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सिल्वर नैनोपैर्टिकल

रजत नैनोकणों में 1 एनएम और 100 एनएम आकार के बीच की चांदी के नैनोकणों हैं। [1] जबकि 'चांदी' के रूप में अक्सर वर्णित किए जाते हैं, उनमें से कुछ बड़े पैमाने पर रजत ऑक्साइड होते हैं, क्योंकि सतह-से-बल्क रजत परमाणुओं के उनके बड़े अनुपात के कारण। नैनोकणों के कई आकार हाथ पर आवेदन के आधार पर तैयार किए जा सकते हैं। आमतौर पर इस्तेमाल किया गोलाकार चांदी नैनोकणों हैं लेकिन हीरा, अष्टकोणीय और पतली चादरें भी लोकप्रिय हैं। [1]

उनकी बहुत बड़ी सतह क्षेत्र में एक विशाल संख्या में ligands के समन्वय की अनुमति है। मानव उपचार के लिए लागू चांदी नैनोकणों के गुणों में प्रयोगशाला और जानवरों के अध्ययन में जांच की जा रही है, संभावित प्रभावकारिता, विषाक्तता और लागत का मूल्यांकन

सिंथेटिक तरीके

गीले रसायन [ संपादित करें ]

नैनोपैर्टिकल संश्लेषण के लिए सबसे आम तरीके गीला रसायन विज्ञान की श्रेणी में आते हैं, या एक समाधान के भीतर कणों के न्यूक्यूलेशन। यह न्यूक्लेक्शन तब होता है जब एक रजत आयन जटिल, आम तौर पर Agno 3 या AgClo 4 , को कम करने वाले एजेंट की उपस्थिति में कोलाइडयन चांदी तक कम कर दिया जाता है। जब एकाग्रता पर्याप्त बढ़ जाती है, भंग धातुई चांदी के आयनों को एक स्थिर सतह बनाने के लिए बाँध देते हैं। जब क्लस्टर छोटा होता है तो सतह ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल होती है, क्योंकि भंग कणों की एकाग्रता को कम करके प्राप्त हुई ऊर्जा उतनी ऊंची नहीं है जितनी नई सतह बनाने से हुई ऊर्जा। [2] जब क्लस्टर एक निश्चित आकार तक पहुंचता है, जो महत्वपूर्ण त्रिज्या के रूप में जाना जाता है, यह ऊर्जावान रूप से अनुकूल हो जाता है, और इस तरह पर्याप्त स्थिर रहता है ताकि वह आगे बढ़ सके। यह नाभिक तब प्रणाली में रहता है और बढ़ता है क्योंकि अधिक रजत परमाणु समाधान के माध्यम से फैल जाते हैं और सतह से जुड़ा होता है [3] जब परमाणु चांदी का भंग होता है तो पर्याप्त मात्रा में कमी आती है, पर्याप्त परमाणुओं को स्थिर बनाने के लिए बाध्य करने के लिए अब यह संभव नहीं है नाभिक इस न्यूक्लियेशन थ्रेसहोल्ड पर, नए नैनोकणों का गठन किया जा रहा रोकता है, और शेष भंग चांदी समाधान में बढ़ते नैनोकणों में प्रसार के द्वारा अवशोषित होती है।

जैसे कण बढ़ते हैं, समाधान में अन्य अणुओं को फैलाना और सतह से जुड़ा होता है। यह प्रक्रिया कण की सतह ऊर्जा को स्थिर करती है और सतह तक पहुंचने से नए चांदी के आयनों को ब्लॉक करती है। इन कैपिंग / स्थिर एजेंटों का लगाव धीमा हो जाता है और अंततः कण के विकास को रोक देता है। [4] सबसे आम कैपिंग लिगेंड ट्रिसोडियम साइटट्रेट और पॉलीविनालीप्रोलीओडोन (पीवीपी) हैं, लेकिन कई अन्य आकार अलग-अलग परिस्थितियों में भी इस्तेमाल किए जाते हैं ताकि कणों को विशेष आकार, आकार और सतह के गुणों के साथ संश्लेषित किया जा सके। [5]

शर्करा को कम करने, साइट्रेट में कमी, सोडियम बोरोहाइड्राइड के जरिये की कमी, [6] चांदी की मिरर प्रतिक्रिया, [7] पॉलीयोल प्रक्रिया, [8] बीज-मध्यस्थता वृद्धि, [9] और कई अन्य गीला संश्लेषण के तरीके शामिल हैं प्रकाश-मध्यस्थता वृद्धि [10] इनमें से प्रत्येक पद्धति, या तरीकों का संयोजन, आकार के वितरण के साथ-साथ नैनोपार्टिकल के ज्यामितीय व्यवस्थाओं के वितरण के भिन्न-भिन्न स्तरों को नियंत्रित करेगा। [1 1]

एलएपीईके एट अल द्वारा एक नया, बहुत ही उत्साहवर्धक गीला-रासायनिक तकनीक मिली। (2015) [12] उन्होंने एक हरे रंग की अल्ट्रासोनिकली सहायता वाली संश्लेषण विकसित किया है। अल्ट्रासाउंड उपचार के तहत, चांदी नैनोकणों (एजीएनपी) को एक प्राकृतिक स्टेबलाइज़र के रूप में κ-कैररेजनैन के साथ संश्लेषित किया जाता है। प्रतिक्रिया परिवेश के तापमान पर की जाती है और एफसीसी क्रिस्टल संरचना के साथ अशुद्ध न किए गए चांदी नैनोकणों का उत्पादन करती है। एजेएनपीस के कण आकार के वितरण को प्रभावित करने के लिए κ-गाजरनैनन की एकाग्रता का उपयोग किया जाता है। [13]

मोनोसैकराइड में कमी [ संपादित करें ]

