Hielscher tecnologia de ultra-som

Sintetizando nano-prata com mel e ultrassônicos

Nano-prata é usado para suas propriedades antibacterianas para reforçar materiais em medicina e ciência de materiais. A ultrassonização permite uma síntese rápida, eficaz, segura e ambientalmente correta de nanopartículas de prata esféricas na água. A síntese de nanopartículas ultrassônicas pode ser facilmente dimensionada de produção pequena para grande.

Síntese ultrasonicamente assistida de Nano-Prata Coloidal

A síntese sonoquímica, que são reações sintéticas sob irradiação ultrassônica, são amplamente utilizadas para produzir nanopartículas como prata, ouro, magnetita, hidroxiapatita, Chloroquine, Perovskita, látex e muitos outros nanomateriais.

Síntese Ultrassônica Wet-Chemical

Para nanopartículas de prata, várias rotas de síntese assistidas ultrasonicamente são conhecidas. Abaixo, é apresentada uma rota de síntese ultrassônica utilizando mel como agentes redutores e de tampade ligantes. Componentes de mel como glicose e frutose são responsáveis por seu papel como agente de capping e redução no processo de síntese.
Como a maioria dos métodos comuns para a síntese de nanopartículas, a síntese de nano-prata ultrassônica também se enquadra na categoria de química molhada. A ultrassônica promove a nucleação de nanopartículas de prata dentro de uma solução. A nucleação ultrassonicamente promovida ocorre quando um precursor de prata (complexo de íons de prata), por exemplo, nitrato de prata (AgNO3) ou perclorato de prata (AgClO4), é reduzida à prata coloidal na presença de um agente redutor, como o mel. Sob a condição de que a concentração de íons de prata na solução aumente o suficiente, íons metálicos dissolvidos de prata se unem e formam uma superfície estável. Quando o agrupamento de íons de prata ainda é pequeno, é uma condição energeticamente desfavorável devido a um equilíbrio energético negativo. O saldo energético negativo ocorre uma vez que a energia adquirida pela diminuição da concentração de partículas de prata dissolvidas é menor do que a energia gasta pela criação de uma nova superfície.
Quando o aglomerado atinge o raio crítico, que é o ponto em que se torna energeticamente favorável, é estável o suficiente para continuar a crescer. Durante a fase de crescimento, mais átomos de prata se difundem através da solução e se anexam à superfície. Quando a concentração de prata atômica dissolvida diminui a um certo ponto, o limiar de nucleação é alcançado para que os átomos não possam se unir por mais tempo para formar um núcleo estável. Neste limiar de nucleação, o crescimento de novas nanopartículas cessa, e a prata dissolvida restante é absorvida pela difusão nas nanopartículas crescentes na solução.
A sônica promove a transferência de massa, ou seja, a umidade dos aglomerados, o que resulta em uma nucleação mais rápida. Por sononação precisamente controlada, a taxa de crescimento, tamanho e forma das estruturas de nanopartículas podem ser determinadas.
Clique aqui para ler mais sobre outro método verde para sintetizar nano-prata ultrassonicamente usando carrageenan!

A síntese ultrassonicamente assistida de nanopartículas de prata usando mel como agente redutor e de capping é um método fácil, eficiente e verde.

Comparação dos métodos convencionais e métodos de síntese verde da síntese de nanopartículas.

Vantagens da Síntese Ultrassônica Nano-Prata

  • simples reação de um pote
  • seguro
  • processo rápido
  • baixo custo
  • escalabilidade linear
  • química verde e ambiental
UP400St ultra-sônico homogeneizador 400 watts para sonication lote

UP400St – um ultrassônico poderoso de 400 watts para síntese sonoquímica de nanopartículas

Pedido de informação





Estudo de caso da síntese ultrassônica nano-prata

Materiais: nitrato de prata (AgNO3) como precursor de prata; mel como agente de capping / redução; Água
Dispositivo ultrassônico: UP400St

Protocolo de Síntese Ultrassônica

As melhores condições para sintetizar nanopartículas de prata coloidais foram as seguintes: Redução do nitrato de prata sob ultrassônico mediado pelo mel natural. Resumidamente, 20 ml de solução de nitrato de prata (0,3 M) contendo mel (20 wt%) foi exposto à irradiação de ultrassom de alta intensidade sob condições ambientais por 30 min. A ultrassônica foi realizada com um ultrassônico tipo sonda UP400S (400W, 24 kHz) imersos diretamente na solução de reação.

Distribuição de tamanho de nanopartículas de prata nanosonicamente sintetizadas (Ag-NPs)

Distribuição do tamanho das partículas de Ag-NPs sintetizada em condições ideais; concentrações de prata (0,3 M), concentrações de mel (20 wt%) e tempo de irradiação ultrassônica (30 min)
fonte da imagem: Oskuee et al. 2016

O mel de grau alimentar é usado como agente de capping/estabilização e redução, o que torna a solução de nucleação aquosa e as nanopartículas precipitadas limpas e seguras para aplicações múltiplas.
À medida que o tempo de ultrassônica aumenta, as nanopartículas de prata tornam-se menores e sua concentração é aumentada.
Na solução de mel aquoso, a ultrassonação é um fator-chave que influencia a formação de nanopartículas de prata. Parâmetros de sonicação como amplitude, tempo e ultrassom contínuo vs pulsante são os principais fatores que permitem controlar o tamanho e a quantidade das nanopartículas de prata.

