+86-757-8128-5193

Utstilling

Hjem > Utstilling > Innhold

Silver nanopartikkel

Silver nanopartikler er nanopartikler av sølv på mellom 1 nm og 100 nm i størrelse. [1] Mens ofte beskrevet som å være "sølv" noen er sammensatt av en stor andel av sølvoksyd på grunn av deres store forhold mellom overflate-til-massesølvatomer. Utallige former av nanopartikler kan konstrueres avhengig av anvendelsen for hånden. Vanligvis brukes er sfæriske sølv nanopartikler, men diamant, åttekantet og tynne ark er også populært. [1]

Deres ekstremt stor overflate tillater koordinering av et stort antall ligander . Egenskapene til sølv nanopartikler som gjelder menneskelige behandlinger er under etterforskning i laboratorie- og dyreforsøk, vurdere potensielle effekt, toksisitet og kostnader.

syntesemetoder

Wet kjemi [ rediger ]

De mest vanlige metoder for nanopartikkel syntese faller inn under kategorien av våt kjemi, eller kjernedannelse av partikler i en løsning. Denne kimdannelse finner sted når en sølv-ion komplekst, vanligvis AGNO 3 eller AgClO 4, reduseres til kolloidalt sølv i nærvær av et reduksjonsmiddel . Når konsentrasjonen øker nok, oppløste metalliske sølvioner bindes sammen for å danne en stabil overflate. Overflaten er energetisk ugunstig når klyngen er liten, fordi den energi som oppnås ved å nedsette konsentrasjonen av oppløste partikler er ikke så høy som den energien tapt fra å lage en ny overflate. [2] Når den klyngen når en viss størrelse, kjent som den kritiske radius, blir det energimessig gunstig, og således stabil nok til å fortsette å vokse. Denne kjernen deretter forblir i systemet og øker etter hvert som flere sølvatomer diffundere gjennom oppløsningen og fester seg til overflaten [3] Når den oppløste konsentrasjon av atomært sølv synker nok, er det ikke lenger mulig for nok atomer for å binde sammen for å danne en stabil cellekjernen. På dette kjernedannelse terskel, stoppes nye nanopartikler som dannes, og det gjenværende oppløste sølv er absorbert av diffusjon inn i de voksende nanopartikler i løsningen.

Når partiklene vokse, andre molekyler i oppløsningen diffundere og fester seg til overflaten. Denne prosessen stabiliserer overflateenergi av partikkel og blokkerer ny sølvioner fra å nå overflaten. Festingen av disse lokking / stabiliseringsmidler bremser og til slutt stopper veksten av partikkelen. [4] De mest vanlige dekkings ligander er trinatriumcitrat og polyvinylpyrrolidon (PVP), men mange andre er også brukt i varierende forhold for å syntetisere partikler med bestemte størrelser, former og overflateegenskaper. [5]

Det finnes mange forskjellige våte syntesemetoder, herunder bruk av reduserende sukkerarter, citrat reduksjon, reduksjon via natriumborhydrid, [6] sølvspeilet reaksjonen, [7] polyolen prosessen, [8] frø-mediert vekst, [9] og light-mediert vekst. [10] Hver av disse fremgangsmåter, eller en kombinasjon av metoder, vil tilby forskjellig grad av kontroll over størrelsesfordelingen, så vel som fordelinger av geometriske arrangementer av nanopartikkelen. [11]

En ny, meget lovende våt-kjemisk teknikk ble funnet ved Elsupikhe et al. (2015). [12] De har utviklet en grønn ultralyd-assistert syntese. Under ultralyd behandling, sølv nanopartikler (AgNP) syntetisert med κ-karragenan som en naturlig stabilisator. Reaksjonen utføres ved omgivende temperatur og frembringer sølvnanopartikler med fcc krystallstruktur uten urenheter. Konsentrasjonen av κ-karragenan anvendes til å påvirke partikkelstørrelsesfordelingen av AgNPs. [1. 3]

Monosakkarid reduksjon [ rediger ]

Det er mange måter sølv nanopartikler kan syntetiseres; en metode er gjennom monosakkarider . Dette inkluderer glukose , fruktose , maltose , maltodekstrin , etc., men ikke sukrose . Det er også en enkel metode for å redusere sølvioner tilbake til sølv nanopartikler som det vanligvis innebærer en ett-trinns prosess ,. [14] Det har vært metoder som indikerte at disse reduserende sukkere er essensielle for dannelsen av sølvnanopartikler. Mange studier viste at denne metoden for grønn syntese, nærmere bestemt ved hjelp av Cacumen platycladi ekstrakt, aktivert reduksjon av sølv. I tillegg kan størrelsen av nanopartikkel styres avhengig av konsentrasjonen av ekstraktet. Disse undersøkelsene viser at høyere konsentrasjoner korrelert til et økt antall av nanopartikler. [14] Mindre nanopartikler ble dannet ved høye pH- nivåer på grunn av konsentrasjonen av monosakkarider.

En annen metode for sølv nanopartikkel-syntese omfatter bruk av reduserende sukker med alkali stivelse og sølvnitrat. De reduserende sukker har gratis aldehyd og keton grupper, som gjør dem i stand til å bli oksidert til gluconate . [15] Den monosakkarid må ha en fri ketongruppen fordi for å virke som et reduksjonsmiddel, det første gjennomgår tautomerisering . I tillegg, hvis aldehyder er bundet, vil det bli sittende fast på syklisk form og kan ikke virke som et reduksjonsmiddel. For eksempel har en glukose aldehyd funksjonell gruppe som er i stand til å redusere sølv kationer til sølvatomer, og blir deretter oksydert til glukonsyre . [16] Reaksjonen for sukker som skal oksideres skjer i vandige oppløsninger. Blokkeringsmidlet er også ikke til stede når de oppvarmes.