चांदी के नैनोकणों को संश्लेषित किया जा सकता है कई तरीके हैं; एक विधि monosaccharides के माध्यम से है इसमें ग्लूकोज , फ्रुक्टोज , माल्टोस , माल्टोडेक्सट्रिन आदि शामिल हैं, लेकिन सूक्रोज नहीं हैं। चांदी आयनों को चांदी नैनोकणों में वापस करने के लिए यह एक सरल तरीका है क्योंकि इसमें आमतौर पर एक-एक कदम प्रक्रिया शामिल होती है। [14] ऐसे तरीकों से संकेत मिलता है कि चांदी नैनोकणों के गठन के लिए इन कम शर्करा आवश्यक हैं। कई अध्ययनों से संकेत मिलता है कि हरा संश्लेषण की इस पद्धति, विशेष रूप से काकुमेन प्लाटीक्लाड़ी निकालने का उपयोग, चांदी की कमी को सक्षम करता है। इसके अतिरिक्त, निकालने की एकाग्रता के आधार पर नैनोपैर्टिकल का आकार नियंत्रित किया जा सकता है। अध्ययन से संकेत मिलता है कि उच्च सांद्रता नैनोकणों की संख्या में वृद्धि हुई है। [14] मोनासैकराइड की एकाग्रता के कारण उच्च पीएच स्तर पर छोटे नैनोकणों का गठन किया गया था।

चांदी नैनोपार्टिकल संश्लेषण की एक और विधि में क्षार स्टार्च और चांदी नाइट्रेट के साथ शर्करा को कम करने के उपयोग शामिल हैं। कम करने वाली शर्करा मुक्त एल्डिहाइड और केटोोन समूह हैं, जो उन्हें ग्लूकोनेट में ऑक्सीकरण करने में सक्षम बनाता है [15] मोनोसेकेराइड के पास एक मुफ्त केटोोन समूह होना चाहिए क्योंकि कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करने के लिए यह पहली बार टोटोमैराइज़ेशन से गुजर रहा है इसके अलावा, यदि एल्डिहाइड बाध्य हैं, तो यह चक्रीय रूप में फंस जाएगा और कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य नहीं कर सकता है। उदाहरण के लिए, ग्लूकोज में एक एल्डिहाइड फ़ंक्शनल समूह होता है जो चांदी के अणुओं को चांदी के अणुओं को कम करने में सक्षम होता है और फिर ग्लूकॉनिक एसिड से ऑक्सीकरण होता है [16] ऑक्साइड होने वाले शर्करा की प्रतिक्रिया जलीय समाधानों में होती है। गर्म होने पर कैपिंग एजेंट भी मौजूद नहीं होता है

साइटेट कमी [ संपादित करें ]

एक प्रारंभिक, और बहुत ही सामान्य, चांदी नैनोकणों के संश्लेषण के लिए विधि साइट्रेट कमी है। इस विधि को पहली बार एमसी ली ने रिकॉर्ड किया था, जिसने 188 9 में एक साइटेट-स्टेबीलिज्ड रजत मिलाकर सफलतापूर्वक उत्पादन किया था। [17] साइटट्रेट में कटौती में चांदी के स्रोत कण, आम तौर पर एग्नो 3 या एजीक्लो 4 को ट्रिसोडियम साइट्रेट , ना 3 सी 6 एच 57 [18] संश्लेषण आमतौर पर कण के मोनोडिसस्पेटिटी (आकार और आकृति दोनों में एकरूपता) को अधिकतम करने के लिए एक ऊंचा तापमान (~ 100 डिग्री सेल्सियस) पर किया जाता है। इस पद्धति में, साइट्रेट आयन परंपरागत रूप से कम करने वाले एजेंट और कैपिंग लिगेंड दोनों के रूप में कार्य करता है, [18] जिससे इसकी सापेक्ष आसानी और कम प्रतिक्रिया समय के कारण एजीएनपी उत्पादन के लिए यह एक उपयोगी प्रक्रिया है। हालांकि, रजत कणों का गठन बड़े आकार के वितरण को प्रदर्शित कर सकता है और एक साथ कई अलग-अलग कण ज्यामेट्री बना सकता है। [17] प्रतिक्रिया को मजबूत घटाने वाले एजेंटों के अलावा अक्सर एक समान आकार और आकार के कणों को संश्लेषित करने के लिए उपयोग किया जाता है। [18]

सोडियम borohydride के माध्यम से कमी [ संपादित करें ]

सोडियम borohydride (NaBH 4 ) द्वारा चांदी नैनोकणों का संश्लेषण निम्न प्रतिक्रिया से होता है: [1 9]

एजी + बीएच 4 - + 3 एच 2 ओ → एजी 0 + बी (ओएच) 3 + 3.5 एच 2

कम धातु परमाणु नैनोपार्टिकल नाभिक बनाएंगे। कुल मिलाकर, यह प्रक्रिया सीटेट का उपयोग करते हुए उपरोक्त कमी के समान है। सोडियम borohydride का उपयोग करने का लाभ अंतिम कण आबादी के monodispersity बढ़ जाती है। NaBH 4 का उपयोग करते समय वृद्धि हुई monodispecity का कारण यह है कि यह साइट्रेट की तुलना में एक मजबूत कम एजेंट है एजेंट की ताकत कम करने का प्रभाव लामर आरेख का निरीक्षण करके देखा जा सकता है जो नैनोकणों के निकीकरण और विकास का वर्णन करता है। [20]

जब चांदी नाइट्रेट (एग्नो 3 ) को कमेटी जैसे कमजोर कम करने वाले एजेंट द्वारा कम किया जाता है, तो कमी की दर कम होती है जिसका अर्थ है कि नए नाभिक बना रहे हैं और पुराने नाभिक एक साथ बढ़ रहे हैं। यही कारण है कि साइट्रेट प्रतिक्रिया में कम मोनोडिसस्पेटिटी है क्योंकि NaBH 4 एक बहुत मजबूत कम करने वाले एजेंट है, चांदी नाइट्रेट की एकाग्रता तेजी से कम हो जाती है, जिसके दौरान नए नाभिक रूप को कम किया जाता है और समवर्ती रूप से चांदी नैनोकणों की एक मोनोडिस्सेस्ड जनसंख्या उत्पन्न होती है।

