Silver nanodelcev

- Mar 03, 2017 -

Srebrni nanodelci so nanodelci iz srebra med 1 nm in 100 nm v velikosti. [1] Čeprav pogosto opisan kot "srebro", nekateri pa so sestavljeni iz velikega deleža srebrovega oksida zaradi njihove velike razmerje zemlja-razsuti tovor srebra atomov. Številne oblike nanodelcev lahko zgrajena, odvisno od uporabe pri roki. Pogosto uporabljeni so sferične srebrni nanodelci pa diamant, osmerokotna in tanki listi so tudi priljubljena. [1]

Njihova zelo velika površina omogoča usklajevanje veliko število ligandov . Lastnosti srebrnih nanodelcev, ki se uporabljajo za ljudi zdravljenja so v preiskavi v laboratorijskih in živalskih študij, ocenjevanju potencialne učinkovitosti, strupenost in stroške.

sintezne metode

Mokra kemija [ uredi ]

Najpogostejše metode sinteze nanodelcev sodijo v kategorijo mokro kemijo, ali nukleacijo delcev v raztopini. To nukleacija zgodi, ko srebrov ion kompleks, običajno Agno 3 ali 4 AgClO se zmanjša koloidnega srebra v prisotnosti reducenta . Ko se poveča koncentracija dovolj, raztopljene kovinski srebrni ioni vežejo skupaj, da se tvori stabilno površino. Površina je energijsko neugodno, če je gruča majhna, ker je energija pridobili z znižanjem koncentracije raztopljenih delcev ni tako visok, kot izgubljeni od ustvarjanja novega površino energije. [2] Ko grozd doseže določeno velikost, znan kot kritični polmer postane energijsko ugoden in tako dovolj, da še naprej raste stabilna. To jedro pa ostane v sistemu in raste kot bolj srebro atomov difundira skozi raztopino in se veže na površini [3] Ko se koncentracija raztopljenega atomske srebra zmanjšuje dovolj, da ni več mogoče dovolj atomi, da se veže skupaj, da tvorita stabilen jedro. Pri tem pragom nukleacija novi nanodelci prenehali tvorjen, in preostali raztopili srebro se absorbira z difuzijo v rastočih nanodelcev v raztopini.

Kot delci rastejo druge molekule v raztopini razpršeno in se veže na površino. Ta proces stabilizira energijo površine delcev in bloki novo srebrovimi ioni so doseže površino. Pritrditev teh se omejujejo / stabilizacijo agenti upočasni in na koncu ustavi rast delcev. [4] Najpogostejši omejevanja ligandi so trinatrijev citrat in polivinilpirolidona (PVP), toda mnogi drugi se uporabljajo tudi pri različnih pogojih sinteze delce s posebnimi velikosti, oblike in površinske lastnosti. [5]

Obstaja veliko različnih mokre metode sinteze, vključno z uporabo reducirajočih sladkorjev, citratnega redukcijo, zmanjšanja preko natrijevega borohidrida, [6] srebrno ogledalo reakciji, [7] postopka poliol, [8] rasti semen posredovana, [9] in svetlobno-posredovano rast. [10] Vsaka od teh metod, ali s kombinacijo metod, bo ponudil različne stopnje nadzora nad porazdelitvijo velikosti kot tudi porazdelitev geometrijske razporeditve nanodelcev. [11]

Nov Zelo obetaven mokro kemijsko tehniko je našel Elsupikhe et al. (2015). [12] Razvili so sintezo zeleno ultrazvočno podprto. Pod ultrazvočno zdravljenje, so srebrni nanodelci (AgNP) sintetizirali s κ-karagenan kot naravni stabilizator. Reakcijo izvedemo pri sobni temperaturi in daje srebrne nanodelce FCC kristalno strukturo brez nečistoč. Koncentracija κ-karagenan se uporablja za vplivanje delcev porazdelitev velikosti od AgNPs. [13]

Monosaharid zmanjšanje [ uredi ]

