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nanoparticelle d'argento

Nanoparticelle d'argento sono nanoparticelle di argento tra 1 nm e 100 nm. [1] Mentre spesso descritto come 'argento' alcune sono composte da una grande percentuale di ossido di argento a causa della loro grande rapporto superficie-bulk atomi di argento. Numerose forme di nanoparticelle possono essere costruiti seconda dell'applicazione a portata di mano. Comunemente usati sono nanoparticelle d'argento sferiche, ma diamante, fogli di forma ottagonale e sottili sono anche popolari. [1]

La loro estremamente ampia superficie permette il coordinamento di un vasto numero di ligandi . Le proprietà delle nanoparticelle d'argento applicabili ai trattamenti umani sono sotto inchiesta in studi di laboratorio e su animali, valutare la potenziale efficacia, tossicità, e costi.

I metodi di sintesi

Chimica umida [ modifica ]

I metodi più comuni per la sintesi di nanoparticelle rientrano nella categoria di chimica umida, o la nucleazione di particelle all'interno di una soluzione. Questo nucleazione verifica quando un complesso ioni d'argento, di solito AgNO 3 o AgClO 4, è ridotto ad argento colloidale in presenza di un agente riducente . Quando la concentrazione aumenta abbastanza, disciolti ioni di argento metallico legano insieme per formare una superficie stabile. La superficie è energeticamente sfavorevole quando il cluster è piccolo, perché l'energia acquisita diminuendo la concentrazione di particelle disciolte non è alto come l'energia persa da creare una nuova superficie. [2] Quando il cluster raggiunge una certa dimensione, noto come il raggio critico, diventa energeticamente favorevole, e quindi sufficiente per continuare a crescere stabile. Questo nucleo rimane poi nel sistema e cresce come più atomi di argento diffondono attraverso la soluzione e si attaccano alla superficie [3] Quando la concentrazione disciolta di argento atomico decresce abbastanza, non è più possibile per abbastanza atomi si legano insieme per formare una stabile nucleo. A questa soglia nucleazione, nuove nanoparticelle smettono in formazione, e l'argento disciolto residuo viene assorbito dalla diffusione nelle crescenti nanoparticelle nella soluzione.

Poiché le particelle crescono, altre molecole nella soluzione diffondono e si attaccano alla superficie. Questo processo stabilizza l'energia di superficie delle particelle e blocca nuova ioni argento di raggiungere la superficie. Il fissaggio di questi agenti di incappucciamento / stabilizzante rallenta e finalmente si arresta la crescita della particella. [4] I leganti tappanti più comuni sono citrato trisodico e polivinilpirrolidone (PVP), ma molti altri sono usati anche in condizioni variabili di sintetizzare particelle con particolari dimensioni, forme e proprietà di superficie. [5]

Ci sono molti diversi metodi di sintesi umide, compreso l'uso di zuccheri riducenti, riduzione citrato, la riduzione tramite boroidruro di sodio, [6] la reazione specchio d'argento, [7] il processo di polioli, [8] la crescita di semi-mediata, [9] e la crescita luce-mediata. [10] Ciascuno di questi metodi, o una combinazione di metodi, offrirà diverso grado di controllo sulla distribuzione delle dimensioni e distribuzioni di disposizioni geometriche della nanoparticella. [11]

Una nuova, tecnica wet-chimico molto promettente è stato trovato da Elsupikhe et al. (2015). [12] hanno sviluppato una sintesi ultrasuoni assistita verde. Sotto gli ultrasuoni trattamento, nanoparticelle d'argento (AgNP) vengono sintetizzati con κ-carragenina come stabilizzatore naturale. La reazione viene effettuata a temperatura ambiente e produce nanoparticelle d'argento con struttura cristallina fcc senza impurità. La concentrazione di κ-carrageenano viene utilizzato per influenzare la distribuzione granulometrica delle AGNPS. [13]

Riduzione monosaccaride [ modifica ]

