+86-757-8128-5193

Udstilling

Hjem > Udstilling > Indhold

Sølv nanopartikel

Sølvnanopartikler er nanopartikler af sølv på mellem 1 nm og 100 nm i størrelse. [1] Mens ofte beskrevet som værende "sølv" nogle er sammensat af en stor procentdel af sølvoxid grund af deres store forhold mellem overflade-til-bulk sølvatomer. Talrige former nanopartikler kan konstrueres afhængigt af anvendelsen ved hånden. Almindeligt anvendte er sfæriske sølv nanopartikler, men diamant, ottekantede og tynde plader er også populære. [1]

Deres ekstremt store overflade tillader koordinering af et stort antal ligander . Egenskaberne af sølv nanopartikler, der gælder for de menneskelige behandlinger er under efterforskning i laboratorie- og dyreforsøg, vurdering af potentielle effekt, toksicitet og omkostninger.

syntetiske metoder

Våd kemi [ redigér ]

De mest almindelige metoder til nanopartikel syntese falde ind under kategorien af våd kemi, eller nukleation af partikler inden for en opløsning. Dette nukleering forekommer, når en sølv-ion-kompleks, sædvanligvis AgNO3 eller AgClO 4, nedsættes til kolloidt sølv i nærværelse af en reducerende middel . Når koncentrationen stiger nok, opløste metalliske sølvioner bindes sammen for at danne en stabil overflade. Overfladen er ugunstig, når klyngen er lille, fordi energien opnået ved at nedsætte koncentrationen af opløste partikler er ikke så høj som den tabt fra at skabe en ny overfladeenergi. [2] Når klyngen når en vis størrelse, der er kendt som den kritiske radius, bliver det energetisk gunstige, og dermed stabil nok til at fortsætte med at vokse. Denne kerne derefter tilbage i systemet og vokser som flere sølvatomer diffunderer gennem opløsningen og vedhæfte til overfladen [3] Når den opløste koncentration af atomare sølv falder nok, er det ikke længere muligt for nok atomer til at binde sammen til dannelse af en stabil nucleus. På dette kernedannelse tærskel, holder nye nanopartikler, der dannes, og det resterende opløste sølv absorberes af diffusion ind i de voksende nanopartikler i opløsningen.

Idet partiklerne vokser, andre molekyler i opløsningen diffundere og binde sig til overfladen. Denne proces stabiliserer overfladeenergien af partiklen og blokerer ny sølvioner i at nå overfladen. Fastgørelsen af disse capping / stabiliseringsmidler forsinker og til sidst stopper væksten af partiklen. [4] De mest almindelige capping ligander er trinatriumcitrat og polyvinylpyrrolidon (PVP), men mange andre er også anvendt i varierende forhold til at syntetisere partikler med særlige størrelser, former og overfladeegenskaber. [5]

Der er mange forskellige våde syntesemetoder, herunder anvendelse af reducerende sukkerarter, citrat reduktion, reduktion via natriumborhydrid, [6] sølv spejl reaktion, [7] polyolen proces, [8] frø-medieret vækst, [9] og lys-medieret vækst. [10] Hver af disse metoder eller en kombination af metoder, vil tilbyde forskellige grader af kontrol over størrelsesfordelingen samt fordelinger af geometriske arrangementer af nanopartikel. [11]

En ny, meget lovende våd-kemisk teknik blev fundet af Elsupikhe et al. (2015). [12] De har udviklet en grøn ultralyd-assisteret syntese. Under ultralyd behandling, er sølvnanopartikler (AgNP) syntetiseret med κ-carrageenan som en naturlig stabilisator. Reaktionen udføres ved omgivelsestemperatur og producerer sølvnanopartikler med FCC krystalstruktur uden urenheder. Koncentrationen af κ-carrageenan anvendes til at påvirke partikelstørrelsesfordelingen af de AgNPs. [13]

Monosaccharid reduktion [ redigér ]