Obstaja veliko načinov srebrne nanodelce lahko sintetizirane; en način je prek monosaharidov . To vključuje glukoze , fruktoze , maltozo , maltodekstrin , itd ne pa saharoza . Prav tako je preprost način za zmanjšanje srebrovimi ioni nazaj srebrnih nanodelcev, kot je običajno vključuje postopek enostopenjski ,. [14] Tam so metode, ki so navedeni, da so ti reducirajočih sladkorjev nujna za tvorbo srebrnih nanodelcev. Številne študije so pokazale, da je ta metoda zeleno sinteze, in sicer s pomočjo Cacumen platycladi ekstrakt, omogočila zmanjšanje srebra. Poleg tega lahko velikost nanodelcev se regulira v odvisnosti od koncentracije ekstrakta. Študije kažejo, da so višje koncentracije v korelaciji z večjim številom nanodelcev. [14] Manjša nanodelce smo oblikovali pri visokih pH nivojih zaradi koncentracije monosaharidov.

Druga metoda za srebrovega sinteze nanodelcev vključuje uporabo reducirajočih sladkorjev z alkalno škroba in srebrovega nitrata. Reducirajočih sladkorjev imajo proste aldehid in ketonske skupine, ki jim omogočajo, ki se oksidira v glukonat . [15] monosaharid mora imeti prost ketonsko skupino, saj da bi delovala kot reducentom najprej podvržemo tavtomerija . Poleg tega, če so aldehidi vezani, da bo zatakne v ciklični obliki in ne more delovati kot redukcijskim sredstvom. Na primer glukoza ima aldehidno funkcionalno skupino , ki je sposobna zmanjšati srebrne katione na srebrnih atomov in se nato oksidira do glukonske kisline . [16] Reakcija za sladkorje se oksidiranim pojavlja v vodnih raztopinah. Zgornja meja sredstvo, prav tako ni predstavil pri segrevanju.

Citrat zmanjšanje [ uredi ]

Zgodnja in zelo pogosto, Postopek za pripravo srebrnih nanodelcev je citrat zmanjšanje. Ta metoda je bila prvič zabeležena MC Lea, ki uspešno proizvaja s-citratnega stabiliziran srebrno koloidne v 1889. [17] citrat zmanjšanje vključuje zmanjšanje srebro vira delcev je, običajno Agno 3 ali AgClO 4, da koloidno srebro uporabo trinatrijev citrat , Na 3 C 6 H 5 O 7. [18] Sinteza običajno izvaja pri povišani temperaturi (~ 100 ° C), se poveča monodispersity (enotnost v obeh velikosti in oblike) delca. V tej metodi, citrat ion tradicionalno deluje kot tako redukcijskega sredstva in limitiranjem ligandom, [18] zaradi česar je uporaben postopek za proizvodnjo AgNP zaradi svoje relativno enostavno in krajši reakcijski čas. Vendar pa lahko srebrne delce, ki nastanejo kažejo porazdelitve širše velikosti in hkrati tvorijo več različnih geometrij delcev. [17] Dodatek močnejših reducentov reakciji se pogosto uporablja za sintezo delcev bolj enotne velikosti in oblike. [18]

Zmanjšanje preko natrijevega borohidrida [ uredi ]

Sinteza nanodelcev srebra z natrijevim borohidridom (NaBH4) redukcija poteka z naslednjo reakcijo: [19]

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

Znižane kovinski atomi bodo oblikovali nanodelcev jedra. Na splošno je ta postopek je podoben metodi zgoraj zmanjšanja uporabo citrat. Korist z uporabo natrijevega borohidrida poveča monodispersity končne populacije delcev. Razlog za povečano monodispersity ko uporabo NaBH4 je, da je močnejši reducent kot citrat. Učinek zmanjšanja moči agenta je mogoče videti z vpogledom v Lamer diagram, ki opisuje nukleacijo in rast nanodelcev. [20]

Ko se srebrov nitrat (Agno 3) zmanjša s šibkim redukcijskim sredstvom, kot je citrat, stopnja zmanjšanja nižja, kar pomeni, da se novi jedra oblikovanje in stare jedra se hkrati povečuje. To je razlog, da je citrat reakcija nizko monodispersity. Ker NaBH4 je mnogo močnejši redukcijsko sredstvo je koncentracija srebrovega nitrata hitro zniža, ki skrajšuje čas, v katerem je nova oblika jeder in rast sočasno dobimo monodispergirana populacijo srebrnih nanodelcev.

