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 är syntetiska reaktioner under ultraljudsbestrålning, används i stor utsträckning för att producera nanopartiklar som silver, guld, magnetit, hydroxiapatit, klorokin, perovskit, latex och många andra nanomaterial.
Ultraljud våt-kemisk syntes
För silvernanopartiklar är flera ultraljudsassisterade syntesvägar kända. Nedan presenteras en ultraljudssyntesväg med honung som reduktions- och ligandtäckande medel. Honungskomponenter som glukos och fruktos är ansvariga för dess roll som både täckande och reduktionsmedel i syntesprocessen.
Liksom de flesta vanliga metoder för syntes av nanopartiklar faller ultraljudssyntesen av nanosilver också under kategorin våtkemi. Ultraljud främjar kärnbildningen av silver nanopartiklar i en lösning. Den ultraljudsfrämjade kärnbildningen uppstår när en silverprekursor (silverjonkomplex), t.ex. silvernitrat (AgNO3) eller silverperklorat (AgClO4), reduceras till kolloidalt silver i närvaro av ett reduktionsmedel, t.ex. honung. Under förutsättning att koncentrationen av silverjoner i lösningen ökar tillräckligt, binder upplösta metalliska silverjoner samman och bildar en stabil yta. När klustret av silverjoner fortfarande är litet är det ett energetiskt ogynnsamt tillstånd på grund av en negativ energibalans. Den negativa energibalansen uppstår eftersom den energi som erhålls genom att minska koncentrationen av upplösta silverpartiklar är lägre än den energi som spenderas genom att skapa en ny yta.
När hopen når den kritiska radien, vilket är den punkt då den blir energetiskt gynnsam, är den tillräckligt stabil för att fortsätta växa. Under tillväxtfasen diffunderar fler silveratomer genom lösningen och fäster på ytan. När koncentrationen av löst atomsilver sjunker till en viss punkt nås kärnbildningströskeln så att atomerna inte kan binda ihop längre för att bilda en stabil kärna. Vid denna kärnbildningströskel upphör tillväxten av nya nanopartiklar, och det återstående upplösta silvret absorberas genom diffusion in i de växande nanopartiklarna i lösningen.
Ultraljudsbehandling främjar massöverföringen, dvs vätningen av klustren, vilket resulterar i en snabbare kärnbildning. Genom exakt kontrollerad ultraljudsbehandling kan tillväxthastigheten, storleken och formen på nanopartikelstrukturerna bestämmas.
Klicka här för att läsa mer om en annan grön metod för att ultraljudssyntetisera nano-silver med hjälp av karragenan!
- Enkel reaktion med en kruka
- Säker
- Snabb process
- Låg kostnad
- Linjär skalbarhet
- miljövänlig, grön kemi
Fallstudie av ultraljud nano-silver syntes
Material: silvernitrat (AgNO3) som silverprekursor. honung som täckmedel / reduktionsmedel; Vatten
Ultraljudsapparat: UP400St
Protokoll för ultraljudssyntes
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 en ultraljudsapparat av sondtyp UP400S (400 W, 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.
Resultat av ultraljudssyntes av silvernanopartiklar
Den ultraljudsfrämjade, honungsmedierade syntesen med 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.
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
Hielscher Ultrasonics levererar kraftfulla och pålitliga ultraljudsprocessorer för sonokemiska tillämpningar, inklusive sonosyntes och sono-katalys. Ultraljud blandning och dispergering ökar massöverföringen och främjar vätning och efterföljande kärnbildning av atomkluster för att fälla ut nanopartiklar. Ultraljudssyntes av nanopartiklar är en enkel, kostnadseffektiv, biokompatibel, reproducerbar, snabb och säker metod.
Hielscher Ultrasonics levererar kraftfulla och exakt kontrollerbara ultraljudsprocessorer för kärnbildning och utfällning av nanomaterial. Alla digitala enheter är utrustade med intelligent programvara, färgpekskärm, automatisk dataregistrering på ett inbyggt SD-kort och har en intuitiv meny för användarvänlig och säker användning.
Täcker hela effektområdet från 50 watt handhållna ultraljudsapparater för labbet upp till 16 000 watt kraftfulla industriella ultraljudssystem, har Hielscher den perfekta ultraljudsinställningen för din applikation. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
---|---|---|
1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Litteratur/Referenser
- Reza Kazemi Oskuee, Azhar Banikamali, Bibi Sedigheh Fazly Bazzaz, Hasan Ali Hosseini, 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.
- Eranga Roshan Balasooriya et al. (2017): Honey Mediated Green Synthesis of Nanoparticles: New Era of Safe Nanotechnology. Journal of Nanomaterials Volume 2017.
Fakta som är värda att veta
Silver nanopartiklar
Silvernanopartiklar är partiklar av silver med en storlek mellan 1 nm och 100 nm. Silvernanopartiklar har en extremt stor yta, vilket gör det möjligt att koordinera ett stort antal ligander.
Silvernanopartiklar erbjuder unika optiska, elektriska och termiska egenskaper som gör dem mycket värdefulla för materialvetenskap och produktutveckling, t.ex. solceller, elektronik, ledande bläck, biologiska/kemiska sensorer.
En annan tillämpning, som redan har blivit allmänt etablerad, är användningen av silvernanopartiklar för antimikrobiella beläggningar, och många textilier, tangentbord, sårförband och biomedicinsk utrustning innehåller nu silvernanopartiklar som kontinuerligt släpper ut en låg nivå av silverjoner för att ge skydd mot bakterier.
Nano-silver i textilier
Silvernanopartiklar används för textiltillverkning, där Ag-NP används för att tillverka bomullstyger med justerbara färger, antibakteriella egenskaper och självläkande superhydrofoba egenskaper. Den antibakteriella egenskapen hos silvernanopartiklar gör det möjligt att tillverka tyger som bryter ner bakteriehärledd lukt (t.ex. svettlukt).
Antibakteriell beläggning för medicin och medicinsk tillförsel
Silvernanopartiklar har antibakteriella, svampdödande och antioxidativa egenskaper, vilket gör dem intressanta för phamaceutiska och medicinska tillämpningar, t.ex. tandvård, kirurgiska tillämpningar, sårläkningsbehandling och biomedicinsk utrustning. Forskning har visat att silvernanopartiklar (Ag-nP) hämmar tillväxt och förökning av olika bakteriestammar som Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Citrobacter koseri, Salmonella typhii, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Vibrio parahaemolyticus och svampen Candida albicans. Den antibakteriella/svampdödande effekten uppnås genom att silvernanopartiklar diffunderar in i cellerna och binder Ag/Ag+-joner till biomolekylerna i de mikrobiella cellerna så att deras funktion störs.