เส้นทาง Sonochemical สีเขียวไปยังอนุภาคนาโนเงิน

อนุภาคนาโนเงิน (AgNPs) มักใช้วัสดุนาโนเนื่องจากมีคุณสมบัติต้านจุลินทรีย์คุณสมบัติทางแสงและการนําไฟฟ้าสูง เส้นทางโซโนเคมีโดยใช้ kappa carrageenan เป็นวิธีการสังเคราะห์ที่ง่ายสะดวกและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสําหรับการเตรียมอนุภาคนาโนเงิน κ-carrageenan ใช้เป็นสารทําให้คงตัวตามธรรมชาติที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในขณะที่อัลตราซาวนด์พลังงานทําหน้าที่เป็นสารลดสีเขียว

ปรับปรุงกระบวนการสังเคราะห์ด้วยโซโนเคมีของคุณให้ประสิทธิภาพสูงสุด!
เคมีสีเขียวต้องการการควบคุมพารามิเตอร์อย่างแม่นยำ วิศวกรวัสดุนาโนของเราจะช่วยคุณเลือกโซโนโทรดที่เหมาะสม รูปทรงของเครื่องปฏิกรณ์ และการตั้งค่ากำลังไฟฟ้า เพื่อเพิ่มผลผลิตให้สูงสุด ควบคุมรูปร่างของอนุภาค และรับรองว่าสอดคล้องกับหลักการของเคมีสีเขียวอย่างครบถ้วน

การสังเคราะห์อนุภาคนาโนเงิน (AgNPs) ด้วยเครื่องอัลตราโซนิก UP400S

Ag+/κ-คาราจีแนน (ด้านซ้าย) และ Ag/κ-คาราจีแนนที่ผ่านกระบวนการอัลตราโซนิก (ด้านขวา) กระบวนการอัลตราโซนิกดำเนินการด้วยเครื่อง UP400S เป็นเวลา 90 นาที
[Elsupikhe และคณะ 2015]

การสังเคราะห์อัลตราโซนิกสีเขียวของอนุภาคนาโนเงิน

Elsupikhe et al. (2015) ได้พัฒนาเส้นทางการสังเคราะห์ด้วยอัลตราโซนิกสีเขียวสําหรับการเตรียมอนุภาคนาโนเงิน (AgNPs) Sonochemistry เป็นที่รู้จักกันดีในการส่งเสริมปฏิกิริยาเคมีเปียกจํานวนมาก Sonication ช่วยให้สามารถสังเคราะห์ AgNPs ด้วย κ-carrageenan เป็นความคงตัวตามธรรมชาติ ปฏิกิริยาจะทํางานที่อุณหภูมิห้องและผลิตอนุภาคนาโนเงินที่มีโครงสร้างผลึก fcc โดยไม่มีสิ่งสกปรกใดๆ การกระจายขนาดอนุภาคของ AgNPs อาจได้รับอิทธิพลจากความเข้มข้นของ κ-carrageenan

การสังเคราะห์โซโนเคมีสีเขียวของ NPs เงิน (คลิกเพื่อขยาย!)

รูปแบบปฏิสัมพันธ์ระหว่างกลุ่ม Ag-NPs ที่ถูกจํากัดด้วย κ-carrageenan ภายใต้การ sonication [Elsupikhe et al. 2015]

