ნანო-ვერცხლის სინთეზირება თაფლით და ულტრაბგერით
ნანო-ვერცხლი გამოიყენება მისი ანტიბაქტერიული თვისებების გამო მედიცინაში და მატერიალურ მეცნიერებაში მასალების გასაძლიერებლად. ულტრაბგერითი დამუშავება იძლევა წყალში სფერული ვერცხლის ნანონაწილაკების სწრაფ, ეფექტურ, უსაფრთხო და ეკოლოგიურად სუფთა სინთეზს. ულტრაბგერითი ნანონაწილაკების სინთეზი ადვილად შეიძლება მასშტაბური იყოს მცირედან დიდ წარმოებამდე.
კოლოიდური ნანო-ვერცხლის ულტრაბგერითი დახმარებით სინთეზი
სონოქიმიური სინთეზი, რომელიც ეხება ქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც ხელს უწყობს ულტრაბგერითი დასხივებით, არის ფართოდ გამოყენებული მეთოდი ნანონაწილაკების წარმოებისთვის. მათ შორისაა ვერცხლი, ოქრო, მაგნეტიტი, ჰიდროქსიაპატიტი, ქლოროქინი, პეროვსკიტი, ლატექსი და მრავალი სხვა ნანო მასალა.
ულტრაბგერითი სველ-ქიმიური სინთეზი
შემუშავებულია ულტრაბგერითი დახმარებით სინთეზის მრავალი გზა ვერცხლის ნანონაწილაკების წარმოებისთვის. ერთ-ერთი თვალსაჩინო მეთოდი იყენებს თაფლს, როგორც შემამცირებელ და დაფარვის აგენტს. თაფლში შემავალი კომპონენტები, როგორიცაა გლუკოზა და ფრუქტოზა, ამ როლებში სინერგიულად მოქმედებენ სინთეზის პროცესში.
ნანონაწილაკების სინთეზის მრავალი ტექნიკის მსგავსად, ულტრაბგერითი ნანო-ვერცხლის სინთეზი მიეკუთვნება სველი ქიმიის კატეგორიას. პროცესი იწყება ხსნარში ვერცხლის ნანონაწილაკების ნუკლეაციით. გაჟონვის დროს, ვერცხლის წინამორბედი (მაგ., ვერცხლის ნიტრატი (AgNO3), ან ვერცხლის პერქლორატი (AgClO4)) მცირდება შემამცირებელი აგენტის, როგორიცაა თაფლის თანდასწრებით, კოლოიდური ვერცხლის წარმოქმნით.
ულტრაბგერითი ვერცხლის ნუკლეაციისა და ზრდის მექანიზმი
ნუკლეაციის საწყისი ეტაპი: გახსნილი ვერცხლის იონების კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, მეტალის ვერცხლის იონები იწყებენ შეკვრას მცირე მტევნის წარმოქმნით. ამ ეტაპზე ეს მტევანი ენერგიულად არასტაბილურია უარყოფითი ენერგეტიკული ბალანსის გამო. ახალი ზედაპირების შესაქმნელად საჭირო ენერგია აღემატება დაშლილი ვერცხლის კონცენტრაციის შემცირებით მიღებულ ენერგიას.
- კრიტიკული რადიუსი: როდესაც კლასტერი მიაღწევს კონკრეტულ ზომას (კრიტიკულ რადიუსს), პროცესი ხდება ენერგიულად ხელსაყრელი, რაც სტაბილიზაციას უკეთებს კლასტერს. ეს სტაბილურობა საშუალებას აძლევს კლასტერს იმოქმედოს როგორც ბირთვი შემდგომი ზრდისთვის.
- ზრდის ფაზა: ზრდის დროს ვერცხლის დამატებითი ატომები დიფუზირდება ხსნარში და ემაგრება მზარდი ნანონაწილაკების ზედაპირს. ზრდა გრძელდება მანამ, სანამ გახსნილი ვერცხლის კონცენტრაცია არ დაეცემა ნუკლეაციის ზღურბლს ქვემოთ, რაც შეაჩერებს ახალი ბირთვების წარმოქმნას.
- დიფუზია და დასრულება: დარჩენილი გახსნილი ვერცხლი ჩართულია არსებულ ნანონაწილაკებში, რაც სრულდება პროცესით.
