Синтез нано-срібла з медом та ультразвуком

Наносрібло використовується завдяки його антибактеріальним властивостям для зміцнення матеріалів у медицині та матеріалознавстві. Ультразвук дозволяє проводити швидкий, ефективний, безпечний та екологічно чистий синтез сферичних наночастинок срібла у воді. Синтез ультразвукових наночастинок можна легко масштабувати від малого до великого виробництва.

Синтез колоїдного наносрібла за допомогою ультразвуку

Сонохімічний синтез, під яким розуміються хімічні реакції, полегшені ультразвуковим опроміненням, є широко застосовуваним методом отримання наночастинок. До них відносяться срібло, золото, магнетит, гідроксиапатит, хлорохін, перовскіт, Латексу та багато інших наноматеріалів.

Ультразвуковий мокрий хімічний синтез

Розроблено кілька шляхів синтезу за допомогою ультразвуку для отримання наночастинок срібла. Одним із відомих методів є використання меду як відновника та закупорювання. Компоненти меду, такі як глюкоза і фруктоза, діють синергічно в цих ролях під час процесу синтезу.
Подібно до багатьох методів синтезу наночастинок, ультразвуковий синтез наносрібла підпадає під категорію вологої хімії. Процес починається з зародження наночастинок срібла в розчині. Під час ультразвукового дослідження використовується попередник срібла (наприклад, нітрат срібла (AgNO₃), або перхлорат срібла (AgClO₄)) відновлюється в присутності відновника, такого як мед, з утворенням колоїдного срібла.

Механізм зародження та росту ультразвукового срібла

Початкова фаза зародження: У міру збільшення концентрації розчинених іонів срібла іони металевого срібла починають зв'язуватися, утворюючи невеликі скупчення. На цьому етапі ці скупчення енергетично нестабільні через негативний енергетичний баланс. Енергія, необхідна для створення нових поверхонь, перевищує енергію, отриману при зниженні концентрації розчиненого срібла.

• Критичний радіус: Коли скупчення досягає певного розміру (критичного радіуса), процес стає енергетично сприятливим, стабілізуючи кластер. Така стабільність дозволяє кластеру виступати в якості ядра для подальшого зростання.
• Фаза росту: Під час росту додаткові атоми срібла дифундують через розчин і прикріплюються до зростаючої поверхні наночастинок. Зростання триває до тих пір, поки концентрація розчиненого срібла не впаде нижче порогу зародження, зупиняючи утворення нових ядер.
• Дифузія та завершення: Що залишилося розчинене срібло вбудовується в існуючі наночастинки, завершуючи процес.

Ультразвук прискорює перенесення маси, особливо процеси змочування та дифузії, що призводить до швидшого зародження та контрольованого росту. Точно регулюючи параметри ультразвуку, такі як інтенсивність і тривалість, можна точно налаштувати розмір, швидкість росту та форму наночастинок. Цей точний контроль забезпечує узгоджені структури наночастинок, адаптовані для конкретних застосувань.

Синтез за допомогою ультразвуку виділяється як ефективний, масштабований і зелений хімічний підхід до виробництва наносрібла з добре визначеними властивостями, пропонуючи значні переваги для різноманітних застосувань у дослідженнях і промисловості.

Натисніть тут, щоб прочитати більше про ще один зелений метод ультразвукового синтезу нано-срібла за допомогою карагінану!

Ультразвук сприяє швидкому, зеленому синтезу дрібних наночастинок срібла з вузьким розподілом за розмірами.

Приклад ультразвукового синтезу наносрібла

Дослідження під назвою “Синтез наночастинок срібла на основі меду та ультразвуку та їх антибактеріальна активність” by Oskuee et al. (2016) досліджує простий та екологічно чистий метод синтезу наночастинок срібла (Ag-NPs) з використанням натурального меду як відновного та стабілізуючого агента. Процес, який включає відновлення нітрату срібла (AgNO₃) під ультразвуковим опроміненням, характеризується різними параметрами, включаючи концентрацію іонів срібла, концентрацію меду та час ультразвуку. Утворені Ag-NP мають середній розмір близько 11,8 нм і виявляють антибактеріальні властивості проти патогенних бактерій, таких як золотистий стафілокок, синьогнійна паличка та кишкова паличка.
Дослідження підкреслює переваги використання меду в синтезі наночастинок, підкреслюючи його зелену, недорогу та нетоксичну природу. Автори демонструють, що розмір і вихід Ag-NPs можна контролювати шляхом регулювання параметрів реакції, таких як концентрація срібла, вміст меду та тривалість ультразвуку. Було показано, що синтезовані Ag-NP мають ефективну антибактеріальну активність, особливо проти E. coli та S. aureus, з мінімальними інгібуючими концентраціями (МІК) приблизно 19,46 ppm. Цей метод є потенційним застосуванням Ag-NPs у медичних галузях, включаючи загоєння ран та інфекційний контроль.