ขั้นตอน: การสังเคราะห์อนุภาคนาโนเงินอย่างยั่งยืน

Ag-NPs ถูกสังเคราะห์โดยการลด AgNO₃ ใช้อัลตราโซนิกต่อหน้า κ-carrageenan เพื่อให้ได้ตัวอย่างที่แตกต่างกัน จึงเตรียมสารแขวนลอยห้าชนิด โดยเติม AgNO 0.1 M 10 มล.₃ ถึง κ-carrageenan 40 มล. สารละลาย κ-carrageenan ที่ใช้คือ 0.1, 0.15, 0.20, 0.25 และ 0.3 wt% ตามลําดับ
สารละลายถูกกวนเป็นเวลา 1 ชั่วโมงเพื่อให้ได้ AgNO₃/κ-คาราจีแนน.
จากนั้นตัวอย่างจะถูกสัมผัสกับการฉายรังสีอัลตราโซนิกที่รุนแรง: แอมพลิจูดของอุปกรณ์อัลตราโซนิก ยูพี 400 เอส (400W, 24kHz) ถูกตั้งค่าเป็น 50% Sonication ถูกนําไปใช้เป็นเวลา 90 นาทีที่อุณหภูมิห้อง sonotrode ของโปรเซสเซอร์ของเหลวอัลตราโซนิก ยูพี 400 เอส แช่ลงในสารละลายปฏิกิริยาโดยตรง
หลังจากการ sonication สารแขวนลอยจะถูกหมุนเหวี่ยงเป็นเวลา 15 นาทีและล้างด้วยน้ํากลั่นสองครั้งสี่ครั้งเพื่อขจัดคราบเงินไอออน อนุภาคนาโนที่ตกตะกอนถูกทําให้แห้งที่อุณหภูมิ 40°C ภายใต้สุญญากาศข้ามคืนเพื่อให้ได้ Ag-NPs

สมการ

ไม่มีน้ำ —การสะท้อนเสียง–> +H + OH
โอเอ + RH –> R + H₂O
No₃–ไฮโดรไลซิส–> Ag⁺ + NO₃⁻^–
R + Ag⁺ —> Ag° + R’ + H⁺
Ag⁺ + H –ลด–> Ag°
Ag⁺ + H₂O —> Ag° + OH + H⁺

การวิเคราะห์และผลการวิจัย: นาโนพาร์ติเคิลเงินที่สังเคราะห์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

ในการประเมินผลลัพธ์ตัวอย่างถูกวิเคราะห์โดยการวิเคราะห์สเปกโตรสโกปีที่มองเห็นได้ด้วยรังสียูวีการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์การวิเคราะห์ทางเคมี FT-IR ภาพ TEM และ SEM
จำนวนอนุภาคเงิน (Ag-NPs) เพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของ κ-คาราจีแนนที่เพิ่มขึ้น การก่อตัวของ Ag/κ-คาราจีแนนถูกกำหนดโดยสเปกโทรสโกปี UV-visible ซึ่งพบจุดสูงสุดของการดูดซับพลาสมอนผิวที่ช่วง 402 ถึง 420 นาโนเมตร การวิเคราะห์ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (XRD) แสดงให้เห็นว่า Ag-NPs มีโครงสร้างแบบลูกบาศก์ศูนย์กลางหน้า สเปกตรัมอินฟราเรดแบบฟูริเยร์ทรานส์ฟอร์ม (FT-IR) ชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่ของ Ag-NPs ใน κ-คาราจีแนน ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM) สำหรับความเข้มข้นสูงสุดของ κ-คาราจีแนน แสดงให้เห็นการกระจายตัวของ Ag-NPs ที่มีขนาดอนุภาคเฉลี่ยใกล้เคียงกับ 4.21 นาโนเมตร ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) แสดงให้เห็นรูปร่างทรงกลมของ Ag-NPs การวิเคราะห์ SEM แสดงให้เห็นว่าเมื่อความเข้มข้นของ κ-คาราจีแนนเพิ่มขึ้น จะเกิดการเปลี่ยนแปลงบนพื้นผิวของ Ag/κ-คาราจีแนน จนได้ Ag-NPs ขนาดเล็กที่มีรูปร่างทรงกลม

ภาพ TEM ของ Ag/κ-carrageenan ที่สังเคราะห์ด้วยโซโนเคมี (คลิกเพื่อขยาย!)

ภาพ TEM และการกระจายขนาดที่สอดคล้องกันสําหรับ Ag/κ-carrageenan ที่สังเคราะห์ทางโซโนเคมีที่ความเข้มข้นต่างกันของ κ-carrageenan [0.1%, 0.2% และ 0.3% ตามลําดับ (a, b, c)]

UP400S homogenizer อัลตราโซนิก (คลิกเพื่อขยาย!)

