นาโนซิลเวอร์-คืออะไร? 4 ปัจจัยสำคัญที่ต้องรู้เกี่ยวกับ นาโนซิลเวอร์
1. นาโนซิลเวอร์ คืออะไร?
เงิน (Ag) เป็นที่รู้จักกันมานานแล้วว่าเป็นโลหะที่สามารถป้องกันอาหารเน่าเสียได้เนื่องจากมีฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย โลหะชนิดนี้สามารถปล่อยไอออน Ag+ ซึ่งจะทำให้จุลินทรีย์ไม่ทำงานโดยการทำลายเยื่อหุ้มเซลล์และความสามารถของจุลินทรีย์ในการจำลอง DNA ของพวกมัน อนุภาคนาโนเงิน คือ อนุภาคเงินที่มีขนาดเป็นนาโนเมตร อนุภาคนาโนเงินมีฤทธิ์ต้านแบคทีเรียโดยการปล่อยไอออน Ag+ อนุภาคเงินที่มีขนาดนาโน 1-10 นาโนเมตรสามารถส่งผลต่อเยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรียโดยตรงโดยการเปลี่ยนแปลงความดันออสโมซิส นำไปสู่การตายของเซลล์
นาโนซิลเวอร์ ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อโรคเท่านั้น แต่ยังเป็นที่รู้จักในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมีหลายๆ อย่างที่ยอดเยี่ยมอีกด้วย การสังเคราะห์สารอินทรีย์โดยเฉพาะได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เนื่องมาจากคุณสมบัติเฉพาะตัว เช่น ความเลือกสรร ความทนทานของตัวเร่งปฏิกิริยา และความสามารถในการนำกลับมาใช้ใหม่ในเครื่องปฏิกรณ์ การประยุกต์ใช้ทางเคมี ดังนั้น อนุภาคนาโนเงินจึงถูกนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เช่น ปฏิกิริยารีดักชันของสารประกอบไนโตรริง สารประกอบคาร์บอนิล และปฏิกิริยารีดักชันเกลือ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถในการนำไปใช้ในอุตสาหกรรม เนื่องจากอุตสาหกรรมยาได้ผลิตมลพิษทางน้ำที่มีชื่อเสียงอย่าง 4-nitrophenol ซึ่งเป็นมลพิษทางสิ่งแวดล้อมที่ร้ายแรง ดังนั้น จึงมีรายงานมากมายเกี่ยวกับการใช้นาโนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการลด 4-ไนโตรฟีนอลในน้ำ และการศึกษาจลนศาสตร์ที่เกี่ยวข้องอีกมากมาย จากมุมมองของการสังเคราะห์อินทรีย์ ปฏิกิริยานี้ค่อนข้างเรียบง่ายและเป็นตัวแทนของปฏิกิริยาสังเคราะห์อินทรีย์ที่คล้ายคลึงกันหลายๆ ปฏิกิริยา
2. การสมัคร
– ผลิตภัณฑ์ยา (น้ำยาบ้วนปาก สเปรย์พ่นคอ สเปรย์ดับกลิ่นกายจากวัสดุ นาโนซิลเวอร์)
– เครื่องสำอาง (ครีมรักษาสิว, ครีมล้างหน้า, น้ำยาปรับผ้านุ่ม…ที่มีส่วนผสมของสารนาโน)
– การเลี้ยงสัตว์ (นาโนซิลเวอร์ทดแทนยาปฏิชีวนะในการป้องกันและรักษาโรคสัตว์)
– ผลิตภัณฑ์ทางน้ำ (เคลือบด้วยนาโนซิลเวอร์และให้อาหารเพื่อช่วยป้องกันและรักษาโรคทางน้ำ โดยเฉพาะกุ้ง ปลา หอยทาก…)
– ยาง (ยางแอนตี้แบคทีเรีย)
– การบำบัดสิ่งแวดล้อม
– ตัวเร่งปฏิกิริยา
– สีนาโนแอนตี้แบคทีเรีย
– ผ้านาโนซิลเวอร์ป้องกันแบคทีเรีย
– เครื่องสำอาง (ครีมรักษาสิว, ครีมล้างหน้า, น้ำยาปรับผ้านุ่ม…ที่มีส่วนผสมของสารนาโน)
– การเลี้ยงสัตว์ (นาโนซิลเวอร์ทดแทนยาปฏิชีวนะในการป้องกันและรักษาโรคสัตว์)
