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 хемија захтева прецизну контролу параметара. Наши инжењери за наноматеријале ће вам помоћи да одаберете прави сонотрод, геометрију реактора и подешавања снаге како бисте максимизовали принос, контролисали морфологију честица и осигурали потпуно поштовање принципа зелене хемије.
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 : Одржива синтеза наночестица сребра
- 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
- nH₂O —соницатион–> +H + OH
- ОХ + РХ –> R + H₂O
- AgNo₃–хидролиза–> Ag+ + NO₃–
- Р + Аг+ —> Ag° + R’ + Х+
- Аг+ + Х –смањења–> Ag°
- Аг+ + Х2О —> Ag° + OH + H+
Анализа и резултати: Ултразвучно синтетизоване наночестице сребра
Да би се проценили резултати, узорци су анализирани УВ-видљивом спектроскопском анализом, рендгенском дифракцијом, ФТ-ИР хемијском анализом, ТЕМ и СЕМ сликама.
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.
Литература/Референце
- 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.
Често постављана питања: Зелена сонохемијска синтеза сребрних наночестица
Како ултразвук побољшава зелену синтезу сребрних наночестица?
Ултразвук покреће акустичну кавитацију, стварајући локализована жаришта која брзо редукују јоне сребра користећи еколошке агенсе. Ова сонохемијска процедура убрзава кинетику реакције, промовише једнолично нуклеовање и омогућава прецизну контролу величине и облика честица – све без оштрих хемикалија или велике топлотне енергије.
Које су главне предности зелене сонохемијске методе за AgNPs?
Зелена сонохемијска синтеза комбинује ултразвук са биокомпатибилним редукујућим и покривним агентима (као што су биљни екстракти, шећери или полимери) како би се произвели нетоксични, еколошки прихватљиви сребрни наночестици. Ова метода смањује потрошњу енергије, скраћује време синтезе, елиминише опасне спороизводе и даје високостабилне наночестице са конзистентном расподелом величине.
Може ли ултразвук контролисати величину и морфологију сребрних наночестица?
Да. Подешавањем ултразвучне амплитуде, фреквенције, густине снаге и времена соникације, произвођачи могу прецизно регулисати стопе нуклеације и раста. Ово омогућава репродуктивну производњу AgNPs величине од 5–100 нм у различитим облицима (сфере, коцке, троугласте плоче), прилагођеним специфичним биомедицинским, електронским или индустријским применама.
Да ли је ултразвучна зелена синтеза скалабилна за индустријску производњу AgNPs?
Апсолутно. Индустријски ултразвучни процесори подржавају непрекидне реакторе протока који неприметно скалирају од лабораторијских серија до пуне производње. Инлајн соникација обезбеђује једнолично распоређивање кавитације, праћење процеса у реалном времену и конзистентност од серије до серије, што је идеално за производњу великих количина, еколошки прихватљивих AgNPs.
Koji zeleni redukciona sredstva najbolje funkcionišu sa ultrazvučnom sintezom srebrnih nančestica?
Efikasna ekološki prihvatljiva sredstva uključuju biljne ekstrakte (npr. aloja, zeleni čaj, kore citrusa), ugljene hidrate, amino kiseline, proteine i biorazgradive polimere. Ultrazvuk pojačava njihovu redukcionu i stabilizujuću efikasnost, omogućavajući potpuno zamenjivanje sintetičkih hemikalija uz očuvanje visokog prinosa, koloidne stabilnosti i funkcionalnih svojstava.
Kako se sonohhemijska sinteza upoređuje sa tradicionalnim hemijskim metodama za AgNPs?
Konvencionalni hemijski postupci često se oslanjaju na toksične reduktore (npr. natrijum borohidrid), ekstremni pH i stvaraju opasan otpad. Zelena sonokemijska sinteza koristi sigurne, obnovljive materijale, funkcioniše na ambijentalnim ili blagim temperaturama, značajno skraćuje vreme obrade i proizvodi čistije, biokompatibilne nanočestice sa superiornom disperzijom i rokom trajanja.
Koje industrije imaju koristi od zelenih ultrazvučnih nanosrebro čestica?
AgNPs dobijene putem zelenih sonokemijskih metoda široko se koriste u antimikrobnim premazi, medicinskim uređajima, nezi rana, filtraciji vode, fleksibilnoj elektronici i održivoj ambalaži. Njihova ekološki prihvatljiva proizvodnja osigurava usklađenost sa strogim ekološkim i bezbednosnim standardima, dok istovremeno pruža visoke performanse i regulatorno prihvatanje.
Šta su nanočestice srebra?
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).
What is Carrageenan?
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.



