Nano-sudraba sintēze ar medu un ultraskaņu
Nano-sudrabs tiek izmantots tā antibakteriālo īpašību dēļ, lai nostiprinātu materiālus medicīnā un materiālzinātnē. Ultrasonication ļauj ātri, efektīvi, droši un videi draudzīgi sfērisko sudraba nanodaļiņu sintēzi ūdenī. Ultraskaņas nanodaļiņu sintēzi var viegli mērogot no mazas līdz lielai ražošanai.
Koloidālā Nano-sudraba ultraskaņas sintēze
Sonochemical sintēze, kas attiecas uz ķīmiskām reakcijām, ko veicina ultraskaņas apstarošana, ir plaši izmantota metode nanodaļiņu ražošanai. Tie ietver sudrabu, zeltu, magnetītu, hidroksiapatīts, hlorohīns, Perovskite, Lateksa un daudzi citi nanomateriāli.
Ultraskaņas mitrā ķīmiskā sintēze
Sudraba nanodaļiņu ražošanai ir izstrādāti vairāki ultrasoniski atbalstīti sintēzes ceļi. Viena no ievērojamākajām metodēm izmanto medu gan kā reducējošu, gan ierobežojošu līdzekli. Medus sastāvdaļas, piemēram, glikoze un fruktoze, sintēzes procesa laikā šajās lomās darbojas sinerģiski.
Līdzīgi kā daudzas nanodaļiņu sintēzes metodes, ultraskaņas nano-sudraba sintēze ietilpst mitrās ķīmijas kategorijā. Process sākas ar sudraba nanodaļiņu nukleāciju šķīdumā. Ultraskaņas apstrādes laikā sudraba prekursors (piemēram, sudraba nitrāts (AgNO3), vai sudraba perhlorātu (AgClO4)) tiek samazināts reducētāja, piemēram, medus, klātbūtnē, lai iegūtu koloidālu sudrabu.
Ultraskaņas sudraba nukleācijas un augšanas mehānisms
Sākotnējā nukleācijas fāze: Palielinoties izšķīdušo sudraba jonu koncentrācijai, metāla sudraba joni sāk saistīties, veidojot mazus klasterus. Šajā posmā šīs kopas ir enerģētiski nestabilas negatīvas enerģijas bilances dēļ. Enerģija, kas nepieciešama jaunu virsmu radīšanai, pārsniedz enerģiju, kas iegūta, samazinot izšķīdušā sudraba koncentrāciju.
- Kritiskais rādiuss: Kad klasteris sasniedz noteiktu izmēru (kritisko rādiusu), process kļūst enerģētiski labvēlīgs, stabilizējot klasteri. Šī stabilitāte ļauj klasterim darboties kā kodolam turpmākai izaugsmei.
- Augšanas fāze: Augšanas laikā papildu sudraba atomi izkliedējas caur šķīdumu un piestiprinās pie augošās nanodaļiņu virsmas. Pieaugums turpinās, līdz izšķīdušā sudraba koncentrācija nokrītas zem nukleācijas sliekšņa, apturot jaunu kodolu veidošanos.
- Difūzija un pabeigšana: Atlikušais izšķīdušais sudrabs tiek iekļauts esošajās nanodaļiņās, pabeidzot procesu.
Ultraskaņas apstrāde paātrina masas pārnesi, īpaši mitrināšanas un difūzijas procesus, kas noved pie ātrākas nukleācijas un kontrolētas augšanas. Precīzi pielāgojot ultraskaņas apstrādes parametrus, piemēram, intensitāti un ilgumu, nanodaļiņu lielumu, augšanas ātrumu un formu var precīzi noregulēt. Šī precīzā vadība nodrošina konsekventas nanodaļiņu struktūras, kas pielāgotas konkrētiem lietojumiem.
Ultrasoniski atbalstīta sintēze izceļas kā efektīva, mērogojama un zaļās ķīmijas pieeja nano-sudraba ražošanai ar skaidri definētām īpašībām, piedāvājot ievērojamas priekšrocības dažādiem lietojumiem pētniecībā un rūpniecībā.
