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Sintetizando Nano-Prata com Mel e Ultrassom

A nanoprata é usada por suas propriedades antibacterianas para reforçar materiais na medicina e na ciência dos materiais. A ultrassonografia permite uma síntese rápida, eficaz, segura e ecológica de nanopartículas esféricas de prata na água. A síntese de nanopartículas ultrassônicas pode ser facilmente dimensionada de pequena a grande produção.

Síntese Assistida por Ultrassom de Nano-Prata Coloidal

A síntese sonoquímica, que se refere a reações químicas facilitadas pela irradiação ultrassônica, é um método amplamente aplicado para a produção de nanopartículas. Estes incluem prata, ouro, magnetita, hidroxiapatita, cloroquina, perovskita, latex e muitos outros nanomateriais.

Síntese química úmida ultrassônica

Misturador ultrassônico UIP1000hdT, um sonicador potente de 1000 watts para síntese de nanopartículas, como nanopartículas de prata via química verdeVárias rotas de síntese assistidas por ultrassom foram desenvolvidas para a produção de nanopartículas de prata. Um método notável emprega o mel como agente redutor e tampador. Componentes do mel, como glicose e frutose, atuam sinergicamente nesses papéis durante o processo de síntese.
Semelhante a muitas técnicas de síntese de nanopartículas, a síntese ultrassônica de nano-prata se enquadra na categoria de química úmida. O processo começa com a nucleação de nanopartículas de prata dentro de uma solução. Durante a sonicação, um precursor de prata (por exemplo, nitrato de prata (AgNO3) ou perclorato de prata (AgClO4)) é reduzido na presença de um agente redutor, como o mel, para produzir prata coloidal.

Mecanismo de nucleação e crescimento ultrassônico de prata

Fase inicial de nucleação: À medida que a concentração de íons de prata dissolvidos aumenta, os íons de prata metálicos começam a se ligar para formar pequenos aglomerados. Nesta fase, esses aglomerados são energeticamente instáveis devido a um balanço energético negativo. A energia necessária para criar novas superfícies excede a energia obtida pela redução da concentração de prata dissolvida.

  • Raio crítico: Quando um cluster atinge um tamanho específico (o raio crítico), o processo se torna energeticamente favorável, estabilizando o cluster. Essa estabilidade permite que o aglomerado atue como um núcleo para um maior crescimento.
  • Fase de crescimento: Durante o crescimento, átomos de prata adicionais se difundem através da solução e se ligam à superfície da nanopartícula em crescimento. O crescimento continua até que a concentração de prata dissolvida caia abaixo do limiar de nucleação, interrompendo a formação de novos núcleos.
  • Difusão e conclusão: A prata dissolvida restante é incorporada às nanopartículas existentes, completando o processo.

A sonicação acelera a transferência de massa, particularmente os processos de umedecimento e difusão, o que leva a uma nucleação mais rápida e crescimento controlado. Ao ajustar com precisão os parâmetros de sonicação, como intensidade e duração, o tamanho, a taxa de crescimento e a forma das nanopartículas podem ser ajustados com precisão. Esse controle preciso garante estruturas de nanopartículas consistentes adaptadas para aplicações específicas.

A síntese assistida por ultrassom se destaca como uma abordagem química, eficaz, escalável e verde para a produção de nanoprata com propriedades bem definidas, oferecendo vantagens significativas para diversas aplicações em pesquisa e indústria.

Clique aqui para ler mais sobre outro método verde para sintetizar por ultrassom nano-prata usando carragenina!

 

A sonicação com sonicadores Hielscher promove a síntese rápida e verde de nanopartículas de prata (Ag-NPs). Os gráficos demonstram a distribuição de tamanho de partícula pequena e estreita das nanopartículas de prata sintetizadas por ultrassom.

A sonicação facilita a síntese rápida e verde de pequenas nanopartículas de prata com uma distribuição de tamanho estreita.