Citrate reduksjon [ rediger ]

En tidlig, og svært vanlig, metode for syntetisering av sølv nanopartikler er citrat reduksjon. Denne metoden ble først spilt inn av MC Lea, som klarer produsert en citrate-stabilisert sølv kolloid i 1889. [17] Citrate reduksjon innebærer reduksjon av en sølv kilde partikkel, vanligvis Agno 3 eller AgClO 4, for å kolloidalt sølv hjelp trinatriumcitrat , Na 3 C 6 H 5 O 7. [18] Syntesen blir vanligvis utført ved en forhøyet temperatur (~ 100 ° C) for å maksimere monodispersitet (ensartethet i både størrelse og form) til partikkelen. I denne metoden, citratet ion tradisjonelt fungerer som både reduksjonsmidlet og capping liganden, [18] slik at det er en nyttig fremgangsmåte for AgNP produksjon på grunn av sin forholdsvis lett og kort reaksjonstid. Imidlertid kan det sølv partikler dannet vise brede størrelsesfordeling og danne flere forskjellige partikkel geometrier samtidig. [17] Den tilsetning av sterkere reduksjonsmidler til reaksjons blir ofte brukt for å syntetisere partikler av en mer ensartet størrelse og form. [18]

Reduksjon via natriumborhydrid [ rediger ]

Syntesen av sølvnanopartikler av natriumborhydrid (NaBH4) reduksjon finner sted ved den følgende reaksjon: [19]

Ag + + BH 4 - + 3 H 2 O → Ag 0 + B (OH) 3 + 2 3,5H

De reduserte metallatomer vil danne nanopartikkel kjerner. Totalt sett er denne prosess tilsvarende den ovenfor angitte reduksjonsmetode ved bruk av citrat. Fordelen med å bruke natriumborhydrid økes monodispersitet av den endelige partikkelpopulasjonen. Årsaken til den økte monodispersitet ved bruk av NaBH4 er at det er et sterkere reduksjonsmiddel enn citrat. Virkningen av reduksjonsmiddel styrke kan sees ved å undersøke en LaMer diagram som beskriver kimdannelse og vekst av nanopartikler. [20]

Når sølvnitrat (AGNO 3) reduseres med et svakt reduksjonsmiddel som citrat, er reduksjonshastigheten lavere, noe som innebærer at nye kjerner danner og gamle kjerner vokser samtidig. Dette er grunnen til at citratet reaksjonen har lav monodispersitet. Fordi NaBH4 er en mye sterkere reduksjonsmiddel, blir konsentrasjonen av sølvnitrat hurtig redusert som forkorter den tid i løpet av hvilken nye kjerner form og vokse samtidig, hvilket ga en monodispergert populasjon av sølvnanopartikler.

Partikler dannet ved reduksjon, må ha sin overflate stabilisert for å forhindre uønsket partikkelagglomerering (når flere partikler binding sammen), vekst, eller grovere. Drivkraften for disse fenomenene er minimaliseringen av overflateenergi (nanopartikler har en stor overflate i forhold til volum). Denne tendensen til å redusere overflateenergien i systemet kan motvirkes ved å tilsette forbindelser som adsorberer til overflaten av nanopartiklene og senker aktiviteten av partikkeloverflaten således forhindre partikkelagglomerering henhold til DLVO teori og hindring av vekst ved å okkupere tilknytningsseter for metall atomer. Kjemiske stoffer som adsorberes til overflaten av nanopartikler kalles ligander. Noen av disse overflatestabiliserende arter er: NaBH4 i store mengder, [19] poly (vinylpyrrolidon) (PVP), [21] natriumdodecylsulfat (SDS), [19] [21] og / eller dodekan tiol. [22]

Etter at partiklene har blitt dannet i oppløsning må de skilles ut og samles opp. Det er flere generelle metoder for å fjerne nanopartikler fra oppløsning, inkludert fordampning av løsningsmiddelfasen [22] eller tilsetning av kjemikalier til den løsning som senker oppløseligheten av nanopartiklene i oppløsningen. [23] Begge metodene tvinge utfelling av nanopartikler.

Polyol prosessen [ rediger ]

Den polyol Prosessen er en spesielt nyttig fremgangsmåte fordi det gir en høy grad av kontroll over både størrelsen og geometrien av de resulterende nanopartikler. Generelt, begynner polyol syntese med oppvarming av en polyol forbindelse så som etylenglykol, 1,5-pentandiol eller 1,2-propylen glycol7. En Ag + arter og en avsluttende middel tilsettes (selv om polyol i seg selv er også ofte blokkeringsmidlet). De Ag + art blir deretter redusert med polyolen for å kolloidale nanopartikler. [24] Den polyol fremgangsmåte er meget følsom for reaksjonsbetingelser som temperatur, kjemisk miljø, og konsentrasjonen av substrater. [25] [26] Derfor, ved å endre disse variable, ulike størrelser og geometrier kan velges for eksempel kvasi-kuler, pyramider, sfærer, og ledninger. [11] Videre studier har undersøkt mekanismen for denne fremgangsmåten, så vel som resulterer geometrier under forskjellige reaksjonsbetingelser i større detalj. [8] [27]

Seed-mediert vekst [ rediger ]

Seed-mediert vekst er en syntesemetode der små, stabile kjerner dyrkes i en separat kjemisk miljø til en ønsket størrelse og form. Seed-medierte metoder består av to forskjellige faser: kimdannelse og vekst. Variasjon av visse faktorer i syntese (f.eks ligand, kjernedannelsestiden, reduksjonsmiddel, etc.), [28] kan styre den endelige størrelse og form av nanopartikler, slik at frø-mediert vekst et populært syntetisk tilnærming til kontroll av morfologien av nanopartikler.

Kjernedannelsestrinnet av frø-mediert vekst består av reduksjonen av metallioner i en forløper til metallatomer. For å regulere størrelsesfordelingen av frøene, bør den periode av kjernedannelsen gjøres kort for monodispersitet. Den LaMer modellen illustrerer dette konseptet. [29] Seeds består vanligvis små nanopartikler, stabilisert av en ligand . Ligander er små, vanligvis organiske molekyler som bindes til overflaten av partiklene, og hindrer frø fra ytterligere vekst. Ligander er nødvendige som de øker energibarrieren for koagulering, forebygge agglomerering. Balansen mellom attraktive og frastøtende krefter innen kolloidale løsninger kan modelleres ved DLVO teori . [30] ligandbindende affinitet og selektivitet kan brukes til å styre formen og vekst. For frø syntese, bør en ligand med middels til lav bindingsaffinitet bli valgt for å muliggjøre utveksling i løpet av vekstfasen.