Delci, ki jih ustanovi zmanjšanjem morajo njihove površine stabilizirana, da se prepreči neželeno aglomeracijo delcev (ko več delci vez skupaj), rast ali grobosti. Gonilna sila teh pojavov je minimizacija površinske energije (nanodelci imajo veliko površino na volumsko razmerje). Ta tendenca k zmanjšanju površinske energije v sistemu se izognemo z dodatkom vrste, ki se adsorbira na površino nanodelcev in znižuje aktivnost na površini delcev s čimer preprečuje aglomeracijo delcev po teoriji DLVO in preprečevanje rasti ga zaseda pritrdilne mest za kovino atomov. Kemijske vrste, ki adsorbira na površino nanodelcev imenujemo ligande. Nekatere od teh površine stabilizacijske vrste so: NaBH4 v velikih količinah, [19] poli (vinil pirolidon) (PVP), [21], natrijev dodecilsulfat (SDS), [19] [21] in / ali dodekan tiol. [22]

Ko so delci oblikujejo v raztopini jih je treba ločiti, in zbrali. Obstaja več splošnih metod za odstranitev nanodelcev iz raztopine, vključno izparevanje topilne faze [22] ali dodajanje kemikalij k rešitvi, ki zniža topnost nanodelcev v raztopini. [23] Obe metodi prisili usedanje nanodelcev.

Postopek Polyol [ uredi ]

Poliol proces je še posebej uporabna metoda, ker daje visoko stopnjo nadzora nad tako velikosti in geometrije nastalih nanodelcev. V splošnem je sinteza poliol začne z ogrevanjem poliola spojine, kot je etilen glikol, 1,5-pentandiol, ali 1,2-propilen glycol7. Ag + vrste ter omejevanje sredstvo dodata (čeprav je tudi poliol sam pogosto omejevanje sredstvo). V + vrsta Ag se nato zmanjša za polioli v koloidnih nanodelcev. [24] Proces poliolni je zelo občutljiva na reakcijskih pogojev, kot so temperatura, kemijski okolja in koncentracija substratov. [25] [26] Zato s spreminjanjem teh spremenljivk, različne velikosti in geometrije lahko izbrana kot kvazi-kroglic, piramide, krogle in žice. [11] Poleg tega študija je preučila mehanizem tega procesa, kot tudi izhaja geometrij v okviru različnih reakcijskih pogojev podrobneje. [8] [27]

Seed posredovano rast [ uredi ]

Rast semen posredovane je sintetična metoda, pri kateri so majhne stabilne jedra gojili v ločenem kemičnega okolja na želeno velikost in obliko. -Semena posredovano metode sestavljena iz dveh različnih stopnjah: nukleacijo in rast. Sprememba nekaterih dejavnikov pri sintezi (npr ligand, čas nukleacije, zmanjšanje agenta, itd), [28] lahko nadzirate končno velikost in obliko nanodelcev, da bi bila rast semena posredovana priljubljen sintetični pristop k nadzorovanju morfologije nanodelcev.

Faza nukleacija rasti semen posredovano sestavlja redukcijo kovinskih ionov v predhodnik kovinskih atomov. Za nadzor porazdelitev velikosti semena, je treba obdobje nukleacije se je okrajšava za monodispersity. Model Lamer ponazarja ta koncept. [29] Semena običajno sestavljena majhne nanodelce, ki jih stabilizacije liganda . Ligandi so majhne, običajno organske molekule, ki se vežejo na površino delcev, ki preprečujejo semena pred nadaljnjo rast. Ligandi so potrebne, saj povečanje energetske pregrade koagulacije, ki preprečuje aglomeracijo. Ravnovesje med privlačnih in odbojnih sil v koloidnih raztopin lahko modeliramo s teorijo DLVO . [30] ligand afiniteto in selektivnost lahko uporabimo za zatiranje obliko in rasti. Za sintezo seme, je treba ligand s srednje- in nizko vezivno afiniteto se izbere, da se omogoči izmenjava med fazo rasti.

