Зелени сонохемијски пут до сребрних наночестица
Сребрне наночестице (АгНП) су често коришћени наноматеријали због својих антимикробних својстава, оптичких својстава и високе електричне проводљивости. Сонохемијски пут који користи капа карагенан је једноставан, згодан и еколошки прихватљив метод синтезе за припрему сребрних нано честица. κ-карагенан се користи као природни еколошки стабилизатор, док ултразвук снаге делује као зелени редукциони агенс.
Зелена ултразвучна синтеза сребрних наночестица
Елсупихе и др. (2015) развили су зелени пут синтезе уз помоћ ултразвука за припрему наночестица сребра (АгНП). Познато је да сонохемија промовише многе влажне хемијске реакције. Соникација омогућава да се синтетизују АгНП са κ-карагенаном као природним стабилизатором. Реакција тече на собној температури и производи наночестице сребра са фцц кристалном структуром без икаквих нечистоћа. На расподелу величине честица АгНП може утицати концентрација κ-карагенана.
Шема интеракције између Аг-НП наелектрисаних група које су затворене κ-карагенаном под соникацијом. [Елсупихе ет ал. 2015]
Процедура
- Аг-НП су синтетизовани редукцијом АгНО3 коришћењем ултразвучне обраде у присуству κ-карагенана. Да би се добили различити узорци, припремљено је пет суспензија, додавањем 10 мЛ 0,1 М АгНО3 до 40-мЛ κ-карагенана. Коришћени раствори κ-карагенана били су 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 и 0,3 теж%, респективно.
- Раствори су мешани 1 х да би се добио АгНО3/κ-карагинан.
- Затим су узорци били изложени интензивном ултразвучном зрачењу: амплитуда ултразвучног уређаја УП400С (400В, 24кХз) је подешено на 50%. Соникација је примењена 90 минута на собној температури. Сонотрода ултразвучних течних процесора УП400С је уроњен директно у реакциони раствор.
- После соникације, суспензије су центрифугиране 15 минута и испране двоструко дестилованом водом четири пута да би се уклонио остатак јона сребра. Преципитиране наночестице су сушене на 40°Ц под вакуумом преко ноћи да би се добили Аг-НП.
Једначина
- нХ2О —соницатион–> +H + OH
- ОХ + РХ –> R + H2О
- АгНо3–хидролиза–> Ag+ + NO3–
- Р + Аг+ —> Ag° + R’ + Х+
- Аг+ + Х –смањења–> Ag°
- Аг+ + Х2О —> Ag° + OH + H+
Анализа и резултати
Да би се проценили резултати, узорци су анализирани УВ-видљивом спектроскопском анализом, рендгенском дифракцијом, ФТ-ИР хемијском анализом, ТЕМ и СЕМ сликама.
Број Аг-НП се повећавао са повећањем концентрације κ-карагенана. Формирање Аг/κ-карагенана је одређено УВ-видљивом спектроскопијом где је примећен максимум апсорпције површинског плазмона на 402 до 420 нм. Анализа дифракције рендгенских зрака (КСРД) је показала да су Аг-НП кубичне структуре центриране на лице. Инфрацрвени (ФТ-ИР) спектар Фуријеове трансформације указује на присуство Аг-НП у κ-карагенану. Слика трансмисионе електронске микроскопије (ТЕМ) за највећу концентрацију κ-карагенана показала је дистрибуцију Аг-НП са просечном величином честица близу 4,21 нм. Слике скениране електронске микроскопије (СЕМ) илустровале су сферни облик Аг-НП. СЕМ анализа показује да са повећањем концентрације κ-карагенана долази до промена на површини Аг/κ-карагенана, тако да Аг-НП мале величине са сферним обликом добијено.
ТЕМ слике и одговарајуће расподеле величине за сонохемијски синтетизовани Аг/κ-карагенан при различитим концентрацијама κ-карагенана. [0,1%, 0,2% и 0,3%, респективно (а, б, ц)].