Ultraskaņas apstrāde atvieglo mazu sudraba nanodaļiņu ātru, zaļu sintēzi ar šauru izmēru sadalījumu.
- vienkārša viena katla reakcija
- Drošs
- ātrs process
- zemas izmaksas
- lineārā mērogojamība
- videi draudzīga, zaļā ķīmija
UP400St – 400 vati spēcīgs ultrasonikators nanodaļiņu sonoķīmiskai sintēzei
Ultraskaņas Nano-sudraba sintēzes gadījuma izpēte
Pētījuma nosaukums bija “Medus un ultraskaņas sudraba nanodaļiņu sintēze un to antibakteriālās aktivitātes” (2016) pēta vienkāršu un videi draudzīgu metodi sudraba nanodaļiņu (Ag-NPs) sintezēšanai, izmantojot dabisko medu gan kā reducējošu, gan stabilizējošu līdzekli. Procesu, kas ietver sudraba nitrāta (AgNO₃) samazināšanu ultraskaņas apstarošanas laikā, raksturo dažādi parametri, tostarp sudraba jonu koncentrācija, medus koncentrācija un ultraskaņas apstrādes laiks. Iegūto Ag-NPs vidējais izmērs ir aptuveni 11,8 nm, un tiem piemīt antibakteriālas īpašības pret patogēnām baktērijām, piemēram, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa un E. coli.
Pētījumā uzsvērtas medus izmantošanas priekšrocības nanodaļiņu sintēzē, uzsverot tā zaļo, lēto un netoksisko dabu. Autori pierāda, ka Ag-NPs lielumu un ražu var kontrolēt, pielāgojot reakcijas parametrus, piemēram, sudraba koncentrāciju, medus saturu un ultraskaņas apstrādes ilgumu. Tika pierādīts, ka sintezētajiem Ag-NPs piemīt efektīva antibakteriāla aktivitāte, īpaši pret E. coli un S. aureus, ar minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIC) aptuveni 19,46 ppm. Šī metode piedāvā potenciālu pielietojumu Ag-NPs medicīnas jomās, tostarp brūču dzīšanā un infekciju kontrolē.
- Materiāli: sudraba nitrāts (AgNO3) kā sudraba prekursoru; medus kā vāciņš / reducētājs; Ūdens
- Ultraskaņas ierīce: Zondes tipa sonikators UP400St
Ultraskaņas sintēzes protokols
Tika konstatēts, ka labākie apstākļi koloidālo sudraba nanodaļiņu sintēzei ir šādi: Sudraba nitrāta samazināšana ultrasonikācijā, ko mediē dabīgais medus. Īsumā, 20 ml sudraba nitrāta šķīduma (0,3 M), kas satur medu (20 masas%), tika pakļauti augstas intensitātes ultraskaņas apstarošanai apkārtējās vides apstākļos 30 min. Ultrasonication tika veikta ar zondes tipa ultrasonicator UP400S (400W, 24 kHz), kas iegremdēts tieši reakcijas šķīdumā.
Pārtikas kvalitātes medu izmanto kā ierobežošanas / stabilizēšanas un reducēšanas līdzekli, kas padara ūdens nukleācijas šķīdumu un nogulsnētās nanodaļiņas tīras un drošas daudzveidīgiem lietojumiem.
Palielinoties ultrasonikācijas laikam, sudraba nanodaļiņas kļūst mazākas un to koncentrācija tiek uzlabota.
Ūdens medus šķīdumā ultrasonication ir galvenais faktors, kas ietekmē sudraba nanodaļiņu veidošanos. Ultraskaņas parametri, piemēram, amplitūda, laiks un nepārtraukta vs pulsējoša ultraskaņa, ir galvenie faktori, kas ļauj kontrolēt sudraba nanodaļiņu lielumu un daudzumu.