कणों द्वारा घटित कणों में अवांछनीय कण संचय (जब एक साथ कई कणों के बांड हों), विकास, या कोर्सेनिंग को रोकने के लिए उनकी सतह स्थिर होनी चाहिए। इन घटनाओं के लिए प्रेरणा शक्ति सतह ऊर्जा के कम से कम है (नैनोकणों की मात्रा बड़ी मात्रा में है)। इस प्रणाली में सतह ऊर्जा को कम करने की प्रवृत्ति को नैनोकणों की सतह से सोखने वाले प्रजातियों को जोड़कर प्रतिक्रिया की जा सकती है और कण सतह की गतिविधि को कम करती है, इस प्रकार डीएलवीओ सिद्धांत के अनुसार कण संचय को रोकता है और धातु के लिए लगाव साइटों पर कब्जा करके विकास को रोकना परमाणु नैनोकणों की सतह पर सोखने वाली रासायनिक प्रजातियों को लिगैंड कहा जाता है। इन सतहों में से कुछ स्थाई प्रजातियां निम्न हैं: NaBH 4 बड़ी मात्रा में, [1 9] पाली (विनील पिरोलीडोन) (पीवीपी), [21] सोडियम डाोडेसिकल सल्फेट (एसडीएस), [1 9] [21] और / या डोडेकाने थियोल [22]

एक बार कणों के समाधान में गठन किया गया है, तो उन्हें अलग और एकत्र किया जाना चाहिए। समाधान से नैनोकणों को हटाने के लिए कई सामान्य तरीके हैं, जिसमें सॉल्वैंट चरण [22] को उछालने या समाधान में नैनोकणों के विलेयता को कम करने वाले समाधान के अलावा रसायन शामिल हैं। [23] दोनों तरीकों नैनोकणों की वर्षा को मजबूर करते हैं।

Polyol प्रक्रिया [ संपादित करें ]

पॉलिोल प्रक्रिया एक विशेष रूप से उपयोगी विधि है क्योंकि यह परिणामस्वरूप नैनोकणों के आकार और ज्यामिति दोनों के ऊपर एक उच्च स्तर पर नियंत्रण करता है। सामान्य तौर पर, पॉलीओल संश्लेषण एक पॉलीओल यौगिक जैसे एथिलीन ग्लाइकॉल, 1,5-पेंटेनाडीओल या 1,2-प्रोपीलीन ग्लाइकॉल 7 के ताप से शुरू होता है। एक एजी + प्रजातियों और एक कैपिंग एजेंट जोड़ा जाता है (हालांकि पॉलिओल स्वयं ही कैपिंग एजेंट भी होता है)। एजी + प्रजातियां तब पॉलिओल को कोलाइडयन नैनोकणों से कम कर देती हैं। [24] पॉलीओल प्रक्रिया तापमान, रासायनिक वातावरण और उप-तंतुओं की एकाग्रता जैसी प्रतिक्रिया की स्थिति के प्रति अति संवेदनशील है। [25] [26] इसलिए, इन चर को बदलकर विभिन्न आकार और ज्यामितीय क्षेत्रों को अर्ध-क्षेत्र, पिरामिड, गोलाकार, और तारों के लिए चुना जा सकता है। [11] आगे के अध्ययन ने इस प्रक्रिया के लिए तंत्र के साथ-साथ अधिक प्रतिक्रियाओं में विभिन्न प्रतिक्रिया परिस्थितियों में जिसके परिणामस्वरूप ज्यामिति की जांच की है। [8] [27]

बीज-मध्यस्थता वृद्धि [ संपादित करें ]

बीज-मध्यस्थता वृद्धि एक सिंथेटिक पद्धति है जिसमें छोटे, स्थिर नाभिक एक अलग रासायनिक वातावरण में वांछित आकार और आकार में उगाए जाते हैं। बीज-मध्यस्थता के तरीकों में दो अलग-अलग चरण होते हैं: न्यूक्ल्यूशन और विकास संश्लेषण (जैसे लेगंड, न्यूक्लियेशन टाइम, एजेंट को घटाने, आदि) में कुछ कारकों में बदलाव, [28] नैनोकणों के अंतिम आकार और आकार को नियंत्रित कर सकते हैं, जिससे बीज-मध्यस्थता वृद्धि नैनोकणों के आकारिकी को नियंत्रित करने के लिए एक लोकप्रिय सिंथेटिक दृष्टिकोण बनाती है।

बीज-मध्यस्थता के विकास के न्यूक्ल्यूशन चरण में धातु के आयनों को धातु परमाणुओं के अग्रदूत के रूप में घटाना होता है। बीज के आकार के वितरण को नियंत्रित करने के लिए, मोनोडिसस्पेटिटी के लिए न्यूक्लियेशन की अवधि कम होनी चाहिए। LaMer मॉडल इस अवधारणा को दर्शाता है [2 9] बीज आम तौर पर छोटे नैनोकणों को शामिल करते हैं, जो कि एक ligand द्वारा स्थिर होते हैं। लिगैंड छोटे होते हैं, आमतौर पर जैविक अणु जो कण की सतह से बंधा करते हैं, बीज को और विकास से रोकते हैं। लिगैंड जरूरी है क्योंकि वे जमावट के अवरोध को बढ़ाते हैं, ढेर को रोकते हैं। कोलाइडयन समाधानों के भीतर आकर्षक और प्रतिकारक बलों के बीच का संतुलन डीएलवीओ सिद्धांत द्वारा तैयार किया जा सकता है [30] आकृति और विकास को नियंत्रित करने के लिए लिगंड बाध्यकारी आत्मीयता, और चुनिंदा इस्तेमाल किया जा सकता है। बीज संश्लेषण के लिए, मध्यम से कम बाध्यकारी संबंध के साथ एक लिगेंड को चुना जाना चाहिए क्योंकि विकास के चरण के दौरान विनिमय की अनुमति है।

