Kumush nanozarrachalarini olishning ekologik sonokimyoviy yoʻli
Kumush nanozarrachalari (AgNPs) mikroblarga qarshi xususiyatlari, optik xususiyatlari va yuqori elektr oʻtkazuvchanligi tufayli tez-tez qoʻllaniladigan nanomateriallardir. Kappa-karraginandan foydalaniladigan sonokimyoviy yoʻl kumush nanozarrachalarini tayyorlashning oddiy, qulay va ekologik toza sintez usulidir. κ-karraginan tabiiy ekologik toza stabilizator sifatida ishlatiladi, yuqori quvvatli ultratovush esa ekologik toza qaytaruvchi vosita vazifasini bajaradi.
Yashil kimyo parametrlarni aniq nazorat qilishni talab etadi. Nanomateriallar boʻyicha muhandislarimiz mahsulot chiqishini maksimal darajaga yetkazish, zarracha morfologiyasini nazorat qilish va yashil kimyo tamoyillariga toʻliq muvofiqlikni taʼminlash uchun mos sonotrod, reaktor geometriyasi va quvvat sozlamalarini tanlashda sizga yordam beradi.
Ag+/κ-karraginan (chapda) va ultratovush bilan ishlov berilgan Ag/κ-karraginan (oʻngda). Ultratovush bilan ishlov berish UP400S yordamida 90min davomida bajarilgan.
[Elsupikhe et al. 2015]
Kumush nanozarrachalarining ekologik ultratovushli sintezi
Elsupikhe va boshqalar (2015) kumush nanozarrachalarini (AgNPs) tayyorlash uchun ultratovush yordamidagi ekologik sintez yoʻlini ishlab chiqqan. Sonokimyoning koʻplab eritmada kechadigan kimyoviy reaksiyalarni jadallashtirishi yaxshi maʼlum. Ultratovush bilan ishlov berish tabiiy stabilizator sifatida κ-karraginandan foydalanib AgNPs sintez qilish imkonini beradi. Reaksiya xona haroratida kechadi va hech qanday aralashmalarsiz fcc kristall tuzilishga ega kumush nanozarrachalarini hosil qiladi. AgNPs zarrachalarining oʻlcham boʻyicha taqsimlanishiga κ-karraginan konsentratsiyasi taʼsir qilishi mumkin.
Ultratovush bilan ishlov berish jarayonida κ-karraginan bilan qoplangan Ag-NPs zaryadlangan guruhlari oʻrtasidagi oʻzaro taʼsir sxemasi. [Elsupikhe et al. 2015]
Jarayon: kumush nanozarrachalarining barqaror sintezi
- Ag-NPs sintezi uchun AgNO3 κ-karraginan ishtirokida ultratovush bilan ishlov berish orqali qaytarildi. Turli namunalarni olish uchun 10 mL 0,1 M AgNO3 ni 40-mL κ-karraginanga qoʻshish orqali beshta suspenziya tayyorlandi. Ishlatilgan κ-karraginan eritmalarining konsentratsiyalari mos ravishda 0,1, 0,15, 0,20, 0,25 va 0,3 wt% edi.
- Eritmalar 1h davomida aralashtirildi, bundan maqsad AgNO3/κ-karraginan olish edi.
- Soʻng namunalarga kuchli ultratovush nurlanishi taʼsir ettirildi: ultratovush qurilmasi UP400S (400W, 24kHz) amplitudasi 50% ga oʻrnatildi. Ultratovush bilan ishlov berish xona haroratida 90min davomida bajarildi. Suyuqliklarga ultratovush bilan ishlov beruvchi UP400S qurilmasining sonotrodi bevosita reaksiya eritmasiga botirildi.
- Ultratovush bilan ishlov berilgach, suspenziyalar 15min davomida sentrifugalandi va kumush ionlari qoldigʻini olib tashlash uchun ikki marta distillangan suv bilan toʻrt marta yuvildi. Ag-NPs olish uchun choʻkmaga tushgan nanozarrachalar vakuum ostida 40°C da tun davomida quritildi.