Der er mange måder sølvnanopartikler kan syntetiseres; ene metode er gennem monosaccharider . Dette omfatter glucose , fructose , maltose , maltodextrin , etc., men ikke sucrose . Det er også en enkel metode til at reducere sølvioner tilbage til sølvnanopartikler som det normalt indebærer en ettrinsproces ,. [14] Der har været metoder, der er angivet, at disse reducerende sukkerarter er afgørende for dannelsen af sølvnanopartikler. Mange undersøgelser indikerede, at denne metode til grønne syntese, specielt ved hjælp Cacumen platycladi ekstrakt, gjort det muligt at reducere sølv. Derudover kunne størrelsen af nanopartikel styres afhængig af koncentrationen af ekstrakten. Undersøgelserne viser, at højere koncentrationer korreleret til et øget antal af nanopartikler. [14] Mindre nanopartikler blev dannet ved høje pH- niveauer på grund af koncentrationen af monosaccharider.

En anden metode til sølv nanopartikel syntese omfatter brug af reducerende sukker med alkali stivelse og sølvnitrat. De reducerende sukkerarter har gratis aldehyd- og keton -grupper, der sætter dem i stand til at blive oxideret i gluconat . [15] Monosaccharidet skal have en fri ketongruppe fordi for at virke som et reduktionsmiddel det første undergår tautomerisering . Desuden, hvis aldehyderne er bundet, det vil blive hængende i cyklisk form og kan ikke betragtes som et reduktionsmiddel. For eksempel glucose har et aldehyd funktionel gruppe , der er i stand til at reducere sølv kationer til sølvatomer og derefter oxideres til gluconsyre . [16] Reaktionen til de sukkere, der skal oxideres forekommer i vandige opløsninger. Cappingmidlet er heller ikke til stede, når opvarmet.

Citrat reduktion [ redigér ]

Et tidligt, og meget almindelig, fremgangsmåde til syntese af sølvnanopartikler er citrat reduktion. Denne metode blev først indspillet af MC Lea, der med succes produceret en citrat-stabiliseret sølvkolloid i 1889. [17] Citrate reduktion indebærer reduktion af en sølv kilde partikel, sædvanligvis AgNO3 eller AgClO 4, til kolloidt sølv hjælp trinatriumcitrat , Na 3 C 6 H 5 O 7. [18] Syntesen udføres sædvanligvis ved en forhøjet temperatur (~ 100 ° C) for at maksimere monodispersitet (ensartethed i både størrelse og form) af partiklen. I denne fremgangsmåde den citration traditionelt fungerer som både reduktionsmidlet og det dækkende ligand, [18] og derfor er det en nyttig fremgangsmåde til AgNP produktion på grund af sin relative lethed og kort reaktionstid. sølvpartiklerne dannede, kan imidlertid udvise brede størrelsesfordelinger og danne flere forskellige partikelstørrelser geometrier samtidigt. [17] Tilsætningen af stærkere reduktionsmidler til reaktionen anvendes ofte til at syntetisere partikler af en mere ensartet størrelse og form. [18]

Reduktion via natriumborhydrid [ redigér ]

Syntesen af sølvnanopartikler med natriumborhydrid (NaBH4) reduktion sker ved følgende reaktion: [19]

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

De reducerede metalatomer vil danne nanopartikel kerner. Samlet set denne proces svarer til den ovennævnte reduktion fremgangsmåde ved anvendelse citrat. Fordelen ved anvendelse af natriumborhydrid forøges monodispersitet af den endelige partikel population. Årsagen til den forøgede monodispersitet ved brug NaBH4 er, at det er en stærkere reduktionsmiddel end citrat. Virkningen af reduktionsmiddel styrke kan ses ved at inspicere en Lamer diagram, der beskriver nukleation og vækst af nanopartikler. [20]

Når sølvnitrat (3 AgNO) reduceres med et svagt reduktionsmiddel som citrat, reduktionen sats er lavere, hvilket betyder, at nye kerner danner og gamle kerner vokser samtidig. Dette er grunden til, at citrat reaktion har lav monodispersitet. Fordi NaBH4 er en meget stærkere reduktionsmiddel, er koncentrationen af sølvnitrat reduceres hurtigt som forkorter den tid, hvor nyt kerner formular og vokse samtidig giver en monodispers population af sølvnanopartikler.

