срібло наночастинками

- Mar 03, 2017 -

Срібні наночастинки є наночастинки з срібла в інтервалі від 1 нм до 100 нм в розмірах. [1] У той час як часто описується як "срібло" деякі з них складаються з великий відсоток оксиду срібла з - за їх великого відношення атомів срібла поверхні до насипний. Численні форми наночастинок можуть бути побудовані в залежності від застосування в руці. Зазвичай використовуються сферичні наночастинки срібла, але алмаз, восьмикутні і тонкі аркуші також популярні. [1]

Їх надзвичайно велика площа поверхні дозволяє координацію величезного числа лігандів . Властивості наночасток срібла, які можна застосувати до людських лікування знаходяться під слідством в лабораторних тварин і досліджень, оцінка потенційної ефективності, токсичності та витрат.

синтетичні методи

Волога хімія [ правити ]

Найбільш поширені методи синтезу наночастинок підпадають під категорію мокрою хімії, або зародження частинок в розчині. Це зародження відбувається , коли іонів срібла комплекс, як правило , AgNO 3 або AgClO 4, зводиться до колоїдного срібла в присутності відновлюючого агента . Коли концентрація збільшується досить, розчинені іони металевого срібла зв'язуються один з одним з утворенням стабільної поверхні. Поверхня енергетично невигідно, коли кластер малий, так як енергія, накопичений за рахунок зменшення концентрації розчинених частинок не настільки висока, як втрати енергії від створення нової поверхні. [2] Коли кластер досягає певного розміру, відомий як критичний радіус, стає енергетично вигідним, і , таким чином , досить , щоб продовжувати рости стабільно. Це ядро потім залишається в системі і росте більш атомів срібла дифундують через розчин і осідають на поверхню [3] Коли концентрація розчиненого атомарного срібла зменшується досить, це вже не можливо для атомів досить , щоб зв'язати один з одним з утворенням стабільної ядро. При цьому поріг зародження, нові наночастинки перестають бути сформовані, а залишився розчинений срібло поглинається дифузії в зростаючих наночастинок в розчині.

У міру зростання частинок, інші молекули в розчині дифундують і осідають на поверхню. Цей процес стабілізує поверхневу енергію частинок і блокує нові іони срібла, що досягає поверхні. Приєднання цих укупорочних / стабілізуючих агентів сповільнюється і в кінці кінців зупиняє ріст частки. [4] Найбільш поширеними укупорочні лигандами є тринатрійцитрат і полівінілпіролідон (PVP), але і багато інших, також використовуються в різних умовах для синтезу частинок з певними розмірами, формами і властивостями поверхні. [5]

Є багато різних методів мокрій синтезу, в тому числі з використанням відновлювальних цукрів, цитрат скорочення, зниження через боргідрід натрію, [6] реакція срібне дзеркало, [7] процес поліол, [8] насіння опосередкованої зростання, [9] і світло-опосередкованого зростання. [10] Кожен з цих методів або їх комбінації методів, будуть пропонувати різну ступінь контролю над розподілом по розмірам, а також розподілу геометричних розташувань наночастинок. [11]

Новий, дуже перспективний мокрою хімічної метод був знайдений Elsupikhe і ін. (2015). [12] Вони розробили зелений ультразвуковим-синтез при сприянні. Під ультразвукової обробки, наночастинки срібла (AgNP) синтезуються з каппа-карагенан в якості природного стабілізатора. Реакцію проводять при температурі навколишнього середовища і виробляє наночастинки срібла з ГЦК кристалічною структури без домішок. Концентрація каппа-каррагинана використовується впливати розподіл розміру часток AgNPs. [13]

Моносахаридний скорочення [ правити ]

Є багато способів, наночастинки срібла можуть бути синтезовані; один метод через моносахаридів . Це включає в себе глюкозу , фруктозу , мальтозу , мальтодекстрин і т.д. , але не сахарози . Це також простий спосіб, щоб зменшити іони срібла назад наночастинок срібла, як це зазвичай включає в себе процес один крок,. [14] Там були методи , які показали , що ці відновлюють цукру мають важливе значення для формування наночастинок срібла. Багато досліджень показали, що цей метод зеленого синтезу, зокрема, з використанням Cacumen біоти екстракту, дозволило знизити срібла. Крім того, розмір наночастинок можна регулювати залежно від концентрації екстракту. Дослідження показують, що більш високі концентрації корелюють зі збільшенням кількості наночастинок. [14] Більш дрібні наночастинки формувалися при високих рН рівнів в зв'язку з концентрацією моносахаридів.