Veksten av nanoseeds innebærer å plassere frøene i en vekst løsning. Veksten løsning krever en lav konsentrasjon av et metall forløper, ligander som lett vil utveksler med forhåndseksisterende frø ligander, og en svak eller meget lav konsentrasjon av reduksjonsmiddel. Reduksjonsmiddelet må ikke være sterk nok til å redusere metall forløper i veksten oppløsning i fravær av frø. Ellers vil veksten løsning danne nye kjernesteder i stedet for å vokse på forhåndseksisterende de (frø). [31] Veksten er et resultat av konkurransen mellom overflateenergi (som øker ufordelaktig med vekst) og masseenergi (som avtar gunstig med vekst). Balansen mellom energiene av vekst og oppløsning er årsaken til uniform vekst bare på preexisting frø (og ingen nye kjernedannelse). [32] Veksten skjer ved tilsetning av metallatomer fra veksten løsning til frøene, og ligand-utveksling mellom vekst ligander (som har en høyere affinitet bonding) og frø-ligander. [33]

Rekkevidde og retning av vekst kan reguleres ved nanoseed, konsentrasjon av metall-forløper, ligand, og reaksjonsbetingelser (varme, trykk, etc.). [34] Styre støkiometriske betingelser for vekst oppløsning styrer endelige størrelse av partikkel. For eksempel vil en lav konsentrasjon av metalliske kim for metall forløper i veksten oppløsning fremstille større partikler. Blokkeringsmidlet er blitt vist å kontrollere retningen av vekst og derved forme. Ligander kan ha varierende affinitet for binding over en partikkel. Differensiell binding innenfor en partikkel kan resultere i ulik vekst over hele partikkelen. Dette gir anisotrope partikler med ikke-sfærisk form, inkludert prismer, terninger, og stenger. [35] [36]

Lys-mediert vekst [ rediger ]

Lys-mediert synteser har også blitt undersøkt hvor lyset kan fremme dannelsen av ulike sølv nanopartikkel morfologi. [10] [37]

Silver speil reaksjon [ rediger ]

Sølvspeilet Reaksjonen involverer omdannelse av sølvnitrat til Ag (NH3) OH. Ag (NH3) OH reduseres deretter inn i kolloidalt sølv ved bruk av et aldehyd inneholdende molekyl, så som et sukker. Sølvspeilet Reaksjonen er som følger:

2 (Ag (NH 3) 2) + + RCHO + = 2-OH - → RCOOH + 2AG + 4NH tre. [38]

Størrelsen og formen på nanopartikler produsert er vanskelig å kontrollere og ofte har brede distribusjoner. [39] Imidlertid er denne metode som ofte anvendes for å påføre tynne belegg av sølvpartikler på overflater og videre studier til å produsere mer jevnstore nanopartikler blir gjort. [39]

Ion implantasjon [ rediger ]

Ioneimplantering har blitt brukt til å lage sølvnanopartikler innleiret i glass , polyuretan , silikon , polyetylen og poly (metylmetakrylat) . Partiklene er innleiret i substratet ved hjelp av bombardement ved høye akselerasjonsspenninger. Med en fast strømtetthet på ionestrålen opp til en viss verdi, har størrelsen av de innebygde sølvnanopartikler er funnet å være monodisperse i befolkningen, [40] , hvoretter bare en økning av ione-konsentrasjonen observeres. En ytterligere økning i ionestrålen dosen har blitt funnet å redusere både nanopartikkelstørrelse og tetthet i målet substratet, mens en ionestråle som arbeider ved en høy akselerasjonsspenning med en gradvis økende strømtetthet har vist seg å resultere i en gradvis økning i nanopartikkel størrelse. Det er noen konkurrerende mekanismer som kan resultere i reduksjon i nanopartikkelstørrelse; ødeleggelse av NPS ved kollisjon, sputtering av prøvens overflate, partikkelsmelting ved oppvarming og dissosiasjon. [40]

Dannelsen av nanopartikler innebygde er kompleks, og alle de kontrollerende parametre og forhold er ennå ikke blitt undersøkt. Datamaskinsimulering er fortsatt vanskelig som det innebærer prosesser av diffusjon og gruppering, men det kan brytes ned til et par forskjellige sub-prosesser som implantering, diffusjon, og vekst. Etter implantering vil sølvioner nå forskjellige dybder i substratet som nærmer seg en Gaussisk fordeling med midlere sentrert ved X dybde. Høye temperaturforhold i løpet av de første stadiene av implantering vil øke urenhet diffusjon i substratet og som et resultat begrenser anslags-ion metning, noe som er nødvendig for kjernedannelse nanopartikkel. [41] Både implantatet temperatur og ionestråle strømtetthet er avgjørende for å få tak i for å oppnå en monodispers nanopartikkel størrelse og dybde fordeling. En lav strømtetthet kan anvendes for å motvirke den termiske omrøring fra ionestrålen og en opphoping av overflateladning. Etter implantering på overflaten, kan strålen strømmer heves som overflateledningsevnen øker. [41] Den hastigheten som urenheter diffuse faller raskt etter dannelsen av nanopartikler, som fungerer som en mobil ionefelle. Dette tyder på at i begynnelsen av implantasjon prosessen er avgjørende for kontroll av den avstand og dybde av de dannede nanopartikler, så vel som kontroll av substratets temperatur og ionestrålen tetthet. Tilstedeværelsen og arten av disse partiklene kan analyseres ved hjelp av tallrike spektroskopi og mikroskopi instrumenter. [41] nanopartikler syntetisert i underlaget utstillings overflaten plasmon resonans som dokumentert av hovedabsorbsjonsbånd; disse funksjonene gjennomgå spektral turnus avhengig av nanopartikkelstørrelsen og ujevnheter i overflaten, [40] , men de optiske egenskaper som også er sterkt avhengig av substratmaterialet av kompositten.

