nanopartícules de plata

- Mar 03, 2017-

Les nanopartícules de plata són nanopartícules de plata d'entre 1 nm i 100 nm de grandària. [1] Si bé s'ha descrit amb freqüència com "plata" alguns estan compostos per un gran percentatge de òxid de plata per la seva gran proporció d'àtoms de plata de superfície a granel. Nombroses formes de nanopartícules poden ser construïts en funció de l'aplicació en qüestió. Comunament utilitzats són les nanopartícules de plata esfèriques sinó de diamant, fulles de planta octogonal i primes són també populars. [1]

La seva molt gran superfície permet la coordinació d'un gran nombre de lligands . Les propietats de les nanopartícules de plata aplicables als tractaments humans estan sota investigació en estudis de laboratori i amb animals, l'avaluació de la potencial eficàcia, toxicitat i costos.

Els mètodes sintètics

Química humida [ editar ]

Els mètodes més comuns per a la síntesi de nanopartícules caiguda en la categoria de química humida, o la nucleació de partícules dins d'una solució. Aquesta nucleació es produeix quan un complex de ions de plata, generalment AgNO 3 o AgClO 4, es redueix a plata col·loïdal en presència d'un agent reductor . Quan augmenta la concentració suficient, els ions metàl·lics de plata dissolts s'uneixen entre si per formar una superfície estable. La superfície és energèticament desfavorable quan el clúster és petita, a causa que l'energia obtinguda per la disminució de la concentració de partícules dissoltes no és tan alta com la pèrdua d'energia de la creació d'una nova superfície. [2] Quan el grup arriba a una certa grandària, conegut com el radi crític, es converteix energèticament favorable, i per tant suficient per seguir creixent estable. Aquest nucli a continuació, roman en el sistema i creix a mesura que més àtoms de plata difonen a través de la solució i s'uneixen a la superfície [3] Quan la concentració dissolta de la plata atòmica disminueix prou, ja no és possible per a suficients àtoms per unir-se entre si per formar un estable nucli. En aquest llindar de nucleació, deixa de ser formats noves nanopartícules, i la plata dissolta restant és absorbit per la difusió en els quals creixen les nanopartícules en la solució.

A mesura que creixen les partícules, altres molècules en la solució es difonen i s'uneixen a la superfície. Aquest procés estabilitza l'energia de superfície de la partícula i bloqueja nou els ions de plata a partir d'aconseguir la superfície. La unió d'aquests agents de terminació / estabilització s'alenteix i finalment s'atura el creixement de la partícula. [4] Els lligands de tapat més comuns són el citrat trisòdic i polivinilpirrolidona (PVP), però molts altres també s'utilitzen en diferents condicions per sintetitzar partícules amb determinats mides, formes i propietats de la superfície. [5]

Hi ha molts diferents mètodes de síntesi humides, incloent l'ús de sucres reductors, citrat de reducció, la reducció mitjançant borohidruro de sodi, [6] la reacció mirall de plata, [7] el procés de poliol, [8] el creixement de llavors intervinguda, [9] i lleuger creixement intervinguda. [10] Cada un d'aquests mètodes, o una combinació de mètodes, oferirà diferents graus de control sobre la distribució de mides, així com les distribucions de disposicions geomètriques de la nanopartícula. [11]

Una nova tècnica de química humida, molt prometedor va ser trobat per Elsupikhe et al. (2015). [12] S'han desenvolupat un verd síntesi assistida per ultrasons. Sota ultrasons tractament, les nanopartícules de plata (AgNP) es sintetitzen amb κ-carragenano com un estabilitzador natural. La reacció es realitza a temperatura ambient i produeix nanopartícules de plata amb estructura de vidre fcc sense impureses. La concentració de κ-carragenano s'utilitza per influir en la distribució de la mida de partícula dels AGNPS. [13]

Reducció del monosacàrid [ editar ]

