მწვანე სონოქიმიური მარშრუტი ვერცხლის ნანონაწილაკებამდე
ვერცხლის ნანონაწილაკები (AgNPs) ხშირად გამოიყენება ნანომასალები მათი ანტიმიკრობული თვისებების, ოპტიკური თვისებების და მაღალი ელექტრული გამტარობის გამო. სონოქიმიური გზა კაპა კარაგენანის გამოყენებით არის მარტივი, მოსახერხებელი და ეკოლოგიურად სუფთა სინთეზის მეთოდი ვერცხლის ნანო ნაწილაკების მოსამზადებლად. κ-კარაგენანი გამოიყენება, როგორც ბუნებრივი ეკოლოგიურად სუფთა სტაბილიზატორი, ხოლო ელექტრო ულტრაბგერა მოქმედებს როგორც მწვანე შემცირების აგენტი.
მწვანე ქიმია მოითხოვს პარამეტრის ზუსტ კონტროლს. ჩვენი ნანომასალების ინჟინრები დაგეხმარებიან აირჩიოთ სწორი სონოტროდი, რეაქტორის გეომეტრია და სიმძლავრის პარამეტრები, რათა მაქსიმალურად გაზარდოთ მოსავლიანობა, გააკონტროლოთ ნაწილაკების მორფოლოგია და უზრუნველყოთ მწვანე ქიმიის პრინციპებთან სრული შესაბამისობა.
Ag+/κ-carrageenan (მარცხნივ) და sonicated Ag/κ-carrageenan (მარჯვნივ). Sonication შესრულდა UP400S-ით 90 წუთის განმავლობაში.
[Elsupikhe et al. 2015]
ვერცხლის ნანონაწილაკების მწვანე ულტრაბგერითი სინთეზი
ელსუპიხე და სხვ. (2015) შეიმუშავეს მწვანე ულტრაბგერითი დახმარებით სინთეზის მარშრუტი ვერცხლის ნანონაწილაკების (AgNPs) მოსამზადებლად. Sonochemistry კარგად არის ცნობილი მრავალი სველი ქიმიური რეაქციის ხელშეწყობისთვის. Sonication საშუალებას აძლევს AgNP-ების სინთეზირებას κ-კარაგენანთან, როგორც ბუნებრივ სტაბილიზატორად. რეაქცია მიმდინარეობს ოთახის ტემპერატურაზე და წარმოქმნის ვერცხლის ნანონაწილაკებს fcc კრისტალური სტრუქტურით ყოველგვარი მინარევების გარეშე. AgNP-ების ნაწილაკების ზომის განაწილებაზე შეიძლება გავლენა იქონიოს κ-კარაგენანის კონცენტრაციამ.
ურთიერთქმედების სქემა Ag-NP-ებით დამუხტულ ჯგუფებს შორის, რომლებიც დაფარულია κ-კარაგენანით გახმოვანების დროს. [ელსუპიხე და სხვ. 2015]
Procedure: Sustainable Synthesis of Silver Nanoparticles
- Ag-NP-ები სინთეზირებული იყო AgNO-ს შემცირებით3 ულტრაბგერითი გამოყენებით κ-კარაგენანის თანდასწრებით. სხვადასხვა ნიმუშების მისაღებად მომზადდა ხუთი სუსპენზია 10 მლ 0.1 M AgNO-ს დამატებით.3 40-მლ-მდე κ-კარაგენანი. გამოყენებული κ-კარაგენანის ხსნარები იყო 0.1, 0.15, 0.20, 0.25 და 0.3 wt%, შესაბამისად.
- ხსნარებს ურევენ 1 საათის განმავლობაში AgNO-ს მისაღებად3/κ-კარაგენანი.
- შემდეგ ნიმუშები ექვემდებარებოდა ინტენსიურ ულტრაბგერით დასხივებას: ულტრაბგერითი მოწყობილობის ამპლიტუდა UP400S (400W, 24kHz) დაყენებული იყო 50%. Sonication იქნა გამოყენებული 90 წუთის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე. ულტრაბგერითი თხევადი პროცესორების სონოტროდი UP400S ჩაეფლო პირდაპირ რეაქციის ხსნარში.
- სონიკაციის შემდეგ, სუსპენზიები ცენტრიფუგირებულ იქნა 15 წუთის განმავლობაში და გარეცხილი ორჯერ გამოხდილი წყლით ოთხჯერ, ვერცხლის იონის ნარჩენების მოსაშორებლად. დალექილი ნანონაწილაკები გაშრეს 40°C-ზე ვაკუუმის ქვეშ მთელი ღამის განმავლობაში Ag-NP-ების მისაღებად.
