perak nanopartikel

- Mar 03, 2017 -

Nanopartikel perak nanopartikel dari perak antara 1 nm dan 100 nm dalam ukuran. [1] Sementara sering digambarkan sebagai 'perak' beberapa terdiri dari persentase besar dari oksida perak karena rasio yang besar dari atom perak permukaan-ke-massal. Banyak bentuk nanopartikel dapat dibangun tergantung pada aplikasi di tangan. Umum digunakan adalah nanopartikel perak bola tapi berlian, lembar segi delapan dan tipis juga populer. [1]

Luas permukaan yang sangat besar mereka memungkinkan koordinasi sejumlah besar ligan . Sifat-sifat nanopartikel perak berlaku untuk perawatan manusia berada di bawah penyelidikan dalam penelitian laboratorium dan hewan, menilai efikasi potensial, toksisitas, dan biaya.

metode sintetis

Kimia basah [ sunting ]

Metode yang paling umum untuk sintesis nanopartikel jatuh di bawah kategori kimia basah, atau nukleasi partikel dalam larutan. Nukleasi ini terjadi ketika kompleks ion perak, biasanya AgNO3 atau AgClO 4, dikurangi menjadi koloid perak di hadapan sebuah zat pereduksi . Ketika meningkat konsentrasi yang cukup, terlarut ion perak metalik mengikat bersama untuk membentuk permukaan yang stabil. permukaan adalah semangat yang tidak menguntungkan ketika cluster kecil, karena energi yang didapat dengan mengurangi konsentrasi partikel terlarut tidak setinggi energi yang hilang dari menciptakan permukaan baru. [2] Ketika cluster mencapai ukuran tertentu, yang dikenal sebagai radius kritis, menjadi penuh semangat menguntungkan, dan dengan demikian cukup untuk terus tumbuh stabil. Inti ini kemudian tetap dalam sistem dan tumbuh sebagai atom perak lebih menyebar melalui solusi dan melampirkan ke permukaan [3] Ketika konsentrasi terlarut perak atom berkurang cukup, itu tidak mungkin lagi untuk cukup atom untuk mengikat bersama-sama untuk membentuk stabil inti. Pada ambang nukleasi ini, nanopartikel baru berhenti terbentuk, dan perak terlarut sisanya diserap oleh difusi ke dalam nanopartikel tumbuh dalam larutan.

Sebagai partikel tumbuh, molekul lain dalam larutan berdifusi dan melampirkan ke permukaan. Proses ini menstabilkan energi permukaan partikel dan blok baru ion perak mencapai permukaan. Lampiran agen capping / menstabilkan tersebut melambat dan akhirnya berhenti pertumbuhan partikel. [4] Ligan capping yang paling umum adalah sitrat trisodium dan polivinilpirolidon (PVP), tetapi banyak orang lain juga digunakan dalam berbagai kondisi untuk mensintesis partikel dengan ukuran tertentu, bentuk, dan sifat permukaan. [5]

Ada banyak metode sintesis basah yang berbeda, termasuk penggunaan mengurangi gula, pengurangan sitrat, pengurangan melalui natrium borohidrida, [6] reaksi cermin perak, [7] proses poliol, [8] pertumbuhan benih-dimediasi, [9] dan light-dimediasi pertumbuhan. [10] Masing-masing metode, atau kombinasi metode, akan menawarkan berbeda derajat kontrol atas distribusi ukuran serta distribusi pengaturan geometris nanopartikel. [11]

A, teknik basah-kimia baru yang sangat menjanjikan ditemukan oleh Elsupikhe et al. (2015). [12] Mereka telah mengembangkan sintesis ultrasonically dibantu hijau. Di bawah USG pengobatan, nanopartikel perak (AgNP) disintesis dengan κ-karaginan sebagai stabilizer alami. Reaksi dilakukan pada suhu kamar dan menghasilkan nanopartikel perak dengan struktur kristal fcc tanpa kotoran. Konsentrasi κ-karaginan digunakan untuk mempengaruhi distribusi ukuran partikel dari AgNPs. [13]

Pengurangan monosakarida [ sunting ]