Ci sono molti modi nanoparticelle d'argento possono essere sintetizzati; un metodo è attraverso monosaccaridi . Questo include il glucosio , fruttosio , maltosio , maltodestrina , ecc ma non saccarosio . E 'anche un metodo semplice per ridurre ioni d'argento torna alle nanoparticelle di argento come di solito comporta un processo a fase ,. [14] Ci sono stati metodi che indicavano che questi zuccheri riducenti sono essenziali per la formazione di nanoparticelle di argento. Molti studi hanno indicato che questo metodo di sintesi di verde, in particolare utilizzando l'estratto platycladi Cacumen, ha consentito la riduzione di argento. Inoltre, la dimensione della nanoparticella può essere controllato in funzione della concentrazione dell'estratto. Gli studi indicano che le concentrazioni più elevate correlati ad un aumento del numero di nanoparticelle. [14] nanoparticelle più piccole sono formati ad alti pH livelli a causa della concentrazione dei monosaccaridi.

Un altro metodo di sintesi di nanoparticelle di argento comprende l'uso di zuccheri riducenti con amido alcali e nitrato d'argento. Gli zuccheri riducenti hanno libero aldeidi e chetoni gruppi, che consentono loro di essere ossidati in gluconato . [15] Il monosaccaride deve avere un gruppo chetonico libero perché per agire come un agente riducente è prima sottoposto tautomerizzazione . Inoltre, se le aldeidi sono vincolati, sarà bloccato in forma ciclica e non può agire come agente riducente. Ad esempio, il glucosio ha un aldeide gruppo funzionale capace di ridurre cationi argento di atomi di argento e viene poi ossidato ad acido gluconico . [16] La reazione per gli zuccheri essere ossidati avviene in soluzioni acquose. L'agente di incappucciamento è, inoltre, non presente quando riscaldato.

Riduzione Citrate [ modifica ]

Uno dei primi, e molto comune, il metodo per la sintesi di nanoparticelle d'argento è la riduzione citrato. Questo metodo è stato registrato da MC Lea, che ha prodotto con successo un colloide d'argento citrato stabilizzato nel 1889. [17] riduzione Citrate comporta la riduzione di una particella fonte di argento, di solito AgNO 3 o 4 AgClO, ad argento colloidale con citrato trisodico , Na 3 C 6 H 5 O 7. [18] La sintesi è generalmente effettuata ad una temperatura elevata (~ 100 ° C) per massimizzare l'monodispersity (uniformità sia dimensioni e forma) della particella. In questo metodo, lo ione citrato agisce tradizionalmente come sia l'agente riducente e il ligando tappatura, [18] rendendolo un processo utile per la produzione AgNP causa della sua relativa facilità e breve tempo di reazione. Tuttavia, le particelle d'argento formati possono presentare ampie distribuzioni di dimensioni e forma diverse geometrie di particelle differenti contemporaneamente. [17] L'aggiunta di agenti riducenti forti per la reazione è spesso usato per sintetizzare particelle di dimensioni e forma più uniforme. [18]

Riduzione via boroidruro di sodio [ modifica ]

La sintesi di nanoparticelle di argento di boroidruro di sodio (NaBH4) riduzione avviene secondo la reazione: [19]

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

Gli atomi metallici ridotti formeranno nuclei di nanoparticelle. In generale, questo processo è simile al metodo di riduzione sopra utilizzando citrato. Il vantaggio di utilizzare boroidruro di sodio è aumentata monodispersity della popolazione di particelle finale. La ragione per l'aumento monodispersity utilizzando NaBH 4 è che è un agente riducente più forte di citrato. L'impatto di ridurre la forza agente può essere visto da ispezionare un diagramma LaMer che descrive la nucleazione e la crescita di nanoparticelle. [20]

Quando nitrato d'argento (AgNO3) è diminuito di un agente riducente debole come citrato, il tasso di riduzione è inferiore che significa che i nuovi nuclei stanno formando e vecchi nuclei crescono contemporaneamente. Questa è la ragione che la reazione citrato ha bassa monodispersity. Poiché NaBH 4 è un agente riducente più forte, la concentrazione di nitrato d'argento è ridotto rapidamente che riduce il tempo durante il quale nuova forma nuclei e crescere contemporaneamente ottenendo una popolazione monodisperso di nanoparticelle di argento.

