Nano-Gümüşün Bal ve Ultrasonik ile Sentezlenmesi

Nano-gümüş, tıpta ve malzeme biliminde malzemeleri güçlendirmek için anti-bakteriyel özellikleri nedeniyle kullanılır. Ultrasonication, sudaki küresel gümüş nanopartiküllerin hızlı, etkili, güvenli ve çevre dostu bir sentezine izin verir. Ultrasonik nanopartikül sentezi, küçükten büyüğe kolayca ölçeklendirilebilir.

Kolloidal Nano-Gümüşün Ultrasonik Destekli Sentezi

Ultrasonik ışınlama ile kolaylaştırılan kimyasal reaksiyonları ifade eden sonokimyasal sentez, nanopartiküller üretmek için yaygın olarak uygulanan bir yöntemdir. Bunlar arasında gümüş, altın, manyetit, Hidroksiapatit, klorokin, perovskit, kauçuk ve diğer birçok nano malzeme.

Ultrasonik Islak-Kimyasal Sentez

Gümüş nanopartiküller üretmek için çoklu ultrasonik destekli sentez yolları geliştirilmiştir. Dikkate değer bir yöntem, balı hem indirgeyici hem de kapatıcı bir madde olarak kullanır. Baldaki glikoz ve fruktoz gibi bileşenler, sentez işlemi sırasında bu rollerde sinerjik olarak hareket eder.
Birçok nanopartikül sentez tekniğine benzer şekilde, ultrasonik nano-gümüş sentezi ıslak kimya kategorisine girer. İşlem, gümüş nanopartiküllerin bir çözelti içinde çekirdeklenmesiyle başlar. Sonikasyon sırasında, gümüş bir öncü (örneğin, gümüş nitrat (AgNO₃) veya gümüş perklorat (AgClO)₄)) kolloidal gümüş üretmek için bal gibi bir indirgeyici ajanın varlığında indirgenir.

Ultrasonik Gümüş Çekirdeklenme ve Büyüme Mekanizması

İlk Çekirdeklenme Aşaması: Çözünmüş gümüş iyonlarının konsantrasyonu arttıkça, metalik gümüş iyonları küçük kümeler oluşturmak için bağlanmaya başlar. Bu aşamada, bu kümeler negatif bir enerji dengesi nedeniyle enerjik olarak kararsızdır. Yeni yüzeyler oluşturmak için gereken enerji, çözünmüş gümüş konsantrasyonunun azaltılmasıyla elde edilen enerjiyi aşıyor.

• Kritik Yarıçap: Bir küme belirli bir boyuta (kritik yarıçap) ulaştığında, süreç enerjik olarak elverişli hale gelir ve kümeyi stabilize eder. Bu kararlılık, kümenin daha fazla büyüme için bir çekirdek görevi görmesine izin verir.
• Büyüme aşaması: Büyüme sırasında, ek gümüş atomları çözelti boyunca yayılır ve büyüyen nanoparçacık yüzeyine yapışır. Büyüme, çözünmüş gümüş konsantrasyonu çekirdeklenme eşiğinin altına düşene kadar devam eder ve yeni çekirdek oluşumunu durdurur.
• Difüzyon ve Tamamlama: Kalan çözünmüş gümüş, mevcut nanopartiküllere dahil edilerek işlemi tamamlar.

Sonikasyon, kütle transferini, özellikle ıslatma ve difüzyon süreçlerini hızlandırır, bu da daha hızlı çekirdeklenme ve kontrollü büyümeye yol açar. Yoğunluk ve süre gibi sonikasyon parametrelerini hassas bir şekilde ayarlayarak, nanopartiküllerin boyutu, büyüme hızı ve şekli ince bir şekilde ayarlanabilir. Bu hassas kontrol, belirli uygulamalar için uyarlanmış tutarlı nanopartikül yapıları sağlar.

Ultrasonik destekli sentez, araştırma ve endüstrideki çeşitli uygulamalar için önemli avantajlar sunan, iyi tanımlanmış özelliklere sahip nano-gümüş üretmek için etkili, ölçeklenebilir ve yeşil kimya yaklaşımı olarak öne çıkıyor.

İrlanda yosunu kullanarak nano-gümüşü ultrasonik olarak sentezlemek için başka bir yeşil yöntem hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Sonikasyon, dar bir boyut dağılımına sahip küçük gümüş nanopartiküllerin hızlı, yeşil sentezini kolaylaştırır.