Optimālos apstākļos sintezētu Ag-NPs daļiņu izmēra sadalījums; sudraba koncentrācijas (0,3 M), medus koncentrācijas (20 masas%) un ultraskaņas apstarošanas laiki (30 min)
attēla avots: ©Oskuee et al. 2016
Sudraba nanodaļiņu ultraskaņas sintēzes rezultāts
Ultrasoniski veicinātā, medus mediētā sintēze ar sonikatoru UP400St izraisīja sfēriskas sudraba nanodaļiņas (Ag-NPs) ar vidējo daļiņu izmēru aptuveni 11,8nm. Sudraba nanodaļiņu ultraskaņas sintēze ir vienkārša un ātra viena katla metode. Ūdens un medus kā materiālu izmantošana padara reakciju rentablu un ārkārtīgi videi draudzīgu.
Prezentēto ultraskaņas sintēzes tehniku, izmantojot medu kā reducējošu un ierobežojošu līdzekli, var attiecināt uz citiem cēlmetāliem, piemēram, zeltu, pallādiju un varu, kas piedāvā dažādus papildu pielietojumus no medicīnas uz rūpniecību.
Optimālos apstākļos sintezētu Ag-NPs daļiņu izmēra sadalījums; sudraba koncentrācijas (0,3 M), medus koncentrācijas (20 masas%) un ultraskaņas apstarošanas laiks (30 min)
Pētījums un attēls: ©Oskuee et al. 2016
Nukleācijas un daļiņu lieluma ietekmēšana ar ultraskaņu
Ultraskaņa ļauj ražot nanodaļiņas, piemēram, sudraba nanodaļiņas, kas pielāgotas prasībām. Trīs vispārīgām ultraskaņas apstrādes iespējām ir svarīga ietekme uz produkciju:
Sākotnējā ultraskaņas apstrāde: Īss ultraskaņas viļņu pielietojums pārsātinātam šķīdumam var sākt kodolu sēšanu un veidošanos. Tā kā ultraskaņas apstrāde tiek veikta tikai sākotnējā posmā, turpmākā kristāla augšana notiek netraucēti, kā rezultātā rodas lielāki kristāli.
Nepārtraukta ultraskaņas apstrāde: Nepārtraukta pārsātinātā šķīduma apstarošana rada mazus kristālus, jo neizmantotā ultrasonikācija rada daudz kodolu, kā rezultātā aug daudzi mazi kristāli.
Pulsējoša ultraskaņas apstrāde: Impulsu ultraskaņa nozīmē ultraskaņas pielietošanu noteiktos intervālos. Precīzi kontrolēta ultraskaņas enerģijas ieeja ļauj ietekmēt kristāla augšanu, lai iegūtu pielāgotu kristāla izmēru.
Augstas veiktspējas ultrasonikatori nanodaļiņu sintēzei
Hielscher Ultrasonics piedāvā lieljaudas, uzticamus ultraskaņas procesorus, kas paredzēti progresīviem sonochemical lietojumiem, ieskaitot sono-sintēzi un sono-katalīzi. Ultraskaņas sajaukšana un izkliedēšana ievērojami uzlabo masas pārnesi, veicina atomu klasteru mitrināšanu un atvieglo to turpmāko nukleāciju, kā rezultātā nanodaļiņas tiek efektīvi nokrišņotas. Ultraskaņas sintēze tiek atzīta par vienkāršu, rentablu, bioloģiski saderīgu, reproducējamu, ātru un drošu metodi augstas kvalitātes nanomateriālu ražošanai. (Lasiet vairāk par Perovskite sonoķīmisko sintēzi un ZnO nanostruktūras!)
Hielscher ultrasonikatori ir izstrādāti precīzai kontrolei, nodrošinot optimālus apstākļus nanomateriālu nukleācijai un augšanai. Šīm digitālajām ierīcēm ir inteliģenta programmatūra, krāsains skārienekrāns un intuitīva izvēlne drošai un lietotājam draudzīgai darbībai. Turklāt tiem ir automātiska datu ierakstīšana iebūvētā SD kartē, nodrošinot nevainojamu procesa dokumentāciju.