Sonication აჩქარებს მასის გადაცემას, განსაკუთრებით დატენიანებისა და დიფუზიის პროცესებს, რაც იწვევს უფრო სწრაფ ნუკლეაციას და კონტროლირებად ზრდას. ხმოვანი გამოსხივების პარამეტრების ზუსტად რეგულირებით, როგორიცაა ინტენსივობა და ხანგრძლივობა, ნანონაწილაკების ზომა, ზრდის სიჩქარე და ფორმა შეიძლება სრულყოფილად დარეგულირდეს. ეს ზუსტი კონტროლი უზრუნველყოფს ნანონაწილაკების თანმიმდევრულ სტრუქტურებს, რომლებიც მორგებულია კონკრეტულ აპლიკაციებზე.
ულტრაბგერითი დახმარებით სინთეზი გამოირჩევა, როგორც ეფექტური, მასშტაბირებადი და მწვანე ქიმიის მიდგომა ნანო-ვერცხლის წარმოებისთვის კარგად განსაზღვრული თვისებებით, რაც მნიშვნელოვან უპირატესობებს გვთავაზობს კვლევებსა და ინდუსტრიაში მრავალფეროვანი გამოყენებისთვის.
Sonication ხელს უწყობს ვერცხლის პატარა ნანონაწილაკების სწრაფ, მწვანე სინთეზს ვიწრო ზომის განაწილებით.
- მარტივი ერთი ქოთნის რეაქცია
- Უსაფრთხო
- სწრაფი პროცესი
- დაბალი ფასი
- ხაზოვანი მასშტაბირება
- ეკოლოგიურად სუფთა, მწვანე ქიმია
UP400 ქ – 400 ვატიანი ძლიერი ულტრაბგერითი ნანონაწილაკების სონოქიმიური სინთეზისთვის
ულტრაბგერითი ნანო-ვერცხლის სინთეზის შემთხვევის შესწავლა
კვლევა სახელწოდებით “თაფლის საფუძველზე და ულტრაბგერითი დახმარებით ვერცხლის ნანონაწილაკების სინთეზი და მათი ანტიბაქტერიული აქტივობა” ოსკუეს და სხვების მიერ. (2016) იკვლევს ვერცხლის ნანონაწილაკების (Ag-NPs) სინთეზირების მარტივ და ეკოლოგიურ მეთოდს ბუნებრივი თაფლის, როგორც შემცირების, ისე სტაბილიზაციის აგენტის გამოყენებით. პროცესი, რომელიც მოიცავს ვერცხლის ნიტრატის (AgNO3) შემცირებას ულტრაბგერითი დასხივების ქვეშ, ხასიათდება სხვადასხვა პარამეტრით, მათ შორის ვერცხლის იონის კონცენტრაციით, თაფლის კონცენტრაციით და გაჟღერების დროს. მიღებულ Ag-NP-ებს აქვთ საშუალო ზომა დაახლოებით 11,8 ნმ და ავლენენ ანტიბაქტერიულ თვისებებს პათოგენური ბაქტერიების მიმართ, როგორიცაა Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa და E. coli.
კვლევა ხაზს უსვამს თაფლის გამოყენების სარგებელს ნანონაწილაკების სინთეზში, ხაზს უსვამს მის მწვანე, დაბალფასიან და არატოქსიკურ ბუნებას. ავტორები აჩვენებენ, რომ Ag-NP-ების ზომა და გამოსავლიანობა შეიძლება კონტროლდებოდეს რეაქციის პარამეტრების კორექტირებით, როგორიცაა ვერცხლის კონცენტრაცია, თაფლის შემცველობა და გაჟონვის ხანგრძლივობა. სინთეზირებულ Ag-NP-ებს ჰქონდათ ეფექტური ანტიბაქტერიული აქტივობა, განსაკუთრებით E. coli და S. aureus-ის წინააღმდეგ, მინიმალური ინჰიბიტორული კონცენტრაციით (MIC) დაახლოებით 19.46 ppm. ეს მეთოდი წარმოადგენს Ag-NP-ების პოტენციურ გამოყენებას სამედიცინო სფეროებში, მათ შორის ჭრილობების შეხორცებასა და ინფექციის კონტროლში.
