Syntetisera nano-silver med honung och ultraljud

Nanosilver används för sina antibakteriella egenskaper för att förstärka material inom medicin och materialvetenskap. Ultraljud möjliggör en snabb, effektiv, säker och miljövänlig syntes av sfäriska silver nanopartiklar i vatten. Ultraljud nanopartikelsyntes kan enkelt skalas från liten till stor produktion.

Ultraljudsassisterad syntes av kolloidalt nano-silver

Sonokemisk syntes, som hänvisar till kemiska reaktioner som underlättas av ultraljudsbestrålning, är en allmänt använd metod för att producera nanopartiklar. Dessa inkluderar silver, guld, magnetit, hydroxiapatit, klorokin, perovskit, latex och många andra nanomaterial.

Ultraljud våt-kemisk syntes

Flera ultraljudsassisterade syntesvägar har utvecklats för att producera silvernanopartiklar. En anmärkningsvärd metod använder honung som både reduktions- och täckmedel. Komponenter i honung, såsom glukos och fruktos, verkar synergistiskt i dessa roller under syntesprocessen.
I likhet med många tekniker för syntes av nanopartiklar faller ultraljudssyntes av nanosilver under kategorin våtkemi. Processen börjar med kärnbildningen av silvernanopartiklar i en lösning. Under ultraljudsbehandling kan en silverprekursor (t.ex. silvernitrat (AgNO₃) eller silverperklorat (AgClO₄)) reduceras i närvaro av ett reduktionsmedel, t.ex. honung, för att producera kolloidalt silver.

Mekanism för ultraljud silver kärnbildning och tillväxt

Inledande kärnbildningsfas: När koncentrationen av upplösta silverjoner ökar börjar metalliska silverjoner binda för att bilda små kluster. I detta skede är dessa kluster energetiskt instabila på grund av en negativ energibalans. Den energi som krävs för att skapa nya ytor överstiger den energi som erhålls genom att minska koncentrationen av upplöst silver.

• Kritisk radie: När en kluster når en viss storlek (den kritiska radien) blir processen energetiskt gynnsam, vilket stabiliserar klustret. Denna stabilitet gör att klustret kan fungera som en kärna för ytterligare tillväxt.
• Tillväxtfas: Under tillväxten diffunderar ytterligare silveratomer genom lösningen och fäster på den växande nanopartikelytan. Tillväxten fortsätter tills koncentrationen av upplöst silver sjunker under kärnbildningströskeln, vilket stoppar bildandet av nya kärnor.
• Diffusion och färdigställande: Det återstående upplösta silvret inkorporeras i befintliga nanopartiklar, vilket fullbordar processen.

Ultraljudsbehandling påskyndar massöverföring, särskilt vätning och diffusionsprocesser, vilket leder till snabbare kärnbildning och kontrollerad tillväxt. Genom att exakt justera ultraljudsbehandling parametrar, såsom intensitet och varaktighet, storlek, tillväxthastighet, och form av nanopartiklar kan finjusteras. Denna exakta kontroll säkerställer konsekventa nanopartikelstrukturer som är skräddarsydda för specifika tillämpningar.

Ultraljudsassisterad syntes sticker ut som en effektiv, skalbar och grön kemimetod för att producera nanosilver med väldefinierade egenskaper, vilket erbjuder betydande fördelar för olika tillämpningar inom forskning och industri.

Klicka här för att läsa mer om en annan grön metod för att ultraljudssyntetisera nano-silver med hjälp av karragenan!

Ultraljudsbehandling underlättar den snabba, gröna syntesen av små silver nanopartiklar med en smal storleksfördelning.

Fallstudie av ultraljud nano-silver syntes

Studien med titeln “Honungsbaserad och ultraljudsassisterad syntes av silvernanopartiklar och deras antibakteriella aktiviteter” av Oskuee et al. (2016) utforskar en enkel och miljövänlig metod för att syntetisera silvernanopartiklar (Ag-NPs) med hjälp av naturlig honung som både ett reducerande och stabiliserande medel. Processen, som innebär reduktion av silvernitrat (AgNO₃) under ultraljudsbestrålning, kännetecknas av olika parametrar inklusive silverjonkoncentration, honungskoncentration och ultraljudsbehandlingstid. De resulterande Ag-NP:erna har en genomsnittlig storlek på cirka 11,8 nm och uppvisar antibakteriella egenskaper mot patogena bakterier som Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa och E. coli.
Studien belyser fördelarna med att använda honung i nanopartikelsyntes, med betoning på dess gröna, billiga och giftfria natur. Författarna visar att storleken och utbytet av Ag-NP kan kontrolleras genom att justera reaktionsparametrar såsom silverkoncentration, honungsinnehåll och ultraljudsbehandling. De syntetiserade Ag-NP:erna visade sig ha effektiv antibakteriell aktivitet, särskilt mot E. coli och S. aureus, med minsta hämmande koncentrationer (MIC) på cirka 19,46 ppm. Denna metod utgör en potentiell tillämpning för Ag-NP inom medicinska områden, inklusive sårläkning och infektionskontroll.