Biologisk syntese [ rediger ]

Den biologiske syntese av nanopartikler har gitt en metode for forbedrede teknikker sammenlignet med de tradisjonelle metoder som krever bruk av skadelige reduksjonsmidler som natriumborhydrid . Mange av disse metodene kan forbedre sin miljøpåvirkning ved å erstatte disse relativt sterke reduksjonsmidler. Problemene med den kjemiske produksjonen av sølv nanopartikler er vanligvis innebærer høye kostnader og lang av partiklene er kortvarig på grunn av aggregering. Den harde standard kjemiske metoder har skapt bruk av ved hjelp av biologiske organismer for å redusere sølvioner i løsningen i kolloidale nanopartikler. [42] [43]

I tillegg er nøyaktig kontroll over formen og størrelsen viktig under nanopartikkel syntese siden NPS terapeutiske egenskaper er nært avhengig av slike faktorer. [44] Derfor er det primære fokus for forskning på biogene syntese i å utvikle metoder som konsekvent reproduserer NPs med presise egenskaper. [45] [46]

Sopp og bakterier [ rediger ]

En generell representasjon av syntese og anvendelser av biogenically syntetiserte sølv nanopartikler ved hjelp av planteekstrakt.

Bakterie- og sopp syntese av nanopartikler er praktisk fordi bakterier og sopp er enkle å håndtere og kan modifiseres genetisk med letthet. Dette gir et middel til å utvikle biomolekyler som kan syntetisere AgNPs av varierende former og størrelser i high yield, som er i forkant av dagens utfordringer i nanopartikkel syntese. Fungale stammer slik som Verticillium og bakteriestammer slik som K. pneumoniae kan anvendes ved syntese av sølvnanopartikler. [47] Når soppen / bakterier tilsettes til oppløsningen, protein biomasse blir frigjort i oppløsningen. [47] Electron donere rester som tryptofan og tyrosin redusere sølvioner i løsningen bidratt med sølvnitrat. [47] Disse fremgangsmåter har blitt funnet å effektivt skape stabile monodisperse nanopartikler uten bruk av skadelige reduksjonsmidler.

En fremgangsmåte har blitt funnet å redusere sølvioner ved innføringen av soppen Fusarium oxysporum . Nanopartiklene dannes ved denne fremgangsmåten har en størrelse i området mellom 5 og 15 nm og består av sølv hydrosol . Reduksjonen av sølv nanopartikler er antatt å komme fra en enzymatisk prosess og sølv nanopartikler som produseres er svært stabil på grunn av interaksjoner med proteiner som utskilles av sopp.

Bakterien finnes i sølvgruvene, Pseudo stutzeri AG259, var i stand til å konstruere sølv partikler i former av trekanter og sekskanter. Størrelsen av disse nanopartiklene hadde et stort utvalg i størrelse, og noen av dem nådde størrelser som er større enn de vanlige nanoskala med en størrelse på 200 nm. De sølvnanopartikler ble funnet i den organiske grunnmasse av bakteriene. [48]

Melkesyreproduserende bakterier er blitt anvendt for å fremstille sølvnanopartikler. Den bakterier Lactobacillus spp., Pediococcus pentosaceus, Enteroccus faeciumI, og Lactococcus garvieae har blitt funnet å være i stand til å redusere sølvioner inn i sølvnanopartikler. Fremstillingen av nanopartiklene foregår i cellen fra interaksjonen mellom sølvionene og de organiske forbindelser av cellen. Det ble funnet at bakterien Lactobacillus fermentum opprettet de minste sølvnanopartikler med en gjennomsnittlig størrelse på 11,2 nm. Det ble også funnet at denne bakterien produserte nanopartikler med den minste størrelsesfordeling og nanopartikler ble funnet for det meste på utsiden av cellene. Det ble også funnet at det var en økning i pH-verdien økte frekvensen av hvilke nanopartikler ble fremstilt og mengden av partikler produsert. [49]

Planter [ rediger ]

Reduksjonen av sølvioner i sølv nanopartikler har også blitt oppnådd ved hjelp av geranium blader. Det har blitt funnet at tilsetning av geranium blad ekstrakt til sølvnitratoppløsninger fører til deres sølvioner til å bli raskt redusert og at nanopartikler produsert er spesielt stabile. Sølvnanopartikler produsert i løsningen hadde en størrelse på mellom 16 og 40 nm. [48]

I en annen studie forskjellig plante blad ekstrakter ble anvendt til å redusere sølvioner. Det ble funnet at ut av Camellia sinensis (grønn te), furu , persimmon , ginko , magnolia , og Platanus at magnolia blad ekstrakt var best på å skape sølv nanopartikler. Denne metoden er laget partikler med en dispergert størrelsesområde på 15 til 500 nm, men det ble også funnet at partikkelstørrelsen kunne kontrolleres ved å variere reaksjonstemperaturen. Hastigheten ved hvilken ionene er blitt redusert ved magnolia blad ekstrakt var sammenlignbare med dem for å bruke kjemikalier for å redusere. [42] [50]

Bruken av planter, mikrober og sopp i produksjonen av sølv nanopartikler viser vei til mer miljøvennlig produksjon av sølv nanopartikler. [43]

En grønn metode er tilgjengelig for å syntetisere sølv nanopartikler ved hjelp av Amaranthus gangeticus Linn blad ekstrakt. [51]

Produkter og funksjon [ rediger ]

Syntetiske protokoller for sølv nanopartikler produksjonen kan bli modifisert for å fremstille sølvnanopartikler med ikke-sfærisk geometri og også for å funksjonalisere nanopartikler med forskjellige materialer, for eksempel silisiumdioksyd. Opprette sølv nanopartikler av ulike former og overflatebelegg gir større kontroll over sine size-spesifikke egenskaper.