नैनोसेड्स की वृद्धि में बीज को विकास समाधान में डाल देना शामिल है। विकास समाधान के लिए एक धातु अग्रदूत, लीग्ड्स की कम एकाग्रता की आवश्यकता होती है जो पहले से मौजूद बीज के लिग्ड्स के साथ आसानी से आदान-प्रदान कर लेते हैं, और कम करने वाले एजेंट की कमजोर या बहुत कम एकाग्रता की आवश्यकता होती है। कम करने वाले एजेंट को बीज की अनुपस्थिति में विकास समाधान में धातु के अग्रदूत को कम करने के लिए पर्याप्त मजबूत नहीं होना चाहिए। अन्यथा, विकास समाधान पहले से बढ़ते लोगों (बीज) पर बढ़ने के बजाय नई न्यूक्लियेशन साइट बनाएगा। [31] वृद्धि सतह की ऊर्जा के बीच प्रतिस्पर्धा का परिणाम है (जो विकास के साथ प्रतिकूल रूप से बढ़ जाती है) और थोक ऊर्जा (जो विकास के साथ अनुकूल रूप से घट जाती है) विकास और विघटन के ऊर्जा के बीच संतुलन पहले से ही विद्यमान बीज (और कोई नया न्यूक्लेयेशन) पर एक समान विकास का कारण नहीं है। [32] विकास के समाधान से बीज पर धातु के परमाणुओं के अतिरिक्त वृद्धि और विकास लाइगैंड (जो कि एक उच्च संबंध संबंध है) और बीज लिगैंड्स के बीच लिगैंड एक्सचेंज में वृद्धि होती है। [33]

रेंज और विकास की दिशा नैनोसेड, धातु अग्रदूत, एकाग्रता, और प्रतिक्रिया की स्थिति (गर्मी, दबाव, आदि) द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। [34] विकास समाधानों की स्थिरता-निर्धारण शर्तों कंट्रोल पर अंतिम आकार नियंत्रित करता है। उदाहरण के लिए, धातु के बीजों के विकास के समाधान में धातु के अग्रजों की कम एकाग्रता में बड़े कणों का उत्पादन होगा। कैपिंग एजेंट को विकास की दिशा को नियंत्रित करने और इस प्रकार आकार को दिखाया गया है। लिगैंड एक कण के पार बाध्य करने के लिए अलग-अलग संबंध रख सकते हैं कण के भीतर विभेदक बाध्यकारी परिणामस्वरूप कण में भिन्न विकास हो सकता है। यह अनिसोट्रोपिक कणों का उत्पादन करती है जिसमें प्रिंसम, क्यूब्स, और छड़ शामिल हैं। [35] [36]

प्रकाश-मध्यस्थता वृद्धि [ संपादित करें ]

लाइट-मध्यस्थता वाले संश्लेषणों का भी पता लगाया गया है कि जहां तक रोशनी विभिन्न चांदी नैनोकण्टिक आकृति विज्ञान के गठन को बढ़ावा दे सकती है। [10] [37]

रजत दर्पण प्रतिक्रिया [ संपादित करें ]

चांदी दर्पण प्रतिक्रिया में एजी (एनएच 3) ओएच को चांदी नाइट्रेट का रूपांतरण शामिल है। एजी (एनएच 3) ओएच को बाद में एक एल्डिहाइड युक्त अणु जैसे चीनी के रूप में कोलाइडयन चांदी में कम कर दिया जाता है। चांदी दर्पण प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

2 (एजी (एनएच 3 ) 2 ) + आरसीएचओ + 2 ओएच - → आरक्यूओएच + 2 एजी + 4 एनएच 3 [38]

उत्पादित नैनोकणों के आकार और आकार को नियंत्रित करना मुश्किल है और अक्सर व्यापक वितरण होते हैं। [3 9] हालांकि, इस पद्धति का उपयोग अक्सर सतह पर चांदी कणों के पतले कोटिंग्स को लागू करने के लिए और अधिक समान आकार के नैनोकणों के उत्पादन के लिए आगे के अध्ययन के लिए किया जाता है। [3 9]

आयन आरोपण [ संपादित करें ]

आयन आरोपण का उपयोग कांच , पॉलीइरिएथन , सिलिकॉन , पॉलीथिलीन , और पाली (मिथाइल मेथैक्र्रीलाट) में एम्बेडेड रजत नैनोकणों को बनाने के लिए किया गया है। उच्च तीव्रता वाले वोल्टों पर बमबारी के माध्यम से कणों को सब्सट्रेट में एम्बेडेड किया जाता है। आयन बीम की एक निश्चित वर्तमान घनत्व पर एक निश्चित मूल्य तक, एम्बेडेड चांदी नैनोकणों का आकार जनसंख्या के भीतर मोनोडाइस्प्रेस होना पाया गया है, [40] जिसके बाद आयन एकाग्रता में केवल वृद्धि देखी गई है। आयन बीम की खुराक में और बढ़ोतरी लक्ष्य सब्सट्रेट में नैनोपैर्टिकल आकार और घनत्व को कम करने के लिए पाया गया है, जबकि धीरे-धीरे बढ़ती वर्तमान घनत्व के साथ उच्च गति वाले वोल्टेज पर संचालित आयन बीम को धीरे-धीरे बढ़ने का कारण पाया गया है। नैनोपार्टिकल आकार कुछ प्रतियोगी तंत्र हैं जो नैनोपेचरिक आकार में कमी के परिणामस्वरूप हो सकते हैं; टक्कर पर एनपी का विनाश, नमूना सतह के स्पथिंग, हीटिंग और पृथक्करण पर कण संलयन। [40]