Hi ha moltes maneres de nanopartícules de plata poden ser sintetitzats; un mètode és a través de monosacàrids . Això inclou glucosa , fructosa , maltosa , maltodextrina , etc., però no sacarosa . També és un mètode simple per reduir els ions de plata de nou a les nanopartícules de plata, ja que en general implica un procés d'un sol pas,. [14] Hi ha hagut mètodes que indicaven que aquests sucres reductors són essencials per a la formació de nanopartícules de plata. Molts estudis indiquen que aquest mètode de síntesi verd, usant específicament Cacumen extracte platycladi, va permetre la reducció de la plata. A més, la mida de la nanopartícula podria ser controlada depenent de la concentració de l'extracte. Els estudis indiquen que les concentracions més altes correlacionen amb un major nombre de nanopartícules. [14] nanopartícules més petites es van formar a altes pH nivells a causa de la concentració dels monosacàrids.

Un altre mètode de síntesi de nanopartícules de plata inclou l'ús de sucres reductors amb midó alcalí i nitrat de plata. Els sucres reductors lliures tenen aldehid i cetona grups, que els permeten ser oxidats en gluconat . [15] El monosacàrid ha de tenir un grup cetona lliure perquè per tal d'actuar com un agent reductor que primer se sotmet a tautomerización . A més, si els aldehids s'uneixen, s'ha quedat encallat en forma cíclica i no pot actuar com un agent reductor. Per exemple, la glucosa té un aldehid grup funcional que és capaç de reduir cations de plata a àtoms de plata i després es s'oxida a àcid glucònic . [16] La reacció per als sucres de ser oxidat es produeix en solucions aquoses. L'agent de rematada també no està present quan s'escalfa.

Citrat de reducció [ editar ]

Un mètode primerenca, i molt comú per a la síntesi de nanopartícules de plata és la reducció de citrat. Aquest mètode es va registrar primer per MC Llegeixi, que va produir amb èxit un col·loide de plata de citrat estabilitzat en 1889. [17] reducció Citrat implica la reducció d'una partícula font de plata, generalment AgNO 3 o AgClO 4, a la plata col·loïdal usant citrat trisòdic , Na 3 C 6 H 5 O 7. [18] La síntesi es realitza generalment a una temperatura elevada (~ 100 ° C) per a maximitzar la monodispersidad (uniformitat tant en grandària i forma) de la partícula. En aquest mètode, l'ió citrat tradicionalment actua com l'agent reductor i el lligant limitació, [18] el que és un procés útil per a la producció de AgNP causa de la seva relativa facilitat i temps de reacció curt. No obstant això, les partícules de plata formats poden exhibir àmplies distribucions de mida i formar diverses geometries de partícules diferents al mateix temps. [17] L'addició d'agents reductors forts per la reacció s'usa amb freqüència per sintetitzar partícules d'una grandària i forma més uniforme. [18]

Reducció a través d'borohidruro de sodi [ editar ]

La síntesi de nanopartícules de plata per borohidruro de sodi (NaBH 4) la reducció es produeix per la reacció següent: [19]

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

Els àtoms de metall reduït es formaran nuclis de nanopartícules. En general, aquest procés és similar al mètode de reducció anterior utilitzant citrat. L'avantatge d'utilitzar borohidruro de sodi s'incrementa monodispersidad de la població final de partícules. La raó per l'augment de la monodispersidad utilitzant NaBH 4 és que és un agent reductor més fort que el citrat. L'impacte de la reducció de la força agent es pot veure mitjançant la inspecció d'un diagrama de llepar que descriu la nucleació i el creixement de les nanopartícules. [20]

Quan nitrat de plata (AgNO 3) es redueix mitjançant un agent reductor feble com citrat, la taxa de reducció és menor que significa que els nous nuclis estan formant i vells nuclis estan creixent simultàniament. Aquesta és la raó per la qual la reacció té baixa citrat de monodispersidad. A causa NaBH 4 és un agent reductor més fort, la concentració de nitrat de plata es redueix ràpidament el que escurça el temps durant el qual nova forma nuclis i créixer al mateix temps produint una població monodispersa de nanopartícules de plata.