Ultrasonik Nano-Gümüş Sentezi Vaka Çalışması

başlıklı çalışma “Gümüş Nanopartiküllerin Bal Bazlı ve Ultrasonik Destekli Sentezi ve Antibakteriyel Aktiviteleri” Oskuee ve ark. (2016), hem indirgeyici hem de stabilize edici bir ajan olarak doğal bal kullanarak gümüş nanopartikülleri (Ag-NP'ler) sentezlemek için basit ve çevre dostu bir yöntemi araştırıyor. Ultrasonik ışınlama altında gümüş nitratın (AgNO₃) indirgenmesini içeren işlem, gümüş iyon konsantrasyonu, bal konsantrasyonu ve sonikasyon süresi gibi çeşitli parametrelerle karakterize edilir. Elde edilen Ag-NP'lerin ortalama boyutu yaklaşık 11.8 nm'dir ve Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa ve E. coli gibi patojenik bakterilere karşı antibakteriyel özellikler sergiler.
Çalışma, balın nanopartikül sentezinde kullanılmasının faydalarını vurgulayarak yeşil, düşük maliyetli ve toksik olmayan doğasını vurgulamaktadır. Yazarlar, Ag-NP'lerin boyutunun ve veriminin, gümüş konsantrasyonu, bal içeriği ve sonikasyon süresi gibi reaksiyon parametrelerinin ayarlanmasıyla kontrol edilebileceğini göstermektedir. Sentezlenen Ag-NP'lerin, özellikle E. coli ve S. aureus'a karşı, yaklaşık 19.46 ppm'lik minimum inhibitör konsantrasyonlar (MIC) ile etkili antibakteriyel aktiviteye sahip olduğu gösterilmiştir. Bu yöntem, yara iyileşmesi ve enfeksiyon kontrolü dahil olmak üzere tıbbi alanlarda Ag-NP'ler için potansiyel bir uygulama sunmaktadır.

• Malzeme: gümüş nitrat (AgNO₃) gümüş öncüsü olarak; kapatma / indirgeme maddesi olarak bal; Su
• Ultrasonik cihaz: Prob tipi sonikatör UP400St

Ultrasonik Sentez Protokolü

Kolloidal gümüş nanopartikülleri sentezlemek için en iyi koşulların aşağıdaki gibi olduğu bulunmuştur: Doğal balın aracılık ettiği ultrasonikasyon altında gümüş nitratın azaltılması. Kısaca bal ( ) içeren 20 ml gümüş nitrat çözeltisi (0.3 M) ortam koşullarında 30 dakika süreyle yüksek yoğunluklu ultrason ışınlamasına maruz bırakılmıştır. Ultrasonikasyon, doğrudan reaksiyon çözeltisine daldırılmış prob tipi ultrasonicator UP400S (400W, 24 kHz) ile gerçekleştirildi.
Gıda sınıfı bal, sulu çekirdeklenme çözeltisini ve çökelmiş nanopartikülleri manifold uygulamaları için temiz ve güvenli hale getiren kapatma / stabilize etme ve indirgeme maddesi olarak kullanılır.
Ultrasonikasyon süresi arttıkça, gümüş nanopartiküller küçülür ve konsantrasyonları artar.
Sulu bal çözeltisinde, ultrasonikasyon gümüş nano parçacıkların oluşumunu etkileyen önemli bir faktördür. Genlik, zaman ve sürekli vs titreşimli ultrason gibi sonikasyon parametreleri, gümüş nano parçacıkların boyutunu ve miktarını kontrol etmeye izin veren önemli faktörlerdir.

Optimum koşullarda sentezlenen Ag-NP'lerin partikül boyutu dağılımı; gümüş konsantrasyonları (0,3 M), bal konsantrasyonları (ağırlıkça ) ve ultrasonik ışınlama süreleri (30 dk)
resim kaynağı: ©Oskuee ve ark. 2016

Gümüş Nanopartiküllerin Ultrasonik Sentezinin Sonucu

Sonikatör UP400St ile ultrasonik olarak teşvik edilen, bal aracılı sentez, ortalama parçacık boyutu yaklaşık 11.8nm olan küresel gümüş nano parçacıklar (Ag-NP'ler) ile sonuçlandı. Gümüş nano parçacıkların ultrasonik sentezi, basit ve hızlı bir tek kap yöntemidir. Malzeme olarak su ve balın kullanılması, reaksiyonu uygun maliyetli ve son derece çevre dostu hale getirir.
Balın indirgeme ve kapatma maddesi olarak kullanılması için sunulan ultrasonik sentez tekniği, tıptan endüstriye çeşitli ek uygulamalar sunan altın, paladyum ve bakır gibi diğer soy metallere genişletilebilir.