განტოლება
- nH₂O —გაჟონვა–> +H + OH
- OH + RH –> R + H₂O
- AgNo₃–ჰიდროლიზი–> Ag+ + NO₃–
- R + აგ+ —> Ag° + R’ + H+
- აღ+ + H –შემცირება–> Ag°
- აღ+ + H2ო —> Ag° + OH + H+
Analysis and Results: Ultrasonically Synthesized Silver Nanoparticles
შედეგების შესაფასებლად ნიმუშები გაანალიზდა ულტრაიისფერი ხილული სპექტროსკოპიული ანალიზით, რენტგენის დიფრაქციით, FT-IR ქიმიური ანალიზით, TEM და SEM გამოსახულებებით.
The number of Ag-NPs increased with increasing κ-carrageenan concentrations. The formation of Ag/κ-carrageenan was determined by UV-visible spectroscopy where the surface plasmon absorption maximum was observed at 402 to 420nm. The X-ray diffraction (XRD) analysis showed that the Ag-NPs are of a face-centered cubic structure. The Fourier transform infrared (FT-IR) spectrum indicated the presence of Ag-NPs in κ-carrageenan. Transmission electron microscopy (TEM) image for the highest concentration of κ-carrageenan showed the distribution of Ag-NPs with an average particle size near to 4.21nm. Scan electron microscopy (SEM) images illustrated the spherical shape of the Ag-NPs. The SEM analysis shows that with increasing κ-carrageenan concentration, changes in the surface of Ag/κ-carrageenan occurred, so that small-sized Ag-NPs with spherical shape were obtained.
TEM სურათები და შესაბამისი ზომის განაწილება სონოქიმიურად სინთეზირებული Ag/κ-კარაგენანისთვის κ-კარაგენანის სხვადასხვა კონცენტრაციაზე. [0.1%, 0.2% და 0.3%, შესაბამისად (a, b, c)].
UP400S – ულტრაბგერითი მოწყობილობა, რომელიც გამოიყენება Ag ნანონაწილაკების სონოქიმიური სინთეზისთვის
ლიტერატურა/ცნობარი
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Green sonochemical synthesis of silver nanoparticles at varying concentrations of κ-carrageenan. Nanoscale Research Letters 10. 2015.
- Reza Kazemi Oskuee, Azhar Banikamali, Bibi Sedigheh Fazly Bazzaz, Hasan Ali Hosseini, and 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.
- Bose, Rahul & Roychoudhury, Piya & Pal, Ruma (2021): In-situ green synthesis of fluorescent silica–silver conjugate nanodendrites using nanoporous frustules of diatoms: an unprecedented approach. Bioprocess and Biosystems Engineering 44, 2021
- I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011): Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.
ხშირად დასმული კითხვები: ვერცხლის ნანონაწილაკების მწვანე სონოქიმიური სინთეზი
როგორ აუმჯობესებს ულტრაბგერა ვერცხლის ნანონაწილაკების მწვანე სინთეზს?
ულტრაბგერა წარმოქმნის აკუსტიკურ კავიტაციას, ქმნის ლოკალურ ცხელ წერტილებს, რომლებიც სწრაფად ამცირებენ ვერცხლის იონებს ეკოლოგიურად სუფთა საშუალებებით. ეს სონოქიმიური პროცესი აჩქარებს რეაქციის კინეტიკას, ხელს უწყობს ერთფეროვან ნუკლეუსაციას და საშუალებას აძლევს ნაწილაკების ზომისა და ფორმის ზუსტ კონტროლს – ყველაფერი ოხშივარი ქიმიკატებისა და მაღალი თერმული ენერგიის გარეშე.
რა არის მწვანე სონოქიმიური მეთოდის მთავარი უპირატესობები AgNPs-ისთვის?
მწვანე სონოქიმიური სინთეზი აერთიანებს ულტრამყარობა სონორეკაციას ბიოთანამგრძნობი შემცირებელი და დაფასოებელი აგენტების (როგორიცაა მცენარეული ექსტრაქტები, შაქრები, ან პოლიმერები) გამოყენებას, რათა მიიღოს არატოქსიკური, ეკოლოგიურად უსაფრთხო ვერცხლის ნანოქატილები. ეს მეთოდი ამცირებს ენერგიის მოხმარებას, აჩქარებს სინთეზის პროცესს, აქრობს საშიშ პროდუქტებს და უზრუნველყოფს მაღალი სტაბილურობის ნანოქატილებს თანმიმდევრული ზომით.