Les partícules formades per la reducció han de tenir les seves superfícies estabilitzats per evitar l'aglomeració de partícules indesitjables (quan múltiples partícules s'uneixen entre si), el creixement, o engrossiment. La força motriu d'aquests fenòmens és la minimització de l'energia superficial (nanopartícules tenen una gran superfície en relació al volum). Aquesta tendència a reduir l'energia superficial en el sistema pot ser contrarestat mitjançant l'addició de les espècies que s'adsorbeixen a la superfície de les nanopartícules i disminueix l'activitat de la superfície de la partícula evitant així l'aglomeració de partícules d'acord amb la teoria DLVO i prevenir el creixement mitjançant l'ocupació de llocs d'unió per a metall àtoms. espècies químiques que s'adsorbeixen a la superfície de les nanopartícules es denominen lligands. Alguns d'aquests superfície estabilitzar espècies són: NaBH 4 en grans quantitats, [19] de poli (vinil pirrolidona) (PVP), [21] de dodecil sulfat de sodi (SDS), [19] [21] i / o tiol dodecano. [22]

Una vegada que les partícules s'han format en solució han de ser separats i recollits. Hi ha diversos mètodes generals per eliminar les nanopartícules de solució, incloent l'evaporació de la fase de dissolvent [22] o l'addició de productes químics a la solució que disminueixen la solubilitat de les nanopartícules en la solució. [23] Tots dos mètodes forcen la precipitació de les nanopartícules.

Procés de poliol [ editar ]

El poliol procés és un mètode particularment útil, ja que s'obté un alt grau de control sobre la mida i la geometria de les nanopartícules resultants. En general, la síntesi de poliol comença amb l'escalfament d'un compost de poliol tal com etilenglicol, 1,5-pentanodiol, o glycol7 1,2-propilè. s'afegeixen Una espècie Ag + i un agent de protecció terminal (encara que el poliol en si és també sovint l'agent de protecció terminal). Les espècies Ag + es redueix llavors pel poliol a nanopartícules col·loïdals. [24] El procés de poliol és altament sensible a les condicions de reacció tals com temperatura, entorn químic, i la concentració de substrats. [25] [26] Per tant, en canviar aquestes variables, diferents mides i geometries es poden seleccionar per com quasi-esferes, piràmides, esferes, i filferros. [11] L'estudi addicional ha examinat el mecanisme d'aquest procés, així com el resultat geometries sota diverses condicions de reacció en major detall. [8] [27]

Llavor intervinguda pel creixement [ editar ]

el creixement de la llavor intervinguda és un mètode sintètic en el qual, nuclis estables petites es cultiven en un ambient químic separat a una mida i forma desitjats. Mètodes de llavors intervinguda consisteixen en dues etapes diferents: la nucleació i creixement. Variació de certs factors en la síntesi (per exemple, lligant, temps de nucleació, agents reductors, etc.), [28] pot controlar la mida final i la forma de nanopartícules, per la qual cosa el creixement de llavors intervinguda per un enfocament sintètic popular per al control de la morfologia de les nanopartícules.

L'etapa de nucleació de creixement de la llavor intervinguda consisteix en la reducció dels ions de metall en un precursor d'àtoms de metall. Per tal de controlar la distribució de la mida de les llavors, el període de nucleació s'ha de fer curt per monodispersidad. El model llepar il·lustra aquest concepte. [29] Les llavors consisteixen típicament petites nanopartícules, estabilitzades per un lligant . Els lligands són molècules petites, generalment orgànics que s'uneixen a la superfície de partícules, la prevenció de les llavors d'un major creixement. Els lligands són necessaris, ja que augmenten la barrera d'energia de la coagulació, la prevenció de l'aglomeració. L'equilibri entre les forces d'atracció i repulsió dins de les solucions col·loïdals pot ser modelat per la teoria DLVO . [30] lligant d'afinitat d'unió, i la selectivitat es pot utilitzar per controlar la forma i el creixement. Per a la síntesi de llavors, un lligant amb mitja a baixa afinitat d'unió ha de ser elegit com per permetre l'intercanvi durant la fase de creixement.