ยูพี 400 เอส – อุปกรณ์อัลตราโซนิกที่ใช้สําหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโน Ag

<หนา>ขยายการผลิตอนุภาคนาโนสีเขียวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกที่ประหยัดพลังงาน!</strong>
Transition from benchtop to continuous manufacturing with Hielscher's industrial sonicators. Achieve consistent AgNP size distribution, reduce chemical and solvent usage, and meet your sustainability targets without compromising yield or quality.

โปรดใช้แบบฟอร์มด้านล่างหากคุณต้องการขอข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราโซนิก เรายินดีที่จะเสนอระบบอัลตราโซนิกที่ตอบสนองความต้องการของคุณ

ที่อยู่อีเมล (จําเป็น)

หมายเลขโทรศัพท์

ชื่อ

ผลิตภัณฑ์หรือพื้นที่สนใจ

วรรณกรรม/อ้างอิง

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.

หัวข้อที่เกี่ยวข้อง

คำถามที่มักถูกถาม: การสังเคราะห์อนุภาคนาโนเงินด้วยวิธีโซโนเคมิคัลแบบมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงกระบวนการสังเคราะห์แบบสีเขียวของอนุภาคนาโนเงินได้อย่างไร?

คลื่นอัลตราซาวนด์ก่อให้เกิดปรากฏการณ์คาวิเทชันทางเสียง, ซึ่งสร้างจุดร้อนเฉพาะที่เพื่อลดปริมาณไอออนเงินอย่างรวดเร็วโดยใช้สารที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม กระบวนการโซโนเคมีนี้ช่วยเร่งความเร็วของปฏิกิริยา ส่งเสริมการก่อตัวของนิวเคลียสอย่างสม่ำเสมอ และช่วยให้สามารถควบคุมขนาดและรูปร่างของอนุภาคได้อย่างแม่นยำ – ทั้งหมดนี้โดยไม่ต้องใช้สารเคมีที่รุนแรงหรือพลังงานความร้อนสูง

ข้อดีหลักของวิธีการผลิต AgNPs ด้วยวิธีโซโนเคมีสีเขียวคืออะไร?

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยโซโนเคมีแบบสีเขียว (Green sonochemical synthesis) ผสมผสานการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์กับสารรีดิวซ์และสารปิดกั้นที่เข้ากันได้กับชีวภาพ (เช่น สารสกัดจากพืช น้ำตาล หรือโพลิเมอร์) เพื่อผลิตอนุภาคนาโนเงินที่ไม่เป็นพิษและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม วิธีการนี้ช่วยลดการใช้พลังงาน ลดเวลาการสังเคราะห์ ขจัดผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย และให้อนุภาคนาโนที่มีความเสถียรสูงพร้อมการกระจายขนาดที่สม่ำเสมอ

คลื่นอัลตราซาวนด์สามารถควบคุมขนาดและรูปทรงของอนุภาคนาโนเงินได้หรือไม่?

ใช่ครับ โดยการปรับความกว้างคลื่นความถี่สูง ความถี่ ความหนาแน่นของพลังงาน และระยะเวลาการอัลตราโซนิก ผู้ผลิตสามารถปรับแต่งอัตราการเกิดนิวเคลียสและอัตราการเติบโตได้อย่างละเอียด ซึ่งช่วยให้สามารถผลิต AgNPs ที่มีขนาด 5–100 นาโนเมตร ในรูปทรงต่าง ๆ (ทรงกลม ทรงลูกบาศก์ และแผ่นสามเหลี่ยม) ได้อย่างสม่ำเสมอ และปรับให้เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะด้านในสาขาชีวการแพทย์ อิเล็กทรอนิกส์ หรืออุตสาหกรรม

กระบวนการสังเคราะห์สีเขียวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถขยายขนาดได้สำหรับการผลิต AgNP ในระดับอุตสาหกรรมหรือไม่?

