Rruga e gjelbër sonokimike drejt nanogrimcave të argjendit
Nanogrimcat e argjendit (AgNP) janë nanomateriale të përdorura shpesh për shkak të vetive të tyre anti-mikrobike, vetive optike dhe përçueshmërisë së lartë elektrike. Rruga sonokimike duke përdorur kappa carrageenan është një metodë sinteze e thjeshtë, e përshtatshme dhe miqësore me mjedisin për përgatitjen e nano grimcave të argjendit. κ-carrageenan përdoret si një stabilizues natyral eko-miqësor, ndërsa ultratingulli i fuqisë vepron si një agjent reduktues i gjelbër.
Kimi e gjelbër kërkon kontroll të saktë të parametrave. Inxhinierët tanë të nanomaterialeve do t'ju ndihmojnë të zgjidhni sonotrodin e duhur, gjeometrinë e reaktorit dhe parametrat e fuqisë për të maksimizuar prodhimin, për të kontrolluar morfologjinë e grimcave dhe për të siguruar përputhshmëri të plotë me parimet e kimisë së gjelbër.
Ag+/κ-karregenan (majtas) dhe Ag/κ-karregenan i sonikuar (djathtas). Sonikimi u krye me UP400S për 90 min.
[Elsupikhe et al. 2015]
Sinteza e gjelbër tejzanor e nanogrimcave të argjendit
Elsupikhe et al. (2015) kanë zhvilluar një rrugë sinteze jeshile të asistuar me ultratinguj për përgatitjen e nanogrimcave të argjendit (AgNPs). Sonokimia është e njohur mirë për nxitjen e shumë reaksioneve kimike të lagështa. Sonicizimi mundëson sintetizimin e AgNP-ve me κ-carrageenan si stabilizues natyral. Reaksioni zhvillohet në temperaturën e dhomës dhe prodhon nanogrimca argjendi me strukturë kristalore fcc pa asnjë papastërti. Shpërndarja e madhësisë së grimcave të AgNP mund të ndikohet nga përqendrimi i κ-carrageenan.
Skema e ndërveprimit midis grupeve të ngarkuara me Ag-NP që janë të mbuluara me κ-carrageenan nën sonikacion. [Elsupikhe et al. 2015]
Procedure: Sustainable Synthesis of Silver Nanoparticles
- Ag-NP-të u sintetizuan duke reduktuar AgNO3 duke përdorur ultratinguj në prani të κ-carrageenan. Për të marrë mostra të ndryshme, u përgatitën pesë suspensione, duke shtuar 10 mL 0,1 M AgNO.3 deri në 40-mL κ-carrageenan. Tretësirat κ-carrageenan të përdorura ishin përkatësisht 0.1, 0.15, 0.20, 0.25 dhe 0.3 wt%.
- Tretësirat u trazuan për 1 orë për të marrë AgNO3/κ-carrageenan.
- Më pas, mostrat u ekspozuan ndaj rrezatimit intensiv tejzanor: Amplituda e pajisjes tejzanor UP400S (400W, 24kHz) u vendos në 50%. Sonication është aplikuar për 90min në temperaturën e dhomës. Sonotrode e procesorëve të lëngshëm tejzanor UP400S u zhyt drejtpërdrejt në tretësirën e reaksionit.
- Pas sonikimit, suspensionet u centrifuguan për 15 minuta dhe u lanë me ujë të dyfishtë të distiluar katër herë për të hequr mbetjet e joneve të argjendit. Nanogrimcat e precipituara u thanë në 40°C nën vakum gjatë natës për të marrë Ag-NPs.
Ekuacioni
- nH₂O —sonikacion–> +H + OH
- OH + RH –> R + H₂O
- AgNO₃–hidroliza–> Ag+ + NO₃–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –reduktimet–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analysis and Results: Ultrasonically Synthesized Silver Nanoparticles
Për të vlerësuar rezultatet, mostrat u analizuan me analizë spektroskopike të dukshme UV, difraksion me rreze X, analiza kimike FT-IR, imazhe TEM dhe SEM.
The number of Ag-NPs increased with increasing κ-carrageenan concentrations. The formation of Ag/κ-carrageenan was determined by UV-visible spectroscopy where the surface plasmon absorption maximum was observed at 402 to 420nm. The X-ray diffraction (XRD) analysis showed that the Ag-NPs are of a face-centered cubic structure. The Fourier transform infrared (FT-IR) spectrum indicated the presence of Ag-NPs in κ-carrageenan. Transmission electron microscopy (TEM) image for the highest concentration of κ-carrageenan showed the distribution of Ag-NPs with an average particle size near to 4.21nm. Scan electron microscopy (SEM) images illustrated the spherical shape of the Ag-NPs. The SEM analysis shows that with increasing κ-carrageenan concentration, changes in the surface of Ag/κ-carrageenan occurred, so that small-sized Ag-NPs with spherical shape were obtained.