एम्बेडेड नैनोकणों का गठन जटिल है, और सभी नियंत्रण मानकों और कारकों की अभी तक जांच नहीं की गई है। कंप्यूटर सिमुलेशन अभी भी मुश्किल है क्योंकि इसमें प्रसार और क्लस्टरिंग की प्रक्रियाएं शामिल हैं, हालांकि इसे कुछ विभिन्न उप-प्रक्रियाओं जैसे कि आरोपण, प्रसार, और विकास में विभाजित किया जा सकता है। आरोपण पर, चांदी आयन सब्सट्रेट के भीतर विभिन्न गहराई तक पहुंच जाएंगे जो गौशी वितरण के साथ एक्स की गहराई पर केन्द्रित माध्य के साथ पहुंचता है आरोपण के प्रारंभिक चरण के दौरान उच्च तापमान की स्थिति सब्सट्रेट में अशुद्धता प्रसार को बढ़ाती है और नतीजतन आयन संतृप्ति को छूने की सीमा के रूप में, जो नैनोपेचरिक न्यूक्लियेशन के लिए जरूरी है। [41] मोनोडाइस्पेस नैनोपेचरिक आकार और गहराई वितरण प्राप्त करने के लिए प्रत्यारोपित तापमान और आयन बीम वर्तमान घनत्व दोनों को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। आयन बीम से थर्मल आंदोलन का मुकाबला करने के लिए एक कम वर्तमान घनत्व का इस्तेमाल किया जा सकता है और सतह के प्रभार का निर्माण किया जा सकता है। सतह पर आरोपण के बाद, बीम धाराओं को उठाया जा सकता है क्योंकि सतह चालकता में वृद्धि होगी। [41] नैनोकणों के गठन के बाद जिस दर पर अशुद्धता फैल जाती है, वह जल्द ही आती है, जो मोबाइल आयन जाल के रूप में कार्य करती है। इससे पता चलता है कि आरोपण प्रक्रिया की शुरुआत नैनोकणों के अंतरण और गहराई के नियंत्रण के लिए महत्वपूर्ण है, साथ ही साथ सब्सट्रेट तापमान और आयन बीम घनत्व का नियंत्रण। इन कणों की मौजूदगी और प्रकृति का विश्लेषण कई स्पेक्ट्रोस्कोपी और माइक्रोस्कोपी उपकरणों के माध्यम से किया जा सकता है। [41] विशेषता अवशोषण बैंड के सबूत के रूप में सब्सट्रेट प्रदर्शनी सतह प्लासमॉन अनुनादों में संश्लेषित नैनोकणों; इन विशेषताओं में नैनोपार्टिकल आकार और सतह की स्थिति के आधार पर वर्णक्रमीय बदलाव आते हैं, [40] हालांकि ऑप्टिकल गुण भी सम्मिश्र के सब्सट्रेट सामग्री पर निर्भर करते हैं।

जैविक संश्लेषण [ संपादित करें ]

नैनोकणों के जैविक संश्लेषण ने पारंपरिक तरीकों की तुलना में बेहतर तकनीकों के लिए एक माध्यम प्रदान किया है जो सोडियम बोरोहाइड्रैड जैसे हानिकारक कम करने वाले एजेंटों के उपयोग के लिए कॉल करते हैं। इन तरीकों में से कई इन अपेक्षाकृत मजबूत कम करने वाले एजेंटों की जगह अपने पर्यावरण पदचिह्न में सुधार कर सकते हैं चांदी नैनोकणों के रासायनिक उत्पादन के साथ समस्याओं को आमतौर पर उच्च लागत शामिल है और कणों की दीर्घावधि एकत्रीकरण के कारण कम रहता है। मानक रासायनिक तरीकों की कठोरता ने कोलाइडयन नैनोकणों में समाधान में चांदी के आयनों को कम करने के लिए जैविक जीवों का उपयोग करने के उपयोग में प्रहार किया है। [42] [43]

इसके अलावा, नैनोपार्टिकल संश्लेषण के दौरान आकार और आकार पर सटीक नियंत्रण महत्वपूर्ण है क्योंकि एनपीएस चिकित्सीय गुण ऐसे कारकों पर अच्छी तरह निर्भर हैं। [44] इसलिए, बायोजेनिक संश्लेषण में अनुसंधान का मुख्य लक्ष्य विकसित तरीकों में है जो सटीक गुणों के साथ लगातार एनपी को पुन: उत्पन्न करते हैं। [45] [46]

कवक और बैक्टीरिया [ संपादित करें ]

संश्लेषण और पौधों के निकालने के उपयोग से बायोजेनली संश्लेषित चांदी नैनोकणों के अनुप्रयोगों का एक सामान्य प्रतिनिधित्व।

नैनोकणों के जीवाणु और फंगल संश्लेषण व्यावहारिक हैं क्योंकि बैक्टीरिया और कवक को संभालना आसान है और आसानी से आनुवंशिक रूप से संशोधित किया जा सकता है। इससे बायोमोलेकल्स को विकसित करने का एक साधन उपलब्ध होता है जो उच्च उपज में आकार और आकार के विभिन्न आकारों और आकारों के AgNPs को संश्लेषित कर सकते हैं, जो नैनोपार्टिकल संश्लेषण में वर्तमान चुनौतियों का सबसे आगे है। फर्टिकल जैसे कि वर्टिसिलियम और के.एन. न्यूमोनिया जैसे बैक्टीरियल उपभेदों का इस्तेमाल चांदी नैनोकणों के संश्लेषण में किया जा सकता है। [47] जब कवक / बैक्टीरिया को समाधान में जोड़ा जाता है, तो प्रोटीन बायोमास को समाधान में छोड़ दिया जाता है। [47] ट्रांस्फोटन और टाइरोसिन जैसे अवशेषों का दान इलेक्ट्रॉन चांदी के नाइट्रेट द्वारा योगदान के समाधान में चांदी आयन को कम करता है। [47] हानिकारक कम करने वाले एजेंटों के इस्तेमाल के बिना इन विधियों को प्रभावी मोनोडाइस्पेर नैनोकणों को प्रभावी ढंग से बनाने के लिए पाया गया है।