Ada banyak cara nanopartikel perak dapat disintesis; salah satu metode adalah melalui monosakarida . Ini termasuk glukosa , fruktosa , maltosa , maltodekstrin , dll tapi tidak sukrosa . Ini juga merupakan metode sederhana untuk mengurangi ion perak kembali ke nanopartikel perak karena biasanya melibatkan proses satu langkah ,. [14] Ada metode yang menunjukkan bahwa ini gula pereduksi sangat penting untuk pembentukan nanopartikel perak. Banyak penelitian menunjukkan bahwa metode sintesis hijau, khusus menggunakan Cacumen ekstrak platycladi, memungkinkan pengurangan perak. Selain itu, ukuran nanopartikel bisa dikontrol tergantung pada konsentrasi ekstrak. Studi-studi menunjukkan bahwa konsentrasi yang lebih tinggi berkorelasi dengan peningkatan jumlah nanopartikel. [14] nanopartikel lebih kecil terbentuk pada tinggi pH tingkat karena konsentrasi monosakarida.

Metode lain sintesis nanopartikel perak termasuk penggunaan gula pereduksi dengan pati alkali dan perak nitrat. The gula pereduksi memiliki free aldehida dan keton kelompok, yang memungkinkan mereka untuk dioksidasi menjadi glukonat . [15] monosakarida harus memiliki kelompok keton bebas karena untuk bertindak sebagai agen pereduksi pertama mengalami tautomerization . Selain itu, jika aldehid terikat, itu akan terjebak dalam bentuk siklik dan tidak dapat bertindak sebagai agen mengurangi. Misalnya, glukosa memiliki aldehida kelompok fungsional yang mampu mengurangi kation perak untuk atom perak dan kemudian dioksidasi untuk glukonat asam . [16] Reaksi untuk gula akan teroksidasi terjadi dalam larutan air. Agen capping juga tidak hadir ketika dipanaskan.

Pengurangan sitrat [ sunting ]

Awal, dan sangat umum, metode untuk mensintesis nanopartikel perak pengurangan sitrat. Metode ini pertama kali dicatat oleh MC Lea, yang berhasil menghasilkan koloid perak sitrat-stabil pada tahun 1889. [17] pengurangan Sitrat melibatkan pengurangan partikel sumber perak, biasanya AgNO3 atau AgClO 4, untuk perak koloid menggunakan trisodium sitrat , Na 3 C 6 H 5 O 7. [18] sintesis biasanya dilakukan pada suhu tinggi (~ 100 ° C) untuk memaksimalkan monodispersity (keseragaman baik dalam ukuran dan bentuk) dari partikel. Dalam metode ini, ion sitrat tradisional bertindak baik sebagai reduktor dan ligan capping, [18] sehingga proses yang berguna untuk produksi AgNP karena relatif mudah dan waktu reaksi yang singkat. Namun, partikel perak terbentuk mungkin menunjukkan distribusi ukuran luas dan membentuk beberapa geometri partikel yang berbeda secara bersamaan. [17] Penambahan agen pereduksi kuat untuk reaksi ini sering digunakan untuk mensintesis partikel ukuran lebih seragam dan bentuk. [18]

Pengurangan melalui natrium borohidrida [ sunting ]

Sintesis nanopartikel perak dengan natrium borohidrida (NaBH 4) reduksi terjadi dengan reaksi berikut: [19]

Ag + + BH 4 - + 3H 2 O → Ag 0 + B (OH) 3 + 3.5H 2

atom logam berkurang akan membentuk inti nanopartikel. Secara keseluruhan, proses ini mirip dengan metode pengurangan atas menggunakan sitrat. Keuntungan menggunakan natrium borohidrida meningkat monodispersity dari populasi partikel akhir. Alasan untuk peningkatan monodispersity saat menggunakan NaBH 4 adalah bahwa itu adalah reduktor kuat dari sitrat. Dampak mengurangi kekuatan agen dapat dilihat dengan memeriksa diagram LaMer yang menggambarkan nukleasi dan pertumbuhan nanopartikel. [20]

Ketika perak nitrat (3 AgNO) dikurangi dengan agen mengurangi lemah seperti sitrat, tingkat penurunan lebih rendah yang berarti bahwa inti baru terbentuk dan inti tua tumbuh bersamaan. Ini adalah alasan bahwa reaksi sitrat memiliki monodispersity rendah. Karena NaBH 4 adalah reduktor yang lebih kuat, konsentrasi perak nitrat berkurang dengan cepat yang mempersingkat waktu selama bentuk inti baru dan tumbuh bersamaan menghasilkan populasi monodispersed nanopartikel perak.