ძლია თუ ულტრამყარობა მართოს ვერცხლის ნანოქატილების ზომასა და ფორმაზე?
კი. ულტრაბგერითი ამპლიტუდის, სიხშირის, სიმძლავრის სიხისტის და სონის დროსი კორექტირებით, მწარმოებლები შეუძლიათ ფრთხილად შეასწორონ ნუკლეაციისა და ზრდის სიჩქარეები. ეს საშუალებას იძლევა სფერულ, კუბურ, სამკუთხა ფირფიტების სხვადასხვა ფორმის 5–100 ნმ-მდე AgNP-ების გამეორებადი წარმოებისთვის, მორგებული სპეციფიკურ ბიომედიცინურ, ელექტრონულ ან სამრეწველო გამოყენებებზე.
ულტრაბგერითი მწვანე სინთეზი შესაძლებელია ინდუსტრიული AgNP წარმოებისთვის?
მიუხედავად ამისა. ინდუსტრიული ულტრაბგერითი პროცესორები მხარს უჭერენ მიმდინარე გამავლობის რეაქტორებს that seamlessly scale from lab batches to full manufacturing. Inline sonication ensures uniform cavitation distribution, real-time process monitoring, and batch-to-batch consistency, making it ideal for high-volume, eco-friendly AgNP manufacturing.
რომელი მწვანე შემცირებელი აგენტები მუშაობს bäst ულტრაბგერითი ვერცხლის ნანოშფერული სინთეზისთვის?
ეფექტური ეკო-მეგობრული აგენტები მოიცავს მცენარეულ ექსტრაქტებს (მაგალითად, ალოე, მწვანე ჩაი, ციტრუსის კანი), ნახშირწყლებს, ამინომჟავებს, ცილებს და ბიოდეგრადირებად პოლიმერებს. ულტრაბგერა ზრდის მათი შემცირებისა და სტაბილიზაციის ეფექტურობას, რაც საშუალებას აძლევს მთლიანად ჩაანაცვლოთ სინთეზური ქიმიკატები, შენარჩუნებული იქნას მაღალი მოსავლიანობა, კოლოიდური სტაბილურობა და ფუნქციური შესრულება.
სონოქიმიური სინთეზი როგორია ტრადიციულ ქიმიურ მეთოდებთან შედარებით ვერცხლის ნანოშფერული ნაწილაკების (AgNPs) წარმოებისთვის?
ტრადიციული ქიმიური მეთოდები ხშირად იყენებენ ტოქსიკურ შემცირებლებს (მაგალითად, ნატრიუმის ბოროჰიდრიდს), ექსტრემალურ pH-ს და ქმნიან მავნე ნარჩენებს. მწვანე სონოქიმიური სინთეზი იყენებს უსაფრთხო, განახლებად მატერიალებს, ფუნქციონირებს უაღრესად ან ნაზ ტემპერატურებზე, მნიშვნელოვნად ამცირებს პროცესის დროს და წარმოქმნის უფრო სუფთა, ბიოკომპატიბელურ ნანობოჭკოს, რომელსაც აქვს მაღალ დონეზე დისპერსია და შენახვის ხანგრძლივობა.
რომელ ინდუსტრიებს სარგებლობს მწვანე ულტრაბგერითი ვერცხლის ნანობოჭკოები?
AgNPs, რომლებიც სინთეზირებულია მწვანე სონოქიმიური მეთოდებით, ფართოდ გამოიყენება ანტიმიკრობული საფარებში, სამედიცინო მოწყობილობებში, ჭრილობების მოვლაში, წყლის გაფილტრვაში, მოქნილ ელექტრონიკაში და მდგრად პაკეტირებაში. მათი ეკოლოგიურად სუფთა წარმოება უზრუნველყოფს მკაცრი გარემოსდაცვითი და უსაფრთხოების სტანდარტების დაცვას, ხოლო მაღალი შესრულებისა და რეგულატორული მიღების მიღწევას.
რა არის ვერცხლის ნანობოჭკოები?
ვერცხლის ნანონაწილაკები ხასიათდება ზომით 1 ნმ-დან 100 ნმ-მდე. მიუხედავად იმისა, რომ ხშირად აღწერილია, როგორც "ვერცხლი".’ ზოგიერთი შედგება ვერცხლის ოქსიდის დიდი პროცენტისგან, ვერცხლის ზედაპირის ატომების დიდი თანაფარდობის გამო. ვერცხლის ნანონაწილაკები შეიძლება გამოჩნდეს სხვადასხვა სტრუქტურით. ყველაზე ხშირად, სფერული ვერცხლის ნანონაწილაკები სინთეზირებულია, მაგრამ ასევე გამოიყენება ალმასის, რვაკუთხა და თხელი ფურცლები.