Le particelle formate da riduzione devono avere le loro superfici stabilizzate per evitare l'agglomerazione delle particelle indesiderate (quando più particelle legano insieme), la crescita, o ingrossamento. La forza motrice per questi fenomeni è la minimizzazione dell'energia di superficie (nanoparticelle hanno un grande rapporto tra superficie e volume). Questa tendenza a ridurre l'energia superficiale nel sistema può essere neutralizzata aggiungendo specie che adsorbe sulla superficie delle nanoparticelle e riduce l'attività della superficie delle particelle impedendo così l'agglomerazione di particelle secondo la teoria DLVO e prevenzione della crescita occupando siti di attacco per metallo atomi. specie chimiche che adsorbono alla superficie delle nanoparticelle sono chiamati ligandi. Alcuni di questi superficie stabilizzante specie sono: NaBH 4 in grandi quantità, [19] poli (vinilpirrolidone) (PVP), [21] sodio dodecil solfato (SDS), [19] [21] e / o tiolo dodecano. [22]

Una volta che le particelle sono state formate in soluzione devono essere separati e raccolti. Esistono diversi metodi generali per rimuovere nanoparticelle da soluzione, tra evaporazione fase solvente [22] o l'aggiunta di sostanze chimiche per la soluzione che abbassare la solubilità delle nanoparticelle nella soluzione. [23] Entrambi i metodi forzano la precipitazione delle nanoparticelle.

Processo Polyol [ modifica ]

Il poliolo processo è un metodo particolarmente utile in quanto produce un elevato grado di controllo sia le dimensioni e la geometria delle nanoparticelle risultanti. In generale, la sintesi poliolo inizia con il riscaldamento di un composto poliolo, come glicole etilenico, 1,5-pentandiolo, o 1,2-propilene glycol7. sono aggiunti Una Ag + specie e un agente di incappucciamento (anche se il poliolo stesso è anche spesso l'agente di incappucciamento). L'AG + specie è quindi ridotto di poliolo di nanoparticelle colloidali. [24] Il processo poliolo è molto sensibile alle condizioni di reazione quali temperatura, ambiente chimico, e la concentrazione dei substrati. [25] [26] Pertanto, cambiando queste variabili, varie dimensioni e geometrie possono essere selezionati per come quasi-sfere, piramidi, sfere e fili. [11] Un ulteriore studio ha esaminato il meccanismo di questo processo così come risultante geometrie in varie condizioni di reazione in maggior dettaglio. [8] [27]

Seed-mediata della crescita [ modifica ]

crescita Seed-mediata è un metodo sintetico in cui piccoli nuclei stabili sono coltivate in un ambiente chimico separata ad una dimensione e forma desiderata. Metodi di semi-mediata costituiti da due fasi distinte: la nucleazione e la crescita. Variazione di alcuni fattori nella sintesi (es ligando, momenti nucleazione, agente riducente, ecc), [28] può controllare la dimensione finale e la forma di nanoparticelle, rendendo la crescita di semi-mediata un approccio sintetico popolare per controllare la morfologia delle nanoparticelle.

La fase di nucleazione della crescita di semi-mediata consiste nella riduzione di ioni metallici in un precursore di atomi di metallo. Al fine di controllare la distribuzione delle dimensioni dei semi, il periodo di nucleazione dovrebbe essere breve per monodispersity. Il modello LaMer illustra questo concetto. [29] I semi sono costituiti in genere piccole nanoparticelle, stabilizzati da un legante . Leganti sono piccole molecole organiche generalmente che si legano alla superficie delle particelle, impedendo semi da un'ulteriore crescita. Leganti sono necessari in quanto aumentano la barriera energetica della coagulazione, impedendo agglomerato. L'equilibrio tra le forze attrattive e repulsive all'interno di soluzioni colloidali può essere modellato da teoria DLVO . [30] Ligand affinità di legame, e la selettività può essere utilizzato per controllare la forma e la crescita. Per la sintesi seme, un legante a media o bassa affinità di legame dovrebbe essere scelto per consentire lo scambio durante la fase di crescita.

