Rota Sonoquímica Verde para Nanopartículas de Prata
As nanopartículas de prata (AgNPs) são nanomateriais frequentemente utilizados devido às suas propriedades antimicrobianas, propriedades ópticas e alta condutividade elétrica. A rota sonoquímica usando carragenina kappa é um método de síntese simples, conveniente e ecológico para a preparação de nanopartículas de prata. A κ-carragenina é usada como um estabilizador ecológico natural, enquanto o ultrassom de potência atua como um agente redutor verde.
Síntese ultrassônica verde de nanopartículas de prata
Elsupikhe et al. (2015) desenvolveram uma rota de síntese verde assistida por ultrassom para a preparação de nanopartículas de prata (AgNPs). A sonoquímica é bem conhecida por promover muitas reações químicas úmidas. A sonicação permite sintetizar AgNPs com κ-carragenina como estabilizador natural. A reação é executada à temperatura ambiente e produz nanopartículas de prata com estrutura cristalina fcc sem impurezas. A distribuição granulométrica das AgNPs pode ser influenciada pela concentração de κ-carragenina.
Esquema de interação entre os grupos carregados de Ag-NPs que são cobertos com κ-carragenina sob sonicação. [Elsupikhe et al. 2015]
Procedimento
- As Ag-NPs foram sintetizadas pela redução do AgNO3 usando ultrassom na presença de κ-carragenina. Para obter diferentes amostras, cinco suspensões foram preparadas, adicionando-se 10 mL de AgNO 0,1 M3 a 40 mL de κ-carragenina. As soluções de κ-carragenina utilizadas foram 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 e 0,3% em peso, respectivamente.
- As soluções foram agitadas por 1h para obtenção de AgNO3/κ-carragenina.
- Em seguida, as amostras foram expostas a intensa irradiação ultrassônica: A amplitude do dispositivo ultrassônico UP400S (400 W, 24 kHz) foi definido para 50%. A sonicação foi aplicada por 90min em temperatura ambiente. O sonotrodo dos processadores de líquidos ultrassônicos UP400S foi imerso diretamente na solução de reação.
- Após a sonicação, as suspensões foram centrifugadas por 15min e lavadas com água bidestilada quatro vezes para remover o resíduo de íon prata. As nanopartículas precipitadas foram secas a 40°C sob vácuo durante a noite para obtenção das Ag-NPs.
Equação
- Nh2O —Sonication–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNo3–hidrólise–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –Reduções–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Análise e Resultados
Para avaliar os resultados, as amostras foram analisadas por análise espectroscópica UV-visível, difração de raios X, análise química FT-IR, imagens MET e MEV.
O número de Ag-NPs aumentou com o aumento das concentrações de κ-carragenina. A formação de Ag/κ-carragenina foi determinada por espectroscopia UV-visível, onde o máximo de absorção plasmônica de superfície foi observado em 402 a 420nm. A análise de difração de raios X (DRX) mostrou que os Ag-NPs são de uma estrutura cúbica de face centrada. O espectro infravermelho da transformada de Fourier (FT-IR) indicou a presença de Ag-NPs na κ-carragenina. A imagem de microscopia eletrônica de transmissão (MET) para a maior concentração de κ-carragenina mostrou a distribuição de Ag-NPs com um tamanho médio de partícula próximo a 4,21 nm. Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) ilustraram a forma esférica dos Ag-NPs. A análise de MEV mostra que, com o aumento da concentração de κ-carragenina, ocorreram mudanças na superfície do Ag/κ-carragenina, de modo que Ag-NPs de pequeno porte com formato esférico foram obtidas.
Imagens TEM e distribuições de tamanho correspondentes para Ag / κ-carragenina sintetizada sonoquimicamente em diferentes concentrações de κ-carragenina. [0,1%, 0,2% e 0,3%, respectivamente (a, b, c)].
Ag+/κ-carragenina (esquerda) e Ag/κ-carragenina sonicada (direita). A sonicação foi realizada com o UP400S por 90min. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – o dispositivo ultrassônico usado para a síntese sonoquímica de nanopartículas de Ag
Imagens de MEV para Ag/κ-carragenina em diferentes concentrações de κ-carragenina. [0,1%, 0,2% e 0,3%, respectivamente (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015]
Literatura/Referências
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Síntese sonoquímica verde de nanopartículas de prata em concentrações variadas de κ-carragenina. Cartas de pesquisa em nanoescala 10. 2015.
