Gümüş Nanopartiküllere Yeşil Sonokimyasal Yol
Gümüş nanopartiküller (AgNP'ler), anti-mikrobiyal özellikleri, optik özellikleri ve yüksek elektrik iletkenlikleri nedeniyle sıklıkla kullanılan nanomalzemelerdir. Kappa carrageenan kullanan sonokimyasal yol, gümüş nano parçacıkların hazırlanması için basit, kullanışlı ve çevre dostu bir sentez yöntemidir. κ-İrlanda yosunu doğal bir çevre dostu stabilizatör olarak kullanılırken, güç ultrasonu yeşil bir indirgeyici ajan olarak işlev görür.
Yeşil kimya, hassas parametre kontrolü gerektirir. Nanomalzeme mühendislerimiz, verimi en üst düzeye çıkarmak, parçacık morfolojisini kontrol etmek ve yeşil kimya ilkelerine tam uyum sağlamak için doğru sonotrodi, reaktör geometrisini ve güç ayarlarını seçmenize yardımcı olacaktır.
Ag+/κ-karajenan (solda) ve ultrasonla işlenmiş Ag/κ-karajenan (sağda). Ultrason işlemi, UP400S cihazı kullanılarak 90 dakika boyunca gerçekleştirilmiştir.
[Elsupikhe ve ark. 2015]
Gümüş Nanopartiküllerin Yeşil Ultrasonik Sentezi
Elsupikhe ve ark. (2015), gümüş nanopartiküllerin (AgNP'ler) hazırlanması için yeşil ultrasonik destekli bir sentez yolu geliştirmiştir. Sonochemistry'nin birçok ıslak kimyasal reaksiyonu teşvik ettiği iyi bilinmektedir. Sonikasyon, AgNP'leri doğal stabilizatör olarak κ-karagenan ile sentezlemeyi sağlar. Reaksiyon oda sıcaklığında çalışır ve herhangi bir safsızlık içermeyen fcc kristal yapısına sahip gümüş nanopartiküller üretir. AgNP'lerin partikül boyutu dağılımı, κ-karragenan konsantrasyonundan etkilenebilir.
Sonikasyon altında κ-carrageenan ile kaplanmış Ag-NP'ler yüklü gruplar arasındaki etkileşim şeması. [Elsupikhe ve ark. 2015]
Yöntem: Gümüş Nanopartiküllerinin Sürdürülebilir Sentezi
- Ag-NP'ler, AgNO'nun indirgenmesiyle sentezlendi3 κ-Carrageenan varlığında ultrasonikasyon kullanarak. Farklı numuneler elde etmek için, 10 mL 0.1 M AgNO ilave edilerek beş süspansiyon hazırlandı3 40 mL κ-İrlanda yosununa. Kullanılan κ-İrlanda yosunu çözeltileri sırasıyla ağırlıkça% 0.1, 0.15, 0.20, 0.25 ve 0.3 idi.
- AgNO elde etmek için çözeltiler 1 saat karıştırıldı3/κ-İrlanda yosunu.
- Daha sonra, numuneler yoğun ultrasonik ışınlamaya maruz bırakıldı: Ultrasonik cihazın genliği UP400S (400W, 24kHz) P olarak ayarlandı. Sonikasyon oda sıcaklığında 90 dakika boyunca uygulandı. Ultrasonik sıvı işlemcilerin sonotrotu UP400S doğrudan reaksiyon çözeltisine daldırıldı.
- Sonikasyondan sonra, süspansiyonlar 15 dakika boyunca santrifüjlendi ve gümüş iyonu kalıntısını gidermek için dört kez çift damıtılmış su ile yıkandı. Çökeltilmiş nanopartiküller, Ag-NP'leri elde etmek için gece boyunca vakum altında 40 ° C'de kurutuldu.
Denklem
- su yok —Sonikasyon–> +H + OH
- OH + RH –> R + H₂O
- No₃–Hidroliz–> Ag⁺ + NO₃⁻–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –Indirim–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Analiz ve Sonuçlar: Ultrasonik Yöntemle Sentezlenmiş Gümüş Nanopartiküller
Sonuçları değerlendirmek için numuneler UV-görünür spektroskopik analiz, X-ışını kırınımı, FT-IR kimyasal analiz, TEM ve SEM görüntüleri ile analiz edilmiştir.