La crescita di nanoseeds consiste nel posizionare i semi in una soluzione di crescita. La soluzione crescita richiede una bassa concentrazione di un precursore metallico, ligandi che facilmente scambiare con leganti seme preesistenti, ed una concentrazione debole o molto basso di agente riducente. L'agente riducente non deve essere abbastanza forte per ridurre metallo precursore nella soluzione di crescita in assenza di semi. Altrimenti, la soluzione di crescita formerà nuovi siti di nucleazione anziché cresce su quelle preesistenti (semi). [31] La crescita è il risultato della competizione tra energia superficiale (che aumenta sfavorevolmente con crescita) e l'energia bulk (che diminuisce favorevolmente con la crescita). L'equilibrio tra l'energetica di crescita e dissoluzione è la ragione per la crescita uniforme solo sulle sementi preesistenti (e nessun nuovo nucleazione). [32] La crescita avviene mediante l'aggiunta di atomi di metallo dalla soluzione di crescita per i semi e cambio legante tra i ligandi di crescita (che hanno una affinità di legame superiore) e leganti seme. [33]

Range e direzione della crescita possono essere controllati da nanoseed, concentrazione del precursore metallico, legante, e condizioni di reazione (calore, pressione, ecc). [34] Controllo condizioni stechiometriche di soluzione di crescita controlla dimensione finale di particelle. Ad esempio, una bassa concentrazione di semi metallici alle precursore metallo nella soluzione di crescita produrrà particelle più grandi. agente di incappucciamento è stato dimostrato per controllare la direzione di crescita e perciò si forma. Leganti possono avere diversa affinità per il legame tra una particella. vincolante entro una particella differenziale può risultare in crescita dissimili attraverso particelle. Questo produce particelle anisotrope con forme non sferiche tra prismi, cubi, e aste. [35] [36]

La crescita Light-mediata [ modifica ]

sintesi di luce-mediata sono stati esplorati in cui la luce può promuovere la formazione di diverse morfologie di nanoparticelle d'argento. [10] [37]

Reazione specchio d'argento [ modifica ]

La reazione specchio d'argento comporta la conversione del nitrato d'argento Ag (NH3) OH. Ag (NH3) OH è ridotto successivamente in argento colloidale con una aldeide contenente molecola come uno zucchero. La reazione specchio d'argento è la seguente:

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

La dimensione e la forma delle nanoparticelle prodotte sono difficili da controllare e spesso hanno ampie distribuzioni. [39] Tuttavia, questo metodo è spesso usato per applicare i rivestimenti sottili di particelle d'argento su superfici e ulteriori studi per produrre le nanoparticelle più uniformemente dimensioni è stato fatto. [39]

Impiantazione ionica [ modifica ]

Impiantazione ionica è stato usato per creare nanoparticelle di argento incorporati in vetro , poliuretano , silicone , polietilene e poli (metil metacrilato) . Le particelle sono incorporati nel substrato mediante bombardamento con tensioni elevate accelerazione. Ad una densità di corrente fissa del fascio di ioni fino ad un certo valore, la dimensione delle nanoparticelle di argento incorporati è stato trovato per essere monodisperse all'interno della popolazione, [40] , dopo di che si osserva solo un aumento della concentrazione di ioni. Un ulteriore aumento della dose fascio ionico è stato trovato per ridurre sia le dimensioni delle nanoparticelle e la densità del substrato bersaglio, mentre un fascio ionico funzionante ad una tensione elevata accelerazione con una densità di corrente progressivamente crescente è stato trovato per causare un graduale aumento la dimensione delle nanoparticelle. Ci sono alcuni meccanismi concorrenti che possono comportare la riduzione delle dimensioni delle nanoparticelle; distruzione di NP in caso di collisione, sputtering della superficie del campione, la fusione delle particelle al riscaldamento e la dissociazione. [40]

