Grön sonokemisk väg till silvernanopartiklar
Silvernanopartiklar (AgNP) används ofta som nanomaterial på grund av deras antimikrobiella egenskaper, optiska egenskaper och höga elektriska ledningsförmåga. Den sonokemiska vägen med kappakarragenan är en enkel, bekväm och miljövänlig syntesmetod för framställning av silvernanopartiklar. κ-karragenan används som en naturlig miljövänlig stabilisator, medan Power Ultrasound fungerar som ett grönt reduktionsmedel.
Grön ultraljudssyntes av silvernanopartiklar
Elsupikhe et al. (2015) har utvecklat en grön ultraljudsassisterad syntesväg för framställning av silvernanopartiklar (AgNPs). Sonokemi är välkänt för att främja många våtkemiska reaktioner. Ultraljudsbehandling gör det möjligt att syntetisera AgNPs med κ-karragenan som naturlig stabilisator. Reaktionen sker vid rumstemperatur och producerar silvernanopartiklar med fcc-kristallstruktur utan några föroreningar. Partikelstorleksfördelningen av AgNP kan påverkas av koncentrationen av κ-karragenan.
Schema för interaktion mellan Ag-NPs laddade grupper som är täckta med κ-karragenan under ultraljudsbehandling. [Elsupikhe et al. 2015]
Procedur
- Ag-NP:erna syntetiserades genom att minska AgNO3 med hjälp av ultraljud i närvaro av κ-karragenan. För att erhålla olika prover bereddes fem suspensioner genom att tillsätta 10 ml 0,1 M AgNO3 till 40 ml κ-karragenan. De κ-karragenanlösningar som användes var 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 respektive 0,3 viktprocent.
- Lösningarna rördes om i 1 timme för att erhålla AgNO3/κ-karragenan.
- Sedan utsattes proverna för intensiv ultraljudsbestrålning: Amplituden för ultraljudsanordningen UP400S (400 W, 24 kHz) var inställd på 50 %. Ultraljudsbehandling tillämpades i 90 minuter vid rumstemperatur. Sonotroden av ultraljudsvätskeprocessorer UP400S sänktes ned direkt i reaktionslösningen.
- Efter ultraljudsbehandling centrifugerades suspensionerna i 15 minuter och tvättades med dubbelt destillerat vatten fyra gånger för att avlägsna silverjonresterna. De utfällda nanopartiklarna torkades vid 40 °C under vakuum över natten för att erhålla Ag-NPs.
Ekvation
- Nh2O —ultraljudsbehandling–> +H + OH
- OH + RH –> R + H2O
- AgNo AgNo3–hydrolys–> Ag+ + NO3–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –Minskningar–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analys och resultat
För att utvärdera resultaten analyserades proverna med UV-synlig spektroskopisk analys, röntgendiffraktion, FT-IR kemisk analys, TEM- och SEM-bilder.
Antalet Ag-NP ökade med ökande κ-karragenankoncentrationer. Bildningen av Ag/κ-karragenan bestämdes genom UV-synlig spektroskopi där ytplasmonabsorptionsmaximum observerades vid 402 till 420 nm. Röntgendiffraktionsanalysen (XRD) visade att Ag-NP:erna har en ansiktscentrerad kubisk struktur. Fouriertransforminfrarött (FT-IR) spektrum indikerade närvaron av Ag-NP i κ-karragenan. Transmissionselektronmikroskopi (TEM) bild för den högsta koncentrationen av κ-karragenan visade fördelningen av Ag-NP med en genomsnittlig partikelstorlek nära 4,21 nm. Skanningselektronmikroskopi (SEM) bilder illustrerade den sfäriska formen hos Ag-NPs. SEM-analysen visar att med ökande κ-karragenankoncentration inträffade förändringar i ytan av Ag/κ-karragenan, så att små Ag-NP:er med sfärisk form erhölls.
TEM-bilder och motsvarande storleksfördelningar för sonokemiskt syntetiserad Ag/κ-karragenan vid olika koncentrationer av κ-karragenan. [0,1 %, 0,2 % respektive 0,3 % (a, b, c)].
