Síntese Química de Nanopartículas de Prata: Métodos de Redução e Estabilidade, Esquemas de Sociologia

Baixe Síntese Química de Nanopartículas de Prata: Métodos de Redução e Estabilidade e outras Esquemas em PDF para Sociologia, somente na Docsity! SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E ESTABILIZAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA PARA APLICAÇÕES BACTERICIDAS PRATA E AÇÃO BACTERICIDA  A prata possui uma ação antimicrobiana contra a maioria das bactérias e fungos.  Na forma de nanopartículas tem uma superfície de contato infinitamente maior e suas propriedades são enormemente aumentadas.  A medicina tem demonstrado que a prata destrói mais de 650 organismos patogênicos.  Os efeitos bactericidas são estudados desde meados de 1800 embora conhecidos desde cerca de 1000 a.c.  Tempo de contato eficaz na ordem de horas PRATA E AÇÃO BACTERICIDA Usos da prata como bactericida :  Curativos  Cateteres  Colóides tópicos Tubos traqueais  Tecidos biocidas PRATA E AÇÃO BACTERICIDA Tabela 2. Relação entre o tamanho de nanopartículas de prata e redução de microorganismos em contato. Fonte : Quator Nanotecnologia. SÍNTESE QUÍMICA DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA  Basicamente as reações de síntese química de nanopartículas de prata usam o Nitrato de Prata ( AgNO3) como material de partida .  A prata pode ser reduzida de seu nitrato por uma gama de substâncias orgânicas como alcoóis, carboidratos , ácido tartárico, ácido ascórbico , etc.  Os métodos de redução podem variar tanto do tipo do agente redutor como da quantidade e concentração destes, bem como a temperatura de reação, velocidade de agitação e duração do processo de redução.  Os diâmetros da partículas de prata resultantes da síntese dependem dessas condições. SÍNTESE QUÍMICA DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA  Foram estudados dois métodos de redução de prata :  Redução pelo Borohidreto de sódio ( NaBH )4  Redução pelo Citrato de sódio (C6H5O7Na3 ) SÍNTESE QUÍMICA DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA  A reação química do nitrato de prata com borohidreto de sódio é dada por : AgNO + NaBH  Ag + ½ H + ½ B H +3 4 2 2 6 NaNO3 ( Lee and Meisel, 1982 ) SÍNTESE QUÍMICA DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA Características do método:  Partículas entre 5 a 20 nm ( absorção UV-Vis faixa 380-400 nm )  Concentração dos reagentes: ( AgNO3 / NaBH4 = 1:2)  Agitação constante  Requer baixas temperaturas para a síntese  Exige Correta colocação de reagentes (sem inversões )  Requer total ausência de redutores contaminantes SÍNTESE QUÍMICA DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA 1 2 Figs 4 e 5 . Espectrometria de uv-visível característica de presença de nanopartículas de prata. SÍNTESE QUÍMICA DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA A reação química do nitrato de prata e o citrato de sódio é dada por : 4 Ag + C6H5O7Na3 + 2 H2O  4 Ag+ + C6H5O7H3 + 3 Na+ + H + + O2 Turkevitch et al ( 1951 ), Lee and Meisel (1982) SÍNTESE QUÍMICA DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA Características do método:  Partículas entre 50 a 100 nm ( absorção UV- Vis faixa 420-440 nm )  Concentração dos reagentes: ( AgNO /3 C6H5O7H3 = 1:30)  Agitação constante  Requer ebulição para a síntese  Exige Correta colocação de reagentes (sem inversões )  Requer total ausência de redutores contaminantes RESULTADOS E DISCUSSÕES  Método do Citrato de sódio ( Turkevitch – 1951, Lee and Meisel (1982)  Conforme referências da literatura original  125 ml de nitrato de prata 0,001 m  5 ml gotejados de citrato de sódio a 1%  Velocidade de gotejamento : 1 gota/s  Reação sob ebulição do nitrato de prata  Tempo de reação sob ebulição ( referência da literatura ) = 40 min  Resfriamento posterior à temperatura ambiente RESULTADOS E DISCUSSÕES  Variações no método  Tempo de reação sob ebulição  ~30 s (Prashant V. Kamat, Mark Flumiani, and