- მასალები: ვერცხლის ნიტრატი (AgNO3) როგორც ვერცხლის წინამორბედი; თაფლი, როგორც დაფარვის/შემცირების საშუალება; წყალი
- ულტრაბგერითი მოწყობილობა: ზონდის ტიპის sonicator UP400St
ულტრაბგერითი სინთეზის პროტოკოლი
კოლოიდური ვერცხლის ნანონაწილაკების სინთეზისთვის საუკეთესო პირობები აღმოჩნდა შემდეგი: ვერცხლის ნიტრატის შემცირება ულტრაბგერითი მოქმედებით, რომელიც შუამავლობს ბუნებრივი თაფლით. მოკლედ, 20 მლ ვერცხლის ნიტრატის ხსნარი (0.3 მ), რომელიც შეიცავს თაფლს (20 wt%), ექვემდებარებოდა მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი დასხივებას გარემო პირობებში 30 წუთის განმავლობაში. ულტრაბგერითი ჩატარდა ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი UP400S (400W, 24 kHz) ჩაეფლო უშუალოდ რეაქციის ხსნარში.
საკვები კლასის თაფლი გამოიყენება, როგორც დაფარვის/სტაბილიზაციისა და შემცირების საშუალება, რაც წყალხსნარს და დალექილ ნანონაწილაკებს სუფთა და უსაფრთხო ხდის მრავალჯერადი გამოყენებისთვის.
ულტრაბგერითი დროის გაზრდით, ვერცხლის ნანონაწილაკები უფრო მცირე ხდება და მათი კონცენტრაცია იზრდება.
თაფლის წყალხსნარში ულტრაბგერითი არის მთავარი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს ვერცხლის ნანონაწილაკების წარმოქმნაზე. გახმოვანების პარამეტრები, როგორიცაა ამპლიტუდა, დრო და უწყვეტი და პულსირებადი ულტრაბგერითი არის ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც საშუალებას გაძლევთ გააკონტროლოთ ვერცხლის ნანონაწილაკების ზომა და რაოდენობა.
ოპტიმალურ პირობებში სინთეზირებული Ag-NP-ების ნაწილაკების ზომის განაწილება; ვერცხლის კონცენტრაცია (0.3 მ), თაფლის კონცენტრაცია (20 wt%) და ულტრაბგერითი დასხივების დრო (30 წთ)
სურათის წყარო: ©Oskuee et al. 2016 წელი
ვერცხლის ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი სინთეზის შედეგი
ულტრაბგერითი დაწინაურებულმა, თაფლის შუამავლობით სინთეზმა სონიკატორ UP400St-თან ერთად გამოიწვია ვერცხლის სფერული ნანონაწილაკები (Ag-NPs) ნაწილაკების საშუალო ზომით დაახლოებით 11,8 ნმ. ვერცხლის ნანო ნაწილაკების ულტრაბგერითი სინთეზი არის მარტივი და სწრაფი ერთი ქოთნის მეთოდი. წყლისა და თაფლის მასალად გამოყენება რეაქციას ეკონომიურად და განსაკუთრებით ეკოლოგიურად ხდის.
ულტრაბგერითი სინთეზის წარმოდგენილი ტექნიკა თაფლის, როგორც შემამცირებელი და დაფარვის აგენტის გამოყენებით, შეიძლება გავრცელდეს სხვა კეთილშობილურ ლითონებზე, როგორიცაა ოქრო, პალადიუმი და სპილენძი, რომელიც გთავაზობთ სხვადასხვა დამატებით გამოყენებას მედიცინიდან ინდუსტრიამდე.
ოპტიმალურ პირობებში სინთეზირებული Ag-NP-ების ნაწილაკების ზომის განაწილება; ვერცხლის კონცენტრაცია (0.3 მ), თაფლის კონცენტრაცია (20 wt%) და ულტრაბგერითი დასხივების დრო (30 წთ)
შესწავლა და სურათი: ©Oskuee et al. 2016 წელი
ბირთვული და ნაწილაკების ზომაზე ზემოქმედება გაჟღერებით
ულტრაბგერითი საშუალებას იძლევა წარმოქმნას ნანონაწილაკები, როგორიცაა ვერცხლის ნანონაწილაკები, მორგებული მოთხოვნების შესაბამისად. სონიკაციის სამი ზოგადი ვარიანტი მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს გამომუშავებაზე:
პირველადი სონიკაცია: ულტრაბგერითი ტალღების მოკლე გამოყენებამ ზეგაჯერებულ ხსნარში შეიძლება გამოიწვიოს ბირთვების დათესვა და ფორმირება. იმის გამო, რომ სონიფიკაცია გამოიყენება მხოლოდ საწყის ეტაპზე, კრისტალების შემდგომი ზრდა შეუფერხებლად მიმდინარეობს, რაც იწვევს უფრო დიდ კრისტალებს.