El creixement de nanoseeds implica la col·locació de les llavors en una solució de creixement. La solució creixement requereix una baixa concentració d'un precursor de metall, lligands que fàcilment intercanviaran amb lligands de llavors preexistents, i una concentració feble o molt baix d'agent reductor. L'agent reductor no ha de ser prou fort com per reduir precursor de metall a la solució de creixement en absència de llavors. Altrament, la solució creixement formar nous llocs de nucleació en lloc de créixer en els preexistents (llavors). [31] El creixement és el resultat de la competència entre l'energia de superfície (que augmenta desfavorablement amb el creixement) i l'energia a granel (que disminueix favorablement amb el creixement). L'equilibri entre l'energètica de creixement i la dissolució és la raó de creixement uniforme només en llavors preexistents (i cap nova nucleació). [32] El creixement es produeix per l'addició d'àtoms de metall de la solució de creixement a les llavors, i d'intercanvi de lligands entre els lligands de creixement (que tenen una afinitat d'unió més alta) i els lligands de llavors. [33]

Rang i la direcció de creixement poden ser controlats per nanoseed, la concentració de precursor de metall, lligant, i les condicions de reacció (calor, pressió, etc.). [34] El control de les condicions estequiomètriques de solució de creixement controla la mida final de partícula. Per exemple, una baixa concentració de llavors de metall a precursor de metall a la solució de creixement produirà partícules més grans. agent de protecció terminal s'ha demostrat que el control direcció de creixement i per tant la forma. Lligands es tenen diferents afinitats per a la unió a través d'una partícula. vinculant dins d'una partícula diferencial pot resultar en un creixement diferent a l'altra banda de les partícules. Això produeix partícules anisotrópicas amb formes no esfèriques incloent prismes, cubs i barres. [35] [36]

Un creixement de la llum mediada [ editar ]

síntesi de llum intervinguda també s'han explorat on la llum pot promoure la formació de diverses morfologies de nanopartícules de plata. [10] [37]

Reacció mirall de plata [ editar ]

La reacció mirall de plata implica la conversió de nitrat de plata per Ag (NH3) OH. Ag (NH3) OH es redueix posteriorment en la plata col·loïdal usant un aldehid que conté molècula tal com un sucre. La reacció mirall de plata és la següent:

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

La mida i forma de les nanopartícules produïdes són difícils de controlar i sovint tenen distribucions àmplies. [39] No obstant això, aquest mètode s'utilitza sovint per aplicar capes primes de partícules de plata en les superfícies i els estudis posteriors a la producció de nanopartícules de mida més uniforme que s'està fent. [39]

La implantació d'ions [ editar ]

La implantació d'ions s'ha utilitzat per a crear nanopartícules de plata incrustats en vidre , poliuretà , silicona , polietilè , i poli (metacrilat de metil) . Les partícules s'incrusten en el substrat per mitjà de bombardeig a voltatges d'alta acceleració. A una densitat de corrent fixa del feix d'ions fins a un valor, la mida de les nanopartícules de plata embegudes s'ha trobat per ser monodispersa dins de la població, [40] després de la qual cosa només s'observa un augment en la concentració d'ions. Un augment addicional en la dosi de feix d'ions s'ha trobat per reduir tant la mida de les nanopartícules i la densitat en el substrat diana, mentre que un feix de ions que funciona a una alta tensió d'acceleració amb una densitat de corrent augmentant gradualment s'ha trobat per donar lloc a un augment gradual de la mida de les nanopartícules. Hi ha alguns mecanismes de competència que poden resultar en la disminució de mida de les nanopartícules; destrucció dels PN després de la col·lisió, polvorització de la superfície de la mostra, la fusió de les partícules després de l'escalfament i la dissociació. [40]

