+86-757-8128-5193

Tentoonstelling

zilveren nanodeeltjes

Zilvernanodeeltjes zijn nanodeeltjes van zilver tussen 1 nm en 100 nm in grootte. [1] Terwijl vaak beschreven als 'zilver' enkele bestaan van een groot percentage van zilveroxide vanwege hun grote verhouding van oppervlak tot massa zilveratomen. Verschillende vormen van nanodeeltjes kunnen worden gemaakt afhankelijk van de toepassing in kwestie. Vaak gebruikte zijn bolvormige zilveren nanodeeltjes, maar diamant, achthoekige en dunne platen zijn ook populair. [1]

Hun extreem groot oppervlak mogelijk maakt de coördinatie van een groot aantal liganden . De eigenschappen van zilveren nanodeeltjes van toepassing zijn op de menselijke behandelingen worden onderzocht in het laboratorium en dierlijke studies, de beoordeling van potentiële werkzaamheid, toxiciteit, en de kosten.

synthesewerkwijzen

Natte chemie [ bewerken ]

De meest voorkomende methoden voor nanodeeltjes synthese vallen onder de categorie van de natte chemie, of de nucleatie van deeltjes in een oplossing. Dit kiemvorming gebeurt wanneer een zilveren ioncomplex, gewoonlijk AgNO 3 of AgClO 4 wordt gereduceerd tot colloïdaal zilver in aanwezigheid van een reductiemiddel . Wanneer de concentratie toeneemt voldoende opgeloste metaal zilverionen elkaar binden om een stabiel oppervlak te vormen. Het oppervlak is energetisch ongunstig zijn in de cluster is klein, omdat de energie die door het verlagen van de concentratie van opgeloste deeltjes is niet zo hoog als het energieverlies van een nieuw oppervlak. [2] Wanneer het cluster een bepaalde grootte, bekend als de kritische straal bereikt, wordt het energetisch gunstige en aldus stabiel genoeg te blijven groeien. Deze kern staat dan het systeem groeit als meer zilver diffunderen door de oplossing en hechten aan het oppervlak [3] Wanneer de opgeloste concentratie van atomaire zilver vermindert genoeg, is het niet meer mogelijk genoeg atomen samenbinden van een stabiele vorm kern. Dit kiemvorming drempel stoppen nieuwe nanodeeltjes worden gevormd, en de resterende opgeloste zilver wordt geabsorbeerd door diffusie in de groeiende nanodeeltjes in de oplossing.

Aangezien de deeltjes groeien andere moleculen in de oplossing diffunderen en hechten aan het oppervlak. Dit stabiliseert de oppervlakte-energie van het deeltje en blokkeert nieuwe zilverionen bereiken het oppervlak. De bevestiging van deze aftopping / stabilisatoren vertraagt en uiteindelijk stopt de groei van de deeltjes. [4] De meest voorkomende afdekken liganden trinatriumcitraat en polyvinylpyrrolidon (PVP), maar vele andere zijn ook gebruikt in verschillende omstandigheden om deeltjes met bepaalde grootte, vorm en oppervlakte-eigenschappen te synthetiseren. [5]

Er zijn veel verschillende natte synthesemethoden, waaronder het gebruik van reducerende suikers, citraat terugdringing via natriumboorhydride, [6] de zilveren spiegel reactie, [7] het polyol proces [8] -zaad gemedieerde groei, [9] en light-gemedieerde groei. [10] Elk van deze werkwijzen of een combinatie van methoden, bieden verschillende mate van controle over de grootteverdeling en verdelingen van geometrische opstellingen van het nanodeeltje. [11]

Een nieuwe, veelbelovende natchemische techniek werd gevonden door Elsupikhe et al. (2015). [12] Ze hebben een groene ultrasoon-geassisteerde synthese ontwikkeld. Onder ultrasound behandeling, zijn zilveren nanodeeltjes (AgNP) gesynthetiseerd met κ-carrageen als een natuurlijke stabilisator. De reactie wordt uitgevoerd bij omgevingstemperatuur en produceert zilvernanodeeltjes met fcc kristalstructuur zonder onzuiverheden. De concentratie van κ-carrageenan wordt aangegrepen om deeltjesgrootteverdeling van de AgNPs. [13]

Monosaccharide reductie [ bewerken ]