Partikler dannet ved reduktion skal have deres overflader stabiliseret for at hindre uønsket partikelagglomerering (når flere partikler binding sammen), vækst, eller forgrovning. Den drivende kraft for disse fænomener er minimering af overfladen energi (nanopartikler har en stor overflade til volumen-forhold). Denne tendens til at reducere overfladeenergi i systemet kan modvirkes ved at tilsætte arter, der vil adsorbere til overfladen af nanopartiklerne og sænker aktiviteten af partikeloverfladen således forhindrer partikelagglomerering ifølge DLVO teori og forhindre vækst ved at besætte fastgørelsessteder til metal atomer. Kemiske arter, der adsorberer til overfladen af nanopartikler kaldes ligander. Nogle af disse overfladen stabiliserende arter er: NaBH4 i store mængder, [19] poly (vinylpyrrolidon) (PVP), [21] natriumdodecylsulfat (SDS), [19] [21] og / eller dodecan thiol. [22]

Når partiklerne er blevet dannet i opløsning, skal de adskilles og opsamles. Der er flere generelle fremgangsmåder til fjernelse nanopartikler fra opløsning, herunder fordampning af opløsningsmidlet fase [22] eller tilsætning af kemikalier til opløsningen, som sænker opløseligheden af nanopartiklerne i opløsningen. [23] Begge metoder tvinge udfældning af nanopartiklerne.

Polyol proces [ redigér ]

Den polyol proces er en særlig anvendelig metode, fordi det giver en høj grad af kontrol over både størrelsen og geometrien af de resulterende nanopartikler. Generelt polyol syntesen begynder med opvarmning af en polyol forbindelse såsom ethylenglycol, 1,5-pentandiol eller 1,2-propylen glycol7. En Ag + arter og en capping agent tilsættes (selvom polyolen selv er også ofte cappingmidlet). Ag + forbindelser reduceres derefter med polyolen kolloide nanopartikler. [24] Polyolen processen er meget følsom over for reaktionsbetingelserne, såsom temperatur, kemisk miljø, og koncentrationen af substrater. [25] [26] Derfor, ved at ændre disse variable, kan vælges forskellige størrelser og geometrier for sådan som kvasi-kugler, pyramider, kugler, og ledninger. [11] Yderligere undersøgelse har undersøgt mekanismen for denne proces samt resulterer geometrier under forskellige reaktionsbetingelser mere detaljeret. [8] [27]

Seed-medieret vækst [ redigér ]

Seed-medieret vækst er en syntetisk fremgangsmåde, hvor små, stabile kerner dyrkes i et separat kemisk miljø til en ønsket størrelse og form. Seed-medierede metoder består af to forskellige faser: nukleation og vækst. Variation af visse faktorer i syntesen (f.eks ligand, kimdannelsestiden, reduktionsmiddel, etc.), [28] kan styre den endelige størrelse og form af nanopartikler, hvilket gør frø-medieret vækst en populær syntetisk tilgang til kontrollen morfologi af nanopartikler.

Den kernedannelse fase af frø-medieret vækst består af reduktionen af metalioner i en forløber for metalatomer. For at styre størrelsesfordelingen af frøene, bør tidsrummet for nukleering gøres kort for monodispersitet. Lamer Modellen illustrerer dette koncept. [29] Frø består typisk små nanopartikler, stabiliseret af en ligand . Ligander er små, sædvanligvis organiske molekyler, der binder til overfladen af partikler, forhindrer frø fra yderligere vækst. Ligander er nødvendigt, da de øger energi barriere af koagulering, forhindrer agglomerering. Balancen mellem attraktive og frastødende kræfter inden kolloide opløsninger kan modelleres ved DLVO teori . [30] ligandbindingsaffinitet, og selektivitet kan anvendes til at styre formen og vækst. For frø syntese, bør en ligand med medium til lav bindingsaffinitet vælges som kan udveksle under vækstfasen.