Imazhet TEM dhe shpërndarjet përkatëse të madhësisë për Ag/κ-carrageenan të sintetizuar në mënyrë sonokimike në përqendrime të ndryshme të κ-carrageenan. [0.1%, 0.2% dhe 0.3%, respektivisht (a, b, c)].
UP400S – pajisja tejzanor e përdorur për sintezën sonokimike të nanogrimcave Ag
Literatura/Referencat
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Green sonochemical synthesis of silver nanoparticles at varying concentrations of κ-carrageenan. Nanoscale Research Letters 10. 2015.
- Reza Kazemi Oskuee, Azhar Banikamali, Bibi Sedigheh Fazly Bazzaz, Hasan Ali Hosseini, and Majid Darroudi (2016): Honey-Based and Ultrasonic-Assisted Synthesis of Silver Nanoparticles and Their Antibacterial Activities. Journal of Nanoscience and Nanotechnology Vol. 16, 7989–7993, 2016.
- Bose, Rahul & Roychoudhury, Piya & Pal, Ruma (2021): In-situ green synthesis of fluorescent silica–silver conjugate nanodendrites using nanoporous frustules of diatoms: an unprecedented approach. Bioprocess and Biosystems Engineering 44, 2021
- I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011): Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.
Pyetjet e bëra më shpesh: Sinteza sonokimike e gjelbër e nanogrimcave të argjendit
Si e përmirëson ultratingujt sintezën e gjelbër të nanogrimcave të argjendit?
Ultratingujt drejtojnë kavitacionin akustik, duke krijuar pika të nxehta të lokalizuara që reduktojnë me shpejtësi jonet e argjendit duke përdorur agjentë miqësorë me mjedisin. Ky proces sonoekik përshpejton kinetikën e reaksionit, promovon bërthamat uniforme dhe mundëson kontroll të saktë mbi madhësinë dhe formën e grimcave - të gjitha pa kimikate të ashpra ose energji të lartë termike.
Cilat janë përparësitë kryesore të një rruge sonokimike të gjelbër për AgNP-të?
Sinteza sonokimike e gjelbër kombinon ultratinguj me agjentë reduktues dhe mbuluese biokompatibël (si ekstrakte bimore, sheqerna ose polimere) për të prodhuar nanopjesëza argjendi të padëmshme dhe të pazbrazura për mjedisin. Kjo metodë ul përdorimin e energjisë, shkurton kohën e sintezës, eliminohen nënproduktet e rrezikshme dhe prodhohet nanopjesëza shumë të qëndrueshme me shpërndarje të qëndrueshme të madhësisë.
A mund të kontrollojë ultratingulli madhësinë dhe morfologjinë e nanopjesëzave të argjendit?
Po. Duke rregulluar amplituden ultrasonike, frekuencën, dendësinë e energjisë dhe kohën e sonikacionit, prodhuesit mund të rregullojnë në mënyrë të saktë ritmet e bërjes së bërthamës dhe rritjes. Kjo bën të mundur prodhimin e riprodhueshëm të AgNP-ve me madhësi 5–100 nm në forma të ndryshme (sfera, kube, pllake trekëndëshe), të përshtatura për aplikime specifike biomedikale, elektronike ose industriale.
A është sinteza ultrasonike e gjelbër e zgjerueshme për prodhimin industrial të AgNP-ve?
Absolutisht. Procesorët industrialë ultrasonikë mbështesin reaktorë me rrjedhje të vazhdueshme që shkallëzohen pa probleme nga seritë laboratorike deri tek prodhimi i plotë. Sonikimi në vijë siguron shpërndarjen uniforme të kavitationit, monitorim në kohë reale të procesit dhe qëndrueshmëri nga seri në seri, duke e bërë atë ideal për prodhimin me volum të lartë dhe miqësor me mjedisin të AgNP-së.
Cilat agjentë reduktues jeshilë funksionojnë më mirë me sintezën ultrasonike të nanopartikujve të argjendit?
Agjentët efektivë miqësorë ndaj mjedisit përfshijnë ekstrakte bimore (p.sh., aloe, çaj jeshil, lëkurat e agrumeve), karbohidrate, aminoacide, proteina dhe polimere të biodegradueshme. Ultrasioni përforcon efikasitetin e tyre redukues dhe stabilizues, duke lejuar zëvendësimin e plotë të kimikateve sintetike ndërkohë që ruhet prodhueshmëria e lartë, stabiliteti koloidal dhe performanca funksionale.
Si krahasohet sinteza sonokimike me metodat tradicionale kimike për AgNP-të?