 

Vantagens da síntese ultrassônica de nano-prata

  • reação simples de um pote
  • Seguro
  • Processo rápido
  • baixo custo
  • escalabilidade linear
  • ecológica, de química verde
Homogeneizador ultrassônico UP400St 400 watts para sonicação em lote

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

Pedido de Informação







Estudo de caso de síntese ultrassônica de nano-prata

Homogeneizador ultrassônico de laboratório UP400St com célula de fluxo equipada com camisa de resfriamento para manter com precisão a temperatura durante a sonicação.O estudo intitulado “Síntese de nanopartículas de prata à base de mel e assistida por ultrassom e suas atividades antibacterianas” por Oskuee et al. (2016) explora um método simples e ecológico para sintetizar nanopartículas de prata (Ag-NPs) usando mel natural como agente redutor e estabilizador. O processo, que envolve a redução do nitrato de prata (AgNO₃) sob irradiação ultrassônica, é caracterizado por vários parâmetros, incluindo concentração de íons de prata, concentração de mel e tempo de sonicação. Os Ag-NPs resultantes têm um tamanho médio de cerca de 11,8 nm e exibem propriedades antibacterianas contra bactérias patogênicas como Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa e E. coli.
O estudo destaca os benefícios do uso do mel na síntese de nanopartículas, enfatizando sua natureza verde, de baixo custo e não tóxica. Os autores demonstram que o tamanho e o rendimento dos Ag-NPs podem ser controlados ajustando os parâmetros de reação, como concentração de prata, teor de mel e duração da sonicação. Os Ag-NPs sintetizados demonstraram possuir atividade antibacteriana eficaz, particularmente contra E. coli e S. aureus, com concentrações inibitórias mínimas (CIM) de aproximadamente 19,46 ppm. Este método apresenta uma aplicação potencial para Ag-NPs em áreas médicas, incluindo cicatrização de feridas e controle de infecções.

  • Materiais: nitrato de prata (AgNO3) como precursor da prata; mel como agente de capeamento? redutor; Água
  • Dispositivo ultrassônico: Sonicador tipo sonda UP400St

Protocolo de síntese ultrassônica

As melhores condições para sintetizar nanopartículas de prata coloidal foram as seguintes: Redução do nitrato de prata sob ultrassom mediado por mel natural. Resumidamente, 20 ml de solução de nitrato de prata (0,3 M) contendo mel (20% em peso) foram expostos à irradiação ultrassônica de alta intensidade em condições ambientais por 30 min. A ultrassonografia foi realizada com o ultrassônico tipo sonda UP400S (400W, 24 kHz) imerso diretamente na solução de reação.
O mel de qualidade alimentar é usado como agente de nivelamento? estabilização e redução, o que torna a solução de nucleação aquosa e as nanopartículas precipitadas limpas e seguras para múltiplas aplicações.
À medida que o tempo de ultrassom aumenta, as nanopartículas de prata tornam-se menores e sua concentração é aumentada.
Na solução aquosa de mel, a ultrassonografia é um fator chave que influencia a formação de nanopartículas de prata. Parâmetros de sonicação, como amplitude, tempo e ultrassom contínuo versus pulsante, são os principais fatores que permitem controlar o tamanho e a quantidade das nanopartículas de prata.

Distribuição de tamanho de nanopartículas de prata sintetizadas por ultrassom (Ag-NPs)

Distribuição granulométrica de Ag-NPs sintetizadas em condições ótimas; concentrações de prata (0,3 M), concentrações de mel (20% em peso) e tempos de irradiação ultrassônica (30 min)fonte da imagem: ©Oskuee et al. 2016

Resultado da síntese ultrassônica de nanopartículas de prata

A síntese mediada por mel promovida por ultrassom com o sonicador UP400St resultou em nanopartículas esféricas de prata (Ag-NPs) com um tamanho médio de partícula de cerca de 11,8 nm. A síntese ultrassônica das nanopartículas de prata é um método simples e rápido de um pote. O uso de água e mel como materiais torna a reação econômica e excepcionalmente ecológica.
A técnica apresentada de síntese ultrassônica usando mel como agente redutor e tampante pode ser estendida a outros metais nobres, como ouro, paládio e cobre, que oferece várias aplicações adicionais da medicina à indústria.

Essas medições de imagem TEM e tamanho de partícula mostram a distribuição uniforme de tamanho de nanopartículas de prata sintetizadas por ultrassom (Ag-NPs)

Distribuição granulométrica de Ag-NPs sintetizadas em condições ótimas; concentrações de prata (0,3 M), concentrações de mel (20% em peso) e tempo de irradiação ultrassônica (30 min)Estudo e imagem: ©Oskuee et al. 2016

Influenciando a nucleação e o tamanho das partículas por sonicação

O ultrassom permite a produção de nanopartículas, como nanopartículas de prata, adaptadas aos requisitos. Três opções gerais de sonicação têm efeitos importantes na saída:
Sonicação inicial: A curta aplicação de ondas de ultrassom a uma solução supersaturada pode iniciar a semeadura e a formação de núcleos. Como a sonicação é aplicada apenas durante o estágio inicial, o crescimento subsequente do cristal prossegue desimpedido, resultando em cristais maiores.
Sonicação contínua: A irradiação contínua da solução supersaturada resulta em pequenos cristais, uma vez que a ultrassonografia não pausada cria muitos núcleos, resultando no crescimento de muitos pequenos cristais.
Sonicação pulsada: Ultrassom pulsado significa a aplicação de ultrassom em intervalos determinados. Uma entrada precisamente controlada de energia ultrassônica permite influenciar o crescimento do cristal para obter um tamanho de cristal personalizado.