Væksten i nanoseeds indebærer at placere frøene i en vækst løsning. Væksten løsning kræver en lav koncentration af et metal precursor, ligander, som vil let bytte med forud eksisterende frø ligander, og en svag eller meget lav koncentration af reduktionsmiddel. Reduktionsmidlet skal ikke være stærk nok til at reducere metal precursor i væksten opløsning i fravær af frø. Ellers vil væksten løsning danne nye nukleeringssteder stedet for vokser på allerede eksisterende dem (frø). [31] Væksten er et resultat af konkurrencen mellem overfladen energi (hvilket øger ufordelagtigt med vækst) og bulk energi (som aftager positivt med vækst). Balancen mellem energetikken for vækst og opløsning er årsagen til ensartet vækst kun på allerede eksisterende frø (og ingen ny kimdannelse). [32] Væksten sker ved tilsætning af metalatomer fra væksten løsning på frøene, og ligandudveksling mellem væksten ligander (som har en højere bindingsaffinitet) og frø ligander. [33]

Range og retning af vækst kan styres ved nanoseed, koncentration af metal precursor, ligand og reaktionsbetingelser (varme, tryk, etc.). [34] Controlling støkiometriske vækstbetingelserne opløsning styrer ultimative størrelse partikel. For eksempel vil en lav koncentration af metal frø til metal precursor i væksten opløsning producere større partikler. Capping middel er blevet vist at styre retningen af vækst og derved forme. Ligander kan have varierende affiniteter for binding på tværs af en partikel. Differentiel binding inden for en partikel kan resultere i forskellig vækst i hele partikel. Dette frembringer anisotrope partikler med ikke-sfæriske former, herunder prismer, terninger og stænger. [35] [36]

Light-medieret vækst [ redigér ]

Light-medierede synteser er også blevet undersøgt, hvor lyset kan fremme dannelsen af forskellige sølv nanopartikel morfologier. [10] [37]

Silver spejl reaktion [ redigér ]

De sølv spejl reaktion involverer omdannelse af sølvnitrat til Ag (NH3) OH. Ag (NH3) OH efterfølgende reduceres til kolloidt sølv under anvendelse af et aldehyd indeholdende molekyle, såsom et sukker. Sølv spejl Reaktionen er som følger:

2 (Ag (NH3) 2) + + RCHO + 2OH - → RCOOH + 2AG + 4NH 3. [38]

Størrelsen og formen af nanopartikler, som produceres, er vanskelige at styre og har ofte brede distributioner. [39] Imidlertid er denne fremgangsmåde ofte anvendes til at påføre tynde belægninger af sølvpartikler på overflader og yderligere undersøgelse til at producere mere ensartet størrelse nanopartikler sker. [39]

Ion implantation [ redigér ]

Ionimplantering er blevet brugt til at skabe sølvnanopartikler indlejret i glas , polyurethan , silicone , polyethylen , og poly (methylmethacrylat) . Partikler er indlejret i substratet ved hjælp af bombardement med høj accelererende spændinger. Ved en fast strømtæthed ionstrålen op til en vis værdi, er størrelsen af de indlejrede sølvnanopartikler vist sig at være monodisperse i befolkningen, [40] , hvorefter der kun observeret en stigning i ionkoncentration. En yderligere stigning i ionstrålen dosis har vist sig at reducere både nanopartikel størrelse og densitet i mål-substratet, hvorimod en ionstråle arbejder ved en høj accelerationsspænding med en gradvist stigende strømtæthed har vist sig at resultere i en gradvis stigning i nanopartikel størrelse. Der er et par konkurrerende mekanismer, der kan resultere i et fald i nanopartikel størrelse; ødelæggelse af NP'er ved kollision, sputtering af prøveoverfladen, partikel fusion ved opvarmning og dissociation. [40]