Rrugët kimike konvencionale shpesh mbështeten në reduktues toksikë (p.sh., borohidrid natriumi), pH ekstrem dhe gjenerojnë mbetje të rrezikshme. Sinteza sonokimike e gjelbër përdor materiale të sigurta, të rinovueshme, funksionon në temperatura të ambientit ose të buta, shkurton ndjeshëm kohën e përpunimit dhe prodhon nanogrimca më të pastra, më biokompatibël me shpërndarje dhe jetëgjatësi superiore.
Cilat industri përfitojnë nga nanogrimcat e argjendit tejzanor jeshile?
AgNP-të e sintetizuara nëpërmjet metodave sonokimike të gjelbra përdoren gjerësisht në veshjet antimikrobike, pajisjet mjekësore, kujdesin e plagëve, filtrimin e ujit, elektronikën fleksibël, dhe paketimi i qëndrueshëm. Prodhimi i tyre miqësor me mjedisin siguron pajtueshmëri me standardet strikte mjedisore dhe sigurie duke ofruar performancë të lartë dhe pranim rregullator.
Çfarë janë nanogrimcat e argjendit?
Nano-grimcat e argjendit karakterizohen nga një madhësi midis 1nm dhe 100nm. Ndërsa shpesh përshkruhet si "argjend".’ disa janë të përbëra nga një përqindje e madhe e oksidit të argjendit për shkak të raportit të tyre të madh të atomeve të argjendit sipërfaqësor në masë. Nanogrimcat e argjendit mund të shfaqen me struktura të ndryshme. Më së shpeshti, nanogrimcat sferike të argjendit sintetizohen, por përdoren gjithashtu fletë diamanti, tetëkëndësh dhe të hollë.
Nanogrimcat e argjendit janë shumë të frekuentuara në aplikimet mjekësore. Jonet e argjendit janë bioaktive dhe kanë efekte të forta antimikrobike dhe mikrobike. Sipërfaqja e tyre jashtëzakonisht e madhe lejon koordinimin e ligandëve të shumtë. Karakteristikat e tjera të rëndësishme janë përçueshmëria dhe vetitë unike optike.
Për karakteristikat e tyre përçuese, nanogrimcat e argjendit shpesh përfshihen në përbërje, plastikë, epokside dhe ngjitës. Grimcat e argjendit rrisin përçueshmërinë elektrike; prandaj pastat dhe bojërat e argjendit përdoren shpesh në prodhimin e elektronikës. Meqenëse nanogrimcat e argjendit mbështesin plazmonet sipërfaqësore, AgNP-të kanë veti optike të jashtëzakonshme. Nanogrimcat plazmonike të argjendit përdoren për sensorë, detektorë dhe pajisje analitike të tilla si spektroskopia Raman e përmirësuar sipërfaqësore (SERS) dhe spektroskopia e fluoreshencës e përmirësuar në terren të plazmonit (SPFS).
Çfarë është Carrageenan?
Carrageenani është një polimer natyral i lirë, i cili gjendet në lloje të ndryshme të algave të kuqe të detit. Carrageenans janë polisaharide lineare të sulfatuara që përdoren gjerësisht në industrinë ushqimore, për vetitë e tyre xhelatizuese, trashëse dhe stabilizuese. Aplikimi i tyre kryesor është në produktet e qumështit dhe të mishit, për shkak të lidhjes së tyre të fortë me proteinat ushqimore. Ekzistojnë tre lloje kryesore të karragjenanit, të cilat ndryshojnë në shkallën e sulfimit. Kappa-karragjenani ka një grup sulfate për disakarid. Jota-carrageenan (ι-carrageenen) ka dy sulfate për disakarid. Lambda carrageenan (λ-carrageenen) ka tre sulfate për disakarid.
Kappa carrageenan (κ-carrageenan) ka një strukturë lineare të polisaharidit të sulfatuar të D-galaktozës dhe 3,6-anhidro-D-galaktozës.
κ-carrageenan përdoret gjerësisht në industrinë ushqimore, p.sh. si agjent xheli dhe për modifikimin e teksturës. Mund të gjendet si aditiv në akullore, krem, gjizë, milkshakes, salcë sallate, qumësht të kondensuar të ëmbël, qumësht soje & qumësht të tjerë bimorë dhe salca për të rritur viskozitetin e produktit.
Për më tepër, κ-carrageenan mund të gjendet në produktet joushqimore si trashës në shampo dhe kremra kozmetikë, në pastën e dhëmbëve (si stabilizues për të parandaluar ndarjen e përbërësve), shkumë kundër zjarrit (si trashës që shkakton shkumën ngjitëse), xhel freskues ajri. , lustrim këpucësh (për të rritur viskozitetin), në bioteknologji për të imobilizuar qelizat/enzimat, në farmaceutikë (si ekscipient joaktiv në pilula/tableta), në ushqimin për kafshët shtëpiake etj.
Imazhet SEM për Ag/κ-carrageenan në përqendrime të ndryshme të κ-carrageenan. [0.1%, 0.2% dhe 0.3 %, respektivisht (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015]