แน่นอนครับ เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกแบบอุตสาหกรรมสามารถรองรับ เครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านต่อเนื่อง ที่สามารถขยายขนาดได้อย่างราบรื่นจากระดับทดลองในห้องปฏิบัติการสู่การผลิตเต็มรูปแบบ การใช้คลื่นเสียงแบบอินไลน์ช่วยให้การกระจายการเกิดคาวิเทชันเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ การตรวจสอบกระบวนการแบบเรียลไทม์ และความสม่ำเสมอระหว่างแต่ละชุดการผลิต ทำให้เป็นวิธีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิต AgNP ในปริมาณมากและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

สารลดสีเขียวชนิดใดที่ทำงานได้ดีที่สุดในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนเงินด้วยคลื่นอัลตราโซนิก?

สารที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพสูง ได้แก่ สารสกัดจากพืช (เช่น ว่านหางจระเข้ ชาเขียว เปลือกผลไม้ตระกูลส้ม) คาร์โบไฮเดรต กรดอะมิโน โปรตีน และพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ คลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการลดและรักษาเสถียรภาพของสารเหล่านี้ ทำให้สามารถแทนที่สารเคมีสังเคราะห์ได้อย่างสมบูรณ์ พร้อมทั้งรักษาอัตราผลผลิตสูง ความเสถียรของสารคอลลอยด์ และประสิทธิภาพการทำงาน

การสังเคราะห์ด้วยวิธีโซโนเคมิคัลมีข้อเปรียบเทียบอย่างไรกับวิธีการทางเคมีแบบดั้งเดิมในการผลิต AgNPs?

กระบวนการทางเคมีแบบดั้งเดิมมักต้องใช้สารรีดิวซ์ที่มีพิษ (เช่น โซเดียมโบโรไฮไดรด์) และค่า pH ที่สูงหรือต่ำมาก ซึ่งก่อให้เกิดของเสียอันตราย ส่วนกระบวนการสังเคราะห์ด้วยโซโนเคมีแบบเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมใช้วัสดุที่ปลอดภัยและสามารถผลิตซ้ำได้ ดำเนินการที่อุณหภูมิห้องหรืออุณหภูมิที่ต่ำ ช่วยลดเวลาการประมวลผลลงอย่างมีนัยสำคัญ และผลิตอนุภาคนาโนที่สะอาดกว่าและเข้ากันได้กับชีวภาพได้ดีกว่า พร้อมทั้งมีความสามารถในการกระจายตัวและอายุการเก็บรักษาที่ดีกว่า

อุตสาหกรรมใดได้รับประโยชน์จากอนุภาคนาโนเงินแบบอัลตราโซนิกสีเขียว?

AgNPs ที่สังเคราะห์ด้วยวิธีการโซโนเคมิคัลแบบเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในชั้นเคลือบต้านจุลชีพ อุปกรณ์ทางการแพทย์ การดูแลแผล การกรองน้ำ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น และบรรจุภัณฑ์ที่ยั่งยืน การผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนี้ช่วยให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์เป็นไปตามมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยที่เข้มงวด พร้อมทั้งให้ประสิทธิภาพสูงและได้รับการยอมรับตามข้อกำหนดทางกฎหมาย

อนุภาคนาโนเงินคืออะไร?