– ผลิตภัณฑ์ทางน้ำ (เคลือบด้วยนาโนซิลเวอร์และให้อาหารเพื่อช่วยป้องกันและรักษาโรคทางน้ำ โดยเฉพาะกุ้ง ปลา หอยทาก…)
– ยาง (ยางแอนตี้แบคทีเรีย)
– การบำบัดสิ่งแวดล้อม
– ตัวเร่งปฏิกิริยา
– สีนาโนแอนตี้แบคทีเรีย
– ผ้านาโนซิลเวอร์ป้องกันแบคทีเรีย
3. วิธีการสังเคราะห์
- แนวทางจากบนลงล่างในวิชาฟิสิกส์หลักการของวิธีนี้คือ นำโลหะขนาดใหญ่มาแปรรูปให้เป็นอนุภาคขนาดนาโนด้วยเทคนิคการผลิตต่างๆ เช่น การตัด การเจียร การบด… วิธีนี้สามารถสร้างอนุภาคขนาดนาโนที่มีขนาดตั้งแต่ 10 – 100 นาโนเมตรได้อย่างไรก็ตาม แนวทางจากบนลงล่างไม่ได้ผลจริงๆ ปัญหาประการหนึ่งคือความสม่ำเสมอของโครงสร้างพื้นผิวเมล็ดพืช ปัญหานี้ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของอนุภาคที่มีโครงสร้างนาโนเนื่องจากอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรขนาดใหญ่ แม้จะมีปัญหานี้ วิธีนี้อาจเป็นทางเลือกเมื่อต้องผลิตอนุภาคนาโนเงินจำนวนมาก การประยุกต์ใช้อย่างหนึ่งคือในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีการตัดโครงสร้างในระดับนาโนโดยใช้เทคนิคเลเซอร์ไอออน Ag + ภายใต้อิทธิพลของสารทางกายภาพ ภายใต้อิทธิพลของสารที่ใช้กันทั่วไป เช่น ความร้อน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (รังสียูวี ไมโครเวฟ เลเซอร์ รังสีแกมมา ฯลฯ) คลื่นอัลตราโซนิก ไอออน Ag+ จะถูกเปลี่ยนเป็นอะตอมเงินภายใต้อิทธิพลของสารทางกายภาพ กระบวนการต่างๆ มากมายเกิดขึ้นเพื่อเปลี่ยนตัวทำละลายหรือสารที่ละลายหรือละลายภายในตัวทำละลาย ทำให้เกิดอนุมูลเคมีที่ลดไอออน Ag+ ให้กลายเป็นอะตอมของเงิน นาโนฟอร์เมชั่น.
- แนวทางจากล่างขึ้นบนโดยใช้เคมีหรือชีววิทยา
หลักการของวิธีนี้คือสร้างจากอะตอม โมเลกุล หรือจากสายโมเลกุล วิธีการสังเคราะห์แบบล่างขึ้นบนทั่วไปวิธีหนึ่งคือการสังเคราะห์อนุภาคนาโนจากระบบคอลลอยด์
วิธีนี้ใช้สารเคมีเพื่อลดไอออน Ag+ ให้เป็นอะตอมของโลหะ Ag โดยมีสารไฟฟ้าสถิตย์หรือสารป้องกันพื้นผิวอยู่ด้วย เพื่อป้องกันการรวมตัวของอนุภาคโลหะ ชนิดเงิน เพื่อคงอนุภาคเงินให้มีขนาดนาโน หลักการพื้นฐานของวิธีการแสดงโดยสมการต่อไปนี้:Ag + + X -> Ag -> nano Ag.ในวิธีนี้ ไอออน Ag+ ภายใต้ผลของตัวรีดิวซ์ X จะทำให้ไอออน Ag+ ถูกทำให้กลายเป็นอะตอมของโลหะ Ag จากนั้นอะตอมของโลหะนี้จะดูดซับไอออน Ag+ และทำปฏิกิริยาเพื่อลดไอออน Ag+ โดยตัวรีดิวซ์ X ทำให้ขนาดของอนุภาคโลหะเงินเพิ่มขึ้น เมื่อมีตัวป้องกัน มันจะสร้างอนุภาคเงินที่มีขนาดนาโนสารลดที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โซเดียมโบโรไฮไดรด์ (NaBH4), เอทิลีนไกลคอล, โซเดียมซิเตรต, กรดแอสคอร์บิก, …. สารป้องกันพื้นผิว เช่น TSC, PVP (โพลีไวนิลไพร์โรลิโดน), CTAB (เซทริโมเนียมโบรไมด์), SDS (โซเดียมโดเดซิลซัลเฟต), ….
