni in presenza di κ-carragenina. Per ottenere diversi campioni, sono state preparate cinque sospensioni, aggiungendo 10 mL di 0,1 M AgNO3 a 40 ml di κ-carragenina. Le soluzioni di κ-carragenina utilizzate erano rispettivamente 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 e 0,3 wt%.
- Le soluzioni sono state agitate per 1h per ottenere AgNO3/κ-carrageenan.
- Poi, i campioni sono stati esposti a un'intensa irradiazione di ultrasuoni: L'ampiezza del dispositivo a ultrasuoni UP400S (400W, 24kHz) è stato impostato al 50%. La sonicazione è stata applicata per 90 minuti a temperatura ambiente. Il sonotrodo dei processori a ultrasuoni per liquidi UP400S è stato immerso direttamente nella soluzione di reazione.
- Dopo la sonicazione, le sospensioni sono state centrifugate per 15 minuti e lavate con acqua bidistillata per quattro volte per rimuovere i residui di ioni argento. Le nanoparticelle precipitate sono state essiccate a 40°C sotto vuoto per una notte per ottenere le Ag-NPs.
Equazione
- nH2O —Sonicazione–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNo3–Idrolisi–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –riduzioni–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analisi e risultati
Per valutare i risultati, i campioni sono stati analizzati mediante analisi spettroscopica UV-visibile, diffrazione di raggi X, analisi chimica FT-IR, immagini TEM e SEM.
Il numero di Ag-NPs è aumentato con l'aumentare delle concentrazioni di κ-carragenina. La formazione di Ag/κ-carragenina è stata determinata mediante spettroscopia UV-visibile, dove il massimo di assorbimento plasmonico superficiale è stato osservato tra 402 e 420 nm. L'analisi di diffrazione dei raggi X (XRD) ha mostrato che gli Ag-NPs hanno una struttura cubica a facce centrate. Lo spettro infrarosso a trasformata di Fourier (FT-IR) ha indicato la presenza di Ag-NPs nel κ-carragenano. L'immagine di microscopia elettronica a trasmissione (TEM) per la concentrazione più alta di κ-carragenina ha mostrato la distribuzione di Ag-NPs con una dimensione media delle particelle vicina a 4,21 nm. Le immagini di microscopia elettronica a scansione (SEM) hanno illustrato la forma sferica delle Ag-NPs. L'analisi SEM mostra che con l'aumento della concentrazione di κ-carragenina, si sono verificati cambiamenti nella superficie di Ag/κ-carragenina, così che Ag-NPs di piccole dimensioni con forma sferica sono stati ottenuti.
Immagini TEM e corrispondenti distribuzioni dimensionali per Ag/κ-carragenano sintetizzato per via sonochemica a diverse concentrazioni di κ-carragenano. [0,1%, 0,2% e 0,3%, rispettivamente (a, b, c)].
Ag+/κ-carragenina (sinistra) e Ag/κ-carragenina sonicata (destra). La sonicazione è stata eseguita con UP400S per 90 minuti. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – il dispositivo a ultrasuoni utilizzato per la sintesi sonochemica delle nanoparticelle di Ag
Immagini SEM per Ag/κ-carragenina a diverse concentrazioni di κ-carragenina. [0,1%, 0,2% e 0,3%, rispettivamente (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015].
Letteratura/riferimenti
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Sintesi ecochimica di nanoparticelle d'argento a diverse concentrazioni di κ-carragenina. Nanoscale Research Letters 10. 2015.
Informazioni di Base
sicochimica
Quando si applicano potenti ultrasuoni alle reazioni chimiche in soluzione (allo stato liquido o fangoso), si ottiene un'energia di attivazione specifica dovuta a un fenomeno fisico, noto come cavitazione acustica. La cavitazione crea elevate forze di taglio e condizioni estreme, come temperature e velocità di raffreddamento molto elevate, pressioni e getti di liquido. Queste forze intense possono innescare reazioni e distruggere le forze attrattive delle molecole in fase liquida. È noto che numerose reazioni traggono vantaggio dall'irradiazione ultrasonica, ad esempio la sonolisi, via sol-gel, sintesi sonochemica di palladio, lattice, idrossiapatite e molte altre sostanze. Per saperne di più sonochemica qui!
Nanoparticelle d'argento
Le nanoparticelle d'argento sono caratterizzate da una dimensione compresa tra 1nm e 100nm. Sebbene siano spesso descritte come "argento’ Alcune sono composte da una grande percentuale di ossido d'argento, grazie all'elevato rapporto tra atomi di argento in superficie e in massa. Le nanoparticelle d'argento possono avere strutture diverse. La maggior parte delle volte vengono sintetizzate nanoparticelle d'argento sferiche, ma si utilizzano anche fogli diamantati, ottagonali e sottili.
Le nanoparticelle d'argento sono molto utilizzate nelle applicazioni mediche. Gli ioni d'argento sono bioattivi e hanno forti effetti antimicrobici e germicidi. La loro superficie estremamente ampia consente la coordinazione di numerosi ligandi. Altre caratteristiche importanti sono la conduttività e le proprietà ottiche uniche.
Per le loro caratteristiche conduttive, le nanoparticelle d'argento sono spesso incorporate in materiali compositi, plastici, epossidici e adesivi. Le particelle d'argento aumentano la conduttività elettrica; pertanto le paste e gli inchiostri d'argento sono spesso utilizzati nella produzione di elettronica. Poiché le nanoparticelle d'argento supportano i plasmoni di superficie, le AgNPs hanno eccezionali proprietà ottiche. Le nanoparticelle d'argento plasmoniche sono utilizzate per sensori, rivelatori e apparecchiature analitiche come la spettroscopia Raman potenziata dalla superficie (SERS) e la spettroscopia di fluorescenza potenziata dal campo dei plasmon di superficie (SPFS).
Carragenina
La carragenina è un polimero naturale a basso costo, presente in varie specie di alghe rosse. Le carragenine sono polisaccaridi solfati lineari ampiamente utilizzati nell'industria alimentare per le loro proprietà gelificanti, addensanti e stabilizzanti. La loro applicazione principale è nei prodotti lattiero-caseari e a base di carne, grazie al loro forte legame con le proteine alimentari. Esistono tre varietà principali di carragenina, che si differenziano per il grado di solfatazione. La kappa-carragenina ha un gruppo solfato per ogni disaccaride. La carragenina Iota (ι-carragenina) ha due solfati per disaccaride. La carragenina lambda (λ-carragenina) ha tre solfati per disaccaride.
La carragenina kappa (κ-carragenina) ha una struttura lineare di polisaccaride solfatato di D-galattosio e 3,6-anidro-D-galattosio.
La κ-carragenina è ampiamente utilizzata nell'industria alimentare, ad esempio come agente gelificante e per modificare la consistenza. Si trova come additivo in gelati, panna, ricotta, frullati, condimenti per insalate, latti condensati zuccherati, latte di soia, ecc. & altri latti vegetali e salse per aumentare la viscosità del prodotto.
Inoltre, la κ-carragenina si trova in prodotti non alimentari come addensante in shampoo e creme cosmetiche, in dentifrici (come stabilizzante per evitare la separazione dei componenti), schiume antincendio (come addensante per rendere la schiuma appiccicosa), gel deodoranti per ambienti, lucidi per scarpe (per aumentare la viscosità), nella biotecnologia per immobilizzare cellule/enzimi, nei prodotti farmaceutici (come eccipiente inattivo in pillole/pastiglie), negli alimenti per animali domestici ecc.