უწყვეტი გაჟონვა: ზეგაჯერებული ხსნარის უწყვეტი დასხივება იწვევს მცირე კრისტალებს, რადგან დაუპაუზებელი ულტრაბგერითი ქმნის უამრავ ბირთვს, რაც იწვევს მრავალი პატარა კრისტალის ზრდას.
პულსირებული გაჟონვა: პულსირებული ულტრაბგერა ნიშნავს ულტრაბგერის გამოყენებას განსაზღვრულ ინტერვალებში. ულტრაბგერითი ენერგიის ზუსტად კონტროლირებადი შეყვანა საშუალებას გაძლევთ გავლენა მოახდინოთ კრისტალების ზრდაზე, რათა მიიღოთ მორგებული ბროლის ზომა.
მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ნანონაწილაკების სინთეზისთვის
Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ მაღალი სიმძლავრის, საიმედო ულტრაბგერითი პროცესორებს, რომლებიც შექმნილია მოწინავე სონოქიმიური აპლიკაციებისთვის, მათ შორის სონო-სინთეზისა და სონო-კატალიზისთვის. ულტრაბგერითი შერევა და დაშლა მნიშვნელოვნად აძლიერებს მასის გადაცემას, ხელს უწყობს ატომების გროვების დამსველებას და ხელს უწყობს მათ შემდგომ ბირთვს, რაც იწვევს ნანონაწილაკების ეფექტურ დალექვას. ულტრაბგერითი სინთეზი აღიარებულია, როგორც მარტივი, ეკონომიური, ბიოთავსებადი, რეპროდუცირებადი, სწრაფი და უსაფრთხო მეთოდი მაღალი ხარისხის ნანომასალების წარმოებისთვის. (წაიკითხეთ მეტი პეროვსკიტის სონოქიმიური სინთეზის შესახებ და ZnO ნანოსტრუქტურები!)
Hielscher ულტრაბგერითები შექმნილია ზუსტი კონტროლისთვის, რაც უზრუნველყოფს ოპტიმალურ პირობებს ნანომასალების ნუკლეაციისა და ზრდისთვის. ამ ციფრულ მოწყობილობებს აქვთ ინტელექტუალური პროგრამული უზრუნველყოფა, ფერადი სენსორული ეკრანი და ინტუიციური მენიუ უსაფრთხო და მოსახერხებელი მუშაობისთვის. გარდა ამისა, მათ გააჩნიათ მონაცემთა ავტომატური ჩაწერა ჩაშენებულ SD ბარათზე, რაც უზრუნველყოფს პროცესის უპრობლემო დოკუმენტაციას.
სისტემების ყოვლისმომცველი ასორტიმენტით - კომპაქტური 50 ვატიანი ხელის ულტრაბგერითი აპარატებიდან ლაბორატორიული გამოყენებისთვის და დამთავრებული 16000 ვატიანი სამრეწველო სისტემებით - Hielscher უზრუნველყოფს იდეალურ ულტრაბგერით გადაწყვეტას ყველა აპლიკაციისთვის. შექმნილია გამძლეობისთვის, Hielscher ულტრაბგერითი მოწყობილობა შექმნილია უწყვეტი მუშაობისთვის მძიმე სამუშაო პირობებში, თუნდაც მომთხოვნი გარემოში, რაც უზრუნველყოფს საიმედო შესრულებას 24/7.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500 მლ-მდე | 10-დან 200 მლ/წთ-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000hdT |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
ნანონაწილაკების სინთეზის ჩვეულებრივი მეთოდებისა და მწვანე სინთეზის მეთოდების შედარება.
სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორი UIP16000 (16 კვტ) ვერცხლის ნანონაწილაკების ფართომასშტაბიანი სინთეზისთვის.
ლიტერატურა/ცნობარი
- 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.
- D. Madhesh, S. Kalaiselvam (2014): Experimental Analysis of Hybrid Nanofluid as a Coolant. Procedia Engineering, Volume 97, 2014. 1667-1675.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
რა არის ვერცხლის ნანო ნაწილაკები?