Rast nanoseeds vključuje dajanje semena v raztopino rasti. Rešitev rast zahteva nizko koncentracijo kovinskega prekurzorja, ligande, ki se zlahka izmenjujejo z predobstoječimi semena ligande in šibek ali zelo nizko koncentracijo reducenta. Redukcijsko sredstvo ne sme biti dovolj močan, da se zmanjša kovinski prekurzor v raztopini rasti v odsotnosti semen. V nasprotnem primeru bo rešitev rast v nove nukleacije mesta namesto raste na predobstoječimi tistih (semena). [31] Rast je posledica konkurence med površinsko energijo (ki neugodno povečuje z rastjo) in v razsutem stanju energije (ki zmanjšuje ugodno rast). Ravnovesje med energetiko rasti in razpadu je razlog za enotno rast le na že obstoječe semen (in nova nukleacijo). [32] Rast zgodi z dodatkom kovinskih atomov iz raztopine rasti na semenih in izmenjavo liganda med ligande rasti (ki imajo večjo afiniteto vezave) in semenskega ligande. [33]

Obseg in smer rasti je mogoče nadzorovati z nanoseed, koncentracija kovinske predhodnik, ligandom in reakcijskih pogojih (vročina, tlak, itd). [34] Nadzor stehiometrićnih pogoje raztopine rasti nadzoruje končno velikost delcev. Na primer, nizka koncentracija kovinskih semena do kovinskega prekurzorja v raztopini rasti proizvaja večje delce. Omejevanje sredstvo Dokazano je, da nadzorujejo smer rasti in s tem oblikuje. Ligandi so lahko različne afinitete za vezavo čez delec. Razlika vezavo znotraj delca lahko povzroči neenako rast v delcu. To povzroči anizotropne delce nonspherical oblik, vključno prizme, kocke in palice. [35] [36]

Lahka posredovano rast [ uredi ]

Svetlobni posredovano sinteze so bili tudi raziskati, kjer lahko svetloba spodbuja nastajanje različnih srebrnih nanodelcev morfologijo. [10] [37]

Silver mirror reakcija [ uredi ]

reakcija srebrno ogledalo vključuje konverzijo srebrovega nitrata za Ag (NH3) OH. Ag (NH3) OH jo potem reduciramo v koloidnega srebra z uporabo aldehida vsebuje molekulo, kot je sladkor. Reakcijo srebro Ogledalo je, kot sledi:

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

Velikost in oblika nanodelcev proizvedenih težko nadzorovati in imajo pogosto širok porazdelitve. [39] Vendar pa je ta metoda pogosto uporablja za uporabo tankih prevlek srebrnih delcev na površine in nadaljnji študij v proizvodnjo bolj enakomerno velike nanodelce, ki je bilo storjeno. [39]

Ionska implantacija [ uredi ]

Ionska implantacija in je bila uporabljena za ustvarjanje srebrnih nanodelcev vgrajeni v steklu , poliuretana , silikona , polietilena in poli (metil metakrilata) . Delci so vgrajeni v substratu s pomočjo bombardiranjem pri visokih pospešujejo napetosti. S fiksno gostoto toka ionskega žarka do določene vrednosti, je bilo ugotovljeno, da je velikost vgrajenih srebrnih nanodelcev biti monodisperzni v populaciji, [40], po kateri se opazi le povečanje koncentracije ionov. je bil najden še dodatno povečanje odmerka ionskim zmanjšati tako velikost nanodelcev in gostoto v ciljnem podlago, medtem ko je bila odkrita ionski deluje pri visoki napetosti pospeševanja s postopnim povečevanjem gostote toka za posledico postopno povečanje velikost nanodelcev. Obstaja nekaj konkurenčni mehanizmi, ki lahko povzročijo zmanjšanje velikosti nanodelcev; uničenje NPS ob trku, jedkanje površine vzorca delcev fuzija ob segrevanju in disociacije. [40]