Dannelsen af indlejrede nanopartikler er kompleks, og alle de kontrollerende parametre og faktorer er endnu ikke blevet undersøgt. Computer simulation er stadig svært, som det indebærer processer diffusion og klyngedannelse, men det kan opdeles i et par forskellige delprocesser såsom implantation, diffusion, og vækst. Efter implantation vil sølvioner nå forskellige dybder i substratet, som nærmer sig en Gauss-fordeling med middelværdi centreret ved x dybde. Høje temperaturer under de indledende faser af implantation vil øge urenhedsdiffusion i substratet og som følge heraf begrænser indfaldende ion mætning, som er nødvendig for nanopartikel nukleering. [41] Både implantatet temperatur og ionstråle strømtæthed er afgørende for at kontrollere for at opnå en monodispers nanopartikel størrelse og dybde distribution. En lav strømtæthed kan anvendes til at modvirke den termiske agitation fra ionstrålen og en opbygning af overfladeladning. Efter implantation på overfladen, kan de strålestrømme hæves som overfladen ledningsevne vil stige. [41] Den hastighed, hvormed urenheder diffus falder hurtigt efter dannelsen af nanopartiklerne, der fungerer som en mobil ionfælde. Dette antyder, at begyndelsen af implantation proces er kritisk for kontrollen med indbyrdes afstand og dybde af de resulterende nanopartikler, samt kontrol af substratet temperatur og ionstråle tæthed. Tilstedeværelsen og arten af disse partikler kan analyseres ved anvendelse af talrige spektroskopi og mikroskopi instrumenter. [41] Nanopartikler syntetiseret i underlaget udviser overfladeplasmonresonans resonanser som det fremgår af karakteristiske absorptionsbånd; disse funktioner undergår spektrale skift, afhængigt af nanopartikel størrelse og overflade ruheder, [40] men de optiske egenskaber også kraftigt afhænge af substratmaterialet af kompositten.

Biologisk syntese [ redigér ]

Den biologiske syntese af nanopartikler har tilvejebragt et middel til forbedrede teknikker i forhold til de traditionelle metoder, der kræver anvendelse af skadelige reduktionsmidler som natriumborhydrid . Mange af disse metoder kunne forbedre deres miljømæssige fodaftryk ved at erstatte disse relativt stærke reduktionsmidler. Problemerne med den kemiske produktion af sølvnanopartikler er normalt indebærer høje omkostninger og levetiden af partiklerne er kortlivet grundet aggregering. De barske kemiske standardmetoder har udløst anvendelsen af anvendelse af biologiske organismer til at reducere sølvioner i opløsning i kolloide nanopartikler. [42] [43]

Derudover præcis kontrol over form og størrelse er af afgørende betydning under nanopartikel syntese siden NPS terapeutiske egenskaber grundigt afhængige af sådanne faktorer. [44] Derfor er det primære fokus for forskning i biogene syntese er at udvikle metoder, der konsekvent reproducerer nationale parlamenter med præcise egenskaber. [45] [46]

Svampe og bakterier [ redigér ]

En generel repræsentation af syntesen og anvendelser af biogent syntetiseret sølv nanopartikler anvender planteekstrakt.

Bakteriel og svampe syntese af nanopartikler er praktisk, fordi bakterier og svampe er lette at håndtere og kan ændres genetisk med lethed. Dette giver et middel til at udvikle biomolekyler, der kan syntetisere AgNPs af varierende former og størrelser med højt udbytte, som er på forkant med de aktuelle udfordringer i nanopartikel syntese. Fungale stammer, såsom Verticillium og bakterielle stammer, såsom K. pneumoniae , kan anvendes i syntesen af sølvnanopartikler. [47] , hvor svampen / bakterier sættes til opløsningen, protein biomasse frigives i opløsningen. [47] elektrondonerende rester , såsom tryptophan og tyrosin reducere sølvioner i opløsning bidraget med sølvnitrat. [47] Disse metoder har vist sig effektivt at skabe stabile monodisperse nanopartikler uden brug af skadelige reduktionsmidler.