Ag+/κ-karragenan (vänster) och sonikerad Ag/κ-karragenan (höger). Ultraljudsbehandling utfördes med UP400S i 90min. [Elsupikhe et al. 2015]
UP400S – ultraljudsanordningen som används för sonokemisk syntes av Ag-nanopartiklar
SEM-bilder för Ag/κ-karragenan vid olika koncentrationer av κ-karragenan. [0,1 %, 0,2 % respektive 0,3 % (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015]
Litteratur/Referenser
- Elsupikhe, Randa Fawzi; Shameli, Kamyar; Ahmad, Mansor B; Ibrahim, Nor Azowa; Zainudin, Norhazlin (2015): Grön sonokemisk syntes av silvernanopartiklar vid varierande koncentrationer av κ-karragenan. Forskningsbrev i nanoskala 10. 2015.
Grundläggande information
Sonokemi
När kraftfullt ultraljud appliceras på kemiska reaktioner i lösning (flytande eller uppslamningstillstånd), ger det specifik aktiveringsenergi på grund av ett fysikaliskt fenomen, känt som akustisk kavitation. Kavitation skapar höga skjuvkrafter och extrema förhållanden som mycket höga temperaturer och kylhastigheter, tryck och vätskestrålar. Dessa intensiva krafter kan initiera reaktioner och förstöra attraktiva krafter hos molekyler i vätskefas. Många reaktioner är kända för att dra nytta av ultraljudsbestrålning, t.ex. sonolys, Sol-Gel rutt, sonokemisk syntes av palladium, latex, hydroxiapatit och många andra ämnen. Läs mer om Sonokemi här!
silver nanopartiklar
Silvernanopartiklar kännetecknas av en storlek på mellan 1 nm och 100 nm. Även om det ofta beskrivs som "silver"’ Vissa består av en stor andel silveroxid på grund av deras stora förhållande mellan yt- och bulksilveratomer. Silvernanopartiklar kan uppträda med olika strukturer. Vanligast är att sfäriska silvernanopartiklar syntetiseras, men diamanter, åttkantiga och tunna ark används också.
Silvernanopartiklar är mycket frekventa i medicinska tillämpningar. Silverjonerna är bioaktiva och har starka antimikrobiella och bakteriedödande effekter. Deras extremt stora yta gör det möjligt att koordinera många ligander. Andra viktiga egenskaper är konduktivitet och unika optiska egenskaper.
På grund av sina ledande egenskaper ingår silvernanopartiklar ofta i kompositer, plaster, epoxi och lim. Silverpartiklarna ökar den elektriska ledningsförmågan; Därför används silverpastor och bläck ofta vid tillverkning av elektronik. Eftersom silvernanopartiklar stöder ytplasmoner har AgNP enastående optiska egenskaper. Plasmoniska silvernanopartiklar används för sensorer, detektorer och analytisk utrustning som Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) och Surface Plasmon Field-enhanced Fluorescence Spectroscopy (SPFS).
karragenan
Karragenan är en billig naturlig polymer som finns i olika arter av röda alger. Karragenaner är linjära sulfaterade polysackarider som används i stor utsträckning inom livsmedelsindustrin för sina gelbildande, förtjockande och stabiliserande egenskaper. Deras huvudsakliga tillämpning är i mejeri- och köttprodukter, på grund av deras starka bindning till livsmedelsproteiner. Det finns tre huvudsorter av karragenan, som skiljer sig åt i sin grad av sulfatering. Kappa-karragenan har en sulfatgrupp per disackarid. Iota-karragenan (ι-karragenen) har två sulfater per disackarid. Lambdakarragenan (λ-karragenen) har tre sulfater per disackarid.
Kappakarragenan (κ-karragenan) har en linjär struktur av sulfaterad polysackarid av D-galaktos och 3,6-anhydro-D-galaktos.
κ-karragenan används i stor utsträckning inom livsmedelsindustrin, t.ex. som gelningsmedel och för texturmodifiering. Det finns som tillsats i glass, grädde, keso, milkshakes, salladsdressingar, sötad kondenserad mjölk, sojamjölk & annan vegetabilisk mjölk och såser för att öka produktens viskositet.
Dessutom kan κ-karragenan hittas i icke-livsmedelsprodukter som förtjockningsmedel i schampo och kosmetiska krämer, i tandkräm (som stabilisator för att förhindra att beståndsdelar separerar), brandsläckningsskum (som förtjockningsmedel för att få skummet att bli klibbigt), geler för luftfräschare, skokräm (för att öka viskositeten), inom biotekniken för att immobilisera celler/enzymer, i läkemedel (som ett inaktivt hjälpämne i piller/tabletter), i foder för sällskapsdjur etc.