La formazione di nanoparticelle incorporati è complessa, e tutti i parametri di controllo e fattori non sono ancora stati studiati. La simulazione al computer è ancora difficile in quanto coinvolge i processi di diffusione e di clustering, ma può essere suddiviso in una serie di vari sotto-processi come l'impianto, la diffusione e la crescita. Dopo l'impianto, gli ioni argento raggiungere profondità differenti all'interno del substrato che si avvicina ad un distribuzione gaussiana con la media centrata in profondità X. Condizioni di alta temperatura durante le fasi iniziali di impianto aumenterà la diffusione di impurezze nel substrato e di conseguenza limitare la saturazione incidente ione, che è richiesto per nanoparticelle nucleazione. [41] Sia la temperatura dell'impianto e fascio di ioni densità di corrente sono di importanza cruciale per il controllo al fine di ottenere una dimensione di nanoparticelle monodisperse e la distribuzione di profondità. Una densità di corrente basso può essere utilizzato per contrastare l'agitazione termica dal fascio ionico e un accumulo di carica superficiale. Dopo l'impianto sulla superficie, le correnti dei fasci possono essere sollevate la conducibilità superficiale aumenterà. [41] La velocità con cui le impurità gocce diffuso rapidamente dopo la formazione delle nanoparticelle, che fungono da cellulare trappola ionica. Questo suggerisce che l'inizio del processo di impianto è fondamentale per il controllo della distanza e la profondità delle nanoparticelle risultano, così come il controllo della densità fascio temperatura del substrato e ioni. La presenza e la natura di queste particelle possono essere analizzati utilizzando numerosi strumenti di spettroscopia e microscopia. [41] Le nanoparticelle sintetizzate nel substrato mostra risonanze plasmoni di superficie , come evidenziato da bande di assorbimento caratteristici; queste caratteristiche subiscono spostamenti spettrali a seconda delle dimensioni delle nanoparticelle e asperità superficiali, [40] tuttavia le proprietà ottiche anche fortemente dipendono dal materiale del substrato del composito.

Sintesi biologica [ modifica ]

La sintesi biologica di nanoparticelle ha fornito un mezzo di tecniche migliorate rispetto ai metodi tradizionali che prevedono l'uso di agenti riducenti nocivi come boroidruro di sodio . Molti di questi metodi potrebbero migliorare il loro impatto ambientale, sostituendo questi relativamente forti agenti riducenti. I problemi con la produzione chimica di nanoparticelle d'argento è di solito comporta costi elevati e la longevità delle particelle è di breve durata a causa di aggregazione. La durezza dei metodi chimici standard, ha scatenato l'uso di utilizzare organismi biologici per ridurre gli ioni d'argento in soluzione in nanoparticelle colloidali. [42] [43]

Inoltre, il controllo preciso forma e dimensione è vitale durante la sintesi di nanoparticelle poiché le proprietà terapeutiche NP sono intimamente dipende da fattori. [44] Quindi, l'obiettivo primario della ricerca in sintesi biogene è nello sviluppo di metodi che costantemente riproducono NP con proprietà precise. [45] [46]

Funghi e batteri [ modifica ]

Una rappresentazione generale della sintesi e applicazioni di nanoparticelle d'argento biogenicamente sintetizzati utilizzando estratto vegetale.

Batteriche e fungine sintesi di nanoparticelle è pratico perché i batteri e funghi sono facili da gestire e possono essere modificati geneticamente con facilità. Questo fornisce un mezzo per sviluppare biomolecole in grado di sintetizzare AGNPS di varie forme e dimensioni in alto rendimento, che è in prima linea attuali sfide nella sintesi di nanoparticelle. Ceppi fungini come Verticillium e ceppi batterici quali K. pneumoniae possono essere usati nella sintesi di nanoparticelle di argento. [47] quando il fungo / batteri viene aggiunto alla soluzione, la proteina biomassa viene rilasciato nella soluzione. [47] Electron donando residui come il triptofano e la tirosina ridurre ioni d'argento in soluzione hanno contribuito da nitrato d'argento. [47] Questi metodi sono stati trovati per creare efficacemente nanoparticelle monodisperse stabili senza l'impiego di agenti riducenti nocivi.