Tenglama
- nH₂O —ultratovush bilan ishlov berish–> +H + OH
- OH + RH –> R + H₂O
- AgNo₃–gidroliz–> Ag+ + NO₃–
- R + Ag+ —> Ag° + R’ + H+
- Ag+ + H –qaytarilishlar–> Ag°
- Ag+ + H2O —> Ag° + OH + H+
Tahlil va natijalar: ultratovush yordamida sintez qilingan kumush nanozarrachalari
Natijalarni baholash uchun namunalar ultrabinafsha va koʻrinadigan yorugʻlik diapazonidagi spektroskopik tahlil, rentgen nurlari difraksiyasi, FT-IR kimyoviy tahlili hamda TEM va SEM tasvirlari yordamida tahlil qilindi.
κ-karraginan konsentratsiyalari ortishi bilan Ag-NPs soni koʻpaydi. Ag/κ-karraginan hosil boʻlishi ultrabinafsha va koʻrinadigan yorugʻlik diapazonidagi spektroskopiya yordamida aniqlandi; bunda sirt plazmonining yutilish maksimumi 402 dan 420nm gacha kuzatildi. Rentgen nurlari difraksiyasi (XRD) tahlili Ag-NPs yoqlari markazlashgan kubik tuzilishga ega ekanini koʻrsatdi. Furye oʻzgartirishli infraqizil (FT-IR) spektr κ-karraginanda Ag-NPs mavjudligini koʻrsatdi. κ-karraginanning eng yuqori konsentratsiyasi uchun transmission elektron mikroskopiya (TEM) tasvirida oʻrtacha zarracha oʻlchami taxminan 4,21nm boʻlgan Ag-NPs taqsimlanishi koʻrindi. Skanerlovchi elektron mikroskopiya (SEM) tasvirlari Ag-NPs ning sharsimon shaklini koʻrsatdi. SEM tahlili κ-karraginan konsentratsiyasi ortishi bilan Ag/κ-karraginan sirtida oʻzgarishlar yuz berganini, natijada sharsimon shakldagi kichik oʻlchamli Ag-NPs olinganini koʻrsatadi.
κ-karraginanning turli konsentratsiyalarida sonokimyoviy usulda sintez qilingan Ag/κ-karraginanning TEM tasvirlari va ularga mos oʻlcham boʻyicha taqsimlanishlari. [0,1%, 0,2% va 0,3%, mos ravishda (a, b, c)].
UP400S – Ag nanozarrachalarining sonokimyoviy sintezida ishlatilgan ultratovush qurilmasi
Adabiyotlar/Manbalar
- 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.
Koʻp beriladigan savollar: kumush nanozarrachalarining ekologik sonokimyoviy sintezi
Ultratovush kumush nanozarrachalarining ekologik sintezini qanday yaxshilaydi?
Ultratovush akustik kavitatsiyani yuzaga keltiradi, buning natijasida ekologik toza vositalar yordamida kumush ionlarini tez qaytaradigan mahalliy oʻta qizigan nuqtalar hosil boʻladi. Ushbu sonokimyoviy jarayon reaksiya kinetikasini tezlashtiradi, bir tekis yadro hosil boʻlishiga yordam beradi hamda zarracha oʻlchami va shaklini aniq nazorat qilish imkonini beradi – bularning barchasi kuchli taʼsir qiluvchi kimyoviy moddalar yoki yuqori issiqlik energiyasisiz amalga oshadi.
AgNPs olishning ekologik sonokimyoviy yoʻlining asosiy afzalliklari nimalardan iborat?
Ekologik sonokimyoviy sintez toksik boʻlmagan, atrof-muhitga zararsiz kumush nanozarrachalarini hosil qilish uchun ultratovushni biomos qaytaruvchi va sirtni qoplovchi vositalar (masalan, oʻsimlik ekstraktlari, shakarlar yoki polimerlar) bilan birlashtiradi. Usul energiya sarfini kamaytiradi, sintez vaqtini qisqartiradi, xavfli qoʻshimcha mahsulotlarni yoʻq qiladi va oʻlcham boʻyicha bir xil taqsimlanishga ega juda barqaror nanozarrachalarni hosil qiladi.
Ultratovush kumush nanozarrachalarining oʻlchami va morfologiyasini nazorat qila oladimi?