Anisotrope strukturer [ rediger ]

Sølvnanopartikler kan syntetiseres i en rekke ikke-sfæriske (anisotrope) former. Fordi sølv, i likhet med andre edelmetaller, oppviser en størrelse og form avhengig av optisk effekt er kjent som lokaliserte overflate-plasmonresonans (LSPR) på nanoskala, evnen til å syntetisere Ag nanopartikler i forskjellige former øker vesentlig evnen til å stille deres optiske oppførsel. For eksempel, den bølgelengde ved hvilken LSPR forekommer for en nanopartikkel av en morfologi (for eksempel en kule) vil være forskjellig hvis det sfære blir endret til en annen form. Denne formen avhengighet tillater en sølvnanopartikler for å oppleve optisk forsterkning ved en rekke forskjellige bølgelengder, selv ved å holde størrelsen forholdsvis konstant, bare ved å endre sin form. Anvendelser av denne formen beskattet utvidelse av optisk atferd spenner fra utvikling av mer følsomme biosensorer for å øke levetiden på tekstiler. [52] [53]

Trekantede nanoprisms [ rediger ]

Trekantet nanopartikler er en kanonisk type anisotropisk morfologi undersøkt for både gull og sølv. [54]

Selv om mange forskjellige teknikker for sølv nanoprism syntese eksisterer flere metoder benytter et frø-mediert tilnærming, som innebærer først å syntetisere små (3-5 nm diameter) sølv nanopartikler som tilbyr en mal for formen styrt vekst i trekantede nanostrukturer. [55]

Sølvet frøene blir syntetisert ved blanding av sølvnitrat og natrium-citrat i vandig oppløsning, og deretter hurtig tilsetning av natriumborhydrid. Ytterligere sølvnitrat tilsettes til frøet oppløsning ved lav temperatur, og prismene blir dyrket ved å langsomt redusere overskytende sølvnitrat ved bruk av askorbinsyre. [6]

Med frø-mediert tilnærming til sølv nanoprism syntese, kan selektiviteten til en form over en annen delvis styres ved hjelp av capping liganden. Ved å bruke hovedsakelig den samme fremgangsmåten ovenfor, men å endre citrat til poly (vinylpyrrolidon) (PVP) erholdt kube og stavformede nanostrukturer i stedet for trekantede nanoprisms. [56]

I tillegg til de frø mediert teknikken, kan sølv nanoprisms også syntetiseres ved hjelp av et foto-mediert metode, i hvilken hatt kontakt sfæriske sølvnanopartikler blir omdannet til trekantede nanoprisms ganske enkelt ved å utsette reaksjonsblandingen for høye intensiteter av lys. [57]

Nanocubes [ rediger ]

Sølv nanocubes kan syntetiseres ved hjelp av etylenglykol som et reduksjonsmiddel og PVP som et avsluttende middel, i en polyol-syntesereaksjon (se ovenfor). En typisk syntese ved bruk av disse reagensene omfatter tilsetning av frisk sølvnitrat og PVP til en løsning av etylenglykol oppvarmet til 140 ° C. [58]

Denne prosedyren kan faktisk bli endret for å produsere en annen anisotropisk sølv nanostrukturen, nanotråder, ved bare å tillate sølvnitratløsningen til alder før du bruker det i syntesen. Ved å la den sølvnitratoppløsning til alder, den første nanostrukturen som dannes under syntesen er litt annerledes enn det som oppnås med frisk sølvnitrat, som påvirker veksten prosessen, og derfor, morfologien til det endelige produktet. [58]

Belegg med silika [ rediger ]

Generell fremgangsmåte for belegging av kolloidpartikler i silisiumoksyd. Først PVP blir absorbert på den kolloidale overflaten. Disse partikler blir satt inn i en oppløsning av ammoniakk i etanol. partikkelen deretter begynner å vokse ved tilsetning av Si (OET4).

I denne metoden, polyvinylpyrrolidon (PVP) ble oppløst i vann ved sonikering og blandet med sølv kolloide partikler. [1] Aktiv omrøring sikrer PVP har adsorbert på nanopartikkeloverflaten. [1] Sentrifugering skiller de PVP-belagt nanopartikler som deretter overført til en løsning av etanol som skal sentrifugeres ytterligere og plassert i en løsning av ammoniakk , etanol og Si (OEt 4) (TES). [1] omrøring i tolv timer resulterer i at silisiumdioksyd skallet er formet som består av et omgivende sjikt av silisiumoksid med en eterbinding tilgjengelige for å legge til funksjonalitet. [1] å variere mengden av TES gir mulighet for ulike tykkelser av skjell dannet. [1] Denne teknikken er populær på grunn av evnen til å legge til en rekke av funksjonalitet til det eksponerte silikaoverflaten.

Bruk [ rediger ]

Katalyse [ rediger ]

Ved hjelp av sølv nanopartikler for katalyse har vært å få oppmerksomhet de siste årene. Selv om de mest vanlige programmene er for medisinske eller antibakterielle formål, har sølv nanopartikler er vist å vise katalytiske redoks egenskaper for fargestoffer, benzen, karbonmonoksid, og sannsynligvis andre forbindelser.

MERK: Dette avsnittet er en generell beskrivelse av nanopartikkel egenskaper for katalyse; det er ikke eksklusivt for sølv nanopartikler. Størrelsen på en nanopartikkel i stor grad bestemmer de egenskaper at den oppviser på grunn av forskjellige kvante-effekter. I tillegg har det kjemiske miljøet til nanopartikkel spiller en stor rolle på de katalytiske egenskapene. Med dette i tankene, er det viktig å merke seg at heterogen katalyse finner sted ved adsorpsjon av reaktant arten til den katalytiske substratet. Når polymerer , komplekse ligander , eller overflateaktive midler brukes for å hindre sammenflytning av nanopartikler blir den katalytiske evnen ofte hindret på grunn av redusert adsorpsjon evne. [59] Imidlertid er disse forbindelser kan også anvendes på en slik måte at det kjemiske miljø som fremmer den katalytiske evne.

Støttes på silisiumoksydsfærer - reduksjon av fargestoffer [ rediger ]

Sølv nanopartikler har blitt syntetisert på underlag av inerte silika sfærer. [59] Den støtte spiller praktisk talt ingen rolle i den katalytiske evne og tjener som en metode for å hindre koalesens av de sølvnanopartikler i kolloidal oppløsning . Således ble de sølvnanopartikler stabilisert og det var mulig å demonstrere evnen av dem til å tjene som en elektron relé for reduksjon av fargestoffer av natriumborhydrid . [59] Uten sølv nanopartikkel katalysator, oppstår nesten ingen reaksjon mellom natriumborhydrid og de ulike fargestoffer: metylenblått , eosin , og rose bengal .