Un metodo è stato trovato di ridurre ioni d'argento dall'introduzione del fungo Fusarium oxysporum . Le nanoparticelle formate in questo metodo hanno un intervallo di dimensioni tra 5 e 15 nm e consistono di argento idrosol . La riduzione delle nanoparticelle d'argento è pensato di venire da un processo e argento enzimatici nanoparticelle prodotte sono estremamente stabili a causa di interazioni con le proteine che vengono escreti dai funghi.

Batterio trovato nelle miniere d'argento, Pseudomonas stutzeri AG259, sono stati in grado di costruire particelle d'argento nelle forme di triangoli ed esagoni. La dimensione di queste nanoparticelle aveva una vasta gamma di dimensioni e alcuni di loro ha raggiunto dimensioni maggiori rispetto al solito nanoscala con una dimensione di 200 nm. Le nanoparticelle di argento sono stati trovati nella matrice organica dei batteri. [48]

Lattici batteri producendo sono stati utilizzati per produrre nanoparticelle di argento. I batteri Lactobacillus spp., Pediococcus pentosaceus, Enteroccus faeciumI, e Lactococcus garvieae sono stati trovati per essere in grado di ridurre gli ioni d'argento in nanoparticelle d'argento. La produzione delle nanoparticelle avviene nella cella dalle interazioni tra gli ioni d'argento e composti organici della cella. Si è constatato che il batterio Lactobacillus fermentum creata minimi nanoparticelle di argento con una dimensione media di 11,2 nm. Si è riscontrato inoltre che questo batterio produce nanoparticelle con la distribuzione delle dimensioni più piccole e le nanoparticelle sono stati trovati principalmente sulla parte esterna delle cellule. Si è anche constatato che vi è stato un aumento del pH aumentato il tasso di cui sono state prodotte le nanoparticelle e la quantità di particelle prodotte. [49]

Piante [ modifica ]

La riduzione di ioni d'argento in nanoparticelle d'argento è stato raggiunto anche utilizzando geranio foglie. Si è trovato che l'aggiunta di estratto di foglie di geranio soluzioni di nitrato d'argento provoca loro ioni argento per essere rapidamente ridotti e che le nanoparticelle prodotte sono particolarmente stabili. Le nanoparticelle di argento prodotte in soluzione avevano un diametro compreso tra 16 e 40 nm. [48]

In un altro studio diverso vegetali estratti di foglie sono stati utilizzati per ridurre gli ioni d'argento. Si è constatato che di Camellia sinensis (tè verde), pino , cachi , ginko , magnolia , e platanus che l'estratto di foglie di magnolia è stato il migliore alla creazione di nanoparticelle d'argento. Questo metodo creato particelle con una gamma di dimensioni dispersa da 15 a 500 nm, ma è stato anche trovato che la dimensione delle particelle può essere controllato variando la temperatura di reazione. La velocità alla quale gli ioni sono stati ridotti dalla foglia estratto di magnolia era paragonabile a quelli di utilizzare prodotti chimici per ridurre. [42] [50]

L'uso di piante, microbi e funghi nella produzione di nanoparticelle di argento è all'avanguardia per più rispettosi produzione del suono di nanoparticelle di argento. [43]

Un metodo di verde è disponibile per la sintesi di nanoparticelle d'argento utilizzando Amaranthus gangeticus Linn estratto di foglie. [51]

Prodotti e funzionalizzazione [ modifica ]

protocolli di sintesi per la produzione di nanoparticelle di argento possono essere modificati per produrre nanoparticelle di argento con geometrie non sferiche e anche per funzionalizzare nanoparticelle con diversi materiali, come la silice. La creazione di nanoparticelle d'argento di diverse forme e rivestimenti di superficie permette un maggiore controllo sulle loro proprietà specifiche dimensioni.