Ha. Ultratovush amplitudasi, chastotasi, quvvat zichligi va ultratovush bilan ishlov berish vaqtini sozlash orqali ishlab chiqaruvchilar yadro hosil boʻlishi va oʻsish tezliklarini nozik boshqarishi mumkin. Bu muayyan biotibbiy, elektronika yoki sanoat qoʻllanishlariga moslashtirilgan, turli shakllardagi (sharlar, kublar, uchburchak plastinkalar) 5–100 nm oʻlchamli AgNPs ni takrorlanuvchan tarzda ishlab chiqarish imkonini beradi.
Ultratovush yordamidagi ekologik sintezni AgNPs sanoat ishlab chiqarishi miqyosiga kengaytirish mumkinmi?
Albatta. Sanoat ultratovush protsessorlari uzluksiz oqimli reaktorlarni qoʻllab-quvvatlaydi; ularning miqyosini laboratoriya partiyalaridan toʻliq ishlab chiqarishgacha uzluksiz kengaytirish mumkin. Oqim liniyasida ultratovush bilan ishlov berish kavitatsiyaning bir tekis taqsimlanishini, jarayonni real vaqtda kuzatishni va partiyalar oʻrtasidagi bir xillikni taʼminlaydi, shu sababli u katta hajmli, ekologik toza AgNPs ishlab chiqarish uchun ideal hisoblanadi.
Kumush nanozarrachalarining ultratovushli sintezida qaysi ekologik qaytaruvchi vositalar eng yaxshi samara beradi?
Samarali ekologik toza vositalarga oʻsimlik ekstraktlari (masalan, aloe, koʻk choy, sitrus mevalar poʻstlogʻi), uglevodlar, aminokislotalar, oqsillar va biologik parchalanadigan polimerlar kiradi. Ultratovush ularning qaytarish va barqarorlashtirish samaradorligini oshiradi, bu esa yuqori mahsulot chiqishi, kolloid barqarorlik va funksional samaradorlikni saqlagan holda sintetik kimyoviy moddalarni toʻliq almashtirish imkonini beradi.
AgNPs olishda sonokimyoviy sintez anʼanaviy kimyoviy usullar bilan qanday taqqoslanadi?
Anʼanaviy kimyoviy yoʻllar koʻpincha toksik qaytaruvchilarga (masalan, natriy borgidrid), keskin pH qiymatlariga tayanadi va xavfli chiqindilarni hosil qiladi. Ekologik sonokimyoviy sintez xavfsiz, qayta tiklanadigan materiallardan foydalanadi, atrof-muhit haroratida yoki moʻtadil haroratlarda kechadi, ishlov berish vaqtini sezilarli darajada qisqartiradi hamda yaxshiroq disperslanadigan va uzoqroq saqlanadigan, tozaroq va biomosligi yuqoriroq nanozarrachalarni hosil qiladi.
Qaysi sanoat tarmoqlari ultratovush yordamida ekologik usulda olingan kumush nanozarrachalaridan foyda koʻradi?
Ekologik sonokimyoviy usullar orqali sintez qilingan AgNPs mikroblarga qarshi qoplamalar, tibbiy qurilmalar, yaralarni parvarishlash, suvni filtrlash, egiluvchan elektronika va barqaror qadoqlashda keng qoʻllaniladi. Ularning ekologik toza ishlab chiqarilishi yuqori samaradorlik va tartibga soluvchi organlar tomonidan maqbullikni taʼminlash bilan birga qatʼiy ekologik va xavfsizlik standartlariga muvofiqlikni kafolatlaydi.
Kumush nanozarrachalari nima?
Kumush nanozarrachalari 1nm dan 100nm gacha boʻlgan oʻlcham bilan tavsiflanadi. Ular koʻpincha «kumush» deb taʼriflansa-da, ayrimlarida sirtdagi kumush atomlari sonining hajm ichidagi kumush atomlari soniga nisbati katta boʻlgani sababli kumush oksidining ulushi yuqori boʻladi. Kumush nanozarrachalari turli tuzilishlarda uchrashi mumkin. Eng koʻp sharsimon kumush nanozarrachalari sintez qilinadi, biroq rombsimon, sakkizburchak shakllar va yupqa varaqlar ham qoʻllaniladi.