La formació de nanopartícules incrustades és complex, i tots els paràmetres que controlen i factors encara no s'han investigat. La simulació per ordinador segueix sent difícil ja que implica processos de difusió i l'agrupació, però, pot ser dividit en algunes diverses sub-processos com ara la implantació, difusió, i el creixement. Després de la implantació, els ions de plata es arribar a diferents profunditats dins el substrat que s'aproxima a una distribució gaussiana amb la mitjana centrada en la profunditat X. Les condicions d'alta temperatura durant les etapes inicials de la implantació augmentaran la difusió d'impureses en el substrat i, com a resultat limitar la saturació ió incident, que es requereix per a la nucleació de nanopartícules. [41] Tant la temperatura de l'implant i fes d'ions densitat de corrent són crucials per controlar per tal d'obtenir una mida de nanopartícules monodisperses i distribució en profunditat. A baixa densitat de corrent es pot usar per contrarestar l'agitació tèrmica de feix d'ions i una acumulació de càrrega superficial. Després de la implantació a la superfície, els corrents de feix poden ser criats com la conductivitat superficial augmentarà. [41] La velocitat a la qual les impureses difusa cau ràpidament després de la formació de les nanopartícules, que actuen com un parany de ions mòbil. Això suggereix que l'inici del procés d'implantació és crítica per al control de la separació i la profunditat de les nanopartícules resultants, així com el control de la densitat de feix de temperatura del substrat i de ions. La presència i naturalesa d'aquestes partícules es poden analitzar usant nombrosos instruments d'espectroscòpia i microscòpia. [41] Les nanopartícules sintetitzades en el substrat d'exposicions ressonàncies de plasmons superficials segons l'evidenciat per bandes d'absorció característiques; aquestes característiques es sotmeten a canvis espectrals en funció de la mida de les nanopartícules i asprors superficials, [40] No obstant això, les propietats òptiques també depenen en gran mesura del material del substrat del material compost.

Síntesi biològica [ editar ]

La síntesi biològica de les nanopartícules ha proporcionat un mitjà per a tècniques millorades en comparació amb els mètodes tradicionals que requereixen l'ús d'agents reductors nocius com borohidruro de sodi . Molts d'aquests mètodes podrien millorar el seu impacte ambiental mitjançant la substitució d'aquests agents reductors relativament forts. Els problemes amb la producció de substàncies químiques de les nanopartícules de plata és en general implica un alt cost i la longevitat de les partícules és de curta durada a causa de l'agregació. La duresa dels mètodes químics estàndard ha provocat l'ús de la utilització d'organismes biològics per reduir els ions de plata en solució en nanopartícules col·loïdals. [42] [43]

A més, el control precís sobre la forma i la mida és vital durant la síntesi de nanopartícules ja que les propietats terapèutiques NPs depenen íntimament de factors tals. [44] Per tant, l'objectiu principal de la investigació en la síntesi biogènica és en el desenvolupament de mètodes que reprodueixen de forma sistemàtica PN amb propietats precises. [45] [46]

Fongs i bacteris [ editar ]

Una representació general de la síntesi i les aplicacions de les nanopartícules de plata biogenically sintetitzats utilitzant extracte de la planta.

síntesi de bacteris i fongs de les nanopartícules és pràctic a causa dels bacteris i els fongs són fàcils de manejar i es poden modificar genèticament amb facilitat. Això proporciona un mitjà per desenvolupar les biomolècules que poden sintetitzar AGNPS de diferents formes i mides amb un alt rendiment, que està a l'avantguarda dels reptes actuals en la síntesi de nanopartícules. Ceps de fongs com ara Verticillium i soques bacterianes, com ara K. pneumoniae es poden utilitzar en la síntesi de nanopartícules de plata. [47] Quan s'afegeixen els fongs / bacteris a la solució, la biomassa proteïna s'allibera en la solució. [47] donador d'electrons residus com ara triptòfan i tirosina reduir els ions de plata en solució aportats per nitrat de plata. [47] han trobat que aquests mètodes per a crear eficaçment nanopartícules monodisperses estables sense l'ús d'agents reductors nocius.