Er zijn vele manieren zilvernanodeeltjes kunnen worden gesynthetiseerd; Een methode is door middel van monosacchariden . Dit omvat glucose , fructose , maltose , maltodextrine , etc. maar niet sucrose . Het is een eenvoudige methode om zilverionen naar zilvernanodeeltjes verminderen het meestal gaat om een enkelvoudig proces ,. [14] Er zijn werkwijzen is aangegeven dat deze reducerende suikers zijn essentieel voor de vorming van zilvernanodeeltjes geweest. Veel studies gaven aan dat deze manier van groene synthese, in het bijzonder met behulp van Cacumen platycladi extract, kon de reductie van zilver. Bovendien kan de grootte van de nanodeeltjes worden geregeld afhankelijk van de concentratie van het extract. De studies geven aan dat de hogere concentraties gecorreleerd met een verhoogd aantal nanodeeltjes. [14] De kleinere nanodeeltjes gevormd bij hoge pH verhogen door een concentratie van de monosacchariden.

Een andere methode zilveren nanodeeltjes synthese omvat het gebruik van reducerende suikers met alkali en zetmeel zilvernitraat. De reducerende suikers hebben gratis aldehyde en keton groepen, die hen in staat om te worden geoxideerd tot gluconaat . [15] De vrije monosaccharide moet ketongroep omdat om te werken als een reductiemiddel eerst ondergaat tautomerisatie . Bovendien, als de aldehyden gebonden, zal worden geplakt in cyclische vorm en kan niet als een reductiemiddel. Bijvoorbeeld glucose heeft een aldehyde functionele groep die in staat is zilverkationen te reduceren tot zilver bevat en wordt vervolgens geoxideerd tot gluconzuur . [16] De reactie voor de suikers te oxideren plaatsvindt in waterige oplossingen. De aftopping middel is ook niet aanwezig bij verwarming.

Citraat reductie [ bewerken ]

Een vroege en zeer vaak, werkwijze voor het synthetiseren zilvernanodeeltjes citraat reductie. Deze methode is eerst opgenomen door MC Lea, die met succes een citraat-gestabiliseerde zilvercolloïde in 1889. geproduceerde [17] Citraat reductie omvat de reductie van een zilverbron deeltje, gewoonlijk AgNO 3 of 4 AgClO, colloïdaal zilver gebruikt trinatriumcitraat , Na 3 C 6 H 5 O 7. [18] De synthese wordt meestal uitgevoerd bij een verhoogde temperatuur (~ 100 ° C) aan de monodispersiteit (uniformiteit in grootte en vorm) van het deeltje te maximaliseren. In deze methode wordt de citraation traditioneel fungeert als het reducerende middel en het afdekken ligand, [18] Daarom is een bruikbare werkwijze voor AgNP productie door het relatieve gemak en korte reactietijd. Echter kunnen de zilverdeeltjes gevormd brede grootteverdeling en vorm vertonen verschillende geometrieën deeltje tegelijkertijd. [17] De toevoeging van reductiemiddelen sterker de reactie wordt vaak gebruikt om deeltjes van een uniforme grootte en vorm synthetiseren. [18]

Vermindering via natriumboorhydride [ bewerken ]

De synthese van zilvernanodeeltjes door natriumboorhydride (NaBH4) reductie vindt plaats door de volgende reactie: [19]

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

De gereduceerde metaal atomen nanodeeltje kernen vormen. Kortom, deze werkwijze is vergelijkbaar met de bovenstaande methode reductie met behulp citraat. Het voordeel van natriumboorhydride verhoogd monodispersiteit van de uiteindelijke deeltjespopulatie. De reden voor de verhoogde monodispersiteit bij gebruik NaBH 4 is dat het sterker reductiemiddel dan citraat. Het effect reductiemiddel sterkte kan worden gezien door inspectie van een LaMer diagram dat de nucleatie en groei van nanodeeltjes beschreven. [20]

Wanneer zilvernitraat (AgNO 3) wordt verminderd door een zwakke reductiemiddel zoals citraat, de vermindering lager is, wat betekent dat de nieuwe kernen vormen en de oude kernen worden tegelijkertijd groeien. Dit is de reden dat het citraat reactie heeft lage monodispersiteit. Omdat NaBH 4 is een veel sterkere reductiemiddel, wordt de concentratie zilvernitraat snel verminderd wat de tijd waarin de nieuwe kiemen vormen en groeien tegelijkertijd waardoor een monodispers populatie van zilvernanodeeltjes verkort.