Oblikovanje vgrajenih nanodelcev je kompleksen, in vse, ki nadzorujejo parametrov in dejavnikov, ki še niso bila raziskana. Računalniška simulacija je še vedno težko, saj vključuje procese difuzije in grozdov, pa se lahko razdelijo na več različnih pod-procesi, kot so implantacije, difuzijo in rast. Po implantaciji, bo srebrni ioni doseči različne globine znotraj substrata, ki se približa z Gaussovo porazdelitev s srednjo središčem v globini X. Visoka temperatura je med začetnih fazah implantaciji bodo povečale nečistoče difuzijo v substratu in posledično omeji nasičenost s curek ionskega, ki je potrebna za nanodelcev jeder. [41] Tako temperatura vsadek in ionski gostota toka, so ključnega pomena za nadzor, da bi dobili monodisperzni velikosti nanodelcev in distribucijo globine. Nizka gostota toka se lahko uporablja za preprečevanje toplotne agitacijo iz ionskega curka in kopičenje površinskega naboja. Po implantaciji na površini, se lahko tok pramen se dvigne, kot bo površina prevodnost poveča. [41] Stopnja, pri kateri nečistoče difuzno hitro pade po tvorbi nanodelcev, ki delujejo kot mobilno ionsko past. To kaže, da je začetek postopka implantacije ključnega pomena za nadzor razmika in globino nastalih nanodelcev, kot tudi nadzor nad gostoto pramen temperature substrat in ionov. Prisotnost in narava teh delcev je mogoče analizirati s pomočjo številnih Spektroskopija in mikroskopija instrumentov. [41] nanodelcev sintetizira v substrat kažejo plazmonska resonance površinskih kakor je razvidno iz značilne absorpcijske pasove; Te lastnosti opraviti spektralne premike odvisno od velikosti nanodelcev in površinskih vršičkih, [40] vendar optične lastnosti močno odvisna od materiala podlage kompozita.

Biološka sinteza [ uredi ]

Biološki Sinteza nanodelcev je predvideno sredstvo za izboljšane tehnike v primerjavi s tradicionalnimi metodami, ki zahtevajo uporabo škodljivih reducentov, kot natrijevega borohidrida . Mnoge od teh metod bi lahko izboljšali vplivov na okolje tako, da se ta relativno močne reducenti. Težave s kemijsko proizvodnjo srebrnih nanodelcev je običajno vključuje visoke stroške in dolgoživost delcev je kratkotrajna zaradi združevanja. Neizprosno standardnih kemijskih metod je sprožilo uporabo uporabo bioloških organizmov za zmanjšanje srebrovimi ioni v raztopini v koloidnih nanodelcev. [42] [43]

Poleg tega, natančen nadzor nad obliko in velikost je ključnega pomena pri sintezi nanodelcev saj so NPS zdravilne lastnosti tesno odvisna od teh dejavnikov. [44] Zato je glavni poudarek raziskav v prime sinteze pri razvoju metod, ki dosledno reproducirajo NPS z natančnimi lastnostmi. [45] [46]

Glive in bakterije [ uredi ]

Splošna predstavitev sinteze in aplikacije biogenically sintetiziranih srebrnih nanodelcev, ki uporabljajo rastlinski izvleček.

Bakterijsko in glivično sintezo nanodelcev je praktična, ker so bakterije in glive enostaven za uporabo in jih je mogoče genetsko spremenjene z lahkoto. To zagotavlja sredstva za razvoj biomolekul, ki lahko sintetizirali AgNPs iz različnih oblik in velikosti z visokim dobitkom, ki je na čelu trenutne izzive na sintezo nanodelcev. Glivične sevi kot Verticillium in bakterijskih sevov kot K. pneumoniae lahko uporabimo pri sintezi srebrnih nanodelcev. [47] Ko se glivic / bakterije dodamo k raztopini proteina biomase se sprosti v raztopino. [47] Elektronsko darovanjem ostanke kot so triptofan in tirozin zmanjšanje srebrovimi ioni v raztopini srebrovega nitrata prispevali. [47] so ugotovili Te metode za učinkovito ustvarjanje stabilne monodisperzni nanodelcev brez uporabe škodljivih reducentov.