Partikel yang dibentuk oleh pengurangan harus memiliki permukaan mereka stabil untuk mencegah yang tidak diinginkan aglomerasi partikel (ketika beberapa partikel ikatan bersama-sama), pertumbuhan, atau pengkasaran. Kekuatan pendorong untuk fenomena ini adalah meminimalkan energi permukaan (nanopartikel memiliki permukaan besar untuk rasio volume). Kecenderungan ini untuk mengurangi energi permukaan dalam sistem dapat dinetralkan dengan menambahkan spesies yang akan menyerap ke permukaan nanopartikel dan menurunkan aktivitas permukaan partikel sehingga mencegah aglomerasi partikel menurut teori DLVO dan mencegah pertumbuhan dengan menduduki situs lampiran untuk logam atom. spesies kimia yang menyerap ke permukaan nanopartikel disebut ligan. Beberapa permukaan ini menstabilkan spesies: NaBH 4 dalam jumlah besar, [19] poli (vinil pirolidon) (PVP), [21] natrium dodesil sulfat (SDS), [19] [21] dan / atau tiol dodekana. [22]

Setelah partikel telah terbentuk dalam larutan mereka harus dipisahkan dan dikumpulkan. Ada beberapa metode umum untuk menghapus nanopartikel dari solusi, termasuk penguapan fase pelarut [22] atau penambahan bahan kimia untuk solusi yang menurunkan kelarutan nanopartikel dalam larutan. [23] Kedua metode memaksa pengendapan nanopartikel.

Proses poliol [ sunting ]

The poliol proses adalah metode sangat berguna karena menghasilkan tingkat tinggi kontrol atas kedua ukuran dan geometri nanopartikel yang dihasilkan. Secara umum, sintesis poliol dimulai dengan pemanasan senyawa poliol seperti etilena glikol, 1,5-pentanediol, atau 1,2-propilena glycol7. Sebuah Ag + spesies dan agen capping ditambahkan (meskipun poliol itu sendiri juga sering agen capping). The Ag spesies + kemudian dikurangi dengan poliol untuk nanopartikel koloid. [24] Proses poliol sangat sensitif terhadap kondisi reaksi seperti suhu, lingkungan kimia, dan konsentrasi substrat. [25] [26] Oleh karena itu, dengan mengubah variabel-variabel ini, berbagai ukuran dan geometri dapat dipilih untuk seperti kuasi-bola, piramida, bola, dan kabel. [11] Penelitian lebih lanjut telah meneliti mekanisme untuk proses ini serta menghasilkan geometri dalam berbagai kondisi reaksi secara lebih rinci. [8] [27]

Benih-dimediasi pertumbuhan [ sunting ]

pertumbuhan benih-dimediasi adalah metode sintetis yang kecil, inti stabil tumbuh dalam lingkungan kimia yang terpisah dengan ukuran dan bentuk yang diinginkan. Metode benih-dimediasi terdiri dari dua tahap yang berbeda: nukleasi dan pertumbuhan. Variasi faktor-faktor tertentu dalam sintesis (misalnya ligan, waktu nukleasi, mengurangi agen, dll), [28] dapat mengontrol ukuran akhir dan bentuk nanopartikel, membuat pertumbuhan benih-dimediasi pendekatan sintetik populer untuk mengendalikan morfologi nanopartikel.

Tahap nukleasi pertumbuhan benih-dimediasi terdiri dari pengurangan ion logam dalam prekursor untuk atom logam. Untuk mengendalikan distribusi ukuran biji, masa nukleasi harus dibuat singkat untuk monodispersity. Model LaMer menggambarkan konsep ini. [29] Bibit biasanya terdiri nanopartikel kecil, stabil oleh ligan . Ligan kecil, molekul biasanya organik yang mengikat ke permukaan partikel, mencegah benih dari pertumbuhan lebih lanjut. Ligan diperlukan karena mereka meningkatkan penghalang energi koagulasi, mencegah aglomerasi. Keseimbangan antara kekuatan menarik dan menjijikkan dalam solusi koloid dapat dimodelkan oleh teori DLVO . [30] Ligan mengikat afinitas, dan selektivitas dapat digunakan untuk mengontrol bentuk dan pertumbuhan. Untuk sintesis benih, ligan dengan media untuk afinitas ikatan yang rendah harus dipilih untuk memungkinkan untuk pertukaran selama fase pertumbuhan.