4. วิธีการวัดขนาดอนุภาคนาโนเงิน
* วิธีการ DLS (Dynamic Light Scattering)
– หลักการวัด: บนพื้นฐานของการกระเจิงของ Mie และการเลี้ยวเบนของ Fraunhofer อุปกรณ์นี้ทำงานโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ไดโอดโซลิดสเตตที่ความยาวคลื่น 650 นาโนเมตรที่ส่องผ่านเซลล์ตัวอย่าง ที่มุม 900 และ 1270 กับแหล่งกำเนิดแสงจะมีเซ็นเซอร์ที่บันทึกสัญญาณความเข้มของแสง เมื่อลำแสงเลเซอร์กระทบกับอนุภาคนาโน อนุภาคนาโนจะเคลื่อนที่แบบบราวน์เนื่องจากความร้อน ส่งผลให้ความเข้มของแสงที่กระจัดกระจายซึ่งบันทึกไว้โดยเซ็นเซอร์มีความผันผวน ความเข้มของแสงที่กระจัดกระจายและความถี่ของการแกว่งขึ้นอยู่กับความเร็วของอนุภาคนาโน อนุภาคขนาดเล็กจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นภายใต้ผลของการเคลื่อนที่แบบบราวน์
– ผลการวัด: จากการเปลี่ยนแปลงของความเข้มแสงกระจัดกระจายและความถี่ที่บันทึก ผ่านสมการสโตกส์-ไอน์สไตน์:
*
วิธี TEM (กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน)
– หลักการวัด: คล้ายกับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไป เพียงแต่จะมองไม่เห็นแหล่งกำเนิดแสงอีกต่อไปและถูกแทนที่ด้วยแหล่งกำเนิดแสงแบบปล่อยอิเล็กตรอน ตัวอย่างจะถูกอพยพออก อิเล็กตรอนจะถูกเร่งด้วยแรงดันไฟฟ้าประมาณ 80kV – 200kV ผ่านเลนส์แม่เหล็ก และถูกกระจัดกระจายไปในตัวอย่าง เครื่องบันทึกและดูภาพเป็นจอเรืองแสง เมื่ออิเล็กตรอนกระทบหน้าจอ วัสดุเรืองแสงจะเรืองแสงและภาพก็จะถูกบันทึก
– ผลการวัด : ผลการวัดเป็นภาพจริงของอนุภาคนาโนเงิน โดยมีความแม่นยำสูง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ภาพที่แตกต่างกันบนสไลด์ของช่างเทคนิค
5. การกำหนดปริมาณ Ag+ ตกค้าง
ตามมาตรฐานเภสัชตำรับยุโรป
– นำตัวอย่าง 0.5 กรัมไปทดสอบ เติมเอธานอลไร้น้ำ 5 มิลลิลิตร แล้วเขย่าเป็นเวลา 1 นาที (จุดประสงค์คือเพื่อเปลี่ยนไอออน Ag+ ทั้งหมดจากน้ำให้เป็นเอธานอล) จากนั้นกรองสารละลาย (สารละลายนี้จะมีไอออน Ag+ ถ้ามี) ทดสอบสารละลายข้างต้นด้วย HCl เข้มข้น 2 มล. ถ้าไม่มีตะกอนสีขาวปรากฏ แสดงว่าตัวอย่างมีคุณภาพดี
การกำหนดคุณภาพตามกิจวัตรอย่างรวดเร็วด้วยตัวอย่าง 15,000 ppm
– นำตัวอย่าง 0.1 กรัม (ความเข้มข้นของเงินทั้งหมดคือ 15,000 ppm) เติมน้ำกลั่น 15 กรัมลงในตัวอย่างแล้วเขย่าให้เข้ากันจนสารละลาย นาโนซิลเวอร์ กระจายตัวหมด (ความเข้มข้นของเงินทั้งหมดตามทฤษฎีคือ 100ppm) นำสารละลายข้างต้น 5 มล. มาทดสอบกับสารละลาย NaCl 8M จำนวน 2 มล. ถ้าไม่มีตะกอนสีขาวแสดงว่าตัวอย่างนั้นผ่านมาตรฐาน
– พื้นฐานทางทฤษฎี:
AgCl <=> Ag + + Cl–
ค่าคงที่สมดุล Ksp = [Ag +]. [Cl-] = 1.77 x 10-10 (at 25 oC)
หลังจากนำสารละลายเจือจาง 5 มล. ไปทดสอบกับสารละลาย NaCl 8M จำนวน 2 มล. สารละลายที่ได้จะมีสารละลายประมาณ 7 มล. โดยมีความเข้มข้นของ Ag ทั้งหมด 71ppm (0.66mM) และความเข้มข้นของ Cl- 2.3M เพื่อหลีกเลี่ยงการตกตะกอนสีขาว [Ag +]. [Cl-] ≤ 1.77 x 10-10
=> [Ag +] ≤ = = 0.77 x 10-10 M = 0.77 x 10-6 mM
ปริมาณ Ag ทั้งหมดในตัวอย่างคือ 0.66mM
=> ปริมาณไอออน Ag + ≤ 1.17 x 10-4%
6. ความทนทานของ นาโนซิลเวอร์
ความคงทนของอนุภาคนาโนเงินสามารถศึกษาได้โดยการเร่งอัตราการเก่าของผลิตภัณฑ์ด้วยอุณหภูมิ
– พื้นฐานทางทฤษฎี:
– พื้นฐานทางทฤษฎี:
AgNP → Agmicro
– จากสมการของอาร์เรเนียส เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ ค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยา k จะเพิ่มขึ้น:
นั่นคือเมื่อเพิ่มขึ้น 100oC อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นประมาณ 3,640 เท่า
– ให้ความร้อนตัวอย่างที่อุณหภูมิ 130 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 วัน จากนั้นก็มาถึงขั้นตอนการสังเกต การวัดปริมาณ และการประเมินทางประสาทสัมผัส ผลการประเมินใกล้เคียงกับการเก็บตัวอย่างที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส เป็นเวลาประมาณ 10 ปี (1×3640)
– สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับกรณีที่ Ea เปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตลอดช่วงอุณหภูมิที่อยู่ภายใต้การตรวจสอบ