อนุภาคนาโนเงินมีขนาดระหว่าง 1 นาโนเมตรถึง 100 นาโนเมตร ในขณะที่มักถูกอธิบายว่าเป็น 'เงิน’ บางชนิดประกอบด้วยซิลเวอร์ออกไซด์จํานวนมากเนื่องจากอัตราส่วนของอะตอมเงินบนพื้นผิวต่อจํานวนมาก อนุภาคนาโนเงินสามารถปรากฏด้วยโครงสร้างที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้วอนุภาคนาโนเงินทรงกลมจะถูกสังเคราะห์ แต่ก็ใช้เพชร แปดเหลี่ยม และแผ่นบางด้วย
อนุภาคนาโนเงินมักถูกนําไปใช้ทางการแพทย์ ซิลเวอร์ไอออนออกฤทธิ์ทางชีวภาพและมีฤทธิ์ต้านจุลชีพและฆ่าเชื้อโรคที่แข็งแกร่ง พื้นที่ผิวที่ใหญ่มากช่วยให้สามารถประสานงานของลิแกนด์จํานวนมากได้ ลักษณะสําคัญอื่นๆ ได้แก่ การนําไฟฟ้าและคุณสมบัติทางแสงที่เป็นเอกลักษณ์
สําหรับคุณสมบัติที่เป็นสื่อกระแสอนุภาคนาโนเงินมักรวมอยู่ในคอมโพสิตพลาสติกอีพ็อกซี่และกาว อนุภาคเงินเพิ่มการนําไฟฟ้า ดังนั้นน้ํายาวางและหมึกพิมพ์จึงมักใช้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากอนุภาคนาโนเงินรองรับพลาสมอนพื้นผิว AgNPs จึงมีคุณสมบัติทางแสงที่โดดเด่น อนุภาคนาโนเงินพลาสโมนิกใช้สําหรับเซ็นเซอร์ เครื่องตรวจจับ และอุปกรณ์วิเคราะห์ เช่น Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) และ Surface Plasmon Field-enhanced Fluorescence Spectroscopy (SPFS)

คาราจีแนนคืออะไร?

คาราจีแนนเป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติราคาถูกซึ่งพบได้ในสาหร่ายแดงหลายชนิด คาราจีแนนเป็นโพลีแซ็กคาไรด์ซัลเฟตเชิงเส้นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหาร เนื่องจากมีคุณสมบัติในการเกิดเจล ข้น และเสถียรภาพ การใช้งานหลักคือผลิตภัณฑ์จากนมและเนื้อสัตว์เนื่องจากมีผลผูกพันกับโปรตีนในอาหารอย่างแข็งแรง คาราจีแนนมีสามสายพันธุ์หลักซึ่งแตกต่างกันในระดับซัลเฟต Kappa-carrageenan มีกลุ่มซัลเฟตหนึ่งกลุ่มต่อไดแซ็กคาไรด์ ไอโอตาคาราจีแนน (ι-คาราจีเนน) มีซัลเฟตสองชนิดต่อไดแซ็กคาไรด์ แลมบ์ดาคาราจีแนน (λ-carrageenen) มีซัลเฟตสามชนิดต่อไดแซ็กคาไรด์
คาราจีแนน Kappa (κ-carrageenan) มีโครงสร้างเชิงเส้นของโพลีแซ็กคาไรด์ซัลเฟตของ D-galactose และ 3,6-anhydro-D-galactose
κ- คาราจีแนนใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหาร เช่น เป็นสารเจลและสําหรับการปรับเปลี่ยนเนื้อสัมผัส สามารถพบเป็นสารเติมแต่งในไอศกรีม, ครีม, คอทเทจชีส, มิลค์เชค, น้ําสลัด, นมข้นหวาน, นมถั่วเหลือง & นมพืชอื่น ๆ และซอสเพื่อเพิ่มความหนืดของผลิตภัณฑ์
นอกจากนี้ κ-carrageenan ยังสามารถพบได้ในผลิตภัณฑ์ที่ไม่ใช่อาหาร เช่น สารเพิ่มความข้นในแชมพูและครีมเครื่องสําอาง ในยาสีฟัน (เป็นสารทําให้คงตัวเพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบแยกตัว) โฟมดับเพลิง (เป็นสารเพิ่มความข้นเพื่อให้โฟมเหนียว) เจลปรับอากาศ ยาขัดรองเท้า (เพื่อเพิ่มความหนืด) ในเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อตรึงเซลล์ / เอนไซม์ในยา (เป็นสารเพิ่มปริมาณที่ไม่ใช้งานในยา / เม็ด) ในอาหารสัตว์เลี้ยง ฯลฯ

ภาพ SEM ของอนุภาคนาโนเงินที่สังเคราะห์ด้วยอัลตราโซนิก (คลิกเพื่อขยาย!)

ภาพ SEM สําหรับ Ag/κ-carrageenan ที่ความเข้มข้นต่างกันของ κ-carrageenan [0.1%, 0.2% และ 0.3% ตามลําดับ (a, b, c)] [Elsupikhe et al. 2015]