Ar visaptverošu sistēmu klāstu - no kompaktiem 50 vatu rokas ultrasonikatoriem laboratorijas lietošanai līdz stabilām 16 000 vatu rūpnieciskām sistēmām - Hielscher nodrošina ideālu ultraskaņas risinājumu katram lietojumam. Hielscher ultraskaņas iekārtas, kas paredzētas izturībai, ir veidotas tā, lai nepārtraukti darbotos lieljaudas apstākļos, pat prasīgā vidē, nodrošinot uzticamu veiktspēju 24/7.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Nanodaļiņu sintēzes tradicionālo metožu un zaļās sintēzes metožu salīdzinājums.
Rūpnieciskā ultraskaņas procesora UIP16000 (16kW) sudraba nanodaļiņu liela mēroga sintēzei.
Literatūra/Atsauces
- 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.
Fakti, kurus ir vērts zināt
Kas ir sudraba nanodaļiņas?
Sudraba nanodaļiņas ir sudraba daļiņas ar izmēru no 1nm līdz 100nm. Sudraba nanodaļiņām ir ārkārtīgi liels virsmas laukums, kas ļauj koordinēt lielu skaitu ligandu.
Sudraba nanodaļiņas piedāvā unikālas optiskās, elektriskās un termiskās īpašības, kas padara tās ļoti vērtīgas materiālu zinātnei un produktu izstrādei, piemēram, fotoelementiem, elektronikai, vadošām tintēm, bioloģiskiem / ķīmiskiem sensoriem.
Vēl viens pielietojums, kas jau ir kļuvis plaši izplatīts, ir sudraba nanodaļiņu izmantošana antimikrobiālajiem pārklājumiem, un daudzi tekstilizstrādājumi, tastatūras, brūču pārsienamie materiāli un biomedicīnas ierīces tagad satur sudraba nanodaļiņas, kas nepārtraukti atbrīvo zemu sudraba jonu līmeni, lai nodrošinātu aizsardzību pret baktērijām.
Kā nano-sudrabs tiek izmantots tekstilizstrādājumos?
Sudraba nanodaļiņas tiek pielietotas tekstilrūpniecībā, kur Ag-NPs tiek izmantots, lai izgatavotu kokvilnas audumus ar regulējamām krāsām, antibakteriālām spējām un pašdziedinošām superhidrofobām īpašībām. Sudraba nanodaļiņu antibakteriālā īpašība ļauj ražot audumus, kas noārda baktēriju radīto smaku (piemēram, sviedru smaku).
WHat ir antibakteriāls pārklājums medicīnai un medicīnas precēm?
Sudraba nanodaļiņām piemīt antibakteriālas, pretsēnīšu un antioksidatīvas īpašības, kas padara tās interesantas famacerētiem un medicīniskiem lietojumiem, piemēram, zobārstniecības darbam, ķirurģiskai lietošanai, brūču dzīšanas ārstēšanai un biomedicīnas ierīcēm. Pētījumi liecina, ka sudraba nanodaļiņas (Ag-nPs) kavē dažādu baktēriju celmu, piemēram, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Citrobacter koseri, Salmonella typhii, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Vibrio parahaemolyticus un sēnes Candida albicans, augšanu un vairošanos. Antibakteriālo / pretsēnīšu efektu panāk ar sudraba nanodaļiņām, kas izplatās šūnās un saista Ag/Ag+ jonus ar mikrobu šūnu biomolekulām, lai tiktu traucēta to darbība.
Kas ir MIC tests?
MIC (minimālā inhibējošā koncentrācija) tests nosaka vielas, piemēram, pretmikrobu līdzekļa, zemāko koncentrāciju, kas vajadzīga, lai in vitro kavētu mikroorganisma redzamo augšanu. To parasti veic, izmantojot sērijveida atšķaidījumus šķidrā augšanas vidē un mērot baktēriju augšanu pēc inkubācijas. Lasiet vairāk par to, kā ultraskaņas apstrāde atvieglo augstas caurlaidspējas MIC testus!