Rota Sonoquímica Verde para Nanopartículas de Prata
As nanopartículas de prata (AgNPs) são nanomateriais frequentemente utilizados devido às suas propriedades antimicrobianas, propriedades ópticas e elevada condutividade eléctrica. A via sonoquímica utilizando carragenina kappa é um método de síntese simples, conveniente e amigo do ambiente para a preparação de nanopartículas de prata. A κ-carragenina é utilizada como um estabilizador natural amigo do ambiente, enquanto os ultra-sons de potência actuam como um agente redutor verde.
Síntese Ultrassónica 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). Sonochemistry é bem conhecido para promover muitas reações químicas molhadas. Sonicação permite sintetizar AgNPs com κ-carragenina como estabilizador natural. A reação decorre à temperatura ambiente e produz nanopartículas de prata com estrutura cristalina fcc sem quaisquer impurezas. A distribuição do tamanho das partículas 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 através da redução de AgNO3 utilizando ultra-sons na presença de κ-carragenina. Para obter diferentes amostras, cinco suspensões foram preparadas, adicionando 10 mL de 0,1 M AgNO3 para 40 ml de κ-carragenina. As soluções de κ-carragenina utilizadas foram 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 e 0,3 wt%, respetivamente.
- As soluções foram agitadas durante 1h para obter AgNO3/κ-carrageenan.
- Em seguida, as amostras foram expostas a uma intensa irradiação ultra-sónica: A amplitude do dispositivo ultrassónico UP400S (400W, 24kHz) foi ajustado para 50%. A sonicação foi aplicada durante 90 minutos à temperatura ambiente. O sonotrodo dos processadores de líquidos ultra-sónicos UP400S foi imerso diretamente na solução de reação.
- Após a sonicação, as suspensões foram centrifugadas durante 15 minutos e lavadas com água bidestilada quatro vezes para remover os resíduos de iões de prata. As nanopartículas precipitadas foram secas a 40°C sob vácuo durante a noite para obter as Ag-NPs.
Equação
- nH2O —Sonicação–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNão3–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 TEM e SEM.
O número de Ag-NPs aumentou com o aumento das concentrações de κ-carragenina. A formação de Ag/κ-carragenina foi determinada por espetroscopia UV-visível, onde o máximo de absorção plasmónica de superfície foi observado entre 402 e 420 nm. A análise de difração de raios X (XRD) mostrou que as Ag-NPs têm uma estrutura cúbica de face centrada. O espetro de infravermelhos com transformada de Fourier (FT-IR) indicou a presença de Ag-NPs em κ-carragenina. A imagem de microscopia eletrónica de transmissão (TEM) para a concentração mais elevada de κ-carragenina mostrou a distribuição de Ag-NPs com um tamanho médio de partícula próximo de 4,21 nm. As imagens de microscopia eletrónica de varrimento (SEM) ilustraram a forma esférica das Ag-NPs. A análise SEM mostra que, com o aumento da concentração de κ-carragenina, ocorreram alterações na superfície de Ag/κ-carragenina, de modo que Ag-NPs de pequenas dimensões com forma esférica foram obtidos.
Imagens TEM e distribuições de tamanho correspondentes para Ag/κ-carragenano sintetizado sonoquimicamente em diferentes concentrações de κ-carragenano. [0,1%, 0,2% e 0,3%, respetivamente (a, b, c)].
Ag+/κ-carragenina (esquerda) e Ag/κ-carragenina sonicada (direita). Sonicação foi realizada com o UP400S para 90min. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – o dispositivo ultrassónico utilizado para a síntese sonoquímica de nanopartículas de Ag
Imagens SEM para Ag/κ-carragenina em diferentes concentrações de κ-carragenina. [0,1%, 0,2% e 0,3%, respetivamente (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 variáveis de κ-carragenina. Cartas de pesquisa em nanoescala 10. 2015.
Informações básicas
Sonoquímica
Quando se aplicam ultra-sons potentes a reacções químicas em solução (estado líquido ou pastoso), estes fornecem energia de ativação específica devido a um fenómeno físico, conhecido como cavitação acústica. A cavitação cria forças de cisalhamento elevadas e condições extremas, tais como temperaturas e taxas de arrefecimento muito elevadas, pressões e jactos de líquido. Estas forças intensas podem iniciar reacções e destruir as forças de atração das moléculas na fase líquida. Sabe-se que numerosas reacções beneficiam da irradiação ultra-sónica, por exemplo, a sonólise, via sol-gel, síntese sonoquímica de paládio, látex, hidroxiapatite e muitas outras substâncias. Saiba mais sobre sonoquímica aqui!
nanopartículas de prata
As nano-partículas de prata são caracterizadas por um tamanho entre 1nm e 100nm. Embora frequentemente descritas como sendo "prata’ Algumas são compostas por uma grande percentagem de óxido de prata devido à sua grande proporção de átomos de prata superficiais e volumosos. As nanopartículas de prata podem aparecer com diferentes estruturas. Mais frequentemente, são sintetizadas nanopartículas de prata esféricas, mas também são utilizadas folhas de diamante, octogonais e finas.
As nanopartículas de prata são muito utilizadas em aplicações médicas. Os iões de prata são bioactivos e têm fortes efeitos antimicrobianos e germicidas. A sua área de superfície extremamente grande permite a coordenação de numerosos ligandos. Outras caraterísticas importantes são a condutividade e as propriedades ópticas únicas.
Devido às suas caraterísticas condutoras, as nanopartículas de prata são frequentemente incorporadas em compósitos, plásticos, epóxis e adesivos. As partículas de prata aumentam a condutividade eléctrica, pelo que as pastas e tintas de prata são frequentemente utilizadas no fabrico de produtos electrónicos. Uma vez que as nanopartículas de prata suportam plasmões de superfície, as AgNPs têm propriedades ópticas excepcionais. As nanopartículas de prata plasmónicas são utilizadas em sensores, detectores e equipamento analítico, como a espetroscopia Raman de superfície melhorada (SERS) e a espetroscopia de fluorescência de superfície melhorada por campo de plasmões (SPFS).
carragenina
A carragenina é um polímero natural barato, que se encontra em várias espécies de algas vermelhas. As carrageninas são polissacáridos sulfatados lineares amplamente utilizados na indústria alimentar, pelas suas propriedades gelificantes, espessantes e estabilizadoras. A sua principal aplicação é em produtos lácteos e de carne, devido à sua forte ligação às proteínas alimentares. Existem três variedades principais de carragenina, que diferem no seu grau de sulfatação. A kappa-carragenina tem um grupo sulfato por cada dissacárido. A Iota-carragenina (ι-carragenina) tem dois sulfatos por dissacárido. A carragenina Lambda (λ-carragenina) tem três sulfatos por dissacárido.
A kappa carragenina (κ-carragenina) tem uma estrutura linear de polissacárido sulfatado de D-galactose e 3,6-anidro-D-galactose.
A κ-carragenina é amplamente utilizada na indústria alimentar, por exemplo, como agente gelificante e para modificar a textura. Pode ser encontrada como aditivo em gelados, natas, queijo cottage, batidos, 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 alimentares, como espessante em champôs e cremes cosméticos, em pastas de dentes (como estabilizador para evitar a separação dos constituintes), espuma de combate a incêndios (como espessante para tornar a espuma pegajosa), géis ambientadores, graxa para sapatos (para aumentar a viscosidade), na biotecnologia para imobilizar células/enzimas, em produtos farmacêuticos (como excipiente inativo em comprimidos/comprimidos), em alimentos para animais de estimação, etc.