Sinteza e nanoargjendit me mjaltë dhe ultratinguj

Nanoargjendi përdoret për vetitë e tij antibakteriale për të përforcuar materialet në mjekësi dhe në shkencën e materialeve. Trajtimi me ultratinguj mundëson sintezën e shpejtë, efikase, të sigurt dhe miqësore me mjedisin të nanogrimcave sferike të argjendit në ujë. Sinteza e nanogrimcave me ultratinguj mund të kalojë lehtësisht nga prodhimi në shkallë të vogël në prodhim në shkallë të madhe.

Sinteza e nanoargjendit koloidal me ndihmën e ultratingujve

Sinteza sonokimike, e cila u referohet reaksioneve kimike të lehtësuara nga rrezatimi me ultratinguj, është një metodë e përdorur gjerësisht për prodhimin e nanogrimcave. Këto përfshijnë argjendin, arin, magnetitin, hidroksiapatitin, perovskitin, lateksin dhe shumë nanomateriale të tjera.

Sinteza kimike në mjedis të lëngët me ultratinguj

Për prodhimin e nanogrimcave të argjendit janë zhvilluar rrugë të shumta sinteze me ndihmën e ultratingujve. Një metodë e spikatur përdor mjaltin si agjent reduktues dhe mbulues. Përbërësit e mjaltit, si glukoza dhe fruktoza, veprojnë në mënyrë sinergjike në këto role gjatë procesit të sintezës.
Ashtu si shumë teknika të sintezës së nanogrimcave, sinteza e nanoargjendit me ultratinguj bën pjesë në kategorinë e kimisë në mjedis të lëngët. Procesi fillon me bërthamëzimin e nanogrimcave të argjendit brenda një tretësire. Gjatë trajtimit me ultratinguj, një pararendës i argjendit (p.sh., nitrati i argjendit (AgNO₃), ose perklorati i argjendit (AgClO₄)) reduktohet në prani të një agjenti reduktues, si mjalti, për të prodhuar argjend koloidal.

Mekanizmi i bërthamëzimit dhe rritjes së argjendit me ultratinguj

Faza fillestare e bërthamëzimit: Me rritjen e përqendrimit të joneve të tretura të argjendit, jonet e argjendit metalik fillojnë të lidhen për të formuar grupime të vogla. Në këtë fazë, këto grupime janë energjetikisht të paqëndrueshme për shkak të një bilanci negativ të energjisë. Energjia e nevojshme për krijimin e sipërfaqeve të reja tejkalon energjinë e përftuar nga ulja e përqendrimit të argjendit të tretur.

• Rrezja kritike: Kur një grupim arrin një madhësi të caktuar (rrezen kritike), procesi bëhet energjetikisht i favorshëm, duke e stabilizuar grupimin. Kjo qëndrueshmëri i mundëson grupimit të veprojë si bërthamë për rritje të mëtejshme.
• Faza e rritjes: Gjatë rritjes, atome të tjera argjendi difuzojnë nëpër tretësirë dhe lidhen me sipërfaqen e nanogrimcës në rritje. Rritja vazhdon derisa përqendrimi i argjendit të tretur të bjerë nën pragun e bërthamëzimit, duke ndalur formimin e bërthamave të reja.
• Difuzioni dhe përfundimi: Argjendi i tretur që mbetet përfshihet në nanogrimcat ekzistuese, duke përfunduar procesin.

Trajtimi me ultratinguj përshpejton transferimin e masës, veçanërisht proceset e lagies dhe difuzionit, duke çuar në bërthamëzim më të shpejtë dhe rritje të kontrolluar. Duke rregulluar me saktësi parametrat e trajtimit me ultratinguj, si intensiteti dhe kohëzgjatja, madhësia, shpejtësia e rritjes dhe forma e nanogrimcave mund të rregullohen me imtësi. Ky kontroll i saktë siguron struktura të njëtrajtshme të nanogrimcave, të përshtatura për zbatime specifike.

Sinteza me ndihmën e ultratingujve dallohet si një qasje efektive e kimisë së gjelbër, e cila mund të zgjerohet në shkallë prodhimi, për të prodhuar nanoargjend me veti të përcaktuara mirë, duke ofruar përparësi të konsiderueshme për zbatime të ndryshme në kërkim shkencor dhe industri.

Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth një metode tjetër të gjelbër për sintezën e nanoargjendit me ultratinguj duke përdorur karagjenan!