Deeltjes gevormd door reductie moet de oppervlakken gestabiliseerd ongewenste deeltjesagglomeratie te voorkomen (wanneer meerdere deeltjes aan elkaar hechten), groei of grover. De drijvende kracht voor deze verschijnselen is het minimaliseren van oppervlakte energie (nanodeeltjes een groot oppervlak volumeverhouding). Deze neiging om oppervlakte energie te verminderen in het systeem kan worden tegengegaan door de toevoeging van soorten die adsorberen aan het oppervlak van de nanodeeltjes en verlaagt de activiteit van het deeltjesoppervlak waardoor wordt voorkomen deeltjesagglomeratie volgens de DLVO theorie en het voorkomen van groei van bezetten bevestigingsplaatsen metal atomen. Chemische soorten die adsorberen aan het oppervlak van de nanodeeltjes worden liganden genoemd. Sommige van deze oppervlakte-stabiliserende stof zijn: NaBH4 in grote hoeveelheden, [19] poly (vinylpyrrolidon) (PVP), [21] natriumdodecylsulfaat (SDS), [19] [21] en / of dodecaanthiol. [22]

Zodra de deeltjes in oplossing gevormd moeten ze worden gescheiden en verzameld. Er zijn verschillende algemene methoden om nanodeeltjes uit oplossing, waaronder verdamping van het oplosmiddel fase verwijderen [22] of de toevoeging van chemicaliën aan de oplossing die de oplosbaarheid van de nanodeeltjes in de oplossing te verlagen. [23] Beide methoden dwingen het neerslaan van de nanodeeltjes.

Polyol proces [ bewerken ]

De polyol werkwijze is bijzonder bruikbaar vanwege de volgende redenen een grote mate van controle over zowel de grootte en geometrie van de verkregen nanodeeltjes oplevert. In het algemeen, de polyol-synthese begint met het verwarmen van een polyolverbinding zoals ethyleenglycol, 1,5-pentaandiol of 1,2-propyleen glycol7. Een Ag + soorten en een aftopping middel worden toegevoegd (hoewel de polyol zelf is ook vaak de aftopping agent). De Ag + soort wordt verminderd met de polyol colloïdale nanodeeltjes. [24] De polyol werkwijze is zeer gevoelig voor reactieomstandigheden zoals temperatuur, chemische omgeving, en concentratie van substraten. [25] [26] Daarom, door het veranderen van deze variabelen, verschillende afmetingen en geometrieën kunnen worden geselecteerd zoals quasi-bollen, piramides, gebieden en draden. [11] Verder onderzoek heeft het mechanisme voor dit proces onderzocht en verkregen geometrieën onder verschillende reactieomstandigheden nader. [8] [27]

-Seed-gemedieerde groei [ bewerken ]

-Zaad gemedieerde groei een synthetische methode waarbij kleine, stabiele kernen worden gekweekt in een afzonderlijke chemische omgeving tot een gewenste grootte en vorm. -Seed bemiddelde methoden bestaan uit twee verschillende fasen: nucleatie en groei. Variatie van bepaalde factoren bij de synthese (bijvoorbeeld ligand, nucleatie tijd reductiemiddel, etc.) [28] kan de uiteindelijke grootte en vorm van nanodeeltjes, waardoor zaden gemedieerde groei populair synthetische aanpak van de controles morfologie van nanodeeltjes regelen.

Het kiemvormingsproces van zaden gemedieerde groei bestaat uit de reductie van metaalionen in een voorloper van metaalatomen. Om de grootteverdeling van de zaden controleren, moet de periode van nucleatie kort voor monodispersiteit worden. De LaMer model illustreert dit concept. [29] Zaden bestaan meestal uit kleine nanodeeltjes gestabiliseerd door een ligand . Liganden zijn klein, gewoonlijk organische moleculen die aan het oppervlak van de deeltjes, waardoor zaden van verdere groei. Liganden zijn nodig omdat zij energiebarrière van coagulatie, het voorkomen van agglomeratie. Het evenwicht tussen aantrekkende en afstotende krachten in colloïdale oplossingen kunnen worden gemodelleerd door DLVO theorie . [30] Ligand bindingsaffiniteit en selectiviteit kan worden gebruikt om vorm en groei controleren. Zaaizaad synthese, moet een ligand met een gemiddelde tot lage bindingsaffiniteit worden gekozen dat voor uitwisseling tijdens groeifase.