Gregory V. Hartland , 1998)  ~10 min  ~40 min ( Turkevitch et al , 1951) RESULTADOS E DISCUSSÕES Procedimento Tipo de Agitação Amostra tag Tempo de permanência sob aquecimento após síntese (min) Coloração sob Temp. ambiente Análise do resultado 1 1100 rpm T2 30 s Amarelo Pequena  Resultados contínua dourado Agregação 2 1100 rpm contínua T1 10 min Amarelo acinzentado Média Agregação 3 (padrão lit) 1100 rpm contínua -- 40 min Pardo Forte Agregação Tabela 4. Variação de condições de tempo de ebulição e correspondente Estágio de agregação dos procedimentos 1, 2 e 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Amostra Estabilizador Proporção amostra / Estabilizador T1 (1) Amostra pura 100% T1 (2) Poli(Vinilpirrolidona) 0,3% 50% T1 (3) Poli(Vinil álcool) 4% 50% T2 (1) Amostra pura 100% T2 (2) Poli(Vinilpirrolidona) 0,3% 50% T2 (3) Poli(Vinil álcool) 4% 50% Tabela 6 : Conteúdo das amostras e estabilizadores RESULTADOS E DISCUSSÕES Amostra Comprimento de onda (nm) Absorbância T2-1(Proc. 1) 425,060 0,833 T2-2( Proc. 1) 425,060 0,515 Caracterização por UV- Vis ( 36 h após a síntese ) T2-3(Proc. 1) 425,060 0,591 T1-1 ( Proc. 2) 425,060 0,712 T1-2 ( Proc. 2) 430,788 0,424 T1-3 ( Proc. 2) 433,651 0,500 Tabela 5. Comprimentos de onda e absorbância UV-Vis das amostras T2 e T1 RESULTADOS E DISCUSSÕES Caracterização por UV-Vis Amostras puras ( 36 h após a síntese) Absorbância UV-Vis amostra pura mais agregada – Proc. 2 [ T1(2)] Absorbância UV-Vis amostra pura menos agregada – Proc. 1 [T2(1)] RESULTADOS E DISCUSSÕES  A estabilidade dos colóides estabilizados com polímeros foi testada com a adição de um eletrólito ( Na2CO3 2 M ) para observar o comportamento na presença deste .  O citrato de sódio mostrou-se um bom estabilizante, mesmo com baixas concentrações de polímeros estabilizadores a médio prazo (90 dias) Figura 12. Teste de estabilização com eletrólito ( Na2CO3 ) em amostras de nanopartículas de prata reduzidas pelo método do citrato de sódio e estabilizadas com PVP a 0,3% . Testes P9 – T2 1(2) e P10- T2(2) RESULTADOS E DISCUSSÕES  Método do Borohidreto de sódio ( Lee and Meisel, 1982 )  Conforme referências da literatura original e estudos subsequentes 30 ml de solução 2 mM de Borohidreto de sódio   10 ml gotejados de solução de nitrato de prata 0,001 M  Velocidade de gotejamento : 1 gota/seg  Banho de gelo – Temperatura mantida em cerca de 2,5 a 3° C  Levado à temperatura ambiente ( ~25°C ) após 7 min ( tempo total de gotejamento ) RESULTADOS E DISCUSSÕES  Variações no método  Velocidade de gotejamento :  1 gota / s  1 gota/ 0,7 s RESULTADOS E DISCUSSÕES Amostra Comprimento de onda (nm) Absorbância Caracterização por UV-Vis ( 24 h após a síntese ) T3 398,807 0,667 T4 397,350 0,636 Tabela 9. Análise de UV-Vis das amostras T3 e T4 sintetizadas por borohidreto de sódio RESULTADOS E DISCUSSÕES Caracterização por UV-Vis ( 24 h após a síntese ) Absorbância UV-Vis amostra menos agregada – Proc. 4 Absorbância UV-Vis amostra mais agregada – Proc. 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES  Testes de estabilidade (método do Borohidreto de sódio )  Após cerca de 90 dias ambas as amostras puras mostraram-se estáveis sem níveis observáveis de agregação mantendo a coloração original pós-síntese.  Os testes de estabilidade com eletrólitos no entanto mostraram resultados significativamente diferentes dependendo do meio polimérico e a concentração do polímero . Usaram-se para os testes, as amostras menos agregadas (T3) CONCLUSÕES Redução por Borohidreto  Mais rápida  Menores partículas ( 5 a 20 nm)  Não há necessidade de cessão de energia externa Estáveis sob meios poliméricos. Redução por Citrato  Mais lenta  Maiores partículas ( 50 a 100 nm )  Há necessidade de cessão de energia externa Pouco estável pelo íons borohidreto  Baixa proporção entre concentrações  Cara e pouco amigável ao ambiente e tecidos vivos  Estável pela ação dos íons citrato  Alta proporção entre