• Матеріали: нітрат срібла (AgNO₃) як попередник срібла; мед як закупорювач / відновник; Вода
• Ультразвуковий апарат: Зондовий магнітор UP400St

Протокол ультразвукового синтезу

Найкращими умовами для синтезу колоїдних наночастинок срібла визнані наступні: Відновлення нітрату срібла при ультразвуковому покритті, опосередкованому натуральним медом. Коротко кажучи, 20 мл розчину нітрату срібла (0,3 М), що містить мед (20 мас.%), піддавали високоінтенсивному ультразвуковому опроміненню в умовах навколишнього середовища протягом 30 хв. Ультразвук проводили за допомогою ультразвукового апарату зондового типу UP400S (400 Вт, 24 кГц), зануреного безпосередньо в реакційний розчин.
Харчовий мед використовується як закупорювальний / стабілізуючий і відновний агент, що робить водний розчин для зародження та осаджені наночастинки чистими та безпечними для різноманітних застосувань.
Зі збільшенням часу ультразвуку наночастинки срібла стають меншими, а їх концентрація посилюється.
У водному розчині меду ультразвук є ключовим фактором, який впливає на утворення наночастинок срібла. Параметри звукового звуку, такі як амплітуда, час і безперервний і пульсуючий ультразвук, є основними факторами, які дозволяють контролювати розмір і кількість наночастинок срібла.

Гранулометричний склад Ag-NP, синтезованих в оптимальних умовах; концентрації срібла (0,3 М), концентрації меду (20 мас.%) та часу ультразвукового опромінення (30 хв)
джерело зображення: ©Oskuee et al. 2016

Результат ультразвукового синтезу наночастинок срібла

Ультразвуковий синтез, опосередкований медом, за допомогою ультразвукового апарату UP400St призвів до отримання сферичних наночастинок срібла (Ag-NPs) із середнім розміром частинок близько 11,8 нм. Ультразвуковий синтез наночастинок срібла є простим і швидким методом в одному горщику. Використання води і меду в якості матеріалів, робить реакцію економічно ефективною і виключно екологічною.
Представлена методика ультразвукового синтезу з використанням меду в якості відновника і закупорювання може бути поширена на інші благородні метали, такі як золото, паладій і мідь, що пропонує різноманітне додаткове застосування від медицини до промисловості.

Гранулометричний склад Ag-NP, синтезованих в оптимальних умовах; концентрації срібла (0,3 М), концентрації меду (20 мас.%), час ультразвукового опромінення (30 хв)
Дослідження та зображення: ©Oskuee та ін., 2016

Вплив на зародження та розмір частинок за допомогою ультразвукового звуку

Ультразвук дозволяє виробляти наночастинки, такі як наночастинки срібла, з урахуванням вимог. Три загальні варіанти ультразвукового апарату мають важливий вплив на результат:
Первинне УЗД: Нетривале застосування ультразвукових хвиль до пересиченого розчину може ініціювати обсіменіння і утворення ядер. Оскільки ультразвук застосовується лише на початковій стадії, подальше зростання кристалів протікає безперешкодно, що призводить до утворення більших кристалів.
Безперервна ультразвукова хвороба: Безперервне опромінення пересиченого розчину призводить до утворення дрібних кристалів, оскільки незупинене ультразвукове випромінювання створює багато ядер, що призводить до зростання безлічі дрібних кристалів.
Імпульсна ультразвукова діагностика: Під імпульсним ультразвуком мається на увазі застосування ультразвуку через певні проміжки часу. Точно контрольоване введення ультразвукової енергії дозволяє впливати на ріст кристалів з метою отримання індивідуального розміру кристала.

Високопродуктивні ультразвукові апарати для синтезу наночастинок

Hielscher Ultrasonics пропонує потужні, надійні ультразвукові процесори, призначені для передових сонохімічних застосувань, включаючи соносинтез і сонокаталіз. Ультразвукове змішування і диспергування значно підсилюють масообмін, сприяють змочуванню кластерів атомів і полегшують їх подальше зародження, що призводить до ефективного осадження наночастинок. Ультразвуковий синтез визнаний простим, економічно вигідним, біосумісним, відтворюваним, швидким і безпечним методом отримання високоякісних наноматеріалів. (Читати далі про сонохімічний синтез перовскіту і наноструктури ZnO!)

Ультразвукові апарати Hielscher розроблені для точного керування, що забезпечує оптимальні умови для зародження та росту наноматеріалів. Ці цифрові пристрої оснащені інтелектуальним програмним забезпеченням, кольоровим сенсорним дисплеєм та інтуїтивно зрозумілим меню для безпечної та зручної роботи. Крім того, вони оснащені автоматичним записом даних на вбудовану SD-карту, що забезпечує безперебійне документування процесів.

Завдяки широкому асортименту систем — від компактних 50-ватних ручних ультразвукових пристроїв для лабораторного використання до надійних промислових систем потужністю 16 000 Вт — компанія Hielscher пропонує ідеальне ультразвукове рішення для будь-якого застосування. Ультразвукове обладнання Hielscher, розроблене для довговічності, створене для безперервної роботи у важких умовах, навіть у складних умовах, забезпечуючи надійну роботу 24/7.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:

Порівняння традиційних методів і методів зеленого синтезу синтезу наночастинок.