Інший метод срібла синтезу наночастинок включає використання відновлювальних цукрів з лужними крохмалю і нітрату срібла. Відновлюючі цукру мають вільні альдегідні і кетонові групи, які дозволяють їм бути окислені в глюконату . [15] моносахаридів повинен мати вільний кетогруппу , тому що для того , щоб виступати в якості відновлюючого агента він спочатку піддається таутомеризації . Крім того, якщо альдегіди пов'язані, то він буде застряг в циклічній формі і не може виступати в якості відновлюючого агента. Наприклад, глюкоза має альдегидную функціональну групу , яка здатна зменшити катіонів срібла до атомів срібла і потім окислюють до глюконової кислоти . [16] Реакція цукрів окисляемого відбувається у водних розчинах. Закупорювання агент також не ходить при нагріванні.

Цитрат скорочення [ правити ]

Рано, і дуже часто, спосіб синтезу наночастинок срібла є цитрат зниження. Цей метод вперше був записаний MC Lea, який успішно провела цитрат срібла , стабілізованого колоїду в 1889. [17] Цитрат скорочення включає відновлення вихідного срібла частки, зазвичай AgNO 3 або AgClO 4, з використанням колоїдного срібла тринатрійцитрат , Na 3 C 6 H 5 O 7. [18] Синтез зазвичай проводять при підвищеній температурі (~ 100 ° C) , щоб максимально збільшити монодисперсні (однорідності за розміром і формою) частки. У цьому методі, цитрат іона традиційно діє і як відновлення і закупорювання лиганда, [18] , що робить його корисним спосіб отримання AgNP з - за його відносною легкістю і коротким часом реакції. Проте, частинки срібла, утворені можуть демонструвати широкий розподіл розміру і форми декількох різних геометрій частинок одночасно. [17] Додавання більш сильних відновників по відношенню до реакції часто використовується для синтезу частинок більш однорідного розміру і форми. [18]

Зниження з допомогою боргідріда натрію [ правити ]

Синтез наночастинок срібла борогідридом натрію (NaBH 4) зниження відбувається за такою реакції: [19]

Ag + + ВН 4 - + 3H 2 O → Ag 0 + В (ОН) 3 + 3.5H 2

Відновлені атоми металу утворюють ядра наночастинок. В цілому, цей процес аналогічний описаному вище способу відновлення з використанням цитрату. Перевага використання боргідріда натрію збільшується монодисперсні кінцевого популяції частинок. Причина підвищеної монодисперсні при використанні NaBH 4 є те , що воно є більш сильним відновником , ніж цитрат. Вплив зниження міцності агента можна побачити, вивчивши діаграму ламеру, яка описує зародження і зростання наночастинок. [20]

Коли нітрату срібла (AgNO 3) відновлюють з допомогою слабкого відновника , як цитрат, швидкість відновлення нижче , а це означає , що нові зародки формуються і старі ядра ростуть одночасно. Це є причиною того, що цитрат реакція має низьку монодисперсні. Так як NaBH 4 є набагато більш сильним відновником, концентрація нітрату срібла швидко зменшується , що скорочує час , в протягом якого нова форма ядра і рости одночасно з отриманням монодисперсної популяції наночастинок срібла.

Частинки, які утворюються при відновленні повинні мати їх поверхні стабілізувалася, щоб запобігти небажаному агломерацію частинок (коли кілька частинок з'єднуються один з одним), зростання, або огрубіння. Рушійна сила для цих явищ є зведення до мінімуму поверхневої енергії (наночастинки мають велику ставлення поверхні до об'єму). Ця тенденція до зменшення поверхневої енергії в системі може бути нейтралізовані шляхом додавання часток, які будуть адсорбуватися на поверхні наночастинок і знижує активність поверхні частинок, таким чином, запобігаючи агломерацію частинок відповідно до теорії ДЛФО і запобігання зростанню займаючи прикріплення ділянок для металу атомів. Хімічні частинки, які адсорбуються на поверхні наночастинок, називаються лігандами. Деякі з цих поверхневих стабілізуючих видів є: NaBH 4 в великих кількостях, [19] поли (винилпирролидон) (PVP), [21] додецилсульфата натрію (ДСН), [19] [21] і / або додекан тиол. [22]

Після того як частки були сформовані в розчині вони повинні бути розділені і зібрані. Є кілька загальних методів для видалення наночастинок з розчину, в тому числі випарювання фази розчинника [22] або додавання хімічних речовин в розчині , які знижують розчинність наночастинок в розчині. [23] Обидва методи змушують осадження наночастинок.

