銀ナノ粒子へのグリーン・ソノケミカル・ルート
銀ナノ粒子(AgNPs)は、その抗菌性、光学特性、高い電気伝導性により、頻繁に利用されるナノ材料である。κ-カラギーナンは環境に優しい天然安定剤として使用され、超音波は環境に優しい還元剤として作用する。
銀ナノ粒子のグリーン超音波合成
Elsupikheら(2015)は、銀ナノ粒子(AgNPs)調製のためのグリーンな超音波支援合成ルートを開発した。ソノケミストリーは、多くの湿式化学反応を促進することでよく知られている。超音波処理により、κ-カラギーナンを天然安定剤としてAgNPsを合成することができる。この反応は室温で行われ、不純物を含まないfcc結晶構造を持つ銀ナノ粒子を生成する。AgNPの粒度分布はκ-カラギーナンの濃度に影響される。
超音波処理によるκ-カラギーナンでキャッピングされたAg-NPs荷電基間の相互作用のスキーム。[Elsupikhe et al.］
手続き
- Ag-NPsは、AgNO3 κ-カラギーナンの存在下で超音波処理を行った。異なるサンプルを得るために、5つの懸濁液を調製した。3 を40mLのκ-カラギーナンに添加した。使用したκ-カラギーナン溶液は、それぞれ0.1、0.15、0.20、0.25、および0.3 wt%であった。
- 溶液を1時間撹拌し、AgNOを得た。3/κ-カラギーナン
- その後、試料に強い超音波を照射した：超音波装置の振幅 UP400S (400W、24kHz）を50％に設定した。超音波処理は室温で90分間行った。超音波液体処理装置のソノトロード UP400S を反応液に直接浸した。
- 超音波処理後、懸濁液を15分間遠心分離し、二重蒸留水で4回洗浄して残留銀イオンを除去した。沈殿したナノ粒子を40℃で一晩真空乾燥し、Ag-NPを得た。
方程式
- エヌエイチ2O —ソニケーション–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNo3–加水分解–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- アグ+ + H –削減–> Ag°
- アグ+ + H2O —> Ag° + OH + H+
分析と結果
結果を評価するため、サンプルは紫外可視分光分析、X線回折、FT-IR化学分析、TEMおよびSEM画像によって分析された。
Ag-NPsの数は、κ-カラギーナン濃度の増加とともに増加した。Ag/κ-カラギーナンの形成は紫外可視分光法で測定され、402から420nmに表面プラズモン吸収極大が観察された。X線回折(XRD)分析により、Ag-NPsは面心立方構造であることが示された。フーリエ変換赤外(FT-IR)スペクトルは、κ-カラギーナン中にAg-NPが存在することを示した。最高濃度のκ-カラギーナンの透過型電子顕微鏡(TEM)像は、平均粒径が4.21nmに近いAg-NPの分布を示した。走査型電子顕微鏡(SEM)像は、Ag-NPsの球状の形状を示した。SEM分析から、κ-カラギーナン濃度が高くなるにつれて、Ag/κ-カラギーナンの表面に変化が生じ、以下のことがわかった。 球状の小型Ag-NPs が得られた。
κ-カラギーナンの濃度を変えて超音波化学的に合成したAg/κ-カラギーナンのTEM像と対応する粒度分布。[それぞれ0.1%、0.2%、0.3%(a, b, c)]。
Ag+/-κ-カラギーナン（左）と超音波処理したAg/-κ-カラギーナン（右）。超音波処理はUP400Sで90分間行った。[Elsupikhe et al.］
UP400S – Agナノ粒子の超音波合成に使用した超音波装置
κ-カラギーナンの濃度を変えた場合のAg/κ-カラギーナンのSEM像。[それぞれ0.1％、0.2％、0.3％（a、b、c）］。[Elsupikheら、2015］。
文献／参考文献
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015)： κ-カラギーナンの濃度を変化させた銀ナノ粒子のグリーン超音波化学合成。Nanoscale Research Letters 10.2015.
基本情報
ソノケミストリー
溶液中（液体またはスラリー状態）の化学反応に強力な超音波を適用すると、音響キャビテーションとして知られる物理現象により、特定の活性化エネルギーが得られます。キャビテーションは、高いせん断力と、非常に高い温度や冷却速度、圧力、液体ジェットなどの極限状態を作り出します。これらの強力な力は反応を開始させ、液相中の分子の吸引力を破壊することができる。超音波照射は、ソノリシスなど数多くの反応に有効であることが知られている、 ゾル-ゲルルートの超音波化学合成 パラジウム, ラテックス, ヒドロキシアパタイト その他多くの物質続きを読む 生化学はこちら!
銀ナノ粒子
銀ナノ粒子の大きさは1nmから100nmである。頻繁に「銀」と表現されるが’ 銀ナノ粒子の中には、表面とバルクの銀原子の割合が大きいため、酸化銀の割合が大きいものもある。銀ナノ粒子はさまざまな構造で現れる。最も一般的なのは球状の銀ナノ粒子ですが、ダイヤモンドや八角形、薄いシートも利用されています。
銀ナノ粒子は医療用途で非常に頻繁に使用されている。銀イオンは生理活性があり、強力な抗菌・殺菌効果がある。表面積が非常に大きいため、多くの配位子を配位させることができる。その他の重要な特性は、導電性とユニークな光学特性である。
銀ナノ粒子は導電性を持つため、複合材料、プラスチック、エポキシ樹脂、接着剤などによく配合される。銀粒子は電気伝導性を高めるため、銀ペーストやインクは電子機器の製造に頻繁に使用される。銀ナノ粒子は表面プラズモンをサポートするため、AgNPsは優れた光学特性を持つ。プラズモン銀ナノ粒子は、表面増強ラマン分光法（SERS）や表面プラズモン場増強蛍光分光法（SPFS）のようなセンサー、検出器、分析機器に使用されている。
カラギーナン
カラギーナンは安価な天然ポリマーで、様々な種類のアカモクに含まれている。カラギーナンは直鎖の硫酸化多糖類で、ゲル化、増粘、安定化作用があるため、食品産業で広く使用されている。カラギーナンの主な用途は乳製品や肉製品で、その理由は食品タンパク質との強い結合力である。カラギーナンには主に3つの種類があり、硫酸化の度合いが異なる。κ-カラギーナンは二糖につき硫酸基が一つ。ι-カラギーナン（ι-carrageenan）には二糖につき2つの硫酸基がある。λ-カラギーナン（λ-carrageenan）には二糖あたり3つの硫酸基がある。
カッパカラギーナン（κ-カラギーナン）は、D-ガラクトースと3,6-アンヒドロ-D-ガラクトースの硫酸化多糖の直鎖構造を持つ。
κ-カラギーナンは、ゲル化剤や食感改良剤として食品産業で広く使用されています。アイスクリーム、クリーム、カッテージチーズ、ミルクセーキ、サラダドレッシング、加糖練乳、豆乳などの添加物として使用されています。 & 他の植物性ミルクやソースは、製品の粘度を高めるために使用される。
さらに、κ-カラギーナンは、シャンプーや化粧品クリームの増粘剤、歯磨き粉（成分が分離するのを防ぐ安定剤として）、消火フォーム（泡が粘着性を持つようにする増粘剤として）、芳香剤ジェル、靴墨（粘度を増すため）、細胞／酵素を固定化するバイオテクノロジー、医薬品（錠剤／タブレットの不活性賦形剤として）、ペットフードなどの非食品にも見出すことができる。