Ag-NP sayısı, κ-karajenan konsantrasyonlarının artmasıyla birlikte artış gösterdi. Ag/κ-karajenan oluşumu, yüzey plazmon emilim maksimumu 402 ila 420 nm'de gözlemlenen UV-görünür spektroskopi ile belirlendi. X-ışını difraksiyonu (XRD) analizi, Ag-NP'lerin yüz merkezli kübik bir yapıya sahip olduğunu gösterdi. Fourier dönüşümlü kızılötesi (FT-IR) spektrumu, κ-karajenan içinde Ag-NP'lerin varlığını göstermiştir. En yüksek κ-karajenan konsantrasyonuna ait transmisyon elektron mikroskobu (TEM) görüntüsü, ortalama parçacık boyutu 4,21 nm civarında olan Ag-NP'lerin dağılımını göstermiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri, Ag-NP’lerin küresel şeklini ortaya koymuştur. SEM analizi, κ-karajenan konsantrasyonunun artmasıyla birlikte Ag/κ-karajenan yüzeyinde değişiklikler meydana geldiğini ve böylece küresel şekilli küçük boyutlu Ag-NP’lerin elde edildiğini göstermektedir.
Farklı κ-İrlanda yosunu konsantrasyonlarında sonokimyasal olarak sentezlenen Ag / κ-İrlanda yosunu için TEM görüntüleri ve karşılık gelen boyut dağılımları. [sırasıyla %0.1, %0.2 ve %0.3 (A, B, C)].
UP400S – Ag nanopartiküllerinin sonokimyasal sentezi için kullanılan ultrasonik cihaz
Literatür/Referanslar
- 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.
Sık Sorulan Sorular: Gümüş Nanopartiküllerinin Çevreci Sonokimyasal Sentezi
Ultrason, gümüş nanopartiküllerinin yeşil sentezini nasıl iyileştirir?
Ultrason, akustik kavitasyonu tetikler, çevre dostu maddeler kullanarak gümüş iyonlarını hızla azaltan yerel yoğunlaşma bölgeleri oluşturur. Bu sono-kimyasal süreç, reaksiyon kinetiğini hızlandırır, homojen çekirdeklenmeyi destekler ve parçacık boyutu ile şekli üzerinde hassas bir kontrol sağlar – tüm bunlar, zararlı kimyasallar veya yüksek termal enerji kullanılmadan gerçekleştirilir.
AgNP'lerin üretimi için yeşil sonokimyasal yöntemin başlıca avantajları nelerdir?
Yeşil sonokimyasal sentez, ultrasonu biyouyumlu indirgeyici ve kaplama maddeleriyle (bitki özleri, şekerler veya polimerler gibi) birleştirerek toksik olmayan, çevreye zararsız gümüş nanopartiküller üretir. Bu yöntem, enerji tüketimini azaltır, sentez süresini kısaltır, tehlikeli yan ürünleri ortadan kaldırır ve tutarlı boyut dağılımına sahip son derece kararlı nanopartiküller elde edilmesini sağlar.
Ultrason, gümüş nanopartiküllerinin boyutunu ve morfolojisini kontrol edebilir mi?
Evet. Üreticiler, ultrasonik genlik, frekans, güç yoğunluğu ve sonikasyon süresini ayarlayarak çekirdeklenme ve büyüme hızlarını hassas bir şekilde ayarlayabilirler. Bu sayede, belirli biyomedikal, elektronik veya endüstriyel uygulamalara uyarlanmış, 5–100 nm aralığında çeşitli şekillerde (küreler, küpler, üçgen plakalar) AgNP’lerin tekrarlanabilir bir şekilde üretilmesi mümkün olur.
Ultrasonik yeşil sentez, endüstriyel AgNP üretimi için ölçeklendirilebilir mi?
Kesinlikle. Endüstriyel ultrasonik işleyiciler şunları destekler: sürekli akışlı reaktörler laboratuvar partilerinden tam ölçekli üretime sorunsuz bir şekilde ölçeklendirilebilen. Hat içi ultrasonikleme, homojen kavitasyon dağılımı, gerçek zamanlı proses izleme ve partiler arası tutarlılık sağlar; bu da onu yüksek hacimli, çevre dostu AgNP üretimi için ideal kılar.
Ultrasonik gümüş nanoparçacık sentezinde hangi yeşil indirgeyiciler en iyi sonucu verir?
Etkili çevre dostu maddeler arasında bitki özleri (örneğin, aloe, yeşil çay, narenciye kabukları), karbonhidratlar, amino asitler, proteinler ve biyolojik olarak parçalanabilir polimerler yer almaktadır. Ultrason, bu maddelerin indirgeyici ve stabilize edici etkinliğini artırarak, yüksek verim, kolloidal kararlılık ve işlevsel performansı korurken sentetik kimyasalların tamamen ikame edilmesini sağlar.
AgNP'lerin sonokimyasal sentezi, geleneksel kimyasal yöntemlerle karşılaştırıldığında nasıl bir sonuç ortaya koymaktadır?
Geleneksel kimyasal yöntemler genellikle toksik indirgeyicilere (örneğin sodyum borohidrür) ve aşırı pH değerlerine dayanır ve tehlikeli atıklar üretir. Çevre dostu sonokimyasal sentez ise güvenli, yenilenebilir malzemeler kullanır, ortam sıcaklığında veya ılımlı sıcaklıklarda gerçekleştirilir, işlem süresini önemli ölçüde kısaltır ve üstün dağılım özelliğine ve raf ömrüne sahip, daha temiz ve biyouyumlu nanopartiküller üretir.