Поліол процес [ правити ]

Поліол процес є особливо корисним методом , оскільки він дає високу ступінь контролю над як від розміру і геометрії отриманих наночастинок. Загалом, синтез полиола починається з нагріву поліольного з'єднання, такі як етиленгліколь, 1,5-пентандіол, або 1,2-пропилен glycol7. An Ag + видовому і закупорювання агент додають (хоча сам поліол також часто закупорювання агент). АХ + вид потім відновлюють поліол з утворенням колоїду наночасток. [24] Процес поліол є дуже чутливим до умов реакції , такі як температура, хімічної середовища і концентрації субстратів. [25] [26] Таким чином, шляхом зміни цих змінних, різні розміри і геометричні форми можуть бути обрані для таких , як квазі- сфери, піраміди, сфери і проводів. [11] Подальші дослідження вивчили механізм цього процесу, а також в результаті геометрій при різних умовах реакції більш докладно. [8] [27]

Насіння-опосередкованого зростання [ правити ]

Зростання насіння опосередковану є синтетичним методом, в якому малі, стабільні ядра вирощують в окремій хімічній середовищі до бажаного розміру і форми. Насіннєвий-опосередкованої методи складаються з двох різних етапів: зародження і зростання. Зміна певних факторів у синтезі (наприклад, лігандом часу нуклеации, який відновлює агент і т.д.), [28] може контролювати кінцевий розмір і форму наночастинок, роблячи Seed-опосередкований зростання на популярний синтетичний підхід до контролю морфології наночастинок.

Стадія нуклеации зростання насіння опосередковану складається з відновлення іонів металу в попереднику атомів металу. Для того щоб контролювати розподіл за розмірами насіння, період зародження повинен бути коротким для монодисперсні. Модель ламер ілюструє цю концепцію. [29] Насіння зазвичай складаються маленькі наночастки, стабілізовані з допомогою лиганда . Ліганди дрібні, зазвичай органічні молекули, які зв'язуються з поверхнею частинок, що запобігають насіння від подальшого зростання. Ліганди необхідні, оскільки вони збільшують енергетичний бар'єр коагуляції, запобігання агломерації. Баланс між сил тяжіння і відштовхування в колоїдних розчинах можуть бути змодельовані з допомогою теорії ДЛФО . [30] ліганд аффинности зв'язування, і селективність можуть бути використані для регулювання форми і зростання. Для синтезу насіння, ліганд із середнім і низьким спорідненістю зв'язування повинен бути обраний, щоб забезпечити можливість для обміну під час фази зростання.

Зростання nanoseeds включає в себе розміщення насіння в розчин зростання. Рішення зростання вимагає низької концентрації попередника металу, лігандів, які будуть легко обмінюватися з існуючими раніше насіннєвих лігандів, а також слабку або дуже низьку концентрацію відновлює агента. Відновлювальний агент не повинен бути достатньо сильним, щоб зменшити попередника металу в розчині зростання за відсутності насіння. В іншому випадку рішення зростання буде формувати нові центри зародкоутворення замість того, щоб рости на існуючі раніше з них (насіння). [31] Зростання є результатом конкуренції між поверхневою енергією (що збільшує несприятливу з ростом) і об'ємної енергії (що сприятливо зменшується з ростом). Баланс між енергетикою зростання і розчинення є причиною для рівномірного зростання тільки на колишні насіння (і без нового нуклеации). [32] Зростання відбувається за рахунок додавання атомів металу з розчину зростання на насіння і обміну лігандів між лігандами зростання (які мають більш високу спорідненість зв'язує) і насінням лігандів. [33]