Pertumbuhan nanoseeds melibatkan menempatkan benih ke dalam larutan pertumbuhan. Solusi pertumbuhan membutuhkan konsentrasi rendah dari prekursor logam, ligan yang akan mudah bertukar dengan ligan benih yang sudah ada sebelumnya, dan konsentrasi yang lemah atau sangat rendah reduktor. Zat pereduksi tidak harus cukup kuat untuk mengurangi prekursor logam dalam larutan pertumbuhan tanpa adanya benih. Jika tidak, solusi pertumbuhan akan membentuk nukleasi baru bukannya tumbuh pada yang sudah ada sebelumnya (biji). [31] Pertumbuhan merupakan hasil dari persaingan antara energi permukaan (yang meningkatkan kurang menguntungkan dengan pertumbuhan) dan energi massal (yang menurunkan menguntungkan dengan pertumbuhan). Keseimbangan antara energetika pertumbuhan dan pembubaran adalah alasan untuk pertumbuhan seragam hanya pada biji yang sudah ada sebelumnya (dan tidak ada nukleasi baru). [32] Pertumbuhan terjadi dengan penambahan atom logam dari larutan pertumbuhan benih, dan pertukaran ligan antara ligan pertumbuhan (yang memiliki afinitas ikatan yang lebih tinggi) dan ligan benih. [33]

Range dan arah pertumbuhan dapat dikontrol oleh nanoseed, konsentrasi prekursor logam, ligan, dan kondisi reaksi (panas, tekanan, dll). [34] Mengontrol kondisi stoikiometri larutan pertumbuhan mengontrol ukuran utama dari partikel. Misalnya, konsentrasi rendah biji logam untuk prekursor logam dalam larutan pertumbuhan akan menghasilkan partikel yang lebih besar. agen capping telah ditunjukkan untuk mengontrol arah pertumbuhan dan dengan demikian bentuk. Ligan dapat memiliki berbagai afinitas untuk mengikat seluruh partikel. Differential mengikat dalam sebuah partikel dapat menghasilkan pertumbuhan yang berbeda di seluruh partikel. Ini menghasilkan partikel anisotropic dengan bentuk nonspherical termasuk prisma, kubus, dan batang. [35] [36]

Pertumbuhan cahaya-dimediasi [ sunting ]

sintesis cahaya-dimediasi juga telah dieksplorasi di mana cahaya dapat mempromosikan pembentukan berbagai morfologi nanopartikel perak. [10] [37]

Reaksi cermin perak [ sunting ]

Reaksi cermin perak melibatkan konversi dari perak nitrat ke Ag (NH3) OH. Ag (NH3) OH selanjutnya diturunkan ke dalam koloid perak menggunakan aldehida yang mengandung molekul seperti gula. Reaksi cermin perak adalah sebagai berikut:

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

Ukuran dan bentuk dari nanopartikel yang dihasilkan sulit untuk mengontrol dan sering memiliki distribusi yang luas. [39] Namun, metode ini sering digunakan untuk menerapkan lapisan tipis partikel perak ke permukaan dan studi lebih lanjut untuk memproduksi lebih seragam nanopartikel berukuran sedang dilakukan. [39]

Ion implantasi [ sunting ]

Implantasi ion telah digunakan untuk membuat nanopartikel perak tertanam dalam kaca , poliuretan , silikon , polyethylene , dan poli (metil metakrilat) . Partikel yang tertanam dalam substrat dengan cara pengeboman mempercepat tinggi tegangan. Pada rapat arus tetap dari sinar ion hingga nilai tertentu, ukuran nanopartikel perak tertanam telah ditemukan untuk menjadi monodisperse dalam populasi, [40] setelah yang hanya peningkatan konsentrasi ion diamati. Sebuah peningkatan lebih lanjut dalam dosis sinar ion telah ditemukan untuk mengurangi baik ukuran nanopartikel dan kepadatan di substrat sasaran, sedangkan sinar ion yang beroperasi pada tegangan mempercepat tinggi dengan secara bertahap meningkatkan kepadatan saat ini telah ditemukan untuk menghasilkan peningkatan bertahap dalam ukuran nanopartikel. Ada beberapa mekanisme bersaing yang dapat mengakibatkan penurunan ukuran nanopartikel; penghancuran NP pada tabrakan, sputtering dari permukaan sampel, fusi partikel pada pemanasan dan disosiasi. [40]