Un mètode ha estat trobat de reduir ions de plata per la introducció del fong Fusarium oxysporum . Les nanopartícules formades en aquest mètode tenen un interval de grandària entre 5 i 15 nm i consisteixen en plata hidrosol . La reducció de les nanopartícules de plata es creu que prové d'un procés enzimàtic nanopartícules de plata produïdes i són extremadament estables a causa de les interaccions amb proteïnes que són excretats pels fongs.

Bacteri que es troba a les mines de plata, Pseudomonas stutzeri AG259, eren capaços de construir partícules de plata en les formes de triangles i hexàgons. La mida d'aquestes nanopartícules tenia una gran varietat de mida i alguns d'ells va arribar mides més grans de la nanoescala usual amb una mida de 200 nm. Les nanopartícules de plata es troben a la matriu orgànica dels bacteris. [48]

De àcid làctic els bacteris productors s'han utilitzat per produir nanopartícules de plata. El bacteri Lactobacillus spp., Pediococcus pentosaceus, Enteroccus faeciumI, i Lactococcus garvieae s'han trobat per ser capaç de reduir ions de plata en nanopartícules de plata. La producció de les nanopartícules té lloc en la cèl·lula a partir de les interaccions entre els ions de plata i els compostos orgànics de la cèl·lula. Es va trobar que el bacteri Lactobacillus fermentum creat les nanopartícules de plata més petites amb una grandària mitjana de 11,2 nm. També es va trobar que aquest bacteri produeix les nanopartícules amb la distribució de mida més petita i no es van trobar les nanopartícules majoritàriament a l'exterior de les cèl·lules. També es va trobar que no hi havia un augment en el pH va augmentar la taxa dels que es van produir les nanopartícules i la quantitat de partícules produïdes. [49]

Les plantes [ modifica ]

La reducció dels ions de plata en nanopartícules de plata també s'ha aconseguit utilitzant gerani fulles. S'ha trobat que l'addició d'extracte de fulla de gerani a les solucions de nitrat de plata fa que els seus ions de plata que es redueixi ràpidament i que les nanopartícules produïdes són particularment estables. Les nanopartícules de plata produïdes en solució té una escala de grandària entre 16 i 40 nm. [48]

En un altre estudi es van utilitzar extractes de fulles de diferents plantes per reduir els ions de plata. Es va trobar que, de Camellia sinensis (te verd), el pi , el caqui , ginko , magnòlia , i Platanus que l'extracte de fulla de magnòlia va ser el millor en la creació de nanopartícules de plata. Aquest mètode crea partícules amb un interval de mida dispersa de 15 a 500 nm, però també es va trobar que la mida de partícula podria ser controlada mitjançant la variació de la temperatura de reacció. La velocitat a la qual els ions es van reduir per l'extracte de fulla de magnòlia va ser comparable a les d'utilització de productes químics per reduir. [42] [50]

L'ús de plantes, microbis i fongs a la producció de nanopartícules de plata està obrint el camí a una producció més ambientalment racional de nanopartícules de plata. [43]

Un mètode verd està disponible per a la síntesi de nanopartícules de plata utilitzant Amaranthus gangeticus extracte de fulla de Linn. [51]

Productes i funcionalització [ editar ]

protocols de síntesi per a la producció de nanopartícules de plata es poden modificar per produir nanopartícules de plata amb geometries no esfèriques i també per funcionalitzar nanopartícules amb diferents materials, com ara sílice. Creació de nanopartícules de plata de diferents formes i recobriments de superfície permet un major control sobre les seves propietats de mida específica.