De groei van nanoseeds omvat het plaatsen van de zaadjes in een oplossing groei. De groei oplossing vereist een lage concentratie van een metaalprecursor, liganden die gemakkelijk uitwisselen met reeds bestaande zaad liganden en een zwakke of zeer lage concentratie reducerend middel. Het reductiemiddel mag niet sterk genoeg zijn om metaal precursor verminderen de groei oplossing in afwezigheid van zaaizaad. Anders wordt de groei oplossing nieuwe kiemplaatsen plaats groeien op reeds bestaande degenen (zaden) vormen. [31] Groei is het resultaat van de concurrentie tussen oppervlakte energie (die ongunstig toeneemt met groei) en energiegrootgebruiker (die gunstig afneemt groei). Het evenwicht tussen de energiebalans van groei en ontbinding is de reden voor uniforme groei alleen reeds bestaande zaden (geen nieuwe nucleatie). [32] De groei vindt plaats door toevoeging van metaalatomen van de groei oplossing voor de zaden en ligand uitwisseling tussen de groei liganden (die een hogere bindingsaffiniteit hebben) en de zaad liganden. [33]

Bereik en richting van de groei kan worden gecontroleerd door nanoseed concentratie van metaal precursor ligand en reactieomstandigheden (warmte, druk, etc.). [34] Controlling stoichiometrische voorwaarden voor de groei oplossing controleert uiteindelijke omvang van het deeltje. Bijvoorbeeld een lage concentratie van metaal zaden metaal precursor in de groei oplossing grotere deeltjes te produceren. Afsluitmiddel is aangetoond groeirichting geregeld en daardoor vormen. Liganden hebben verschillende affiniteiten voor het binden in een deeltje. Differentiële binding binnen een deeltje kan leiden tot ongelijke groei in deeltje. Dit levert anisotrope deeltjes met een niet sferische vorm zoals prisma's, kubussen, en staven. [35] [36]

Light-gemedieerde groei [ bewerken ]

Licht-gemedieerde syntheses werden ook onderzocht wanneer licht vorming van zilveren nanodeeltjes verschillende morfologieën kunnen bevorderen. [10] [37]

Zilveren spiegel reactie [ bewerken ]

De zilveren spiegel reactie omvat de omzetting van zilvernitraat aan Ag (NH3) OH. Ag (NH3) OH wordt vervolgens gereduceerd tot colloïdaal zilver met een aldehyde bevattend molecuul zoals een suiker. De zilveren spiegel reactie is als volgt:

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

De grootte en vorm van de geproduceerde nanodeeltjes moeilijk te controleren zijn en hebben vaak brede verdelingen. [39] Echter, deze methode vaak gebruikt om dunne coatings van zilverdeeltjes op oppervlakken en verder onderzoek toe te passen in het produceren van meer uniforme grootte nanodeeltjes wordt gedaan. [39]

Ionenimplantatie [ bewerken ]

Ionenimplantatie is gebruikt om zilvernanodeeltjes ingebed in creëren glas , polyurethaan , silicone , polyethyleen en poly (methylmethacrylaat) . Deeltjes zijn ingebed in het substraat door middel van bombardement met hoge versnellingsspanning. Bij een vaste stroomdichtheid van de ionenbundel tot een bepaalde waarde, is de grootte van het ingesloten zilvernanodeeltjes gevonden monodisperse binnen de populatie zijn, [40] , waarna slechts een toename van de ionenconcentratie wordt waargenomen. Een verdere verhoging van de ionenbundel dosis is gevonden dat zowel het nanodeeltje grootte en dichtheid verminderen het doelsubstraat, terwijl een ionenbundel werkend met een hoge versnellingsspanning met een geleidelijk toenemende stroomdichtheid is gevonden te leiden tot een geleidelijke toename het nanodeeltje grootte. Er zijn een aantal concurrerende mechanismen die kunnen leiden tot de afname van nanodeeltjes grootte; vernietiging van NPs op botsing, sputteren van het monsteroppervlak, deeltje fusie bij verhitting en dissociatie. [40]