Pembentukan nanopartikel tertanam adalah kompleks, dan semua parameter pengendalian dan faktor belum diselidiki. Simulasi komputer masih sulit karena melibatkan proses difusi dan clustering, namun dapat dipecah ke dalam beberapa sub-proses seperti implantasi, difusi, dan pertumbuhan. Setelah implantasi, ion perak akan mencapai kedalaman yang berbeda dalam substrat yang mendekati distribusi Gaussian dengan mean berpusat di kedalaman X. kondisi suhu tinggi selama tahap awal dari implantasi akan meningkatkan difusi pengotor dalam substrat dan sebagai hasilnya membatasi kejenuhan ion menimpa, yang diperlukan untuk nanopartikel nukleasi. [41] Kedua suhu implan dan sinar ion kerapatan arus sangat penting untuk mengontrol untuk mendapatkan ukuran nanopartikel monodisperse dan distribusi kedalaman. Sebuah kepadatan arus rendah dapat digunakan untuk melawan agitasi termal dari sinar ion dan penumpukan muatan permukaan. Setelah implantasi di permukaan, arus balok dapat dinaikkan sebagai konduktivitas permukaan akan meningkat. [41] Tingkat di mana kotoran menyebar turun dengan cepat setelah pembentukan nanopartikel, yang bertindak sebagai perangkap ion mobile. Hal ini menunjukkan bahwa awal proses implantasi sangat penting untuk mengontrol jarak dan kedalaman nanopartikel yang dihasilkan, serta kontrol suhu substrat dan ion kepadatan balok. Keberadaan dan sifat dari partikel-partikel ini dapat dianalisis dengan menggunakan berbagai spektroskopi dan mikroskop instrumen. [41] nanopartikel disintesis di substrat pameran permukaan resonansi plasmon sebagaimana dibuktikan oleh band-band penyerapan karakteristik; fitur ini mengalami pergeseran spektral tergantung pada ukuran nanopartikel dan asperities permukaan, [40] namun sifat optik juga sangat tergantung pada bahan substrat komposit.

Sintesis biologis [ sunting ]

Sintesis biologis nanopartikel telah menyediakan sarana untuk meningkatkan teknik dibandingkan dengan metode tradisional yang menyerukan penggunaan agen pereduksi berbahaya seperti natrium borohidrida . Banyak dari metode ini bisa meningkatkan jejak lingkungan mereka dengan mengganti agen ini mengurangi relatif kuat. Masalah dengan produksi kimia nanopartikel perak biasanya melibatkan biaya tinggi dan umur panjang dari partikel yang berumur pendek karena agregasi. Kerasnya metode kimia standar telah memicu penggunaan menggunakan organisme biologis untuk mengurangi ion perak dalam larutan ke dalam nanopartikel koloid. [42] [43]

Selain itu, kontrol yang lebih tepat bentuk dan ukuran sangat penting selama sintesis nanopartikel sejak sifat terapeutik NP sangat erat bergantung pada faktor-faktor tersebut. [44] Oleh karena itu, fokus utama dari penelitian dalam sintesis biogenik adalah dalam mengembangkan metode yang konsisten mereproduksi NP dengan sifat yang tepat. [45] [46]

Jamur dan bakteri [ sunting ]

Sebuah representasi umum dari sintesis dan aplikasi nanopartikel perak biogenically disintesis menggunakan ekstrak tumbuhan.

Bakteri dan jamur sintesis nanopartikel praktis karena bakteri dan jamur mudah untuk menangani dan dapat dimodifikasi secara genetik dengan mudah. Ini menyediakan sarana untuk mengembangkan biomolekul yang dapat mensintesis AgNPs dari berbagai bentuk dan ukuran di hasil tinggi, yang berada di barisan depan tantangan saat ini dalam sintesis nanopartikel. Strain jamur seperti Verticillium dan strain bakteri seperti K. pneumoniae dapat digunakan dalam sintesis nanopartikel perak. [47] Ketika jamur / bakteri ditambahkan ke solusi, biomassa protein dilepaskan ke dalam larutan. [47] Elektron menyumbangkan residu seperti tryptophan dan tyrosine mengurangi ion perak dalam larutan disumbangkan oleh perak nitrat. [47] Metode ini telah ditemukan untuk secara efektif membuat nanopartikel monodisperse stabil tanpa menggunakan agen pereduksi berbahaya.