Mesoporous aerogel - selektiv oksidasjon av benzen [ rediger ]

Silver nanopartikler som støttes på aerogel er fordelaktig på grunn av høyere antall aktive nettsteder . [60] Den høyeste selektivitet for oksydasjon av benzen til fenol ble iakttatt ved lav vektprosent av sølv i aerogel matriksen (1% Ag). Denne bedre selektivitet er antatt å være et resultat av den høyere monodispersitet i aerogel matrise av den 1% Ag prøven. Hver vektprosent oppløsning dannes partikler av forskjellige størrelser med en annen bredde av størrelsesområde. [60]

Sølv legering - synergis oksidasjon av karbonmonoksid [ rediger ]

Au-Ag legering nanopartikler har vist seg å ha en synergistisk effekt på oksidasjon av karbonmonoksid (CO). [61] På sin egen, viser hver ren-metall nanopartikkel svært dårlig katalytisk aktivitet for CO oksidasjon ; sammen, er de katalytiske egenskaper betydelig forbedret. Det er foreslått at gullet virker som en sterk bindingsmiddel for oksygenatomet og sølvet tjener som et sterkt oksidasjonskatalysator, selv om den eksakte mekanisme er ennå ikke fullstendig forstått. Når syntetisert på en Au / Ag-forhold fra 3: 1 til 10: 1, er legert nanopartikler viste fullstendig omdannelse ved en% CO ble tilført i luft ved omgivelsestemperatur. [61] Interestingly, the size of the alloyed particles did not play a big role in the catalytic ability. It is well known that gold nanoparticles only show catalytic properties for CO when they are ~3 nm in size, but alloyed particles up to 30 nm demonstrated excellent catalytic activity – catalytic activity better than that of gold nanoparticles on active support such as TiO 2 , Fe 2 O 3 , etc. [61]

Light-enhanced [ edit ]

Plasmonic effects have been studied quite extensively. Until recently, there have not been studies investigating the oxidative catalytic enhancement of a nanostructure via excitation of its surface plasmon resonance . The defining feature for enhancing the oxidative catalytic ability has been identified as the ability to convert a beam of light into the form of energetic electrons that can be transferred to adsorbed molecules. [62] The implication of such a feature is that photochemical reactions can be driven by low-intensity continuous light can be coupled with thermal energy .

The coupling of low-intensity continuous light and thermal energy has been performed with silver nanocubes. The important feature of silver nanostructures that are enabling for photocatalysis is their nature to create resonant surface plasmons from light in the visible range. [62]

The addition of light enhancement enabled the particles to perform to the same degree as particles that were heated up to 40 K greater. [62] This is a profound finding when noting that a reduction in temperature of 25 K can increase the catalyst lifetime by nearly tenfold, when comparing the photothermal and thermal process. [62]

Biological research [ edit ]

Researchers have explored the use of silver nanoparticles as carriers for delivering various payloads such as small drug molecules or large biomolecules to specific targets. Once the AgNP has had sufficient time to reach its target, release of the payload could potentially be triggered by an internal or external stimulus. The targeting and accumulation of nanoparticles may provide high payload concentrations at specific target sites and could minimize side effects. [63]

Chemotherapy [ edit ]

The introduction of nanotechnology into medicine is expected to advance diagnostic cancer imaging and the standards for therapeutic drug design. [64] Nanotechnology may uncover insight about the structure, function and organizational level of the biosystem at the nanoscale. [65]

Silver nanoparticles can undergo coating techniques that offer a uniform functionalized surface to which substrates can be added. When the nanoparticle is coated, for example, in silica the surface exists as silicic acid. Substrates can thus be added through stable ether and ester linkages that are not degraded immediately by natural metabolic enzymes . [66] [67] Recent chemotherapeutic applications have designed anti cancer drugs with a photo cleavable linker, [68] such as an ortho-nitrobenzyl bridge, attaching it to the substrate on the nanoparticle surface. [66] The low toxicity nanoparticle complex can remain viable under metabolic attack for the time necessary to be distributed throughout the bodies systems. [66] [69] If a cancerous tumor is being targeted for treatment, ultraviolet light can be introduced over the tumor region. [66] The electromagnetic energy of the light causes the photo responsive linker to break between the drug and the nanoparticle substrate. [66] The drug is now cleaved and released in an unaltered active form to act on the cancerous tumor cells. [66] Advantages anticipated for this method is that the drug is transported without highly toxic compounds, the drug is released without harmful radiation or relying on a specific chemical reaction to occur and the drug can be selectively released at a target tissue. [66] [67] [69]

A second approach is to attach a chemotherapeutic drug directly to the functionalized surface of the silver nanoparticle combined with a nucelophilic species to undergo a displacement reaction. For example, once the nanoparticle drug complex enters or is in the vicinity of the target tissue or cells, a glutathione monoester can be administered to the site. [70] [71] The nucleophilic ester oxygen will attach to the functionalized surface of the nanoparticle through a new ester linkage while the drug is released to its surroundings. [70] [71] The drug is now active and can exert its biological function on the cells immediate to its surroundings limiting non-desirable interactions with other tissues. [70] [71]

Multiple drug resistance [ edit ]

A major cause for the ineffectiveness of current chemotherapy treatments is multiple drug resistance which can arise from several mechanisms. [72]