Strutture anisotrope [ modifica ]

Le nanoparticelle d'argento possono essere sintetizzati in una varietà di (anisotropi) forme non sferiche. Poiché l'argento, come altri metalli nobili, presenta un effetto ottico dimensione e forma dipendente noto come localizzata risonanza plasmonica superficiale (LSPR) su nanoscala, la capacità di sintetizzare nanoparticelle Ag in diverse forme aumenta notevolmente la possibilità di regolare il loro comportamento ottico. Ad esempio, la lunghezza d'onda alla quale LSPR si verifica per una nanoparticella di una morfologia (ad esempio una sfera) sarà diverso se tale sfera è trasformato in una forma diversa. Questa dipendenza forma consente una nanoparticella d'argento di sperimentare il miglioramento ottico ad una gamma di diverse lunghezze d'onda, anche mantenendo le dimensioni relativamente costante, semplicemente cambiando la sua forma. Le applicazioni di questa espansione forma-sfruttati della gamma comportamento ottico da sviluppare biosensori più sensibili ad aumentare la longevità dei prodotti tessili. [52] [53]

Nanoprisms triangolari [ modifica ]

Triangolari nanoparticelle sagomati sono un tipo canonica di morfologia anisotropico studiato per oro e argento. [54]

Anche se esistono molte tecniche diverse per la sintesi nanoprism argento, diversi metodi impiegano un approccio semi-mediata, che prevede prima la sintesi di piccole nanoparticelle d'argento (3-5 nm di diametro), che offrono un modello per la crescita di forma-diretto in nanostrutture triangolari. [55]

I semi argento sono sintetizzati miscelando nitrato d'argento e citrato di sodio in soluzione acquosa e poi rapidamente aggiungendo sodio boroidruro. Ulteriori nitrato d'argento viene aggiunto alla soluzione seme a bassa temperatura, ed i prismi sono coltivati riducendo lentamente il nitrato d'argento eccesso con acido ascorbico. [6]

Con l'approccio seme-mediata alla sintesi nanoprism argento, selettività di una forma rispetto ad un altro può essere in parte controllato dal ligando tappatura. Usando sostanzialmente la stessa procedura di cui sopra ma cambiando citrato di poli (vinil pirrolidone) (PVP) produce cubo e nanostrutture astiformi anziché nanoprisms triangolari. [56]

Oltre alla tecnica seme mediata, nanoprisms argento possono essere sintetizzati utilizzando un approccio di foto-mediata, in cui preesistenti nanoparticelle di argento sferiche vengono trasformati in nanoprisms triangolari semplicemente esponendo la miscela di reazione ad elevate intensità di luce. [57]

Nanocubi [ modifica ]

nanocubi argento possono essere sintetizzati utilizzando glicole etilenico come agente riducente e PVP come agente di incappucciamento, in una reazione di sintesi poliolo (vedi sopra). Un tipico sintesi utilizzando questi reagenti comporta l'aggiunta di nitrato d'argento fresco e PVP ad una soluzione di glicole etilenico riscaldato a 140 ° C. [58]

Questa procedura può effettivamente essere modificato per produrre un'altra nanostruttura argento anisotropo, nanofili, semplicemente consentendo la soluzione di nitrato d'argento all'età prima dell'uso nella sintesi. Consentendo la soluzione di nitrato d'argento all'età, la nanostruttura iniziale formata durante la sintesi è leggermente diverso da quello ottenuto con nitrato d'argento fresca, che influenza il processo di crescita, e quindi, la morfologia del prodotto finale. [58]

Rivestimento con silice [ modifica ]

Procedura generale per il rivestimento di particelle colloidali di silice. Prima PVP è assorbito sulla superficie colloidale. Queste particelle sono messi in una soluzione di ammoniaca in etanolo. la particella poi comincia a crescere per aggiunta di Si (OET4).