Sebuah metode telah ditemukan untuk mengurangi ion perak dengan pengenalan jamur Fusarium oxysporum . Nanopartikel terbentuk dalam metode ini memiliki berbagai ukuran antara 5 dan 15 nm dan terdiri dari perak hydrosol . Pengurangan nanopartikel perak diduga berasal dari proses dan perak nanopartikel enzimatik yang dihasilkan sangat stabil karena interaksi dengan protein yang diekskresikan oleh jamur.

Bakteri yang ditemukan di tambang perak, Pseudomonas stutzeri AG259, mampu membangun partikel perak dalam bentuk segitiga dan segi enam. Ukuran nanopartikel ini memiliki berbagai macam ukuran dan beberapa dari mereka mencapai ukuran lebih besar dari skala nano biasa dengan ukuran 200 nm. Nanopartikel perak ditemukan dalam matriks organik dari bakteri. [48]

Asam laktat bakteri memproduksi telah digunakan untuk menghasilkan nanopartikel perak. Bakteri Lactobacillus spp., Pediococcus pentosaceus, Enteroccus faeciumI, dan Lactococcus garvieae telah ditemukan dapat mengurangi ion perak dalam nanopartikel perak. Produksi nanopartikel berlangsung di sel dari interaksi antara ion perak dan senyawa organik dari sel. Ditemukan bahwa bakteri Lactobacillus fermentum menciptakan nanopartikel perak terkecil dengan ukuran rata-rata 11,2 nm. Itu juga menemukan bahwa bakteri ini menghasilkan nanopartikel dengan distribusi ukuran terkecil dan nanopartikel kebanyakan ditemukan di luar sel. Itu juga menemukan bahwa ada peningkatan pH meningkatkan tingkat yang nanopartikel diproduksi dan jumlah partikel yang dihasilkan. [49]

Tanaman [ sunting ]

Pengurangan ion perak dalam nanopartikel perak juga telah dicapai dengan menggunakan geranium daun. Telah ditemukan bahwa menambahkan ekstrak daun geranium untuk solusi perak nitrat menyebabkan ion perak mereka akan cepat berkurang dan bahwa nanopartikel yang dihasilkan sangat stabil. Nanopartikel perak yang dihasilkan dalam larutan memiliki berbagai ukuran antara 16 dan 40 nm. [48]

Dalam studi lain tanaman yang berbeda ekstrak daun digunakan untuk mengurangi ion perak. Ditemukan bahwa dari Camellia sinensis (teh hijau), pinus , kesemek , ginko , magnolia , dan platanus bahwa ekstrak daun magnolia adalah yang terbaik menciptakan nanopartikel perak. Metode ini dibuat partikel dengan berbagai ukuran dispersi dari 15-500 nm, tapi itu juga menemukan bahwa ukuran partikel dapat dikontrol dengan memvariasikan suhu reaksi. Kecepatan di mana ion dikurangi dengan ekstrak daun magnolia adalah sebanding dengan menggunakan bahan kimia untuk mengurangi. [42] [50]

Penggunaan tanaman, mikroba, dan jamur dalam produksi nanopartikel perak memimpin jalan untuk lebih ramah lingkungan produksi suara nanopartikel perak. [43]

Sebuah metode hijau yang tersedia untuk sintesis nanopartikel perak menggunakan Amaranthus gangeticus ekstrak daun Linn. [51]

Produk dan fungsionalisasi [ sunting ]

protokol sintetis untuk produksi perak nanopartikel dapat dimodifikasi untuk menghasilkan nanopartikel perak dengan geometri non-bola dan juga untuk memfungsionalisasikan nanopartikel dengan bahan yang berbeda, seperti silika. Menciptakan nanopartikel perak dari berbagai bentuk dan lapisan permukaan memungkinkan untuk kontrol lebih besar atas sifat ukuran-khusus mereka.