Nanoparticles can provide a means to overcome MDR. In general, when using a targeting agent to deliver nanocarriers to cancer cells, it is imperative that the agent binds with high selectivity to molecules that are uniquely expressed on the cell surface. Hence NPs can be designed with proteins that specifically detect drug resistant cells with overexpressed transporter proteins on their surface. [73] A pitfall of the commonly used nano-drug delivery systems is that free drugs that are released from the nanocarriers into the cytosol get exposed to the MDR transporters once again, and are exported. To solve this, 8 nm nano crystalline silver particles were modified by the addition of trans-activating transcriptional activator (TAT), derived from the HIV-1 virus, which acts as a cell penetrating peptide (CPP). [74] Generally, AgNP effectiveness is limited due to the lack of efficient cellular uptake; however, CPP-modification has become one of the most efficient methods for improving intracellular delivery of nanoparticles. Once ingested, the export of the AgNP is prevented based on a size exclusion. The concept is simple: the nanoparticles are too large to be effluxed by the MDR transporters, because the efflux function is strictly subjected to the size of its substrates, which is generally limited to a range of 300-2000 Da. Thereby the nanoparticulates remain insusceptible to the efflux, providing a means to accumulate in high concentrations. [ Trenger referanse ]

Antimicrobial [ edit ]

Introduction of silver into bacterial cells induces a high degree of structural and morphological changes, which can lead to cell death. As the silver nano particles come in contact with the bacteria, they adhere to the cell wall and cell membrane. [75] Once bound, some of the silver passes through to the inside, and interacts with phosphate-containing compounds like DNA and RNA , while another portion adheres to the sulphur-containing proteins on the membrane. [75] The silver-sulphur interactions at the membrane cause the cell wall to undergo structural changes, like the formation of pits and pores. [76] Through these pores, cellular components are released into the extracellular fluid, simply due to the osmotic difference. Within the cell, the integration of silver creates a low molecular weight region where the DNA then condenses. [76] Having DNA in a condensed state inhibits the cell's replication proteins contact with the DNA. Thus the introduction of silver nanoparticles inhibits replication and is sufficient to cause the death of the cell. Further increasing their effect, when silver comes in contact with fluids, it tends to ionize which increases the nanoparticles bactericidal activity. [76] This has been correlated to the suppression of enzymes and inhibited expression of proteins that relate to the cell's ability to produce ATP. [77]

Although it varies for every type of cell proposed, as their cell membrane composition varies greatly, It has been seen that in general, silver nano particles with an average size of 10 nm or less show electronic effects that greatly increase their bactericidal activity. [78] This could also be partly due to the fact that as particle size decreases, reactivity increases due to the surface area to volume ratio increasing. [ Trenger referanse ]

It has been noted that the introduction of silver nano particles has shown to have synergistic activity with common antibiotics already used today, such as; penicillin G , ampicillin , erythromycin , clindamycin , and vancomycin against E. coli and S. aureus. [79] In medical equipment, it has been shown that silver nano particles drastically lower the bacterial count on devices used. However, the problem arises when the procedure is over and a new one must be done. In the process of washing the instruments a large portion of the silver nano particles become less effective due to the loss of silver ions . They are more commonly used in skin grafts for burn victims as the silver nano particles embedded with the graft provide better antimicrobial activity and result in significantly less scarring of the victim. They also show promising application as water treatment method to form clean potable water. [80]

Silver nanoparticles can prevent bacteria from growing on or adhering to the surface. This can be especially useful in surgical settings where all surfaces in contact with the patient must be sterile. Interestingly, silver nanoparticles can be incorporated on many types of surfaces including metals, plastic, and glass. [81] In medical equipment, it has been shown that silver nano particles lower the bacterial count on devices used compared to old techniques. However, the problem arises when the procedure is over and a new one must be done. In the process of washing the instruments a large portion of the silver nano particles become less effective due to the loss of silver ions . They are more commonly used in skin grafts for burn victims as the silver nano particles embedded with the graft provide better antimicrobial activity and result in significantly less scarring of the victim.These new applications are direct decedents of older practices that used silver nitrate to treat conditions such as skin ulcers. Now, silver nanoparticles are used in bandages and patches to help heal certain burns and wounds. [82]

They also show promising application as water treatment method to form clean potable water. [80] This doesn't sound like much, but water contains numerous diseases and some parts of the world do not have the luxury of clean water, or any at all. It wasn't new to use silver for removing microbes, but this experiment used the carbonate in water to make microbes even more vulnerable to silver. [83] First the scientists of the experiment use the nanopaticles to remove certain pesticides from the water, ones that prove fatal to people if ingested. Several other tests have shown that the silver nanoparticles were capable of removing certain ions in water as well, like iron, lead, and arsenic. But that is not the only reason why the silver nanoparticles are so appealing, they do not require any external force (no electricity of hydrolics) for the reaction to occur. [84]

Consumer Goods [ edit ]

Household applications [ edit ]

There are instances in which silver nanoparticles and colloidal silver are used in consumer goods. Samsung and LG are two major tech companies planning to use antibacterial properties of silver nanoparticles in a multitude of appliances such as air conditioners, washing machines, and refrigerators. [85] For example, both companies claim that the use of silver nanoparticles in washing machines would help to sterilize clothes and water during the washing and rinsing functions, and allow clothes to be cleaned without the need for hot water. [85] [86] The nanoparticles in these appliances are synthesized using electrolysis . Through electrolysis, silver is extracted from metal plates and then turned into silver nanoparticles by a reduction agent. [87] This method avoids the drying, cleaning and re-dispersion processes, which are generally required with alternative colloidal synthesis methods. [87] Importantly, the electrolysis strategy also decreases the production cost of Ag nanoparticles, making these washing machines more affordable to manufacture. [88] Samsung has described the system:

[A] grapefruit-sized device alongside the [washer] tub uses electrical currents to nanoshave two silver plates the size of large chewing gum sticks. Resulting in positively charged silver atoms-silver ions (Ag+)-are injected into the tub during the wash cycle. [88]

It is important to note that Samsung's description of the Ag nanoparticle generating process seems to contradict its advertisement of silver nanoparticles. Instead, the statement indicates that laundry cycles. [87] [88] When clothes are run through the cycle, the intended mode of action is that bacteria contained in the water are sterilized as they interact with the silver present in the washing tub. [86] [88] As a result, these washing machines can provide antibacterial and sterilization benefits on top of conventional washing methods. Samsung has commented on the lifetime of these silver-containing washing machines. The electrolysis of silver generates over 400 billion silver ions during each wash cycle. Given the size of the silver source (two “gum-sized” plate of Ag), Samsung estimates that these plates can last up to 3000 wash cycles. [88]