Діапазон і напрямок росту можна керувати за допомогою nanoseed, концентрація попередника металу, лиганда і умов реакції (тепло, тиск і т.д.). [34] Управління стехиометрические умови вирішення зростання контролює кінцевий розмір часток. Наприклад, низька концентрація насіння металу в попереднику металу в розчині зростання буде виробляти більші частки. Укупорювальні агент було показано, контролювати напрямок росту і, таким чином, форму. Ліганди можуть мати різну афінність зв'язування через частинки. Диференціальне зв'язування всередині частинки може призвести до відрізняється зростання в частці. Це створює анізотропні частки з несферичних форми, включаючи призм, кубів і стрижнів. [35] [36]

Light-опосередкованого зростання [ правити ]

Легкі опосередкованої синтезів були також досліджені, де світло може сприяти формуванню різних наночастинок срібла морфологією. [10] [37]

Срібна реакція дзеркало [ правити ]

Реакційний срібло дзеркало включає конверсію нітрату срібла в Ag (NH3) ОН. Ag (NH3), ВІН потім відновлюють в колоїдного срібла з використанням альдегіду, що містить молекулу, такі як цукор. Реакція срібло дзеркало виглядає наступним чином:

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

Розмір і форма наночастинок, отриманих важко контролювати, і часто мають широкі розподілу. [39] Однак, цей метод часто використовується для застосування тонких покриттів з частинок срібла на поверхні і в подальшому вивченні у виробництві більш однорідного розміру наночастинок робиться. [39]

Іонної імплантації [ правити ]

Іонної імплантації була використана для створення наночастинки срібла , впроваджених в скло , поліуретан , силікон , поліетилен і полі (метилметакрилат) . Частинки закладені в підкладку за допомогою бомбардування при високих прискорюють напруг. При фіксованій щільності струму іонного пучка до певного значення, розмір вкладених наночастинок срібла було виявлено, що монодисперсних в популяції, [40] , після чого спостерігається тільки підвищення концентрації іонів. Подальше збільшення дози іонного пучка було виявлено, щоб зменшити як розмір наночастинок і щільність в мішені підкладки, в той час як іонний пучок, що працює при високому ускоряющем напрузі з поступовим збільшенням щільності струму було встановлено, призводить до поступового збільшення розмір наночастинок. Є кілька конкуруючих механізмів, які можуть привести до зменшення розміру наночастинок; Руйнування NPs при зіткненні, напилення поверхні зразка, злитий частинок при нагріванні і дисоціації. [40]

Формування впровадженими наночастинками є складним, і все керуючих параметрів і факторів, які ще не були досліджені. Комп'ютерне моделювання як і раніше важко, як це пов'язано з процесами дифузії та кластеризації, однак вона може бути розбита на кілька різних суб-процесів, таких як імплантації, дифузії і зростання. Після імплантації, іони срібла досягне різних глибин в підкладці , яка наближається до гауссово розподіл із середнім значенням з центром в точці х глибина. Високі температурні умови під час початкових технологічних стадій імплантації збільшить дифузії домішки в підкладці і в результаті обмежує насичення Падаючий іон, який необхідний для зародження наночастинок. [41] Як температура імплантату і щільність струму іонних пучків мають вирішальне значення для управління, щоб отримати монодисперсні розміру наночастинок і розподіл по глибині. Низька щільність струму може бути використана для боротьби з тепловим збудженням від іонного пучка і накопичення заряду поверхні. Після імплантації на поверхні, струми пучка може бути підвищена, як поверхнева провідність буде збільшуватися. [41] Швидкість , при якій домішки дифузний швидко падає після утворення наночастинок, які діють в якості мобільного іонної пастки. Це говорить про те, що початок процесу імплантації має вирішальне значення для контролю відстані і глибини отриманих наночастинок, а також контроль температури підкладки і щільності іонного пучка. Присутність і природа цих частинок можуть бути проаналізовані за допомогою численних спектроскопії і мікроскопії інструментів. [41] Наночастки синтезували в підкладці демонструють поверхневого плазмонного резонансу , про що свідчать характерні смуги поглинання; Ці особливості зазнають спектральні зрушення в залежності від розміру наночастинок і нерівностей поверхні, [40] , однак оптичні властивості також сильно залежать від матеріалу підкладки з композиційного матеріалу .