En fremgangsmåde har vist sig at reducere sølvioner ved indføring af svampen Fusarium oxysporum . Nanopartiklerne dannet på denne fremgangsmåde har en størrelse på mellem 5 og 15 nm og består af sølv Hydrosol . Reduktionen af sølvnanopartiklerne menes at stamme fra en enzymatisk proces og sølvnanopartikler produceres, er ekstremt stabil skyldes interaktioner med proteiner , der udskilles af svampe.

Bakterie fundet i sølvminer, Pseudomonas stutzeri AG259, var i stand til at konstruere sølvpartikler i figurer af trekanter og sekskanter. Størrelsen af disse nanopartikler havde et stort udvalg i størrelse og nogle af dem nåede størrelser større end den sædvanlige nanoskala med en størrelse på 200 nm. De sølvnanopartikler blev fundet i den organiske matrix af bakterierne. [48]

Mælkesyre- producerende bakterier er blevet anvendt til at fremstille sølvnanopartikler. Den bakterier Lactobacillus spp., Pediococcus pentosaceus, Enteroccus faeciumI, og Lactococcus garvieae har vist sig at kunne reducere sølvioner i sølvnanopartikler. Produktionen af nanopartiklerne finder sted i cellen fra interaktionerne mellem de sølvioner, og de organiske forbindelser med cellen. Det blev konstateret, at bakterien Lactobacillus fermentum skabte de mindste sølvnanopartikler med en gennemsnitlig størrelse på 11,2 nm. Det blev også konstateret, at denne bakterie produceret nanopartiklerne med den mindste størrelse distribution og nanopartiklerne blev fundet meste på ydersiden af cellerne. Det blev også konstateret, at der var en stigning i pH øgedes andelen af hvilke nanopartikler blev fremstillet, og mængden af fremstillede partikler. [49]

Planter [ redigér ]

Reduktionen af sølvioner i sølv nanopartikler er også blevet opnået ved hjælp af geranium blade. Det har vist sig, at tilsætning geranium blad ekstrakt til sølvnitrat løsninger forårsager deres sølvioner hurtigt kan reduceres, og at nanopartiklerne produceres, er særligt stabile. De sølvnanopartikler, der er fremstillet i opløsning havde en størrelse på mellem 16 og 40 nm. [48]

I en anden undersøgelse forskellige vegetabilske blad ekstrakter blev anvendt til at reducere sølvioner. Det blev konstateret, at ud af Camellia sinensis (grøn te), fyr , persimmon , ginko , magnolia , og Platanus at magnolia blade ekstrakt var den bedste til at skabe sølv nanopartikler. Denne metode skabte partikler med en dispers størrelsesområde på 15 til 500 nm, men det blev også konstateret, at partikelstørrelsen kan kontrolleres ved at variere reaktionstemperaturen. Den hastighed, hvormed ionerne blev reduceret med magnolia blade ekstrakt var sammenlignelig med dem for at bruge kemikalier til at reducere. [42] [50]

Brugen af planter, mikrober og svampe i produktionen af sølv nanopartikler fører vejen til mere miljøvenlig produktion af sølv nanopartikler. [43]

En grøn metode er tilgængelig til syntese af sølvnanopartikler vha Amaranthus gangeticus Linn blade ekstrakt. [51]

Produkter og funktionalisering [ redigér ]

Syntetiske protokoller for sølv nanopartikel produktion kan modificeres til frembringelse af sølvnanopartikler med ikke-sfæriske geometrier og også at funktionalisere nanopartikler med forskellige materialer, såsom silica. Oprettelse sølv nanopartikler af forskellige former og overfladebelægninger giver mulighed for større kontrol over deres størrelse-specifikke egenskaber.