Struktur Anisotropic [ sunting ]

nanopartikel perak dapat disintesis dalam berbagai non-bulat (anisotropic) bentuk. Karena perak, seperti logam mulia lainnya, menunjukkan ukuran dan bentuk tergantung efek optik yang dikenal sebagai lokal plasmon resonansi permukaan (LSPR) pada skala nano, kemampuan untuk mensintesis Ag nanopartikel dalam berbagai bentuk sangat meningkatkan kemampuan untuk tune perilaku optik mereka. Misalnya, panjang gelombang di mana LSPR terjadi untuk nanopartikel satu morfologi (misalnya bola) akan berbeda jika bola yang berubah menjadi bentuk yang berbeda. Ketergantungan Bentuk ini memungkinkan nanopartikel perak mengalami peningkatan optik pada berbagai panjang gelombang yang berbeda, bahkan dengan menjaga ukuran relatif konstan, hanya dengan mengubah bentuknya. Aplikasi ekspansi bentuk-dieksploitasi ini dari jangkauan perilaku optik dari pengembangan biosensor lebih sensitif terhadap peningkatan umur panjang tekstil. [52] [53]

Nanoprisms segitiga [ sunting ]

nanopartikel berbentuk segitiga adalah jenis kanonik morfologi anisotropic dipelajari untuk emas dan perak. [54]

Meskipun banyak teknik yang berbeda untuk sintesis nanoprism perak ada, beberapa metode menggunakan pendekatan benih-dimediasi, yang melibatkan pertama mensintesis kecil nanopartikel (3-5 nm diameter) perak yang menawarkan template untuk pertumbuhan bentuk-diarahkan ke struktur nano segitiga. [55]

Benih perak disintesis dengan mencampur perak nitrat dan natrium sitrat dalam larutan air dan kemudian dengan cepat menambahkan natrium borohidrida. perak nitrat tambahan yang ditambahkan ke dalam larutan benih pada suhu rendah, dan prisma tumbuh dengan perlahan-lahan mengurangi perak nitrat kelebihan menggunakan asam askorbat. [6]

Dengan pendekatan benih-dimediasi untuk sintesis nanoprism perak, selektivitas satu bentuk di atas yang lain dapat sebagian dikendalikan oleh ligan capping. Menggunakan dasarnya prosedur yang sama di atas tetapi mengubah sitrat ke poli (vinil pirolidon) (PVP) menghasilkan kubus dan struktur nano berbentuk batang bukan Nanoprisms segitiga. [56]

Selain teknik benih dimediasi, Nanoprisms perak juga dapat disintesis menggunakan pendekatan foto-dimediasi, di mana sudah ada sebelumnya nanopartikel perak bola diubah menjadi Nanoprisms segitiga hanya dengan mengekspos campuran reaksi dengan intensitas tinggi cahaya. [57]

Nanocubes [ sunting ]

nanocubes perak dapat disintesis menggunakan ethylene glycol sebagai reduktor dan PVP sebagai agen capping, dalam reaksi sintesis poliol (vide supra). Sebuah sintesis khas menggunakan reagen ini melibatkan penambahan perak nitrat segar dan PVP untuk solusi dari etilena glikol dipanaskan pada 140 ° C. [58]

Prosedur ini sebenarnya dapat dimodifikasi untuk menghasilkan struktur nano perak lain anisotropic, kawat nano, dengan hanya membiarkan larutan perak nitrat untuk usia sebelum digunakan dalam sintesis. Dengan membiarkan solusi perak nitrat usia, struktur nano awal terbentuk selama sintesis yang sedikit berbeda dari yang diperoleh dengan nitrat segar perak, yang mempengaruhi proses pertumbuhan, dan karena itu, morfologi produk akhir. [58]

Coating dengan silika [ sunting ]

Prosedur umum untuk melapisi partikel koloid silika. PVP pertama diserap ke permukaan koloid. Partikel ini dimasukkan ke dalam larutan amonia dalam etanol. partikel kemudian mulai tumbuh dengan penambahan Si (OET4).