Trajtimi me ultratinguj lehtëson sintezën e shpejtë dhe të gjelbër të nanogrimcave të vogla të argjendit me shpërndarje të ngushtë të madhësisë.

Studim rasti mbi sintezën e nanoargjendit me ultratinguj

Studimi me titull “Sinteza e nanogrimcave të argjendit me bazë mjalti dhe me ndihmën e ultratingujve dhe aktivitetet e tyre antibakteriale” nga Oskuee et al. (2016) shqyrton një metodë të thjeshtë dhe miqësore me mjedisin për sintetizimin e nanogrimcave të argjendit (Ag-NPs), duke përdorur mjaltë natyral si agjent reduktues dhe stabilizues. Procesi, i cili përfshin reduktimin e nitratit të argjendit (AgNO₃) nën rrezatim ultrasonik, karakterizohet nga parametra të ndryshëm, përfshirë përqendrimin e joneve të argjendit, përqendrimin e mjaltit dhe kohën e sonikimit. Ag-NPs që përftohen kanë një madhësi mesatare prej rreth 11,8 nm dhe shfaqin veti antibakteriale kundër baktereve patogjene si Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa dhe E. coli.
Studimi nxjerr në pah përfitimet e përdorimit të mjaltit në sintezën e nanogrimcave, duke theksuar natyrën e tij ekologjike, koston e ulët dhe mungesën e toksicitetit. Autorët tregojnë se madhësia dhe rendimenti i Ag-NPs mund të kontrollohen duke rregulluar parametrat e reaksionit, si përqendrimi i argjendit, përmbajtja e mjaltit dhe kohëzgjatja e sonikimit. U tregua se Ag-NPs e sintetizuara kishin aktivitet antibakterial efektiv, veçanërisht kundër E. coli dhe S. aureus, me përqendrime minimale frenuese (MIC) prej afërsisht 19,46 ppm. Kjo metodë paraqet një mundësi përdorimi të Ag-NPs në fusha mjekësore, përfshirë shërimin e plagëve dhe kontrollin e infeksioneve.

• Materialet: nitrat argjendi (AgNO₃) si pararendës i argjendit; mjaltë si agjent mbulues / reduktues; ujë
• Pajisja ultrasonike: Sonikator me sondë UP400St

Protokolli i sintezës ultrasonike

U konstatua se kushtet më të mira për sintetizimin e nanogrimcave koloidale të argjendit ishin si vijon: Reduktimi i nitratit të argjendit gjatë trajtimit me ultratinguj, i ndërmjetësuar nga mjalti natyral. Shkurtimisht, 20 ml tretësirë nitrati argjendi (0,3 M) që përmbante mjaltë (20 wt%) iu ekspozua rrezatimit me ultratinguj me intensitet të lartë në kushte ambienti për 30 min. Trajtimi me ultratinguj u krye me ultrasonikatorin me sondë UP400S (400W, 24 kHz), të zhytur drejtpërdrejt në tretësirën e reaksionit.
Mjalti i përshtatshëm për përdorim ushqimor përdoret si agjent mbulues / stabilizues dhe reduktues, çka e bën tretësirën ujore të nukleacionit dhe nanogrimcat e precipituara të pastra dhe të sigurta për përdorime të shumëllojshme.
Me rritjen e kohës së trajtimit me ultratinguj, nanogrimcat e argjendit bëhen më të vogla dhe përqendrimi i tyre rritet.
Në tretësirën ujore të mjaltit, trajtimi me ultratinguj është një faktor kyç që ndikon në formimin e nanogrimcave të argjendit. Parametrat e sonikimit, si amplituda, koha dhe përdorimi i ultratingujve të vazhdueshëm kundrejt atyre pulsues, janë faktorë kryesorë që mundësojnë kontrollin e madhësisë dhe sasisë së nanogrimcave të argjendit.

Shpërndarja e madhësisë së grimcave të Ag-NPs të sintetizuara në kushte optimale; përqendrimet e argjendit (0,3 M), përqendrimet e mjaltit (20 wt%) dhe kohët e rrezatimit ultrasonik (30 min)
burimi i figurës: ©Oskuee et al. 2016

Rezultati i sintezës ultrasonike të nanogrimcave të argjendit

Sinteza e nxitur nga ultratingujt dhe e ndërmjetësuar nga mjalti, me sonikatorin UP400St, prodhoi nanogrimca sferike të argjendit (Ag-NPs) me një madhësi mesatare të grimcave prej rreth 11,8nm. Sinteza ultrasonike e nanogrimcave të argjendit është një metodë e thjeshtë dhe e shpejtë që kryhet në një enë të vetme. Përdorimi i ujit dhe mjaltit si materiale e bën reaksionin ekonomik dhe jashtëzakonisht miqësor me mjedisin.
Teknika e paraqitur e sintezës ultrasonike, që përdor mjaltin si agjent reduktues dhe mbulues, mund të zgjerohet edhe për metale të tjera fisnike, si ari, paladiumi dhe bakri, duke ofruar përdorime të ndryshme shtesë, nga mjekësia deri tek industria.