ვერცხლის ნანო ნაწილაკები არის ვერცხლის ნაწილაკები, რომელთა ზომებია 1 ნმ-დან 100 ნმ-მდე. ვერცხლის ნანონაწილაკებს აქვთ ძალიან დიდი ზედაპირი, რაც იძლევა ლიგანდების დიდი რაოდენობის კოორდინაციის საშუალებას.
ვერცხლის ნანონაწილაკები გვთავაზობენ უნიკალურ ოპტიკურ, ელექტრულ და თერმულ თვისებებს, რაც მათ უაღრესად ღირებულს ხდის მატერიალური მეცნიერებისა და პროდუქტების განვითარებისთვის, მაგ., ფოტოელექტროსადგურები, ელექტრონიკა, გამტარ მელანი, ბიოლოგიური/ქიმიური სენსორები.
კიდევ ერთი გამოყენება, რომელიც უკვე ფართოდ დამკვიდრდა, არის ვერცხლის ნანონაწილაკების გამოყენება ანტიმიკრობული საფარისთვის და ბევრი ტექსტილი, კლავიატურა, ჭრილობის სახვევი და ბიოსამედიცინო მოწყობილობა ახლა შეიცავს ვერცხლის ნანონაწილაკებს, რომლებიც მუდმივად ათავისუფლებენ ვერცხლის იონების დაბალ დონეს ბაქტერიებისგან დაცვას. .
როგორ გამოიყენება ნანო-ვერცხლი ტექსტილში?
ვერცხლის ნანო ნაწილაკები გამოიყენება ტექსტილის წარმოებაში, სადაც Ag-NP-ები გამოიყენება ბამბის ქსოვილების დასამზადებლად რეგულირებადი ფერებით, ანტიბაქტერიული შესაძლებლობებით და თვითშემხორცებელი სუპერჰიდროფობიური თვისებებით. ვერცხლის ნანონაწილაკების ანტიბაქტერიული თვისება იძლევა ქსოვილების დამზადების საშუალებას, რომლებიც ამცირებენ ბაქტერიებისგან წარმოქმნილ სუნს (მაგ., ოფლის სუნს).
რა არის ანტიბაქტერიული საფარი მედიცინისა და სამედიცინო მომარაგებისთვის?
ვერცხლის ნანო ნაწილაკები ავლენენ ანტიბაქტერიულ, სოკოს საწინააღმდეგო და ანტიოქსიდანტურ მახასიათებლებს, რაც მათ საინტერესოს ხდის ფარმაცევტული და სამედიცინო აპლიკაციებისთვის, მაგ., სტომატოლოგიური სამუშაოები, ქირურგიული აპლიკაციები, ჭრილობების სამკურნალო მკურნალობა და ბიოსამედიცინო მოწყობილობები. კვლევამ აჩვენა, რომ ვერცხლის ნანო ნაწილაკები (Ag-nPs) აფერხებენ სხვადასხვა ბაქტერიების შტამების ზრდას და გამრავლებას, როგორიცაა Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Citrobacter koseri, Salmonella typhii, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Klebsiella pneumonie. . ანტიბაქტერიული / სოკოს საწინააღმდეგო ეფექტი მიიღწევა ვერცხლის ნანო ნაწილაკების უჯრედებში დიფუზიით და მიკრობული უჯრედების ბიომოლეკულებთან Ag/Ag+ იონების შეკავშირებით, ისე რომ მათი ფუნქცია დარღვეულია.
რა არის MIC ანალიზი?
MIC (მინიმალური ინჰიბიტორული კონცენტრაცია) ანალიზი განსაზღვრავს ნივთიერების ყველაზე დაბალ კონცენტრაციას, როგორიცაა ანტიმიკრობული აგენტი, რომელიც საჭიროა მიკროორგანიზმების ხილული ზრდის დასათრგუნად in vitro. იგი ჩვეულებრივ კეთდება სერიული განზავების გამოყენებით თხევადი ზრდის საშუალებაში და ინკუბაციის შემდეგ ბაქტერიების ზრდის გაზომვით. წაიკითხეთ მეტი იმის შესახებ, თუ როგორ აადვილებს sonication მაღალი გამტარუნარიანობის MIC ანალიზს!