Estructures anisòtropes [ editar ]

Les nanopartícules de plata es poden sintetitzar en una varietat de formes (anisòtrops) no esfèriques. Perquè la plata, igual que altres metalls nobles, presenta un efecte òptic de mida i forma depenent coneguda com ressonància de plasmó de superfície localitzada (LSPR) a la nanoescala, la capacitat de sintetitzar nanopartícules de Ag en diferents formes augmenta enormement la capacitat de sintonitzar el seu comportament òptic. Per exemple, la longitud d'ona a la qual LSPR es produeix per una nanopartícula d'una morfologia (per exemple, una esfera) serà diferent si aquesta esfera es canvia en una forma diferent. Aquesta dependència forma permet una nanopartícula d'argent per experimentar millora òptica a una gamma de diferents longituds d'ona, fins i tot mantenint la mida relativament constant, amb només canviar la seva forma. Les aplicacions d'aquesta expansió forma explotades de gamma comportament òptic de desenvolupament de biosensors més sensibles a l'augment de la longevitat dels tèxtils. [52] [53]

Nanoprisms triangulars [ editar ]

nanopartícules de forma triangular són un tipus canònic de la morfologia anisotròpic estudiat per l'or i la plata. [54]

Encara que existeixen moltes tècniques diferents per a la síntesi de nanoprism plata, diversos mètodes empren un enfocament de llavors intervinguda, que implica primer la síntesi de petites nanopartícules de plata (3-5 nm de diàmetre) que ofereixen una plantilla per al creixement de forma dirigida en nanoestructures triangulars. [55]

Les llavors de plata es sintetitzen mitjançant la barreja de nitrat de plata i citrat de sodi en solució aquosa i a continuació, afegir ràpidament borohidruro de sodi. nitrat de plata addicional s'afegeix a la solució de llavors a baixa temperatura, i els prismes es conreen reduint lentament l'excés de nitrat de plata usant l'àcid ascòrbic. [6]

Amb l'enfocament de llavors intervinguda a la síntesi nanoprism plata, la selectivitat d'una forma sobre una altra pot, en part, ser controlada pel lligant tapat. Usant essencialment el mateix procediment anterior però canviant citrat de poli (vinil pirrolidona) (PVP) produeix cub i nanoestructures en forma de vareta en lloc de nanoprisms triangulars. [56]

A més de la tècnica de llavor intervinguda, nanoprisms de plata també es poden sintetitzar utilitzant un enfocament foto intervinguda, en què preexistents nanopartícules de plata esfèriques es transformen en nanoprisms triangulars simplement mitjançant l'exposició de la barreja de reacció a les altes intensitats de llum. [57]

Nanocubos [ editar ]

nanocubos de plata es poden sintetitzar utilitzant etilenglicol com a agent reductor i PVP com a agent de rematada, en una reacció de síntesi de poliol (vide supra). Una síntesi típica funcionant amb aquests reactius implica l'addició de nitrat de plata fresc i PVP a una solució d'etilenglicol s'escalfa a 140 ° C. [58]

Aquest procediment en realitat pot ser modificat per produir una altra nanoestructura de plata anisotròpic, nanocables, per simplement permetent que la solució de nitrat de plata a l'edat abans de utilitzar-lo en la síntesi. En permetre que la solució de nitrat de plata a l'edat, la nanoestructura inicial format durant la síntesi és lleugerament diferent a l'obtinguda amb el nitrat de plata fresc, que influeix en el procés de creixement, i per tant, la morfologia del producte final. [58]

Recobriment amb sílice [ editar ]

Procediment general per al recobriment de partícules col·loïdals en sílice. En primer lloc PVP s'absorbeix sobre la superfície col·loïdal. Aquestes partícules es posen en una solució d'amoníac en etanol. la partícula llavors comença a créixer mitjançant l'addició de Si (OET4).