• Material: silvernitrat (AgNO₃) som silverprekursor. honung som täckmedel / reduktionsmedel; Vatten
• Ultraljudsapparat: Sond-typ sonchester UP400St

Protokoll för ultraljudssyntes

De bästa förutsättningarna för att syntetisera kolloidala silvernanopartiklar visade sig vara följande: Minskning av silvernitrat under ultraljud medierad av naturlig honung. Kortfattat utsattes 20 ml silvernitratlösning (0,3 M) innehållande honung (20 viktprocent) för högintensiv ultraljudsbestrålning under omgivningsförhållanden under 30 minuter. Ultraljud utfördes med sond-typ ultraljudsapparat UP400S (400W, 24 kHz) nedsänkt direkt i reaktionslösningen.
Honung av livsmedelskvalitet används som täckmedel / stabiliserings- och reduktionsmedel, vilket gör den vattenhaltiga kärnbildningslösningen och de utfällda nanopartiklarna rena och säkra för många applikationer.
När ultraljudstiden ökar, blir silver nanopartiklarna mindre och deras koncentration förbättras.
I den vattenhaltiga honungslösningen är ultraljud en nyckelfaktor som påverkar bildandet av silver nanopartiklar. Ultraljudsbehandling parametrar såsom amplitud, tid och kontinuerlig vs pulserande ultraljud är viktiga faktorer som gör det möjligt att kontrollera storlek och mängd silver nano-partiklar.

Partikelstorleksfördelning av Ag-NP syntetiserade under optimala förhållanden; silverhalter (0,3 M), honungshalter (20 viktprocent) och ultraljudsbestrålningstider (30 min)
bildkälla: ©Oskuee et al. 2016

Resultat av ultraljudssyntes av silvernanopartiklar

Den ultraljudsfrämjade, honungsmedierade syntesen med sonikator UP400St resulterade i sfäriska silvernanopartiklar (Ag-NPs) med en genomsnittlig partikelstorlek på cirka 11,8 nm. Ultraljudssyntesen av silvernanopartiklarna är en enkel och snabb one-pot-metod. Användningen av vatten och honung som material gör reaktionen kostnadseffektiv och exceptionellt miljövänlig.
Den presenterade tekniken för ultraljudssyntes med honung som reduktions- och kapningsmedel kan utvidgas till andra ädelmetaller, såsom guld, palladium och koppar, vilket erbjuder olika ytterligare tillämpningar från medicin till industri.

Partikelstorleksfördelning av Ag-NP syntetiserade under optimala förhållanden; silverhalter (0,3 M), honungshalter (20 viktprocent) och ultraljudsbestrålningstid (30 min)
Studie och bild: ©Oskuee et al. 2016

Påverka kärnbildning och partikelstorlek genom ultraljudsbehandling

Ultraljud gör det möjligt att producera nanopartiklar som silvernanopartiklar som är skräddarsydda efter behov. Tre allmänna alternativ för ultraljudsbehandling har viktiga effekter på utgången:
Inledande ultraljudsbehandling: Den korta appliceringen av ultraljudsvågor på en övermättad lösning kan initiera sådd och bildning av kärnor. Eftersom ultraljudsbehandling endast tillämpas under det inledande skedet, fortsätter den efterföljande kristalltillväxten obehindrad vilket resulterar i större kristaller.
Kontinuerlig ultraljudsbehandling: Den kontinuerliga bestrålningen av den övermättade lösningen resulterar i små kristaller eftersom den opausade ultraljudsbehandlingen skapar många kärnor vilket resulterar i tillväxten av många små kristaller.
Pulserande ultraljudsbehandling: Pulserande ultraljud innebär applicering av ultraljud i bestämda intervall. En exakt kontrollerad tillförsel av ultraljudsenergi gör det möjligt att påverka kristalltillväxten för att få en skräddarsydd kristallstorlek.

Högpresterande ultraljudsapparater för syntes av nanopartiklar

Hielscher Ultrasonics erbjuder kraftfulla, pålitliga ultraljudsprocessorer utformade för avancerade sonokemiska applikationer, inklusive sonosyntes och sono-katalys. Ultraljudsblandning och dispergering förbättrar avsevärt massöverföringen, främjar vätningen av atomkluster och underlättar deras efterföljande kärnbildning, vilket leder till effektiv utfällning av nanopartiklar. Ultraljudssyntes är erkänd som en enkel, kostnadseffektiv, biokompatibel, reproducerbar, snabb och säker metod för att producera nanomaterial av hög kvalitet. (Läs mer om den sonokemiska syntesen av perovskit och ZnO nanostrukturer!)

Hielscher ultraljudsapparater är konstruerade för exakt kontroll, vilket möjliggör optimala förhållanden för kärnbildning och tillväxt av nanomaterial. Dessa digitala enheter har intelligent programvara, en färgpekskärm och en intuitiv meny för säker och användarvänlig användning. Dessutom kommer de med automatisk dataregistrering på ett inbyggt SD-kort, vilket säkerställer sömlös processdokumentation.

Med ett omfattande utbud av system - från kompakta 50-watts handhållna ultraljudsapparater för laboratoriebruk till robusta 16 000-watts industriella system - erbjuder Hielscher den perfekta ultraljudslösningen för varje applikation. Hielscher ultraljudsutrustning är designad för hållbarhet och är byggd för att fungera kontinuerligt under tunga förhållanden, även i krävande miljöer, vilket säkerställer pålitlig prestanda 24/7.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Jämförelse av konventionella metoder och gröna syntesmetoder för syntes av nanopartiklar.