Resultado da Síntese Ultrassônica de Nanopartículas de Prata

A síntese ultrassonicamente promovida, mediada pelo mel com o UP400St resultou em nanopartículas de prata esférica (Ag-NPs) com um tamanho médio de partículas de cerca de 11,8nm. A síntese ultrassônica das nanopartículas de prata é um método simples e rápido de um pote. O uso da água e do mel como materiais, torna a reação econômica e excepcionalmente ambientalmente correta.
A técnica apresentada de síntese ultrassônica utilizando mel como agente redutor e de capping pode ser estendida a outros metais nobres, como ouro, paládio e cobre, que oferece várias aplicações adicionais da medicina para a indústria.

Nanopartículas de prata sintetizadas ultrassonicamente são esfericamente moldadas e mostram um tamanho uniforme de partículas.

Imagem TEM (A) e sua distribuição de tamanho de partículas (B) de Ag-NPs sintetizados em condições ideais.

Influenciando a nucleação e o tamanho das partículas por Sonication

O ultrassom permite a produção de nanopartículas, como nanopartículas de prata adaptadas às exigências. Três opções gerais de sonação têm efeitos importantes na saída:
Sonicação inicial: A curta aplicação de ondas de ultrassom em uma solução supersaturada pode iniciar a semeadura e formação de núcleos. Como a sonagem só é aplicada durante o estágio inicial, o crescimento de cristais subseqüente prossegue sem impedimentos, resultando em cristais maiores.
Sonicação contínua: A irradiação contínua da solução supersaturada resulta em pequenos cristais, uma vez que a ultrassonação não pausada cria muitos núcleos resultando no crescimento de muitos pequenos cristais.
Sonication pulsado: Ultrassom pulsado significa a aplicação de ultrassom em intervalos determinados. Uma entrada precisamente controlada de energia ultrassônica permite influenciar o crescimento do cristal a fim de obter um tamanho de cristal sob medida.

Ultrassônicos de alto desempenho para síntese

A Hielscher Ultrasonics fornece processadores ultrassônicos poderosos e confiáveis para aplicações sonoquímicas, incluindo sono-síntese e sono-catalisa. A mistura e dispersão ultrassônica aumenta a transferência de massa e promove a moagem e a consequente nucleação de aglomerados de átomos, a fim de precipitar nanopartículas. A síntese ultrassônica de nanopartículas é um método simples, econômico, biocompatível, reprodutível, rápido e seguro.
Hielscher Ultrasonics fornece processadores ultrassônicos poderosos e precisamente controláveis para a nucleação e precipitação de nanomateriais. Todos os dispositivos digitais são equipados com software inteligente, display de toque colorido, gravação automática de dados em um cartão SD embutido e possuem um menu intuitivo para uma operação fácil de usar e segura.
Cobrindo toda a gama de potência de 50 watts de ultrassônicos portáteis para o laboratório até 16.000 watts poderosos sistemas ultrassônicos industriais, Hielscher tem a configuração ultrassônica ideal para sua aplicação. A robustez dos equipamentos ultrassônicos da Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes.
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

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Homogeneizadores ultrassônicos de alta potência de Laboratório para piloto e Industrial escala.



Fatos, vale a pena conhecer

Nanopartículas de prata

Nanopartículas de prata são partículas de prata com o tamanho entre 1nm e 100nm. As nanopartículas de prata têm uma área de superfície extremamente grande, o que permite a coordenação de um grande número de ligantes.
As nanopartículas de prata oferecem propriedades ópticas, elétricas e térmicas únicas, o que as torna altamente valiosas para a ciência dos materiais e desenvolvimentos de produtos, por exemplo, fotovoltaicas, eletrônicas, tintas condutoras, sensores biológicos/químicos.
Outra aplicação, que já se tornou amplamente estabelecida, é o uso de nanopartículas de prata para revestimentos antimicrobianos, e muitos têxteis, teclados, curativos e dispositivos biomédicos agora contêm nanopartículas de prata que liberam continuamente um baixo nível de íons de prata para fornecer proteção contra bactérias.

Nano-Prata em Têxteis
As nanopartículas de prata são aplicadas à fabricação têxtil, onde os Ag-NPs são usados para fabricar tecidos de algodão com cores ajustáveis, capacidades antibacterianas e propriedades superhidrofóbicas auto-curativas. A propriedade antibacteriana de nanopartículas de prata permite fabricar tecidos, que degradam o olfato derivado de bactérias (por exemplo, odor de suor).

Revestimento antibacteriano para medicina e suprimento médico
As nanopartículas de prata apresentam características antibacterianas, antifúngicas e antioxidantes, o que as torna interessantes para aplicações phamaceuticas e médicas, por exemplo, trabalho dentário, aplicações cirúrgicas, tratamento de cicatrização de feridas e dispositivos biomédicos. Pesquisas mostraram que as nanopartículas de prata (Ag-nPs) inibem o crescimento e a multiplicação de várias cepas de bactérias como Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Citrobacter koseri, Salmonella typhii, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Vibrio parahaemolyticus e fungus Candida albicans. O efeito antibacteriano / antifúngico é obtido por nanopartículas de prata difundindo-se em células e ligando íons Ag/Ag+ às biomoléculas nas células microbianas para que sua função seja interrompida.