En aquest mètode, la polivinilpirrolidona (PVP) es dissol en aigua per sonicació i es barreja amb plata col·loïdals partícules. [1] agitació activa garanteix la PVP ha adsorbit a la superfície de la nanopartícula. [1] centrifugació separa les nanopartícules recobertes de PVP que es transfereixen a continuació a una solució de etanol en ser centrifugades més i es van col·locar en una solució de amoníac , etanol i Si (OET 4) (TES). [1] d'agitar durant dotze hores resultats en la sílice que es forma la closca que consisteix en una capa circumdant de òxid de silici amb un èter de lligament disponibles per afegir funcionalitat. [1] La variació de la quantitat de TES permet diferents gruixos dels dipòsits formats. [1] Aquesta tècnica és popular a causa de la possibilitat d'afegir una varietat de funcionalitat a la superfície de la sílice exposada.

Utilitzeu [ editar ]

Catàlisi [ editar ]

L'ús de nanopartícules de plata per la catàlisi ha anat guanyant atenció en els últims anys. Encara que les aplicacions més comunes són per a fins medicinals o antibacterians, les nanopartícules de plata s'han demostrat per mostrar catalítics redox propietats per colorants, benzè, monòxid de carboni i altres compostos probables.

NOTA: Aquest paràgraf és una descripció general de les propietats de les nanopartícules per a la catàlisi; no és exclusiu de les nanopartícules de plata. La mida d'una nanopartícula determina en gran mesura les propietats que presenta, a causa de diversos efectes quàntics. A més, l'entorn químic de la nanopartícula juga un paper important en les propietats catalítiques. Amb això en ment, és important tenir en compte que heterogènia catàlisi té lloc per adsorció de les espècies de reactius al substrat catalític. Quan els polímers , complexos lligands , o agents tensioactius s'utilitzen per a evitar la coalescència de les nanopartícules, la capacitat catalítica és freqüentment obstaculitzada causa de la capacitat d'adsorció reduïda. [59] No obstant això, aquests compostos també es poden fer servir d'una manera tal que l'ambient químic millora la capacitat catalítica.

S'admet en esferes de sílice - reducció de colorants [ editar ]

Les nanopartícules de plata s'han sintetitzat en un suport inert de sílice esferes. [59] El suport juga pràcticament cap paper en la capacitat catalítica i serveix com un mètode per evitar la coalescència de les nanopartícules de plata a la solució col·loïdal . Per tant, les nanopartícules de plata es van estabilitzar i va ser possible demostrar la capacitat d'ells per servir com un relé d'electrons per a la reducció de colorants per borohidruro de sodi . [59] No obstant el catalitzador de nanopartícules de plata, pràcticament cap reacció té lloc entre borohidruro de sodi i els diversos colorants: blau de metilè , eosina , i rosa de bengala .

Mesoporosa aerogel - oxidació selectiva del benzè [ editar ]

Les nanopartícules de plata suportats sobre aerogel són avantatjosos causa de la major nombre d' llocs actius . [60] La més alta selectivitat per a l'oxidació de benzè a fenol es va observar a baixa per cent en pes de plata en la matriu d'aerogel (1% d'Ag). Aquesta millor selectivitat es creu que és un resultat de la major monodispersidad dins de la matriu d'aerogel de la mostra Ag 1%. Cada solució per cent en pes va formar diferents partícules de mida amb una amplada diferent del rang de mida. [60]

Aliatge de plata - oxidació sinèrgica de monòxid de carboni [ modifica ]

Nanopartícules d'aliatge d'Au-Ag s'han demostrat tenir un efecte sinèrgic sobre l'oxidació de monòxid de carboni (CO). [61] Per la seva banda, cada nanopartícula-metall pur mostra molt baixa activitat catalítica de CO oxidació ; en conjunt, les propietats catalítiques s'incrementen considerablement. Es proposa que l'or actua com un agent d'unió forta per a l'àtom d'oxigen i la plata serveix com un fort catalitzador d'oxidació, tot i que l'exacte mecanisme encara no s'entén completament. 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.


Un parell de:Aplicacions de plata nanocables de pel·lícula conductora transparent i l'elèctrode d'Electroquímica de condensadors Següent:Sals inorgàniques