De vorming van ingesloten nanodeeltjes is complex en alle controlerende parameters en factoren nog niet onderzocht. Computersimulaties blijft moeilijk omdat het gaat diffusieprocédés en clustering, maar het kan worden opgesplitst in een aantal verschillende deelprocessen zoals implantatie diffusie en groei. Bij implantatie, zal zilverionen verschillende diepten binnen het substraat dat een benadert bereiken Gauss-verdeling met het gemiddelde gecentreerd op X diepte. Hoge temperaturen tijdens de beginfase van implantatie wordt de onzuiverheid diffusie in het substraat te verhogen en daardoor beperken de invallende ionen verzadiging, die nodig is voor nanodeeltjes nucleatie. [41] Zowel het implantaat temperatuur en ionenbundelstroom dichtheid cruciaal controleren om een monodisperse nanodeeltjes grootte en diepte te bekomen. Een lage stroomdichtheid kan worden gebruikt om de thermische beweging van de ionenbundel en een opbouw van oppervlaktelading tegengaan. Na implantatie op het oppervlak, kan de bundelstromen worden verhoogd als de oppervlaktegeleidbaarheid toenemen. [41] De snelheid waarmee verontreinigingen diffuse snel daalt na de vorming van de nanodeeltjes, die fungeren als mobiele ion trap. Dit suggereert dat het begin van het implantatieproces is kritisch voor het regelen van de onderlinge afstand en diepte van de verkregen nanodeeltjes, alsook regeling van de substraattemperatuur en ionenbundel dichtheid. De aanwezigheid en de aard van deze deeltjes kunnen worden geanalyseerd met talloze spectroscopie en microscopie instrumenten. [41] nanodeeltjes gesynthetiseerd in het substraat vertonen surface plasmon resonanties zoals blijkt uit de karakteristieke absorptiebanden; deze functies spectrale verschuivingen ondergaan afhankelijk van de grootte en nanodeeltjes oppervlakte oneffenheden, [40] maar de optische eigenschappen ook sterk afhankelijk van het substraatmateriaal van het composiet.

Biologische synthese [ bewerken ]

De biologische synthese van nanodeeltjes is een middel voor verbeterde technieken in vergelijking met de traditionele methoden die vragen om het gebruik van schadelijke reductiemiddelen zoals ontvangen natriumboorhydride . Veel van deze methoden kunnen hun ecologische voetafdruk te verbeteren door het vervangen van deze relatief sterke reductiemiddelen. De problemen met de chemische productie van zilvernanodeeltjes meestal gepaard met hoge kosten en de levensduur van de deeltjes kortstondig door aggregatie. De hardheid van standaard chemische werkwijzen is het gebruik van het gebruik van biologische organismen zilverionen in oplossing in colloïdale nanodeeltjes verminderen leidde. [42] [43]

Bovendien, nauwkeurige controle over vorm en grootte is van vitaal belang in de loop van nanodeeltjes synthese, omdat de NPS therapeutische eigenschappen zijn nauw afhankelijk van dergelijke factoren. [44] Daarom is de primaire focus van onderzoek in biogene synthese zijn ontwikkeling van methodes die consequent NPs reproduceren met precieze eigenschappen. [45] [46]

Schimmels en bacteriën [ bewerken ]

Een algemene voorstelling van de synthese en toepassingen van biogenically gesynthetiseerd zilveren nanodeeltjes door middel van plantenextract.

Bacteriën en schimmels synthese van nanodeeltjes is praktisch omdat bacteriën en schimmels zijn gemakkelijk te hanteren en kunnen genetisch worden gemodificeerd met gemak. Dit zorgt voor een middel om biomoleculen dat AgNPs van verschillende soorten en maten in een hoge opbrengst, die is in de voorhoede van de huidige uitdagingen in nanodeeltjes synthese kan synthetiseren ontwikkelen. Schimmelstammen zoals Verticillium en bacteriële stammen zoals K. pneumoniae kan worden toegepast bij de bereiding van zilvernanodeeltjes. [47] Als de schimmel / bacterie wordt toegevoegd aan oplossing eiwit biomassa wordt vrijgemaakt in de oplossing. [47] elektronendonerende resten zoals tryptofaan en tyrosine verminderen zilverionen in oplossing bijgedragen door zilvernitraat. [47] Deze werkwijzen bleken stabiele monodisperse nanodeeltjes effectief maken zonder het gebruik van schadelijke reductiemiddelen.