Біологічний синтез [ правити ]

Біологічний синтез наночастинок забезпечило кошти для вдосконалених методів по порівнянні з традиційними методами , які вимагають використання шкідливих восстановителей , як боргідрід натрію . Багато з цих методів може поліпшити їх вплив на навколишнє середовище шляхом заміни цих відносно сильні відновники. Проблеми, пов'язані з хімічною продукцією наночастинок срібла, як правило, включає в себе високу вартість і довговічність частинок недовгим через агрегації. Жорсткість стандартних хімічних методів викликало застосування з використанням біологічних організмів для зменшення іонів срібла в розчині в колоїдних наночастинок. [42] [43]

Крім того, точний контроль над формою і розмірами має життєво важливе значення в процесі синтезу наночастинок, так як лікувальні властивості ЯІЕ тісно залежить від таких факторів. [44] Таким чином, основним об'єктом досліджень в биогенного синтезу в розробці методів , які послідовно відтворюють NPS з точними властивостями. [45] [46]

Гриби і бактерії [ правити ]

Загальне уявлення синтезу і застосування біогенних синтезованих наночастинок срібла з використанням рослинних екстрактів.

Бактеріальними і грибковими синтез наночастинок є практичним, оскільки бактерії і гриби прості у використанні і можуть бути змінені генетично з легкістю. Це забезпечує кошти для розробки біомолекул, які можуть синтезувати AgNPs різної форми і розмірів з високим виходом, який знаходиться на передньому краї поточних проблем в області синтезу наночастинок. Грибкові штами , такі як Verticillium і бактеріальні штами , такі як К. Пневмококк може бути використаний в синтезі наночастинок срібла. [47] Коли грибок / бактерії додають в розчин, біомаса білок вивільняється в розчин. [47] Електронно жертвуючи залишки , такі як триптофан і тирозин зменшити іонів срібла в розчині , внесених нітрату срібла. [47] Ці методи були знайдені , щоб ефективно створити стабільні монодисперсних наночастинок без використання шкідливих восстановителей.

Спосіб був знайдений зменшення іонів срібла шляхом введення гриба Fusarium oxysporum . Наночастки , утворені в цьому способі , мають розмір в діапазоні від 5 до 15 нм і складаються з срібною гідрозолі . Зменшення наночастинок срібла , як вважають, походять з ферментативних наночастинок процесу і срібла , вироблених надзвичайно стабільними з - за взаємодії з білками , які в екскрементах грибів.

Бактерія знайдені в срібних рудниках, Pseudomonas stutzeri AG259, були в змозі побудувати частки срібла в формах трикутників і шестикутників. Розмір цих наночастинок мав великий діапазон розмірів і деякі з них досягли великих розмірів, ніж зазвичай нанорівні з розміром 200 нм. Наночастки срібла були знайдені в органічній матриці бактерій. [48]

Молочно - кислі виробництва бактерії були використані для отримання наночастинки срібла. Бактерії Lactobacillus SPP., Pediococcus pentosaceus, Enteroccus faeciumI і Lactococcus garvieae були знайдені , щоб мати можливість зменшити іони срібла в наночастинки срібла. Виробництво наночастинок відбувається в клітці від взаємодії між іонами срібла і органічних сполук клітини. Було встановлено , що бактерії Lactobacillus fermentum створили найдрібніші наночастинки срібла із середнім розміром 11,2 нм. Було також встановлено, що ця бактерія справила наночастинки з найменшим розподілом за розмірами, а наночастинки були виявлені в основному на зовнішній стороні клітин. Було також встановлено , що відбулося збільшення рН збільшували швидкість яких були зроблені наночастинки і кількість частинок , що утворюються. [49]

Рослини [ правити ]

Відновлення іонів срібла в наночастинки срібла також були досягнуті з допомогою герані листя. Було виявлено, що додавання екстракту герані листя в розчини срібла нітрату призводить до їх іони срібла, які будуть швидко зменшується і, що наночастинки, отримані практично стабільні. Наночастки срібла, отримані в розчині мали розмір в діапазоні від 16 до 40 нм. [48]

В іншому дослідженні, екстракти листя різних рослинних були використані для зменшення іонів срібла. Було встановлено , що з Camellia Sinensis (зелений чай), сосна , хурма , Гінко , магнолії і платанів , що екстракт магнолії лист був кращим при створенні наночастинок срібла. Цей метод створено частинок з діапазоном розмірів від дисперсної 15 до 500 нм, але при цьому було встановлено, що розмір часток може регулюватися шляхом зміни температури реакції. Швидкість, з якою іони були зменшені екстракту магнолії листя була порівнянна з тим, щоб використовувати хімічні речовини, щоб зменшити. [42] [50]