Kumush nanozarrachalari tibbiyotda juda koʻp qoʻllaniladi. Kumush ionlari biologik faol boʻlib, mikroblarga qarshi va mikroblarni oʻldiruvchi kuchli taʼsirga ega. Ularning nihoyatda katta sirt yuzasi koʻplab ligandlarning koordinatsion bogʻlanishiga imkon beradi. Boshqa muhim xususiyatlari oʻtkazuvchanlik va noyob optik xossalardir.
Elektr oʻtkazuvchanlik xususiyatlari tufayli kumush nanozarrachalari koʻpincha kompozitlar, plastmassalar, epoksid materiallar va yelimlar tarkibiga qoʻshiladi. Kumush zarrachalari elektr oʻtkazuvchanligini oshiradi; shu sababli kumush pastalari va siyohlari elektronika ishlab chiqarishda tez-tez ishlatiladi. Kumush nanozarrachalari sirt plazmonlarini qoʻllab-quvvatlagani uchun AgNPs ajoyib optik xususiyatlarga ega. Plazmonik kumush nanozarrachalari sensorlar, detektorlar hamda sirt bilan kuchaytirilgan Raman spektroskopiyasi (SERS) va sirt plazmon maydoni bilan kuchaytirilgan fluoressensiya spektroskopiyasi (SPFS) kabi tahliliy uskunalarda qoʻllaniladi.
Karraginan nima?
Karraginan qizil dengiz suvoʻtlarining turli turlarida uchraydigan arzon tabiiy polimerdir. Karraginanlar gel hosil qilish, quyuqlashtirish va barqarorlashtirish xususiyatlari tufayli oziq-ovqat sanoatida keng qoʻllaniladigan chiziqli sulfatlangan polisaxaridlardir. Oziq-ovqat oqsillari bilan kuchli bogʻlanishi tufayli ular asosan sut va goʻsht mahsulotlarida qoʻllaniladi. Karraginanning sulfatlanish darajasi bilan farqlanadigan uchta asosiy turi mavjud. Kappa-karraginanda har bir disaxaridga bitta sulfat guruhi toʻgʻri keladi. Iota-karraginanda (ι-karraginan) har bir disaxaridga ikkita sulfat guruhi toʻgʻri keladi. Lambda-karraginanda (λ-karraginan) har bir disaxaridga uchta sulfat guruhi toʻgʻri keladi.
Kappa-karraginan (κ-karraginan) D-galaktoza va 3,6-angidro-D-galaktozadan tashkil topgan sulfatlangan polisaxaridning chiziqli tuzilishiga ega.
κ-karraginan oziq-ovqat sanoatida, masalan, gel hosil qiluvchi vosita sifatida va teksturani oʻzgartirish uchun keng qoʻllaniladi. U mahsulot qovushqoqligini oshirish uchun muzqaymoq, qaymoq, tvorog, sutli kokteyllar, salat souslari, shirinlashtirilgan quyultirilgan sutlar, soya suti va boshqa oʻsimlik sutlari hamda souslarda qoʻshimcha sifatida uchraydi.
Bundan tashqari, κ-karraginan oziq-ovqat boʻlmagan mahsulotlarda ham uchraydi: shampun va kosmetik kremlarda quyuqlashtiruvchi sifatida, tish pastasida (tarkibiy qismlarning ajralib ketishini oldini oluvchi stabilizator sifatida), yongʻin oʻchirish koʻpigida (koʻpikni yopishqoq qiluvchi quyuqlashtiruvchi sifatida), havoni xushboʻylashtiruvchi gellarda, poyabzal kremida (qovushqoqlikni oshirish uchun), biotexnologiyada hujayralar/fermentlarni immobilizatsiya qilish uchun, farmatsevtikada (pilulalar/tabletkalarda faol boʻlmagan yordamchi modda sifatida), uy hayvonlari ozuqasida va hokazo.
κ-karraginanning turli konsentratsiyalarida Ag/κ-karraginanning SEM tasvirlari. [0,1%, 0,2% va 0,3 %, mos ravishda (a, b, c)]. [Elsupikhe et al. 2015]