एक विधि फ़ुज़रीम ऑक्सिसपोरुम की शुरूआत करके चांदी के आयनों को कम करने का पाया गया है। इस पद्धति में बनाए गए नैनोकणों का आकार 5 से 15 एनएम के बीच होता है और इसमें चांदी हाइड्रोसोल होता है माना जाता है कि चांदी नैनोकणों की कमी एक एंजाइमिक प्रक्रिया से होती है और उत्पादित चांदी नैनोकणों कणों द्वारा उत्सर्जित प्रोटीन के साथ बातचीत के कारण बेहद स्थिर होती हैं।

चांदी के खदानों में पाया गया जीवाणु, स्यूडोमोनस स्टेज़रजी एजी 25 9 त्रिकोण और हेक्सागोन के आकार में चांदी के कणों का निर्माण करने में सक्षम थे। इन नैनोकणों का आकार आकार में एक बड़ी रेंज था और उनमें से कुछ 200 एनएम के आकार के साथ सामान्य नैनोस्केल से बड़े आकार तक पहुंच गए थे। बैक्टीरिया के कार्बनिक मैट्रिक्स में चांदी नैनोकणों पाए गए थे [48]

लैक्टिक एसिड उत्पादन बैक्टीरिया का इस्तेमाल चांदी नैनोकणों के लिए किया गया है। बैक्टीरिया लैक्टोबैसिलस एसपीपी।, पेडीकोकास पेंटोसैसियस, एन्ट्रोकस फासीमीआई , और लैक्टोकोकस गारवीय चांदी के आयनों को चांदी नैनोकणों में कम करने में सक्षम पाया गया है। नैनोकणों का उत्पादन सेल में चांदी के आयनों और सेल के कार्बनिक यौगिकों के बीच बातचीत से होता है। यह पाया गया कि जीवाणु लैक्टोबैसिलस फेरमटम ने 11.2 एनएम के औसत आकार के साथ सबसे छोटे चांदी के नैनोकणों का निर्माण किया। यह भी पाया गया कि इस जीवाणु ने छोटे आकार के वितरण के साथ नैनोकणों का उत्पादन किया और नैनोकणों कोशिकाओं के बाहर ज्यादातर पाए गए थे। यह भी पाया गया कि पीएच में वृद्धि हुई थी जो नैनोकणों का उत्पादन किया गया था और उत्पादन किये गए कणों की मात्रा में वृद्धि हुई थी। [4 9]

पौधों [ संपादित करें ]

चांदी के नैनोकणों में चांदी के आयनों की कमी भी जीरियम के पत्तों के जरिये हासिल की गई है। यह पाया गया है कि चांदी नाइट्रेट समाधान के लिए जीनोमियम पत्ती निकालने से उनके चांदी के आयनों को जल्दी से कम किया जाता है और नैनोकणों का उत्पादन होता है विशेष रूप से स्थिर होता है। समाधान में उत्पादित चांदी नैनोकणों में 16 से 40 एनएम के बीच एक आकार सीमा होती है। [48]

एक अन्य अध्ययन में, चांदी के आयनों को कम करने के लिए पौधों के पौधे के अर्क का उपयोग किया गया था। यह पाया गया कि कैमेलिया सीनेन्सिस (हरी चाय), पाइन , पर्सीमोन , गिन्को , मैगनोलिया और प्लैटैनस से निकले कि मैगनोलिया पत्ती निकालने चांदी नैनोकणों बनाने में सबसे अच्छा था। इस पद्धति ने 15 से 500 एनएम की फैलाने वाले आकार की कणों के साथ कणों का निर्माण किया, लेकिन यह भी पाया गया कि कण का आकार प्रतिक्रिया तापमान को बदलकर नियंत्रित किया जा सकता है। मैग्नोलिया पत्ती निकालने से जिस आयन को कम किया गया था, उनको कम करने के लिए रसायनों का उपयोग करने की तुलना में गति थी। [42] [50]

चांदी नैनोकणों के उत्पादन में पौधों, सूक्ष्म जीवों और कवक का उपयोग, चांदी नैनोकणों के अधिक पर्यावरणीय रूप से ध्वनि उत्पादन के लिए अग्रणी है। [43]

एक हरे रंग की विधि अमाँरथस गैनेटिकस लिन लीफ निकालने के उपयोग से चांदी नैनोकणों को संश्लेषित करने के लिए उपलब्ध है। [51]

उत्पाद और कार्यात्मककरण [ संपादित करें ]

चांदी के नैनोपेचरिक उत्पादन के लिए सिंथेटिक प्रोटोकॉल को गैर-गोलाकार भौतिकी के साथ चांदी नैनोकणों का उत्पादन करने के लिए संशोधित किया जा सकता है और नैनोकणों को सिलिका जैसी विभिन्न सामग्रियों के साथ कार्यान्वित करने के लिए भी संशोधित किया जा सकता है। विभिन्न आकारों और सतह कोटिंग्स के चांदी नैनोकणों का निर्माण उनके आकार विशिष्ट गुणों पर अधिक नियंत्रण के लिए अनुमति देता है।

अनिसोट्रोपिक संरचना [ संपादित करें ]