ვერცხლის ნანონაწილაკები ძალიან ხშირია სამედიცინო პროგრამებში. ვერცხლის იონები ბიოაქტიურია და აქვთ ძლიერი ანტიმიკრობული და ბაქტერიციდული მოქმედება. მათი უკიდურესად დიდი ზედაპირი იძლევა მრავალი ლიგანდის კოორდინაციის საშუალებას. სხვა მნიშვნელოვანი მახასიათებლებია გამტარობა და უნიკალური ოპტიკური თვისებები.
მათი გამტარი თვისებების გამო, ვერცხლის ნანონაწილაკები ხშირად ჩართულია კომპოზიტებში, პლასტმასებში, ეპოქსიდებში და ადჰეზივებში. ვერცხლის ნაწილაკები ზრდის ელექტროგამტარობას; ამიტომ ვერცხლის პასტები და მელანები ხშირად გამოიყენება ელექტრონიკის წარმოებაში. ვინაიდან ვერცხლის ნანონაწილაკები მხარს უჭერენ ზედაპირულ პლაზმონებს, AgNP-ებს აქვთ გამორჩეული ოპტიკური თვისებები. პლაზმური ვერცხლის ნანონაწილაკები გამოიყენება სენსორებისთვის, დეტექტორებისთვის და ანალიტიკური მოწყობილობებისთვის, როგორიცაა Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) და Surface Plasmon Field-Enhanced Fluorescence Spectroscopy (SPFS).
რა არის კარაგენანი?
კარაგენანი არის იაფი ბუნებრივი პოლიმერი, რომელიც გვხვდება წითელი ზღვის მცენარეების სხვადასხვა სახეობაში. კარაგენები არის წრფივი სულფატირებული პოლისაქარიდები, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება კვების მრეწველობაში მათი გელის, გასქელების და სტაბილიზაციის თვისებებისთვის. მათი ძირითადი გამოყენება არის რძის და ხორცპროდუქტებში, საკვების ცილებთან მათი ძლიერი შეკავშირების გამო. არსებობს კარაგენანის სამი ძირითადი ჯიში, რომლებიც განსხვავდება სულფაციის ხარისხით. კაპა-კარაგენანს აქვს ერთი სულფატური ჯგუფი თითო დისაქარიდზე. იოტა-კარაგენანს (ι-კარაგენენს) აქვს ორი სულფატი თითო დისაქარიდზე. ლამბდა კარაგენანს (λ-კარაგენენი) აქვს სამი სულფატი თითო დისაქარიდზე.
კაპა კარაგენანს (κ-კარაგენანს) აქვს D-გალაქტოზის და 3,6-ანჰიდრო-D-გალაქტოზის სულფატირებული პოლისაქარიდის წრფივი სტრუქტურა.
κ-კარაგენანი ფართოდ გამოიყენება კვების მრეწველობაში, მაგ., როგორც გელის აგენტი და ტექსტურის მოდიფიკაციისთვის. ის გვხვდება როგორც დანამატი ნაყინში, ნაღებში, ხაჭოში, რძიანში, სალათის სოუსებში, ტკბილ შედედებულ რძეში, სოიოს რძეში. & სხვა მცენარეული რძე და სოუსები პროდუქტის სიბლანტის გასაზრდელად.
გარდა ამისა, κ-კარაგენანი გვხვდება არასასურსათო პროდუქტებში, როგორიცაა გასქელება შამპუნში და კოსმეტიკურ კრემებში, კბილის პასტაში (სტაბილიზატორის შემადგენელი კომპონენტების გამოყოფის თავიდან ასაცილებლად), ხანძარსაწინააღმდეგო ქაფში (როგორც შემასქელებელი, რომელიც იწვევს ქაფის წებოვნებას), ჰაერის გამაგრილებელ გელებს. ფეხსაცმლის გასაპრიალებელი (სიბლანტის გასაზრდელად), ბიოტექნოლოგიაში უჯრედების/ფერმენტების იმობილიზაციისთვის, ფარმაცევტულ საშუალებებში (როგორც არააქტიური დამხმარე ნივთიერება აბებში/ტაბლეტებში), შინაური ცხოველების საკვებში და ა.შ.
SEM სურათები Ag/κ-კარაგენანისთვის κ-კარაგენანის სხვადასხვა კონცენტრაციით. [0.1%, 0.2% და 0.3%, შესაბამისად (a, b, c)]. [ელსუპიხე და სხვ. 2015]