Optimum koşullarda sentezlenen Ag-NP'lerin partikül boyutu dağılımı; gümüş konsantrasyonları (0,3 M), bal konsantrasyonları (ağırlıkça ) ve ultrasonik ışınlama süresi (30 dk)
Çalışma ve resim: ©Oskuee ve ark. 2016

Sonikasyon ile Çekirdeklenme ve Parçacık Boyutunu Etkileme

Ultrason, gereksinimlere göre uyarlanmış gümüş nano parçacıklar gibi nano parçacıkların üretilmesini sağlar. Üç genel sonikasyon seçeneğinin çıktı üzerinde önemli etkileri vardır:
İlk Sonikasyon: Ultrason dalgalarının aşırı doymuş bir çözeltiye kısa süreli uygulanması, çekirdeklerin tohumlanmasını ve oluşumunu başlatabilir. Sonikasyon sadece ilk aşamada uygulandığından, sonraki kristal büyümesi engellenmeden ilerler ve daha büyük kristallerle sonuçlanır.
Sürekli Sonication: Aşırı doymuş çözeltinin sürekli ışınlanması küçük kristallerle sonuçlanır, çünkü duraklatılmamış ultrasonikasyon çok sayıda çekirdek oluşturur ve bu da birçok küçük kristalin büyümesine neden olur.
Darbeli Sonikasyon: Darbeli ultrason, ultrasonun belirlenen aralıklarla uygulanması anlamına gelir. Hassas bir şekilde kontrol edilen bir ultrasonik enerji girişi, özel bir kristal boyutu elde etmek için kristal büyümesini etkilemeye izin verir.

Nanopartikül Sentezi için Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler

Hielscher Ultrasonics, sono-sentez ve sono-kataliz dahil olmak üzere gelişmiş sonokimyasal uygulamalar için tasarlanmış yüksek güçlü, güvenilir ultrasonik işlemciler sunar. Ultrasonik karıştırma ve dağıtma, kütle transferini önemli ölçüde arttırır, atom kümelerinin ıslanmasını teşvik eder ve sonraki çekirdeklenmelerini kolaylaştırarak nanopartiküllerin verimli bir şekilde çökelmesine yol açar. Ultrasonik sentez, yüksek kaliteli nanomalzemeler üretmek için basit, uygun maliyetli, biyouyumlu, tekrarlanabilir, hızlı ve güvenli bir yöntem olarak kabul edilmektedir. (Perovskit'in sonokimyasal sentezi hakkında daha fazla bilgi edinin ve ZnO nanoyapıları!)

Hielscher ultrasonicators, nanomalzemelerin çekirdeklenmesi ve büyümesi için en uygun koşulları sağlayan hassas kontrol için tasarlanmıştır. Bu dijital cihazlar, güvenli ve kullanıcı dostu çalışma için akıllı yazılıma, renkli dokunmatik ekrana ve sezgisel bir menüye sahiptir. Ek olarak, yerleşik bir SD kartta otomatik veri kaydı ile birlikte gelir ve sorunsuz süreç dokümantasyonu sağlar.

Kapsamlı bir sistem yelpazesi ile - laboratuvar kullanımı için kompakt 50 watt'lık el ultrasonicators'tan sağlam 16.000 watt'lık endüstriyel sistemlere kadar - Hielscher her uygulama için ideal ultrasonik çözümü sunar. Dayanıklılık için tasarlanan Hielscher ultrasonik ekipman, zorlu ortamlarda bile ağır hizmet koşulları altında sürekli çalışacak şekilde üretilmiştir ve 7/24 güvenilir performans sağlar.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:

Nanopartikül sentezinde kullanılan konvansiyonel yöntemler ile yeşil sentez yöntemlerinin karşılaştırılması.