Postopek je dalo zmanjšati srebrovi ioni z uvedbo glive Fusarium oxysporum . Nanodelci oblikovane v tej metodi imajo območje velikosti med 5 in 15 nm, in so sestavljeni iz srebrovega Hydrosol . Zmanjšanje števila srebrnih nanodelcev je mislil, da prihajajo iz encimskim postopkom in srebrnih nanodelcev, proizvedenih so zelo stabilni zaradi interakcije z beljakovinami , ki se izločajo po gliv.

Bakterije najdemo v rudnikih srebra, Pseudomonas stutzeri AG259, so bili sposobni zgraditi srebrne delce v oblike trikotnikov in šestkotnikov. Velikost teh nanodelcev imel velik razpon velikosti in nekateri izmed njih dosežena velikosti večje od običajnega nanovelikosti z velikostjo 200 nm. Srebrne nanodelce bile ugotovljene v organski matrici bakterij. [48]

Mlečnokislinske bakterije, ki proizvajajo so bili uporabljeni za izdelavo srebrne nanodelce. Bakterije Lactobacillus spp., Pediococcus pentosaceus, Enteroccus faeciumI in Lactococcus garvieae je bilo ugotovljeno, da bi lahko zmanjšali srebrovimi ioni v srebrnih nanodelcev. Proizvodnja nanodelcev poteka v celici od interakcije med srebrovimi ioni in organskih spojin celice. Ugotovljeno je bilo, da je bakterija Lactobacillus fermentum povzročajo najmanjšimi srebrnih nanodelcev s povprečno velikostjo 11,2 nm. Ugotovljeno je bilo tudi, da je ta bakterija proizvaja nanodelce z najmanjšim porazdelitvijo velikosti in nanodelci bilo ugotovljeno, predvsem na zunanji strani celic. Ugotovljeno je bilo tudi, da je bilo povečanje pH povečalo stopnjo od katerih je bilo proizvedeno nanodelci in količino delcev, pridobljen. [49]

Rastline [ uredi ]

Zmanjšanje srebrovimi ioni v srebrnih nanodelcev je bila prav tako doseženo s pomočjo geranije listi. Ugotovljeno je bilo, da dodajanje geranije ekstrakt listov s srebrom rešitev nitrata povzroči njihova srebrni ioni, ki se hitro zmanjša in da so nanodelci proizvedene posebno obstojne. Srebrne nanodelce, proizvedene v raztopini še eno območje velikosti med 16 in 40 nm. [48]

V drugi študiji so uporabili listni ekstrakti različni rastlinski zmanjšati srebrovimi ioni. Ugotovljeno je bilo, da je od Camellia sinensis (zeleni čaj), bora , Dragun , Ginko , magnolija , in Platanus , ki je ekstrakt magnolija leaf najboljše pri ustvarjanju srebrnih nanodelcev. Ta metoda povzročajo delci z velikostjo razpršene razponu od 15 do 500 nm, vendar je bilo tudi ugotovljeno, da se je velikost delcev nadzorovana s spreminjanjem reakcijsko temperaturo. Hitrost, s katero so se ioni zmanjšala iz ekstrakta magnolije listov je bila primerljiva s tistimi z uporabo kemikalij za zmanjšanje. [42] [50]

Uporaba rastlin, mikrobov in gliv v proizvodnji srebrnih nanodelcev utira pot k bolj okolju prijazno proizvodnjo srebrnih nanodelcev. [43]

Zelena metoda je na voljo za sintezo srebrnih nanodelcev z uporabo Amaranthus gangeticus Linn listov ekstrakt. [51]

Izdelki in funkcionalizacija [ uredi ]

Sintetični protokoli za proizvodnjo srebro nanodelcev lahko modificiramo, da dobimo srebrne nanodelce z nesferičnimi geometrije in tudi funkcionaliziranju nanodelcev z različnimi materiali, kot je silicijev dioksid. Ustvarjanje srebrne nanodelce različnih oblik in površinskih premazov omogoča večji nadzor nad njihovo velikost specifične lastnosti.