Een werkwijze is gevonden reducerende zilverionen door de introductie van de schimmel Fusarium oxysporum . De nanodeeltjes gevormd in deze werkwijze hebben een groottetraject tussen 5 en 15 nm en bestaan uit zilver hydrosol . De vermindering van de zilvernanodeeltjes wordt gedacht van een enzymatisch proces en zilvernanodeeltjes geproduceerd komen uiterst stabiel door interacties met eiwitten die worden uitgescheiden door de schimmels.

Bacterie gevonden in zilvermijnen, Pseudomonas stutzeri AG259, waren in staat om zilverdeeltjes te bouwen in de vorm van driehoeken en zeshoeken. De omvang van deze nanodeeltjes heeft een grote variëren in grootte en sommige bereikt maten groter dan de gebruikelijke nanoschaal met een grootte van 200 nm. De zilveren nanodeeltjes werden gevonden in de organische matrix van de bacteriën. [48]

Melkzuur producerende bacteriën zijn gebruikt om zilvernanodeeltjes te produceren. De bacteriën Lactobacillus spp., Pediococcus pentosaceus, Enteroccus faeciumI en Lactococcus garvieae gevonden kunnen zilverionen in zilvernanodeeltjes te reduceren. De productie van de nanodeeltjes vindt in de cel van de interacties tussen de zilverionen en de organische verbindingen van de cel. Het bleek dat de bacterie Lactobacillus fermentum schiep de kleinste zilvernanodeeltjes met een gemiddelde grootte van 11,2 nm. Ook werd vastgesteld dat deze bacterie geproduceerde nanodeeltjes met de kleinste deeltjesgrootteverdeling en de nanodeeltjes werden meestal op de buitenkant van de cellen gevonden. Ook werd vastgesteld dat er een verhoging van de pH verhoogde het percentage waarmee de nanodeeltjes geproduceerd en de hoeveelheid deeltjes. [49]

Planten [ bewerken ]

De reductie van zilverionen tot zilvernanodeeltjes wordt ook bereikt met geranium bladeren. Gebleken is dat het toevoegen geraniumblad extract zilvernitraat oplossingen veroorzaakt de zilverionen snel worden verminderd en dat de geproduceerde nanodeeltjes zijn bijzonder stabiel. De zilveren nanodeeltjes geproduceerd in oplossing had een grootte variëren tussen 16 en 40 nm. [48]

In een ander onderzoek werden verschillende plant blad extracten gebruikt om zilverionen te verminderen. Het bleek dat van de Camellia sinensis (groene thee), pine , persimmon , Ginko , magnolia , en platanus dat de magnolia blad extract was de beste op het creëren van zilveren nanodeeltjes. Deze methode gemaakt deeltjes met een disperse groottebereik van 15 tot 500 nm, maar werd ook vastgesteld dat de deeltjesgrootte kan worden geregeld door het variëren van de reactietemperatuur. De snelheid waarmee de ionen werden verminderd met de magnolia extract was vergelijkbaar met die van het gebruik van chemicaliën te verminderen. [42] [50]

Het gebruik van planten, bacteriën en schimmels in de productie van zilvernanodeeltjes wijst de weg naar milieuvriendelijker productie van zilvernanodeeltjes. [43]

Een groene methode is beschikbaar voor het synthetiseren zilveren nanodeeltjes door middel van Amaranthus gangeticus Linn blad extract. [51]

Producten en functionalisatie [ bewerken ]

Synthetische protocollen voor zilveren nanodeeltjes productie kan worden aangepast om zilvernanodeeltjes met niet-bolvormige geometrieën produceren en om nanodeeltjes met verschillende materialen, zoals silica functionaliseren. Het creëren van zilveren nanodeeltjes van verschillende vormen en coatings zorgt voor meer controle over hun grootte-specifieke eigenschappen.