रजत नैनोकणों को गैर-गोलाकार (अनिसोट्रोपिक) आकारों में संश्लेषित किया जा सकता है। चूंकि चांदी, अन्य महान धातुओं की तरह, नैनोस्केल पर स्थानीय सतह प्लसॉन रेज़ोनेंस (एलएसपीआर) के रूप में जाना जाता आकार और आकृति निर्भर ऑप्टिकल प्रभाव दर्शाती है, विभिन्न आकारों में एजी नैनोकणों को संश्लेषित करने की क्षमता में उनके ऑप्टिकल व्यवहार को ट्यून करने की क्षमता बढ़ जाती है। उदाहरण के लिए, तरंग दैर्ध्य जिस पर एलएसपीआर एक आकारिकी (जैसे एक क्षेत्र) के नैनोपार्टिकल के लिए होता है, वह अलग होगा यदि उस क्षेत्र को एक अलग आकार में बदल दिया जाए यह आकार निर्भरता से चांदी तरंग दैर्ध्य की रेंज में ऑप्टिकल वृद्धि का अनुभव करने के लिए चांदी के नैनोपेचर को भी आकार बदलकर, अपेक्षाकृत स्थिरता रखने के लिए भी अनुमति देता है। ऑप्टिकल व्यवहार रेंज के इस आकार-शोषण के विस्तार के आवेदनों से अधिक संवेदनशील बायोसेन्सर विकसित करने से लेकर वस्त्रों की लंबी उम्र बढ़ने के लिए। [52] [53]

त्रिकोणीय नैनोपिस [ संपादित करें ]

त्रिकोणीय आकृति वाले नैनोकणों दोनों सोने और चांदी दोनों के लिए अध्ययन किए गए अनिसोट्रोपिक आकृति विज्ञान के एक प्रामाणिक प्रकार हैं। [54]

हालांकि चांदी नैनोप्रिज्म संश्लेषण के लिए कई अलग-अलग तकनीकें मौजूद हैं, कई तरीकों में एक बीज-मध्यस्थता दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है, जिसमें पहले से छोटे (3-5 एनएम व्यास) चांदी के नैनोकणों का संश्लेषण होता है जो त्रिकोणीय नैनोस्ट्रक्चर में आकार-निर्देशित विकास के लिए एक टेम्पलेट प्रदान करते हैं। [55]

रजत बीजों को सोलिड नाइट्रेट और सोडियम साइटेट को जलीय समाधान में मिलाकर संश्लेषित किया जाता है और फिर तेजी से सोडियम बोरोहाइड्रोड जोड़ना होता है। कम तापमान पर बीज समाधान में अतिरिक्त रजत नाइट्रेट जोड़ा जाता है, और प्रिज्म धीरे-धीरे एसिंक्रैबिक एसिड का उपयोग करते हुए अतिरिक्त रजत नाइट्रेट को कम कर देते हैं। [6]

चांदी के नैनोप्रिज्म संश्लेषण के बीज-मध्यस्थ दृष्टिकोण के साथ, एक से अधिक आकार की चयनात्मकता कैपिंग लिगेंड द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। मूल रूप से उपरोक्त समान प्रक्रिया का प्रयोग करना, लेकिन पाइ (विनील पिरोलीडोन) (पीवीपी) से साइटेट को बदलना त्रिकोणीय नैनोपिस के बजाय क्यूब और रॉड-आकार के नैनोस्ट्रक्चर पैदा करता है। [56]

बीज मध्यस्थता तकनीक के अतिरिक्त, चांदी नैनोपिस्मों को भी फोटो-मध्यस्थता दृष्टिकोण का उपयोग करके संश्लेषित किया जा सकता है, जिसमें पहले से मौजूद गोलाकार रजत नैनोकणों को प्रकाश की तीव्रता को तीव्रता को उजागर करके त्रिकोणीय नैनोपैम्स में बदल दिया जाता है। [57]

नैनोक्यूब [ संपादित करें ]

रजत नैनोक्यूब को एक कम करने वाले एजेंट के रूप में एथिलीन ग्लाइकॉल का उपयोग करके संवारित किया जा सकता है और पीवीपी कैपिंग एजेंट के रूप में एक पॉलील संश्लेषण प्रतिक्रिया (सुप्रा के माध्यम से) में संश्लेषित किया जा सकता है। इन अभिकर्मकों का उपयोग करते हुए एक ठेठ संश्लेषण में ईथरिलीन ग्लाइकॉल का समाधान 140 डिग्री सेल्सियस पर गर्म करने के लिए ताजा चांदी नाइट्रेट और पीवीपी जोड़ना शामिल है। [58]

इस प्रक्रिया को वास्तव में संश्लेषण में इसे प्रयोग करने से पहले चांदी नाइट्रेट समाधान की अनुमति देकर, अन्य अनिसोट्रॉपिक रजत नैनोस्ट्रक्चर, नैनोयर्स का उत्पादन करने के लिए संशोधित किया जा सकता है। उम्र के लिए चांदी नाइट्रेट समाधान की अनुमति देकर, संश्लेषण के दौरान गठित शुरुआती नैनोस्टक्चर, जो ताजे चांदी नाइट्रेट से प्राप्त होता है, जो कि विकास प्रक्रिया को प्रभावित करता है, और इसलिए, अंतिम उत्पाद का आकारिकी। [58]

सिलिका के साथ कोटिंग [ संपादित करें ]

सिलिका में कोलाइड कणों कोटिंग के लिए सामान्य प्रक्रिया। पहले पीवीपी को कोलाइडल सतह पर अवशोषित किया जाता है इन कणों को इथेनॉल में अमोनिया के समाधान में डाल दिया जाता है। कण तो सी (ओईटी 4) के अलावा बढ़ने लगते हैं।