Anizotropne strukture [ uredi ]

Srebrni nanodelci lahko sintetiziran v različnih nesferičnimi (anizotropnih) oblik. Ker srebro kot drugi žlahtnih kovin, kaže velikost in obliko odvisna optični učinek znan kot lokalizirana površinsko plazmonsko resonanco (LSPR) na nanovelikosti, sposobnost za sintetiziranje Ag nanodelcev v različnih oblikah močno poveča sposobnost melodijo njihovo optično obnašanje. Na primer, valovna dolžina pri kateri pride LSPR za nanodelcev ene morfologije (npr sfera) bo drugačen, če je to področje spremeni v drugačno obliko. Ta odvisnost oblika omogoča srebrni nanodelci, da bodo imeli optično povečanje na vrsto različnih valovnih dolžin, tudi z ohranjanjem velikost relativno konstantna, samo s spremembo oblike. Aplikacije te-oblike izkoriščajo širitvijo optičnega območju vedenja pri razvoju bolj občutljive biosenzorjev k povečanju dolgoživost tekstila. [52] [53]

Trikotna nanoprisms [ uredi ]

Trikotne oblike nanodelci so kanonični vrsta anizotropne morfologije študiral tako zlato in srebro. [54]

Čeprav obstaja veliko različnih tehnik za srebrno sintezo nanoprism več metod uporabljati pristop, semena posredovana, ki vključuje prvi sintezni majhne (3-5 nm premer), srebrne nanodelce, ki ponujajo predloge za rast-oblike usmerjena v trikotnih nanostruktur. [55]

Srebrne semena sintetiziramo z mešanjem srebrov nitrat in natrijev citrat v vodni raztopini in nato hitro dodajanje natrijevega borohidrida. Dodatna srebrov nitrat dodamo k raztopini semen pri nizki temperaturi, in prizme rastejo počasi zmanjšuje uporabo askorbinsko kislino Presežek srebrovega nitrata. [6]

S pristopom semena posredovana s srebrno sintezo nanoprism, lahko selektivnost ene oblike nad drugo delno nadzirati z omejitvi ligand. Uporabi v bistvu enakega postopka zgoraj, vendar spreminja citrat s poli (vinil pirolidona) (PVP) dobimo kocko in paličasto-oblikovane nanostrukture namesto trikotnih nanoprisms. [56]

Poleg semenske posredovana tehniko lahko srebrne nanoprisms sintetiziramo tudi s pristopom foto posredovana, v kateri so preexisting sferičnega srebrni nanodelci preoblikuje v trikotnimi nanoprisms zgolj z izpostavitvijo reakcijske zmesi z visokimi intenzitete svetlobe. [57]

Nanocubes [ uredi ]

Srebrne nanocubes lahko sintetiziramo z uporabo etilen glikol kot redukcijskega sredstva in PVP kot zamejitvenega sredstvom, v zbirnem poliol reakciji (vide supra). Tipičen sinteza uporabo teh reagentov obsega dodajanje sveže srebrov nitrat in PVP k raztopini etilen glikola, segreto na 140 ° C. [58]

Ta postopek lahko dejansko spremenjena tako, da še anizotropno srebrno nanodelcev, nanožice, ki jih le omogoča raztopino srebrovega nitrata na starost pred uporabo v sintezi. Z omogočanjem raztopine srebrovega nitrata na starost, začetna nanodelcev nastala med sintezo je nekoliko drugačna od tiste, ki se pridobiva s svežim srebrovega nitrata, ki vpliva na proces rasti, in s tem, morfologije končnega izdelka. [58]

Premaz s silicijevim dioksidom [ uredi ]

Splošni postopek za prekrivanje koloid delce silicijevega dioksida. Prvi PVP se absorbira na koloidnega površino. Ti delci so zbrani v raztopini amoniaka v etanolu. delcev nato pa začne rasti z dodatkom Si (OET4).