Anisotrope structuren [ bewerken ]

Zilvernanodeeltjes kan worden gesynthetiseerd in een verscheidenheid van niet-sferische (anisotrope) vormen. Omdat zilver, zoals andere edelmetalen, vertoont een maat en vorm afhankelijk optisch effect genoemd gelokaliseerde oppervlakte plasmon resonantie (LSPR) op nanoschaal, de mogelijkheid om zilveren nanodeeltjes synthetiseren verschillende vormen sterk vergroot de mogelijkheid om af te stemmen hun optische gedrag. Bijvoorbeeld, de golflengte waarbij LSPR optreedt voor een nanodeeltje een morfologie (bijvoorbeeld een bol) verschillend zijn als dit gebied in een andere vorm wordt veranderd. Deze vorm afhankelijkheid kan een zilveren nanodeeltjes optische versterking hebben bij een aantal verschillende golflengten, zelfs door het houden van de grootte relatief constant, alleen door van vorm te veranderen. De toepassingen van deze vorm uitgebuit uitbreiding van optische gedrag variëren van het ontwikkelen van meer gevoelige biosensoren voor het verhogen van de levensduur van textiel. [52] [53]

Driehoekige nanoprisms [ bewerken ]

Driehoekige nanodeeltjes een canonische type anisotropische morfologie bestudeerd voor zowel goud en zilver. [54]

Hoewel veel verschillende technieken voor zilver nanoprism synthese bestaan verschillende methoden maken gebruik van een seed-gemedieerde aanpak, die eerste betreft synthetiseren kleine (3-5 nm diameter) zilveren nanodeeltjes die een sjabloon voor-vorm gerichte groei in driehoekige nanostructuren te bieden. [55]

De zilveren zaden worden gesynthetiseerd door het mengen van zilvernitraat en natriumcitraat in waterige oplossing en vervolgens snel toevoegen van natriumboorhydride. Aanvullende zilvernitraat wordt toegevoegd aan het zaad oplossing bij lage temperatuur, en de prisma's worden gekweekt door het langzaam verlagen van de overmaat zilvernitraat gebruikt ascorbinezuur. [6]

Met het zaad gemedieerde benadering van zilver nanoprism synthese, selectiviteit van de ene vorm over een ander kan voor een deel worden gecontroleerd door de aftopping ligand. Toepassing van in hoofdzaak dezelfde procedure als hierboven, maar veranderen citraat poly (vinylpyrrolidon) (PVP) levert kubus en staafvormige nanostructuren plaats van driehoekige nanoprisms. [56]

Naast het zaad gemedieerde techniek kan zilver nanoprisms ook worden gesynthetiseerd met behulp van een foto-gemedieerde benadering, waarbij reeds bestaande sferische zilvernanodeeltjes in driehoekige nanoprisms getransformeerd door eenvoudig blootstellen van het reactiemengsel aan hoge lichtintensiteiten. [57]

Nanocubes [ bewerken ]

Zilver nanocubes kunnen worden gesynthetiseerd onder toepassing van ethyleenglycol als reductiemiddel en PVP als afdekmiddel, in een polyol synthesereactie (vide supra). Een typische synthese onder toepassing van deze reagentia omvat het toevoegen van verse zilvernitraat en PVP met een oplossing van ethyleenglycol bij 140 ° C verwarmd. [58]

Deze procedure kan daadwerkelijk worden gemodificeerd om een anisotroop zilver nanostructuur, nanodraden produceren door alleen mogelijk zilvernitraatoplossing leeftijd vóór gebruik in de synthese. Doordat zilvernitraatoplossing leeftijd, de initiële nanostructuur gevormd tijdens de synthese is iets anders dan die verkregen met verse zilvernitraat, waarbij het groeiproces beïnvloedt en dus de morfologie van het eindproduct. [58]

Coating met silica [ bewerken ]

Algemene procedure voor het bekleden van deeltjes in colloïdale silica. Eerst PVP wordt geabsorbeerd op colloïdaal oppervlak. Deze deeltjes worden in een oplossing van ammonia in ethanol gebracht. het deeltje begint dan te groeien door toevoeging van Si (OET4).

Bij deze werkwijze, polyvinylpyrrolidon (PVP) wordt opgelost in water door sonicatie en gemengd met zilver colloïde deeltjes. [1] Active roeren zorgt PVP is geadsorbeerd aan het oppervlak nanodeeltjes. [1] centrifugatie scheidt het PVP beklede nanodeeltjes die vervolgens worden overgebracht naar een oplossing van ethanol verder worden gecentrifugeerd en in een oplossing van ammonia , ethanol en Si (OEt 4) (TES). [1] Het roeren gedurende twaalf uren resulteert in de silica mantel is gevormd uit een omringende laag van siliciumoxide met een ether binding functionaliteit toevoegen. [1] Het variëren van de hoeveelheid TES maakt verschillende dikten schelpen gevormd. [1] Deze techniek is populair vanwege de mogelijkheid om verschillende functies van de blootgestelde silicaoppervlak.