इस पद्धति में, पोलीविनालीप्रोलीओडोन (पीवीपी) पानी में सोनाई द्वारा भंग कर दिया जाता है और चांदी के कोलाइड कणों के साथ मिश्रित होता है। [1] सक्रिय सरगर्मी सुनिश्चित करता है कि पीवीपी ने नैनोपैर्टिकल सतह पर सोख दिया है। [1] सेंट्रीफ्यूगिंग पीवीपी लेपित नैनोपेक्टिक्स को अलग करती है, जिसे बाद में एंटोनोल्यूग्यूड के समाधान के लिए स्थानांतरित किया जाता है और इसे अमोनिया , इथनॉल और सी (ओएटी 4 ) (टीईएस) के समाधान में रखा जाता है। [1] सिलिका खोल में बारह घंटों के परिणामस्वरूप उत्तेजित होने के कारण सिलिकॉन ऑक्साइड की एक आस-पास की परत का निर्माण होता है जिसमें ईथर लिंकेज कार्यशीलता जोड़ने के लिए उपलब्ध होता है। [1] टीईएस की मात्रा को अलग करने से गोले के अलग-अलग मोटाई बना सकते हैं। [1] उजागर सिलिका सतह को विभिन्न प्रकार की कार्यक्षमता जोड़ने की क्षमता के कारण यह तकनीक लोकप्रिय है।

उपयोग करें [ संपादित करें ]

उत्प्रेरक [ संपादित करें ]

कटैलिसीस के लिए चांदी के नैनोकणों का उपयोग हाल के वर्षों में ध्यान केंद्रित कर रहा है। हालांकि सबसे आम अनुप्रयोग औषधीय या जीवाणुरोधी उद्देश्यों के लिए हैं, रजत, बेंजीन, कार्बन मोनोऑक्साइड और अन्य अन्य यौगिकों के लिए उत्प्रेरक रेडॉक्स गुण दिखाने के लिए चांदी नैनोकणों का प्रदर्शन किया गया है।

नोट: यह पैराग्राफ उत्प्रेरक के लिए नैनोपैचर गुणों का एक सामान्य वर्णन है; यह चांदी नैनोकणों के लिए अनन्य नहीं है नैनोपेचर का आकार बहुत ही गुणों को निर्धारित करता है जो विभिन्न क्वांटम प्रभावों के कारण प्रदर्शित होता है। इसके अतिरिक्त, नैनोपार्टिकल के रासायनिक वातावरण उत्प्रेरक गुणों पर एक बड़ी भूमिका निभाता है। इस बात को ध्यान में रखते हुए, यह ध्यान रखना ज़रूरी है कि विषम उत्प्रेरक पदार्थ उत्प्रेरक सब्सट्रेट के लिए प्रत्यारोपण प्रजातियों के सोखना द्वारा किया जाता है। जब नैनोकणों के संगमरमर को रोकने के लिए पॉलिमर , कॉम्प्लेक्स लेगैंड या सर्फटेक्ट्स का उपयोग किया जाता है, तो कम सोखना क्षमता की वजह से उत्प्रेरक क्षमता को अक्सर बाधित किया जाता है। [5 9] हालांकि, इन यौगिकों का उपयोग ऐसे तरीके से किया जा सकता है कि रासायनिक वातावरण उत्प्रेरक क्षमता को बढ़ाता है।

सिलिका क्षेत्रों पर समर्थित - रंगों में कमी [ संपादित करें ]

रजत नैनोकणों को निष्क्रिय सिलिका क्षेत्रों के समर्थन पर संश्लेषित किया गया है। [5 9] इसका समर्थन उत्प्रेरक क्षमता में लगभग कोई भूमिका नहीं निभाता है और कोलाइडयन समाधान में चांदी नैनोकणों के संयोजन को रोकने की एक विधि के रूप में कार्य करता है। इस प्रकार, चांदी के नैनोकणों को स्थिर किया गया और सोडियम बोरोहाइड्राइड द्वारा रंगों में कमी के लिए एक इलेक्ट्रॉन रिले के रूप में सेवा करने की उनकी क्षमता का प्रदर्शन करना संभव था। [5 9] चांदी के नैनोपेक्टिकल उत्प्रेरक के बिना, सोडियम बोरोहाइड्राइड और विभिन्न रंजक के बीच वस्तुतः कोई प्रतिक्रिया नहीं होती है: मिथाइलिन नीले , ईोसिन और गुलाब के बंगाल

मेसोपोरस एयरजील - बेंजीन की चयनात्मक ऑक्सीकरण [ संपादित करें ]

सक्रिय साइटों की उच्च संख्या के कारण एयरजील पर समर्थित चांदी नैनोकणों फायदेमंद हैं [60] बेनेज़िन के फिनोल के लिए ऑक्सीकरण के लिए सबसे अधिक चयनात्मकता एयरगेल मैट्रिक्स (1% एजी) में कम वजन वाले चांदी के स्तर पर देखी गई। माना जाता है कि यह बेहतर चयनात्मकता 1% एजी नमूने के एयरगेल मैट्रिक्स के भीतर उच्च मोनोडिस्पेशिटी का परिणाम है। प्रत्येक वजन प्रतिशत समाधान आकार की एक अलग चौड़ाई के आकार के कणों के साथ अलग आकार के होते हैं। [60]

रजत मिश्र धातु - कार्बन मोनोऑक्साइड के synergistic ऑक्सीकरण [ संपादित करें ]

एयू-एजी मिश्र धातु नैनोकणों कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ) के ऑक्सीकरण पर एक synergistic प्रभाव के लिए दिखाया गया है। [61] अपने आप में, प्रत्येक शुद्ध धातु नैनोपैर्टिकल सीओ ऑक्सीकरण के लिए बहुत खराब उत्प्रेरक गतिविधि दर्शाता है ; साथ में, उत्प्रेरक गुणों को बहुत बढ़ाया जाता है। यह प्रस्ताव है कि सोने ऑक्सीजन परमाणु के लिए एक मजबूत बंधन एजेंट के रूप में कार्य करता है और चांदी एक मजबूत ऑक्सीकरण उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है, हालांकि सटीक तंत्र अभी भी पूरी तरह से समझा नहीं गया है। 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.