These plans by Samsung and LG are not overlooked by regulatory agencies. Agencies investigating LG's nanoparticle use include but are not limited to: the US FDA , US EPA , SIAA of Japan, and Korea's Testing and Research Institute for Chemical Industry and FITI Testing & Research Institute. [86] These various agencies plan to regulate silver nanoparticles in appliances. [86] These washing machines are some of the first cases in which the EPA has sought to regulate nanoparticles in consumer goods. LG and Samsung state that the silver gets washed away in the sewer and regulatory agencies worry over what that means for wastewater treatment streams. [88] Currently, the EPA classifies silver nanoparticles as pesticides due to their use as antimicrobial agents in wastewater purification. [85] The washing machines being developed by LG and Samsung do contain a pesticide and have to be registered and tested for safety under the law, particularly the US Federal insecticide, fungicide and rodenticide act. [85] The difficulty, however behind regulating nanotechnology in this manner is that there is no distinct way to measure toxicity. Tim Harper, CEO of nanotechnology consultants Cientifica, explained, "we don't really have the science to prove anything one way or another". [85] The example of these washing machines demonstrates that while nanotechnology using silver nanoparticles in commercial appliances is showing promise, ways to measure toxicity and health hazards to humans, bacteria, or the environment will continue to be hurdle for nanoparticle technology implementation.

Safety [ edit ]

Although silver nanoparticles are widely used in a variety of commercial products, there has only recently been a major effort to study their effects on human health. There have been several studies that describe the in vitro toxicity of silver nanoparticles to a variety of different organs, including the lung, liver, skin, brain, and reproductive organs. [89] The mechanism of the toxicity of silver nanoparticles to human cells appears to be derived from oxidative stress and inflammation that is caused by the generation of reactive oxygen species (ROS) stimulated by either the Ag NPs, Ag ions, or both. [90] [91] [92] [93] [94] For example, Park et al. showed that exposure of a mouse peritoneal macrophage cell line (RAW267.7) to silver nanoparticles decreased the cell viability in a concentration- and time-dependent manner. [93] They further showed that the intracellular reduced glutathionine (GSH), which is a ROS scavenger, decreased to 81.4% of the control group of silver nanoparticles at 1.6 ppm. [93]

Modes of toxicity [ edit ]

Since silver nanoparticles undergo dissolution releasing silver ions, [95] which is well-documented to have toxic effects, [94] [95] [96] there have been several studies that have been conducted to determine whether the toxicity of silver nanoparticles is derived from the release of silver ions or from the nanoparticle itself. Several studies suggest that the toxicity of silver nanoparticles is attributed to their release of silver ions in cells as both silver nanoparticles and silver ions have been reported to have similar cytotoxicity. [92] [93] [97] [98] For example, In some cases it is reported that silver nanoparticles facilitate the release of toxic free silver ions in cells via a "Trojan-horse type mechanism," where the particle enters cells and is then ionized within the cell. [93] However, there have been reports that suggest that a combination of silver nanoparticles and ions is responsible for the toxic effect of silver nanoparticles. Navarro et al. using cysteine ligands as a tool to measure the concentration of free silver in solution, determined that although initially silver ions were 18 times more likely to inhibit the photosynthesis of an algae, Chlamydomanas reinhardtii, but after 2 hours of incubation it was revealed that the algae containing silver nanoparticles were more toxic than just silver ions alone. [99] Furthermore, there are studies that suggest that silver nanoparticles induce toxicity independent of free silver ions. [94] [100] [101] For example, Asharani et al. compared phenotypic defects observed in zebrafish treated with silver nanoparticles and silver ions and determined that the phenotypic defects observed with silver nanoparticle treatment was not observed with silver ion-treated embryos, suggesting that the toxicity of silver nanoparticles are independent of silver ions. [101]

Protein channels and nuclear membrane pores can often be in the size range of 9 nm to 10 nm in diameter. [94] Small silver nanoparticles constructed of this size have the ability to not only pass through the membrane to interact with internal structures but also to be become lodged within the membrane. [94] Silver nanoparticle depositions in the membrane can impact regulation of solutes, exchange of proteins and cell recognition. [94] Exposure to silver nanoparticles has been associated with "inflammatory, oxidative, genotoxic, and cytotoxic consequences"; the silver particulates primarily accumulate in the liver. [102] but have also been shown to be toxic in other organs including the brain. [103] Nano-silver applied to tissue-cultured human cells leads to the formation of free radicals, raising concerns of potential health risks. [104]

  • Allergic reaction: There have been several studies conducted that show a precedence for allerginicity of silver nanoparticles. [105] [106]

  • Argyria and staining: Ingested silver or silver compounds, including colloidal silver , can cause a condition called argyria , a discoloration of the skin and organs.In 2006, there was a case study of a 17-year-old man, who sustained burns to 30% of his body, and experienced a temporary bluish-grey hue after several days of treatment with Acticoat, a brand of wound dressing containing silver nanoparticles. [107] Argyria is the deposition of silver in deep tissues, a condition that cannot happen on a temporary basis, raising the question of whether the cause of the man's discoloration was argyria or even a result of the silver treatment. [108] Silver dressings are known to cause a “transient discoloration” that dissipates in 2–14 days, but not a permanent discoloration. [ Trenger referanse ]

  • Silzone heart valve: St. Jude Medical released a mechanical heart valve with a silver coated sewing cuff (coated using ion beam-assisted deposition) in 1997. [109] The valve was designed to reduce the instances of endocarditis . The valve was approved for sale in Canada, Europe, the United States, and most other markets around the world. In a post-commercialization study, researchers showed that the valve prevented tissue ingrowth, created paravalvular leakage, valve loosening, and in the worst cases explantation. After 3 years on the market and 36,000 implants, St. Jude discontinued and voluntarily recalled the valve.


Hjem | om oss | Produkter | Nyheter | Utstilling | Kontakt oss | Tilbakemeldinger | Mobiltelefon | XML | Main siden

TEL: +86-757-8128-5193  E-mail: chinananomaterials@aliyun.com

Guangdong Nanhai ETEB Technology Co, Ltd