Hangi sektörler yeşil ultrasonik gümüş nanopartiküllerden faydalanmaktadır?
Yeşil sonokimyasal yöntemlerle sentezlenen AgNP’ler, antimikrobiyal kaplamalar, tıbbi cihazlar, yara bakımı, su arıtma, esnek elektronikler ve sürdürülebilir ambalajlama alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çevre dostu üretim süreçleri, yüksek performans ve mevzuata uygunluk sağlarken, aynı zamanda katı çevre ve güvenlik standartlarına uyumu da garanti etmektedir.
Gümüş Nanopartiküller Nedir?
Gümüş nano parçacıklar, 1nm ile 100nm arasında bir boyutla karakterize edilir. Sık sık 'gümüş' olarak tanımlanırken’ Bazıları, yüzey-dökme gümüş atomlarının büyük oranlarından dolayı büyük bir gümüş oksit yüzdesinden oluşur. Gümüş nanopartiküller farklı yapılarla ortaya çıkabilir. En yaygın olarak, küresel gümüş nanopartiküller sentezlenir, ancak elmas, sekizgen ve ince levhalar da kullanılır.
Gümüş nanopartiküller tıbbi uygulamalarda oldukça sık kullanılmaktadır. Gümüş iyonları biyoaktiftir ve güçlü antimikrobiyal ve mikrop öldürücü etkilere sahiptir. Son derece geniş yüzey alanları, çok sayıda ligandın koordinasyonuna izin verir. Diğer önemli özellikler iletkenlik ve benzersiz optik özelliklerdir.
İletken özellikleri nedeniyle, gümüş nanopartiküller genellikle kompozitlere, plastiklere, epoksilere ve yapıştırıcılara dahil edilir. Gümüş parçacıkları elektriksel iletkenliği arttırır; Bu nedenle gümüş macunlar ve mürekkepler elektronik üretiminde sıklıkla kullanılmaktadır. Gümüş nanopartiküller yüzey plazmonlarını desteklediğinden, AgNP'ler olağanüstü optik özelliklere sahiptir. Plazmonik gümüş nanopartiküller, Yüzey Geliştirilmiş Raman Spektroskopisi (SERS) ve Yüzey Plazmon Alanı Geliştirilmiş Floresan Spektroskopisi (SPFS) gibi sensörler, dedektörler ve analitik ekipmanlar için kullanılır.
Karragenan nedir?
Carrageenan, çeşitli kırmızı deniz yosunu türlerinde bulunan ucuz bir doğal polimerdir. İrlanda yosunları, jelleşme, koyulaştırma ve stabilize edici özellikleri nedeniyle gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılan doğrusal sülfatlı polisakkaritlerdir. Ana uygulamaları, gıda proteinlerine güçlü bağlanmaları nedeniyle süt ve et ürünlerindedir. Sülfatlaşma derecelerinde farklılık gösteren üç ana İrlanda yosunu çeşidi vardır. Kappa-İrlanda yosunu, disakkarit başına bir sülfat grubuna sahiptir. Iota-carrageenan (ι-carrageenen), disakkarit başına iki sülfata sahiptir. Lambda İrlanda yosunu (λ-İrlandagen), disakkarit başına üç sülfata sahiptir.
Kappa carrageenan (κ-carrageenan), D-galaktoz ve 3,6-anhidro-D-galaktozun sülfatlanmış polisakkaritinin doğrusal bir yapısına sahiptir.
κ- İrlanda yosunu, gıda endüstrisinde, örneğin jelleştirici ajan olarak ve doku modifikasyonu için yaygın olarak kullanılmaktadır. Dondurma, krema, süzme peynir, milkshake, salata sosları, şekerli yoğunlaştırılmış sütler, soya sütünde katkı maddesi olarak bulunabilir & ürün viskozitesini artırmak için diğer bitki sütleri ve soslar.
Ayrıca, κ-İrlanda yosunu, şampuan ve kozmetik kremlerde koyulaştırıcı gibi gıda dışı ürünlerde, diş macununda (bileşenlerin ayrılmasını önlemek için stabilizatör olarak), yangın söndürme köpüğünde (köpüğün yapışkan hale gelmesine neden olacak koyulaştırıcı olarak), oda spreyi jellerinde, ayakkabı cilasında (viskoziteyi artırmak için), hücreleri/enzimleri hareketsiz hale getirmek için biyoteknolojide, farmasötiklerde (haplarda/tabletlerde aktif olmayan bir yardımcı madde olarak), evcil hayvan maması vb.
Farklı κ-İrlanda yosunu konsantrasyonlarında Ag/κ-İrlanda yosunu için SEM görüntüleri. [sırasıyla %0.1, %0.2 ve %0.3 (A, B, C)]. [Elsupikhe ve ark. 2015]