Використання рослин, бактерій і грибів у виробництві наночастинок срібла веде шлях до більш екологічно чистим виробництва наночастинок срібла. [43]

Зелений метод доступний для синтезу наночастинок срібла з використанням Amaranthus gangeticus екстракт листя Linn. [51]

Продукти харчування й функционализации [ правити ]

Синтетичні протоколи для виробництва наночастинок срібла можуть бути модифіковані для отримання наночастинок срібла з несферіческой геометрії, а також для функціоналізації наночастинок з різними матеріалами, такими як діоксид кремнію. Створення наночастинок срібла різної форми і поверхневих покриттів дозволяє для більшого контролю над їх розміру конкретних властивостей.

Анізотропні структури [ правити ]

наночастинки срібла можуть бути синтезовані в різних несферичних (анізотропних) форм. Так як срібло, як і інші благородні метали, має розмір і форма якої залежить оптичний ефект, відомий як локалізований поверхневого плазмонного резонансу (LSPR) на нанорівні, здатність синтезувати наночастинки Ag в різних формах значно збільшує можливість налаштувати їх оптичні характеристики. Наприклад, довжина хвилі, при якій має місце для LSPR наночастинок однієї морфології (наприклад, сфера) буде відрізнятися, якщо ця сфера перетворюється в іншу форму. Ця форма залежність дозволяє наночастинок срібла випробувати оптичне посилення в діапазоні різних довжин хвиль, навіть при збереженні розміру відносно постійним, просто шляхом зміни його форми. Застосування цієї форми експлуатовані розширення діапазону оптичного поведінки від розробки більш чутливих біосенсорів для підвищення довговічності текстильних виробів. [52] [53]

Трикутні nanoprisms [ правити ]

Трикутні форми наночастинки представляють собою канонічний вид анизотропной морфології досліджуваного для золота і срібла. [54]

Хоча багато різних методів для срібла синтезу nanoprism існує кілька методів використовують посівного опосередкованої підхід, який включає в себе перший синтез невеликих (3-5 нм в діаметрі) наночастинки срібла, які пропонують шаблон для зростання форми спрямованого на трикутні наноструктурах. [55]

Насіння срібла синтезуються шляхом змішування нітрату срібла і цитрат натрію у водному розчині, а потім швидко додавати борогідрид натрію. Додатковий нітрат срібла до розчину додають насіння при низькій температурі, а призм вирощують повільно знижуючи надлишок нітрату срібла з використанням аскорбінової кислоти. [6]

Насінням-опосередкований підхід до сріблу синтезу nanoprism, селективність однієї форми над іншою може частково контролюватися закупорювання ліганду. Використовуючи по суті ту ж саму процедуру, описану вище, але зміни цитрат полі (винилпирролидон) (PVP) дає куб і паличковидних наноструктури замість трикутних nanoprisms. [56]

На додаток до насіння опосередкованої методики, срібла nanoprisms також можуть бути синтезовані з використанням фото-опосередкований підхід, при якому існували до цього сферичні наночастинки срібла перетворюються в трикутних nanoprisms просто шляхом впливу реакційної суміші до високої інтенсивності світла. [57]

Нанокубіков [ правити ]

Silver нанокубіков можуть бути синтезовані з використанням етиленгліколь як відновлюючого агента і PVP як блокуючого агента, в реакції синтезу поліолів (дивись вище). Типовий синтез з використанням цих реагентів включає в себе додавання свіжої нітратом срібла і PVP до розчину етиленгліколю нагрівали при 140 ° С. [58]

Ця процедура може фактично бути змінені, щоб зробити інший анізотропну срібний наноструктури, нанопроволоки, шляхом просто дозволяючи розчин нітрату срібла до віку, перш ніж використовувати його в синтезі. Допускаючи розчин нітрату срібла до віку, початкова наноструктури, сформованої в процесі синтезу, трохи відрізняється, ніж отриманий зі свіжих нітрату срібла, який впливає на процес зростання, і, отже, морфологія кінцевого продукту. [58]

Покриття з діоксидом кремнію [ правити ]

Загальна процедура для покриття колоїдні частинки кремнезему. По-перше PVP абсорбують на поверхні колоїдної. Ці частинки поміщають в розчин аміаку в етанолі. частка потім починає зростати шляхом додавання Si (OET4).