In questo metodo, polivinilpirrolidone (PVP) viene sciolto in acqua mediante sonicazione e miscelato con argento colloidale particelle. [1] agitazione attivo assicura il PVP ha adsorbito sulla superficie delle nanoparticelle. [1] Centrifugazione separa le nanoparticelle rivestite PVP che vengono poi trasferiti ad una soluzione di etanolo da centrifugati ulteriormente e poste in una soluzione di ammoniaca , etanolo e Si (OEt 4) (TES). [1] agitazione per dodici ore comporta la silice shell essendo formato costituito da uno strato circostante di ossido di silicio con etere di legame disponibili per aggiungere funzionalità. [1] Variando la quantità di TES consente diversi spessori di gusci formate. [1] Questa tecnica è popolare grazie alla possibilità di aggiungere una varietà di funzionalità alla superficie della silice esposta.

Usare [ modifica ]

Catalisi [ modifica ]

Usando nanoparticelle d'argento per la catalisi è stato guadagnando attenzione negli ultimi anni. Anche se le applicazioni più comuni sono per scopi medicinali o antibatteriche, nanoparticelle d'argento sono stati dimostrati per mostrare catalitici redox proprietà per i coloranti, benzene, monossido di carbonio, e probabilmente altri composti.

NOTA: Questo paragrafo è una descrizione generale delle proprietà delle nanoparticelle per la catalisi; non è esclusivo di nanoparticelle d'argento. La dimensione di una nanoparticella influenza notevolmente le proprietà che espone causa di vari effetti quantistici. Inoltre, l'ambiente chimico della nanoparticella gioca un ruolo importante sulle proprietà catalitiche. Con questo in mente, è importante notare che eterogenea catalisi avviene per adsorbimento delle specie reagenti al substrato catalitico. Quando polimeri , complessi leganti o tensioattivi sono utilizzati per impedire la coalescenza delle nanoparticelle, la capacità catalitica è spesso ostacolato dovuto alla capacità di adsorbimento ridotta. [59] Tuttavia, questi composti possono anche essere utilizzati in modo tale che l'ambiente chimico migliora la capacità catalitica.

Supportato su sfere di silice - riduzione dei coloranti [ modifica ]

Nanoparticelle di argento, sono stati sintetizzati su un supporto di inerti di silice sfere. [59] Il supporto gioca praticamente alcun ruolo nella capacità catalitica e serve come un metodo per prevenire coalescenza delle nanoparticelle di argento in soluzione colloidale . Così, le nanoparticelle di argento sono stati stabilizzati ed è stato possibile dimostrare la capacità di loro per servire come un relè elettronico per la riduzione dei coloranti da boroidruro di sodio . [59] Senza il catalizzatore d'argento nanoparticelle, praticamente nessuna reazione avviene tra boroidruro di sodio e le varie tinte: blu di metilene , eosina , e Rosa Bengala .

Mesoporosa aerogel - ossidazione selettiva del benzene [ modifica ]

Le nanoparticelle d'argento supportati su aerogel sono vantaggiose causa del maggior numero di siti attivi . [60] La selettività più alto per ossidazione del benzene a fenolo stato osservato a basso percento in peso di argento nella matrice aerogel (1% Ag). Questa migliore selettività è ritenuta essere il risultato di maggiore monodispersity all'interno della matrice aerogel del campione Ag 1%. Ogni soluzione percento in peso formata particelle di dimensioni diverse con una diversa larghezza di intervallo di grandezza. [60]

Lega d'argento - ossidazione sinergica di monossido di carbonio [ modifica ]

Nanoparticelle lega Au-Ag hanno dimostrato di avere un effetto sinergico sulla ossidazione del monossido di carbonio (CO). [61] Di per sé, ogni nanoparticella puro-metallo mostra molto scarsa attività catalitica per CO ossidazione ; insieme, le proprietà catalitiche sono notevolmente migliorate. Si propone che l'oro agisce come un forte agente vincolante per l'atomo di ossigeno e l'argento funge da forte catalizzatore ossidante, anche se l'esatto meccanismo non è ancora completamente chiarito. Quando sintetizzato in un rapporto Au / Ag da 3: 1 a 10: 1, le nanoparticelle legati mostrato la conversione completa quando 1% CO è stata alimentata in aria a temperatura ambiente. [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. [ Citazione necessaria ]

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. [ Citazione necessaria ]

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. [ Citazione necessaria ]

  • 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.


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