Аг+/κ-карагенан (лево) и соницирани Аг/κ-карагенан (десно). Соникација је изведена са УП400С током 90 минута. [Елсупихе ет ал. 2015]
УП400С – ултразвучни уређај који се користи за сонохемијску синтезу наночестица Аг
СЕМ слике за Аг/κ-карагенан при различитим концентрацијама κ-карагенана. [0,1%, 0,2% и 0,3% (а, б, ц)]. [Елсупихе ет ал. 2015]
Литература/Референце
- Елсупихе, Ранда Фавзи; Схамели, Камиар; Ахмад, Мансор Б; Ибрахим, Нор Азова; Заинудин, Норхазлин (2015): Зелена сонохемијска синтеза сребрних наночестица у различитим концентрацијама κ-карагенана. Писма о истраживању наноразмера 10. 2015.
Основне информације
Соноцхемистри
Када се снажан ултразвук примени на хемијске реакције у раствору (течно или муљно стање), он обезбеђује специфичну енергију активације услед физичког феномена, познатог као акустична кавитација. Кавитација ствара велике силе смицања и екстремне услове као што су веома високе температуре и брзине хлађења, притисци и млазови течности. Ове интензивне силе могу покренути реакције и уништити привлачне силе молекула у течној фази. Познато је да бројне реакције имају користи од ултразвучног зрачења, нпр. сонолиза, сол-гел пут, сонохемијска синтеза паладијум, латекс, хидроксиапатит и многе друге супстанце. Прочитајте више о сонохемија овде!
наночестице сребра
Сребрне наночестице карактерише величина између 1нм и 100нм. Иако се често описује као „сребро’ неки се састоје од великог процента сребрног оксида због великог односа површине и масе атома сребра. Сребрне наночестице могу се појавити са различитим структурама. Најчешће се синтетишу сферичне наночестице сребра, али се такође користе дијамантски, осмоугаони и танки листови.
Сребрне наночестице су веома распрострањене у медицинским апликацијама. Јони сребра су биоактивни и имају јака антимикробна и гермицидна дејства. Њихова изузетно велика површина омогућава координацију бројних лиганада. Друге важне карактеристике су проводљивост и јединствена оптичка својства.
Због својих проводљивих карактеристика, наночестице сребра су често уграђене у композите, пластику, епоксиде и лепкове. Честице сребра повећавају електричну проводљивост; стога се сребрне пасте и мастила често користе у производњи електронике. Пошто наночестице сребра подржавају површинске плазмоне, АгНП имају изванредна оптичка својства. Плазмонске наночестице сребра се користе за сензоре, детекторе и аналитичку опрему као што су површинска раманска спектроскопија (СЕРС) и флуоресцентна спектроскопија побољшана плазмонским пољем (СПФС).
Карагенан
Карагенан је јефтин природни полимер, који се налази у разним врстама црвених морских алги. Карагенани су линеарни сулфатни полисахариди који се широко користе у прехрамбеној индустрији, због својих својстава за желирање, згушњавање и стабилизацију. Њихова главна примена је у млечним и месним производима, због снажног везивања за протеине хране. Постоје три главне варијанте карагенана, које се разликују по степену сулфатизације. Капа-карагенан има једну сулфатну групу по дисахариду. Јота-карагенан (ι-карагенен) има два сулфата по дисахариду. Ламбда карагенан (λ-карагенен) има три сулфата по дисахариду.
Капа карагенан (κ-карагенан) има линеарну структуру сулфатисаног полисахарида Д-галактозе и 3,6-анхидро-Д-галактозе.
κ- карагенан се широко користи у прехрамбеној индустрији, нпр. као средство за желирање и за модификацију текстуре. Може се наћи као адитив у сладоледу, павлаци, сиру, млечним шејковима, преливима за салату, заслађеном кондензованом млеку, сојином млеку & друга биљна млека и сосеви за повећање вискозитета производа.
Штавише, κ-карагинан се може наћи у непрехрамбеним производима као што су згушњивач у шампонима и козметичким кремама, у пасти за зубе (као стабилизатор за спречавање раздвајања састојака), пени за гашење пожара (као згушњивач који изазива лепљење пене), геловима за освежавање ваздуха , крема за ципеле (за повећање вискозитета), у биотехнологији за имобилизацију ћелија/ензима, у фармацеутским производима (као неактивни ексципијенс у пилулама/таблетама), у храни за кућне љубимце итд.