У цьому методі, полівінілпіролідону (PVP) , розчиняють у воді шляхом обробки ультразвуком і змішані зі сріблом колоїдними частинками. [1] Активне перемішування забезпечує ПВП з адсорбованим на поверхні наночастинок. [1] Центрифугування відділяє наночастинки PVP з покриттям , які потім переносять в розчин етанолу , щоб бути ще центрифугируют і поміщають в розчин аміаку , етанолу і Si (OEt) 4 (TES). [1] Перемішують в протягом дванадцяти годин призводить до двоокису кремнію оболонки формується складається з навколишнього шару оксиду кремнію з ефірної зв'язком , доступною для додавання функціональності. [1] варіювання кількості TES дозволяє різної товщини оболонок , утворених. [1] Цей метод є популярним з - за можливості додавати різні функціональні можливості до відкритої поверхні діоксиду кремнію.

Використовуйте [ правити ]

Каталозі [ правити ]

Використання наночастинок срібла для каталізу набирає увагу в останні роки. Хоча найбільш загальні застосування в медичних або антибактеріальних цілей, наночастинки срібла було продемонстровано , щоб показати каталітичні окислювально - відновні властивості барвників, бензол, окис вуглецю і , ймовірно , інших з'єднань.

Примітка: Цей пункт є загальним описом властивостей наночастинок для каталізу; це не тільки для наночастинок срібла. Розмір наночастинок в значній мірі визначає властивості, що він володіє через різних квантових ефектів. Крім того, хімічне середовище наночастинок відіграє велику роль на каталітичні властивості. З огляду на це, важливо відзначити , що гетерогенний каталіз відбувається за рахунок адсорбції з реагуючих видів на каталітичному субстраті. Коли полімери , складні ліганди , або поверхнево -активні речовини використовуються для запобігання злипання наночастинок, каталітична здатність часто утруднено через - за зменшеною здатності адсорбції. [59] Однак ці сполуки також можуть бути використані таким чином , що хімічне середовище підвищує каталітичну здатність.

Підтримується на двоокису кремнію сферах - зменшення барвників [ правити ]

Наночастки срібла були синтезовані на носії з інертних кремнезему сфер. [59] підтримка практично не грає ніякої ролі в каталітичної здатності і служить в якості способу запобігання злипання наночастинок срібла в колоїдному розчині . Таким чином, наночастинки срібла були стабілізовані і вдалося продемонструвати здатність їх служити в якості електронного реле для зменшення барвників по боргідріда натрію . [59] Без каталізатора наночастинки срібла, практично не відбувається реакція між борогідридом натрію і різних барвників: метиленового синього , еозину і бенгальського рожевого .

Мезопористого аерогеля - селективне окислення бензолу [ правити ]

Наночастки срібла , нанесені на аерогеля є кращими з - за більшої кількості активних центрів . [60] Найвища селективність по відношенню до окислення бензолу до фенолу спостерігався при низьких масових відсотків срібла в матриці аерогеля (1% Ag). Це краще вибірковість , як вважають, є результатом більш високої монодисперсні всередині аерогеля матриці 1% зразка Ag. Кожен ваговій відсоток Сформований розчин частинок різного розміру з різною шириною діапазону розмірів. [60]

Срібний сплав - синергетичний окислення окису вуглецю [ правити ]

Наночастки сплаву Au-Ag , як було показано, що синергетичний ефект на окислення окису вуглецю (СО). [61] Самі по собі, кожна з чистого металу у вигляді наночастинок показує дуже низьку каталітичну активність для СО окислення ; разом, каталітичні властивості значно покращені. Передбачається , що золото виступає в якості сильного зв'язує агента для атома кисню , а срібло служить сильним окислювальним каталізатором, хоча точний механізм досі не вивчений. When synthesized in an Au/Ag ratio from 3:1 to 10:1, the alloyed nanoparticles showed complete conversion when 1% CO was fed in air at ambient temperature. [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.


Пара:Застосування Silver нанопроволокой на прозорому провідну плівку і Електрод електрохімічний конденсатор Наступний:Нано срібло в різні формати використовується в сучасній медицині