Anisotrope strukturer [ redigér ]

Sølvnanopartikler kan syntetiseres på en række ikke-sfæriske (anisotrope) former. Fordi sølv, ligesom andre ædelmetaller, udviser en størrelse og form afhængig optisk virkning, der kaldes lokaliseret overfladeplasmonresonans (LSPR) i nanoskala, evnen til at syntetisere Ag nanopartikler i forskellige former kraftigt øger evnen til at tune deres optiske adfærd. For eksempel bølgelængde, ved hvilken LSPR gælde for en nanopartikel af en morfologi (fx en kugle) vil være forskellige, hvis dette område ændres til en anden form. Denne form afhængighed tillader en sølv nanopartikel at opleve optisk forstærkning ved en række forskellige bølgelængder, selv ved at holde størrelsen relativt konstant, blot ved at ændre sin form. De anvendelser af denne form udnyttet udvidelse af optisk adfærd spænder fra udvikling af mere følsomme biosensorer til at øge levetiden af tekstiler. [52] [53]

Trekantede nanoprisms [ redigér ]

Trekantformede nanopartikler er en kanonisk form for anisotrop morfologi undersøgt for både guld og sølv. [54]

Selvom mange forskellige teknikker til sølv nanoprism syntese findes flere metoder anvender et frø-medieret tilgang, der involverer først at syntetisere små (3-5 nm diameter) sølv nanopartikler, der tilbyder en skabelon for form-rettet vækst i trekantede nanostrukturer. [55]

Sølv frø syntetiseres ved blanding af sølvnitrat og natriumcitrat i vandig opløsning og derefter hurtigt tilsætte natriumborhydrid. Supplerende sølvnitrat tilsættes til frøet opløsning ved lav temperatur, og prismerne dyrkes ved langsomt at reducere overskydende sølvnitrat under anvendelse ascorbinsyre. [6]

Med frøet-medierede fremgangsmåde for sølv nanoprism syntese, kan selektiviteten af en form frem for en anden delvis styres ved capping ligand. Ved i det væsentlige samme procedure ovenfor, men skiftende citrat til poly (vinylpyrrolidon) (PVP) giver terning og stavformede nanostrukturer i stedet for triangulære nanoprisms. [56]

Ud over frøet medierede teknik kan sølv nanoprisms også syntetiseres under anvendelse af en foto-medieret fremgangsmåde, ved hvilken allerede eksisterende sfæriske sølvnanopartikler omdannes til trekantede nanoprisms simpelthen ved at udsætte reaktionsblandingen for høje intensiteter af lys. [57]

Nanocubes [ redigér ]

Silver nanocubes kan syntetiseres ved anvendelse ethylenglycol som et reduktionsmiddel og PVP som et capping middel i en polyol syntesereaktionen (se ovenfor). En typisk syntese under anvendelse af disse reagenser involverer tilsætning af frisk sølvnitrat og PVP til en opløsning af ethylenglycol opvarmes ved 140 ° C. [58]

Denne procedure kan faktisk modificeres til at producere en anden anisotropisk sølv nanostruktur, nanotråde, ved blot at lade sølvnitratopløsning til alder før du bruger det i syntesen. Ved at tillade sølvnitratopløsning til alder, den oprindelige nanostruktur dannet under syntesen er lidt anderledes end den, der opnås med friske sølvnitrat, hvilket påvirker vækstprocessen, og derfor, morfologien af det endelige produkt. [58]

Belægning med silica [ redigér ]

Generel fremgangsmåde til overtrækning kolloide partikler i silica. Første PVP absorberes på den kolloide overflade. Disse partikler bringes i en opløsning af ammoniak i ethanol. partiklen begynder derefter at vokse ved tilsætning af Si (OET4).

I denne fremgangsmåde, polyvinylpyrrolidon (PVP) opløses i vand ved sonikering og blandet med sølv kolloide partikler. [1] Aktiv omrøring sikrer PVP har adsorberet til nanopartikel overflade. [1] Centrifugering adskiller PVP belagte nanopartikler som derefter overføres til en opløsning af ethanol , der skal centrifugeres yderligere og anbringes i en opløsning af ammoniak , ethanol og Si (OEt 4) (TES). [1] Omrøring i tolv timer resulterer i silica shell er dannet bestående af et omgivende lag af siliciumoxid med en ether -binding til rådighed til at tilføje funktionalitet. [1] at variere mængden af TES tillader forskellige tykkelser af skaller dannet. [1] Denne teknik er populære på grund af muligheden for at tilføje en række funktionalitet til den eksponerede silicaoverflade.