V tej metodi, polivinilpirolidona (PVP) raztopimo v vodi, ki ga ultrazvoka in zmešamo s srebrno koloidnih delcev. [1] Aktivna mešanjem zagotavlja PVP je adsorbiran na nanodelcev površino. [1] centrifugiramo ločuje PVP obložene nanodelci, ki jih nato prenesemo v raztopino etanola se nadalje centrifugirali in damo v raztopini amoniaka , etanola in Si (OEt 4) (TES). [1] mešanjem dvanajst ur rezultate v silike lupini tvorjen sestoji iz okoliškega plast silicijevega oksida z etrom vezi na razpolago za dodajanje funkcionalnosti. [1] S spreminjanjem višine TES omogoča različne debeline lupine oblikovane. [1] Ta tehnika je priljubljena zaradi možnost, da dodate različne funkcionalnosti na izpostavljeno kremenčevega površino.

Uporabite [ uredi ]

Kataliza [ uredi ]

Uporaba srebrne nanodelce za katalizo je pridobivanje pozornosti v zadnjih letih. Čeprav so najpogostejše aplikacije za medicinske ali antibakterijskih namene, so bili srebrni nanodelci dokazano, da pokažejo katalitskih redoks lastnosti za barvila, benzena, ogljikovega monoksida in verjetnih drugih spojin.

OPOMBA: Ta odstavek je splošen opis nanodelcev lastnosti za katalizo; je ne uporablja izključno za srebrnih nanodelcev. Velikost nanodelcev v veliki meri določa lastnosti tem, da ima zaradi različnih kvantnih učinkov. Poleg tega je kemijska okolje nanodelcev igra pomembno vlogo na katalitične lastnosti. S tem v mislih, je pomembno omeniti, da heterogeno katalizo poteka z adsorbcijo na reagentov vrste za katalitične substrat. Ko polimeri , kompleksni ligandi ali površinsko aktivne snovi se uporabljajo za preprečevanje koalescenca nanodelcev je katalitična sposobnost pogosto oviran zaradi zmanjšane adsorpcijsko sposobnost. [59] Vendar so te spojine lahko uporabljajo tudi na tak način, da je kemična okolje povečuje katalitske sposobnosti.

Podprta na kremena področjih - zmanjšanje barvil [ uredi ]

Srebrni nanodelci so bili sintetizirani na nosilcu inertnih kremena sfer. [59] podpora igra skoraj nobene vloge pri katalitske sposobnosti in služi kot način preprečevanja koalescenca srebrnih nanodelcev v koloidni raztopini . Tako so bili srebrni nanodelci stabiliziran in ga bilo mogoče dokazati sposobnost njih služi kot elektronov rele za zmanjšanje barvil ga natrijevega borohidrida . [59] Brez katalizatorja srebrovega nanodelcev, se pojavi praktično nobene reakcije med natrijevim borohidridom in različnih barv: metilen modro , eozin in rose bengal .

Srednjimi porami aerogel - selektivno oksidacijo benzena [ uredi ]

Srebrni nanodelci podpira na aerogel so ugodne zaradi večjega števila aktivnih območij . [60] Največja selektivnost za oksidacijo benzena v fenol opazili pri nizki masnih odstotkov srebra v aerogel matrice (1% Ag). Ta boljša selektivnost velja, da je posledica višje monodispersity v aerogel matrico 1% Ag vzorcu. Vsak masnih odstotkov raztopine oblikovana različno velike delce z različno širino območja velikosti. [60]

Silver zlitine - sinergijski oksidacijo ogljikovega monoksida [ uredi ]

Nanodelci au-Ag zlitine so pokazale, da imajo sinergistični učinek na oksidacijo ogljikovega monoksida (CO). [61] Na svoje, vsak čisto kovinski nanodelci kaže zelo slabo katalitske aktivnosti za CO oksidacijo ; skupaj so katalitične lastnosti bistveno povečala. Se predlaga, da se zlata deluje kot močan vezivo za atom kisika in srebro služi kot močno oksidacijsko katalizatorja, čeprav natančen mehanizem še ni povsem pojasnjen. Ko sintetiziran v razmerju z Au / Ag od 3: 1 do 10: 1, legiranega nanodelci pokazala popolno konverzijo ko je 1% CO dovaja na zraku pri sobni temperaturi. [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.


Par:Aplikacije Silver nanožic na preglednih dirigente film in elektrode za elektrokemijsko Capacitor Naslednji:Anorganske natrijevega hidroksida