Gebruik [ bewerken ]

Katalyse [ bewerken ]

Het gebruik van zilveren nanodeeltjes voor katalyse is het verkrijgen van aandacht in de afgelopen jaren. Hoewel de meest gebruikelijke toepassingen voor medicinale of antibacteriële doeleinden zijn zilvernanodeeltjes aangetoond katalytische tonen redox eigenschappen van kleurstoffen, benzeen, koolmonoxide, en waarschijnlijk andere verbindingen.

NB: Deze paragraaf is een algemene beschrijving van nanodeeltjes woningen te katalyse; Het is niet exclusief voor zilveren nanodeeltjes. De grootte van een nanodeeltje heeft grote invloed op de eigenschappen die het vertoont als gevolg van verschillende quantumeffecten. Daarnaast is de chemische omgeving van het nanodeeltje speelt een belangrijke rol op de katalytische eigenschappen. Daartoe is het van belang op te merken dat heterogene katalyse geschiedt door adsorptie van de reactant soorten naar de katalytische substraat. Bij polymeren , complexe liganden of surfactanten wordt verhinderd coalescentie van de nanodeeltjes, wordt de katalytische vermogen vaak gehinderd door verminderde adsorptievermogen. [59] Echter, deze verbindingen kunnen ook worden gebruikt zodanig dat de chemische omgeving verhoogt de katalytische vermogen.

Ondersteund op silica bollen - reductie van kleurstoffen [ bewerken ]

Zilvernanodeeltjes zijn gesynthetiseerd op een drager van inert silica bolletjes. [59] De ondersteuning speelt nauwelijks een rol in het katalytisch vermogen en dient als een werkwijze voor het voorkomen coalescentie van de zilvernanodeeltjes in colloïdale oplossing . Zo werden de zilvernanodeeltjes gestabiliseerd en was het mogelijk om het vermogen daarvan om te dienen als een elektron relais voor de vermindering van tonen kleurstoffen door natriumboorhydride . [59] Zonder de zilveren nanodeeltjes katalysator, nagenoeg geen reactie optreedt tussen natriumboorhydride en de verschillende kleurstoffen: methyleenblauw , eosine , en Bengaals roze .

Mesoporeuze aerogel - selectieve oxidatie van benzeen [ bewerken ]

Zilveren nanodeeltjes ondersteund aërogel zijn voordelig vanwege het grotere aantal actieve plaatsen . [60] De hoogste selectiviteit voor de oxidatie van benzeen tot fenol werd waargenomen bij lage gewichtsprocent zilver in de aërogel matrix (1% Ag). Deze betere selectiviteit wordt verondersteld een resultaat van de hoger monodispersiteit binnen de aërogel matrix van de 1% Ag monster. Elk gewicht procent oplossing gevormd verschillende deeltjes met een andere breedte van grootte. [60]

Zilverlegering - synergetische oxidatie van koolmonoxide [ bewerken ]

Au-Ag legering nanodeeltjes aangetoond dat het een synergistisch effect op de oxidatie hebben van koolstofmonoxide (CO). [61] Op zijn eigen, elke zuivere metalen nanodeeltjes toont zeer slechte katalytische activiteit voor CO oxidatie ; elkaar, worden de katalytische eigenschappen sterk verbeterd. Voorgesteld wordt het goud fungeert als een sterk bindmiddel voor het zuurstofatoom en het zilverbeeld dient als een sterke oxidatiekatalysator, hoewel het exacte mechanisme is nog niet volledig begrepen. Wanneer gesynthetiseerd op een Au / Ag-verhouding van 3: 1 tot 10: 1, gelegeerd nanodeeltjes toonde volledige omzetting bij 1% CO werd toegevoerd in lucht bij kamertemperatuur. [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.


Huis | Informatie | Producten | Nieuws | Tentoonstelling | Neem contact op met ons | Feedback | Mobiele telefoon | XML | Main Page

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

Guangdong Nanhai ETEB Technology Co., Ltd