Informação básica
Sonoquímica
Quando o ultrassom potente é aplicado a reações químicas em solução (estado líquido ou pasta), ele fornece energia de ativação específica devido a um fenômeno físico, conhecido como cavitação acústica. A cavitação cria altas forças de cisalhamento e condições extremas, como temperaturas e taxas de resfriamento muito altas, pressões e jatos de líquido. Essas forças intensas podem iniciar reações e destruir forças atrativas de moléculas na fase líquida. Sabe-se que numerosas reações se beneficiam da irradiação ultrassônica, por exemplo, sonólise, Rota Sol-Gel, síntese sonoquímica de paládio, latex, hidroxiapatita e muitas outras substâncias. Leia mais sobre sonoquímica aqui!
nanopartículas de prata
As nanopartículas de prata são caracterizadas por um tamanho entre 1 nm e 100 nm. Embora frequentemente descrito como sendo 'prata’ alguns são compostos de uma grande porcentagem de óxido de prata devido à sua grande proporção de átomos de prata superficiais para volume. As nanopartículas de prata podem aparecer com diferentes estruturas. Mais comumente, nanopartículas esféricas de prata são sintetizadas, mas folhas de diamante, octogonais e finas também são utilizadas.
As nanopartículas de prata são muito freqüentadas em aplicações médicas. Os íons de prata são bioativos e têm fortes efeitos antimicrobianos e germicidas. Sua área de superfície extremamente grande permite a coordenação de vários ligantes. Outras características importantes são a condutividade e as propriedades ópticas únicas.
Por suas características condutoras, as nanopartículas de prata são frequentemente incorporadas em compósitos, plásticos, epóxis e adesivos. As partículas de prata aumentam a condutividade elétrica; portanto, pastas e tintas de prata são freqüentemente usadas na fabricação de eletrônicos. Como as nanopartículas de prata suportam plasmons de superfície, as AgNPs têm excelentes propriedades ópticas. As nanopartículas plasmônicas de prata são usadas para sensores, detectores e equipamentos analíticos, como Espectroscopia Raman Aprimorada de Superfície (SERS) e Espectroscopia de Fluorescência Aprimorada por Campo de Plasmon de Superfície (SPFS).
Carragenina
A carragenina é um polímero natural barato, encontrado em várias espécies de algas vermelhas. As carrageninas são polissacarídeos sulfatados lineares amplamente utilizados na indústria alimentícia, por suas propriedades gelificantes, espessantes e estabilizadoras. Sua principal aplicação é em laticínios e produtos cárneos, devido à sua forte ligação às proteínas alimentares. Existem três variedades principais de carragenina, que diferem em seu grau de sulfatação. A kappa-carragenina tem um grupo sulfato por dissacarídeo. A iota-carragenina (ι-carragenina) tem dois sulfatos por dissacarídeo. Lambda carragenina (λ-carragenina) tem três sulfatos por dissacarídeo.
A carragenina Kappa (κ-carragenina) tem uma estrutura linear de polissacarídeo sulfatado de D-galactose e 3,6-anidro-D-galactose.
A κ-carragenina é amplamente utilizada na indústria alimentícia, por exemplo, como agente gelificante e para modificação de textura. Pode ser encontrado como aditivo em sorvetes, cremes, requeijões, milkshakes, molhos para salada, leites condensados, leite de soja & outros leites vegetais e molhos para aumentar a viscosidade do produto.
Além disso, a κ-carragenina pode ser encontrada em produtos não alimentícios, como espessante em xampus e cremes cosméticos, em pasta de dente (como estabilizador para evitar a separação dos constituintes), espuma de combate a incêndio (como espessante para fazer com que a espuma fique pegajosa), géis purificadores de ar, graxa de sapato (para aumentar a viscosidade), na biotecnologia para imobilizar células/enzimas, em produtos farmacêuticos (como excipiente inativo em pílulas/comprimidos), em alimentos para animais de estimação, etc.