Shpërndarja e madhësisë së grimcave të Ag-NPs të sintetizuara në kushte optimale; përqendrimet e argjendit (0,3 M), përqendrimet e mjaltit (20 wt%) dhe koha e rrezatimit ultrasonik (30 min)
Studimi dhe figura: ©Oskuee et al. 2016

Ndikimi në nukleacion dhe në madhësinë e grimcave përmes sonikimit

Ultratingujt mundësojnë prodhimin e nanogrimcave, si nanogrimcat e argjendit, të përshtatura sipas kërkesave. Tri mënyra të përgjithshme sonikimi kanë efekte të rëndësishme në produktin e përftuar:
Sonikimi fillestar: Zbatimi për një kohë të shkurtër i valëve ultrasonore në një tretësirë të mbingopur mund të nisë mbjelljen dhe formimin e bërthamave. Meqë sonikimi zbatohet vetëm gjatë fazës fillestare, rritja e mëtejshme e kristaleve vazhdon pa pengesa, duke rezultuar në kristale më të mëdha.
Sonikimi i vazhdueshëm: Rrezatimi i vazhdueshëm i tretësirës së mbingopur rezulton në kristale të vogla, pasi trajtimi ultrasonor pa ndërprerje krijon shumë bërthama, duke rezultuar në rritjen e shumë kristaleve të vogla.
Sonikimi me impulse: Ultratingulli me impulse nënkupton zbatimin e ultratingullit në intervale të përcaktuara. Një furnizim me energji ultrasonore i kontrolluar me saktësi mundëson ndikimin në rritjen e kristaleve për të përftuar kristale me madhësi të përshtatur.

Pajisje ultrasonore me performancë të lartë për sintezën e nanogrimcave

Hielscher Ultrasonics ofron procesorë ultrasonorë të besueshëm, me fuqi të lartë, të projektuar për aplikime të avancuara sonokimike, përfshirë sonosintezën dhe sonokatalizën. Përzierja dhe dispergimi me ultratinguj përmirësojnë ndjeshëm transferimin e masës, nxisin lagien e grumbujve të atomeve dhe lehtësojnë bërthamëzimin e tyre të mëvonshëm, duke çuar në precipitimin efikas të nanogrimcave. Sinteza ultrasonore njihet si një metodë e thjeshtë, ekonomikisht efikase, biokompatibile, e riprodhueshme, e shpejtë dhe e sigurt për prodhimin e nanomaterialeve me cilësi të lartë. (Lexoni më shumë rreth sintezës sonokimike të perovskitit dhe nanostrukturave të ZnO!)

Pajisjet ultrasonore Hielscher janë projektuar për kontroll të saktë, duke mundësuar kushte optimale për bërthamëzimin dhe rritjen e nanomaterialeve. Këto pajisje digjitale kanë softuer inteligjent, ekran me prekje me ngjyra dhe një meny intuitive për përdorim të sigurt dhe të lehtë. Gjithashtu, ato ofrojnë regjistrim automatik të të dhënave në një kartë SD të integruar, duke siguruar dokumentim të pandërprerë të procesit.

Me një gamë të plotë sistemesh – nga pajisjet ultrasonore kompakte prej 50 vatësh që mbahen në dorë për përdorim laboratorik deri te sistemet industriale të qëndrueshme prej 16 000 vatësh – Hielscher ofron zgjidhjen ideale ultrasonore për çdo aplikim. Të projektuara për qëndrueshmëri, pajisjet ultrasonore Hielscher janë ndërtuar për të funksionuar vazhdimisht në kushte pune të rënda, edhe në mjedise kërkuese, duke siguruar performancë të besueshme 24/7.
Tabela më poshtë ju jep një orientim për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona ultrasonore:

Krahasimi i metodave konvencionale dhe metodave të sintezës së gjelbër për sintezën e nanogrimcave.