Dalam metode ini, polivinilpirolidon (PVP) dilarutkan dalam air dengan sonikasi dan dicampur dengan perak koloid partikel. [1] pengadukan Active memastikan PVT telah diserap ke permukaan nanopartikel. [1] mensentrifugasi memisahkan PVT dilapisi nanopartikel yang kemudian ditransfer ke dalam larutan etanol akan disentrifugasi lebih lanjut dan ditempatkan dalam larutan amonia , etanol dan Si (oet 4) (TES). [1] Pengadukan selama dua belas jam hasil dalam silika shell yang terbentuk terdiri dari lapisan sekitarnya silikon oksida dengan eter linkage yang tersedia untuk menambah fungsionalitas. [1] Memvariasikan jumlah TES memungkinkan untuk ketebalan yang berbeda dari kerang terbentuk. [1] Teknik ini populer karena kemampuan untuk menambah variasi suatu fungsionalitas ke permukaan silika terkena.

Gunakan [ sunting ]

Katalisis [ sunting ]

Menggunakan nanopartikel perak untuk katalisis telah mendapatkan perhatian dalam beberapa tahun terakhir. Meskipun aplikasi yang paling umum adalah untuk tujuan pengobatan atau antibakteri, nanopartikel perak telah terbukti menunjukkan katalitik redoks properti untuk pewarna, benzena, karbon monoksida, dan senyawa lainnya mungkin.

CATATAN: ayat ini adalah gambaran umum dari sifat nanopartikel untuk katalisis; tidak eksklusif untuk nanopartikel perak. Ukuran nanopartikel yang sangat menentukan sifat bahwa hal itu menunjukkan karena berbagai efek kuantum. Selain itu, lingkungan kimia dari nanopartikel memainkan peran besar pada sifat katalitik. Dengan pemikiran ini, penting untuk dicatat bahwa heterogen katalisis berlangsung dengan adsorpsi dari spesies reaktan ke substrat katalitik. Ketika polimer , kompleks ligan , atau surfaktan digunakan untuk mencegah perpaduan dari nanopartikel, kemampuan katalitik sering terhambat karena kemampuan adsorpsi berkurang. [59] Namun, senyawa ini juga dapat digunakan sedemikian rupa bahwa lingkungan kimia meningkatkan kemampuan katalitik.

Didukung pada bola silika - pengurangan pewarna [ sunting ]

Nanopartikel perak telah disintesis pada dukungan lembam silika bola. [59] The dukungan memainkan hampir tidak ada peran dalam kemampuan katalitik dan berfungsi sebagai metode pencegahan perpaduan dari nanopartikel perak dalam larutan koloid . Dengan demikian, nanopartikel perak stabil dan itu mungkin untuk menunjukkan kemampuan mereka untuk melayani sebagai relay elektron untuk pengurangan pewarna oleh natrium borohidrida . [59] Tanpa katalis perak nanopartikel, hampir tidak ada reaksi terjadi antara natrium borohidrida dan berbagai pewarna: biru metilen , eosin , dan naik bengal .

Mesopori aerogel - oksidasi selektif benzena [ sunting ]

Nanopartikel perak didukung pada aerogel yang menguntungkan karena jumlah yang lebih tinggi dari situs aktif . [60] The selektivitas tertinggi untuk oksidasi benzena untuk fenol diamati di rendah persen berat perak dalam matriks aerogel (1% Ag). Baik ini selektivitas diyakini akibat dari tinggi monodispersity dalam matriks aerogel dari Ag sampel 1%. Setiap solusi persen berat membentuk partikel berukuran berbeda dengan lebar yang berbeda dari berbagai ukuran. [60]

Perak paduan - oksidasi sinergis karbon monoksida [ sunting ]

Au-Ag nanopartikel paduan telah terbukti memiliki efek sinergis pada oksidasi karbon monoksida (CO). [61] Pada sendiri, masing-masing nanopartikel murni-logam menunjukkan aktivitas katalitik yang sangat buruk untuk CO oksidasi ; bersama-sama, sifat katalitik yang sangat ditingkatkan. Diusulkan bahwa emas bertindak sebagai agen pengikat yang kuat untuk atom oksigen dan perak berfungsi sebagai katalis oksidasi yang kuat, meskipun sebenarnya mekanisme masih belum sepenuhnya dipahami. Ketika disintesis dalam rasio Au / Ag dari 3: 1 sampai 10: 1, nanopartikel paduan menunjukkan konversi lengkap ketika 1% CO diumpankan di udara pada suhu kamar. [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.


Sepasang:Aplikasi dari Silver nanowires di Film Melakukan Transparan dan Electrode dari Elektrokimia Capacitor Berikutnya:Anorganik oksida