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

Várias 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.

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

Estudo de caso de síntese ultrassônica de nano-prata

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 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.

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

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A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:

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