Brug [ redigér ]

Katalyse [ redigér ]

Brug sølv nanopartikler til katalyse har vundet opmærksomhed i de senere år. Selv de mest almindelige programmer er til medicinske eller antibakterielle formål, er sølv nanopartikler blevet påvist at vise katalytiske redox egenskaber til farvestoffer, benzen, kulilte, og sandsynligvis andre forbindelser.

BEMÆRK: Dette stykke er en generel beskrivelse af nanopartiklers egenskaber til katalyse; Det er ikke eksklusivt til sølv nanopartikler. Størrelsen af en nanopartikel spænder bestemmer de egenskaber, som den udviser skyldes forskellige kvantevirkninger. Derudover kemiske miljø af nanopartikel spiller en stor rolle på de katalytiske egenskaber. Med dette in mente er det vigtigt at bemærke, at heterogen katalyse finder sted ved adsorption af reaktanten arter til den katalytiske substrat. Når polymerer , komplekse ligander eller overfladeaktive bruges til at forhindre sammensmeltning af nanopartiklerne, er den katalytiske evne hindres ofte på grund af nedsat adsorption evne. [59] Disse forbindelser kan også anvendes, på en sådan måde, at det kemiske miljø øger den katalytiske evne.

Understøttet på silica sfærer - reduktion af farvestoffer [ edit ]

Sølvnanopartikler er blevet syntetiseret på et bærestof af inerte silica sfærer. [59] The support spiller næsten ingen rolle i den katalytiske evne og tjener som en fremgangsmåde til forebyggelse sammenflydning af sølvnanopartikler i kolloid opløsning . Således blev sølvnanopartikler stabiliseret, og det var muligt at demonstrere evnen af dem til at tjene som en elektron relæ til reduktion af farvestoffer ved natriumborhydrid . [59] Uden sølv nanopartikel katalysator, sker stort set ingen reaktion mellem natriumborhydrid og de forskellige farvestoffer: methylenblåt , eosin , og Rose Bengal .

Mesoporøse aerogel - selektiv oxidation af benzen [ edit ]

Sølvnanopartikler båret på aerogel er fordelagtige på grund af det større antal aktive sites . [60] Den højeste selektivitet for oxidation af benzen til phenol blev observeret ved lav vægt procent af sølv i aerogel matrix (1% Ag). Denne bedre selektivitet antages at være et resultat af den højere monodispersitet i aerogel matrix af Ag prøve 1%. Hver vægtprocent opløsning dannet forskelligt dimensionerede partikler med en anden bredde af størrelsesområde. [60]

Silver legering - synergistisk oxidation af kulilte [ redigér ]

Au-Ag legering nanopartikler er blevet vist at have en synergistisk virkning på oxidationen af carbonmonoxid (CO). [61] På sin egen, hver rene metal nanopartikel viser meget dårlig katalytisk aktivitet for CO oxidation ; sammen, er de katalytiske egenskaber stærkt forbedret. Det foreslås, at guldet virker som en stærk bindemiddel for oxygenatom og sølv tjener som en stærk oxiderende katalysator, selv om den nøjagtige mekanisme er stadig ikke helt forstået. Når syntetiseret i en Au / Ag-forhold fra 3: 1 til 10: 1, viste de legerede nanopartikler fuldstændig omdannelse, når 1% CO blev tilført i luft ved omgivelsernes temperatur. [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. [ citation needed ]

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. [ citation needed ]

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. [ citation needed ]

  • 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 os | Produkter | Nyheder | Udstilling | Kontakt os | Feedback | Ambulant foretage en opringning | XML | vigtigste side

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

Guangdong Nanhai ETEB Technology Co, Ltd