Ultrassonicadores de alto desempenho para síntese de nanopartículas

A Hielscher Ultrasonics oferece processadores ultrassônicos confiáveis e de alta potência, projetados para aplicações sonoquímicas avançadas, incluindo sonossíntese e sonocatálise. A mistura e dispersão ultrassônica aumentam significativamente a transferência de massa, promovem o umedecimento de aglomerados de átomos e facilitam sua nucleação subsequente, levando à precipitação eficiente de nanopartículas. A síntese ultrassônica é reconhecida como um método simples, econômico, biocompatível, reprodutível, rápido e seguro para a produção de nanomateriais de alta qualidade. (Leia mais sobre a síntese sonoquímica da perovskita e Nanoestruturas de ZnO!)

Os ultrassônicos Hielscher são projetados para controle preciso, permitindo condições ideais para a nucleação e crescimento de nanomateriais. Esses dispositivos digitais apresentam software inteligente, uma tela sensível ao toque colorida e um menu intuitivo para uma operação segura e fácil de usar. Além disso, eles vêm com gravação automática de dados em um cartão SD integrado, garantindo uma documentação perfeita do processo.

Com uma ampla gama de sistemas - desde ultrassônicos portáteis compactos de 50 watts para uso em laboratório até sistemas industriais robustos de 16.000 watts - a Hielscher fornece a solução ultrassônica ideal para cada aplicação. Projetado para durabilidade, o equipamento ultrassônico Hielscher é construído para operar continuamente sob condições de serviço pesado, mesmo em ambientes exigentes, garantindo um desempenho confiável 24 horas por dia, 7 dias por semana.
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:

Volume do lote Vazão Dispositivos recomendados
1 a 500mL 10 a 200mL/min UP100H
10 a 2000mL 20 a 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 0.2 a 4L/min UIP2000hdT
10 a 100L 2 a 10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100L/min UIP16000
n.a. maior cluster de UIP16000

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

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

O Hielscher UIP16000 é um sonicador de alta potência de 16kW para a produção de nanopartículas magnéticas. A síntese de nanopartículas sonoquímicas é conhecida por seu tamanho de partícula uniforme e funcionalização eficaz.

Processador ultrassônico industrial UIP16000 (16kW) para a síntese em larga escala de nanopartículas de prata.

Literatura/Referências



Fatos, vale a pena conhecer

O que são nanopartículas de prata?

As nanopartículas de prata são partículas de prata com tamanho entre 1 nm e 100 nm. 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 o desenvolvimento de produtos, por exemplo, fotovoltaica, eletrônica, 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.

Como a nano-prata é usada 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 super-hidrofóbicas auto-regenerativas. A propriedade antibacteriana das nanopartículas de prata permite fabricar tecidos, que degradam o cheiro derivado de bactérias (por exemplo, odor de suor).

O que é o revestimento antibacteriano para medicamentos e suprimentos médicos?

As nanopartículas de prata apresentam características antibacterianas, antifúngicas e antioxidantes, o que as torna interessantes para aplicações farmacêuticas e médicas, por exemplo, trabalhos odontológicos, aplicações cirúrgicas, tratamento de cicatrização de feridas e dispositivos biomédicos. A pesquisa mostrou 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 fungo Candida albicans. O efeito antibacteriano? antifúngico é obtido por nanopartículas de prata que se difundem nas células e ligam íons Ag? Ag + às biomoléculas nas células microbianas, de modo que sua função seja interrompida.

O que é o ensaio MIC?

O ensaio MIC (Concentração Inibitória Mínima) determina a concentração mais baixa de uma substância, como um agente antimicrobiano, necessária para inibir o crescimento visível de um microrganismo in vitro. É comumente realizado usando diluições seriadas em um meio de crescimento líquido e medindo o crescimento bacteriano após a incubação. Leia mais sobre como a sonicação facilita os ensaios MIC de alto rendimento!

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