reagentes Grande excesso de citrato  Mais barata e amigável ao meio ambiente e tecidos CONCLUSÕES Método / Tópicos Nível de Dificuldade (sintese) Nível de controle de variáveis Estabilidade em solução aquosa (pura) Estabilidade em meios poliméricos (ação de eletrólitos) Tamanho das partículas Análise dos métodos de síntese Citrato Alto Alto Baixa Alta (*) 35-50 nm Borohidreto Baixo Médio Alta Baixa (**) 10-15 nm (*) Mesmo em meios poliméricos de baixa viscosidade (**) Apenas estáveis em meios poliméricos de alta viscosidade Tabela 10. Comparativo entre os métodos de síntese ( Citrato de sódio e Borohidreto de sódio) CONCLUSÕES Concentração de Nitrato de prata 0,001 M Volume de solução de nitrato de prata 125 ml Concentração de Citrato de sódio 0,03 M ( 1% ) Volume de solução de citrato de sódio 5 ml gotejados Temperatura de reação requerida 100 ° C ( ebulição à 1 atm ) Padronização das condições de síntese e resultados da redução por citrato de sódio ( Revisão do método de Turkevich) Velocidade de gotejamento 1 gota / s Agitação Contínua a 1100 rpm Tempo para retirada da ebulição após gotejamento do citrato de sódio Imediato Condições de estabilização de temperatura Temperatura ambiente Estabilidade das nanopartículas em meio aquoso Instável. Agregação em cerca de 90 dias sob condições ambientes Estabilidade em meio polimérico de baixa viscosidade PVA a 4% - Estável PVP a 0,3 % - Estável Estabilidade na presença de eletrólitos Estável em meios poliméricos Tamanho médio das partículas 35 a 50 nm Absorbância por UV-Vis 425 a 435 nm CONCLUSÕES  f) O método citado na literatura com melhores resultados reporta aos estudos de: KAMAT, V.; FLUMIANI, M.; HARTLAND,G.; PRASHANT, V. (13)  g) A síntese com borohidreto de sódio é mais fácil de ser controlada e de procedimento mais simples.  h) Os colóides de prata sintetizados por borohidreto de sódio são estáveis em meio aquoso , porém agregam-se facilmente na presença de eletrólitos e/ou impurezas.  i) Na presença de estabilizantes poliméricos as partículas sintetizadas por borohidreto de sódio só são estáveis em altas viscosidades , concluindo que apenas polímeros que em baixa concentração possuem alta viscosidade são viáveis como meios estabilizadores, como por exemplo a CMC sódica. Estas nanoparticulas mantiveram-se estáveis por mais de um ano.  j) As nanopartículas de prata sintetizadas por este método têm um tamanho médio entre 10 – 15 nm. CONCLUSÕES  k) O método citado na literatura com melhores resultados reporta aos estudos de : SOLOMON, Sally; BAHADORY, Mozhgan; JEYARAJASINGAN, Aravindan; RUTKOWSKY, Susan; BORITZ, Charles. (26) Este estudo, no entanto, não vislumbra a estabilidade de colóides em meios poliméricos diversos. O método citado pela adição de PVA a 0,3% não apresentou resultados de estabilidade em nenhum dos experimentos.  l) Em termos econômicos o reduzido tamanho e aumentada ação das nanopartículas de prata proporcionariam a síntese de soluções aquosas puras de cerca de 625 litros para 100 g de nitrato de prata independentemente do método de síntese utilizado, cabendo analisar ainda o efeito bactericida destas soluções. CONCLUSÕES Conclusões finais  Foi possível comparar os procedimentos e resultados das sínteses com os métodos descritos na literatura de forma mais abrangente, padronizando as variáveis como temperatura, tempos de agitação, resfriamento, e total de síntese bem como a concentração dos reagentes . Igualmente conseguiu-se padronizar os tipos de meios de estabilização dos colóides de prata para sua aplicação prática no tocante ao seu efeito biológico.  A pesquisa mostrou que é viável a estabilização de nanopartículas de prata em meios poliméricos para seu uso na aplicação de materiais têxteis bioativos tais como palmilhas de calçados, vestimentas esportivas, curativos e ataduras antibióticas. Os colóides são estáveis por meses aplicados em tecidos hidrofílicos mantendo sua coloração levemente amarelada.